基於Rockwell自動化技術的豎爐焙燒過程綜合自動化係統
2026-04-30 02:27:54
［關鍵詞］：豎爐焙燒；磁選管回收率(MTRR)；Rockwell自動化；綜合自動化係統；智能優化 基於Rockwell自動化技術的豎爐焙燒過程綜合自動化係統 嚴愛軍 東北大學自動化研究中心 ,機器視覺 ,煙草機械
1 引 言
選礦生產是鋼鐵工業的基礎，雖然我國的鐵礦資源豐富，但大多為品位較低的赤鐵礦等難選礦石，其品位一般為33％zuoyou，liyongchangguidecixuanfangfananyicongzhexieyuanliaozhongtiquchugaopinweidetiezhichengfen。weilegaishanduiruocixingchitiekuangkuangshidefenxuanxiaoguo，caiyongshuluyuxianduikuangshijinxinggaowenhaiyuancihuabeishao，shiruocixingkuangwubianchengqiangcixingkuangwu，ranhouzaiyongcixuanfangfajikeyidedaotiejingkuang。yushi，shulucihuabeishaoguochengzhijieguanxidaoxuankuangdejinshuhuishoulvyujingkuangpinweidengshengchanzhibiao。kongzhihaoshulucihuabeishaoguochengshitigaoxuankuangguochengjinshuhuishoulvyujingkuangpinweideguanjian。
豎爐是將弱磁性鐵礦石（主要成分Fe2O¬3）在加熱帶進行加熱，然後落入還原帶，在一定濃度還原劑、一定溫度下，使Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O¬4的熱工設備，工藝過程俗稱磁化焙燒。豎爐於1926年世界始建。我國首次於1966年由鞍山黑色冶金礦山設計院設計豎爐[1]。
豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)是(shi)我(wo)國(guo)目(mu)前(qian)處(chu)理(li)弱(ruo)磁(ci)性(xing)礦(kuang)物(wu)的(de)有(you)效(xiao)途(tu)徑(jing)之(zhi)一(yi)。其(qi)生(sheng)產(chan)現(xian)狀(zhuang)是(shi)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)低(di)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)高(gao)，資(zi)源(yuan)消(xiao)耗(hao)大(da)，環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)嚴(yan)重(zhong)。豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)具(ju)有(you)機(ji)理(li)複(fu)雜(za)，多(duo)變(bian)量(liang)強(qiang)耦(ou)合(he)，過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)確(que)定(ding)因(yin)素(su)多(duo)，磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)等(deng)關(guan)鍵(jian)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)難(nan)以(yi)在(zai)線(xian)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)。因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)難(nan)以(yi)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)。歐(ou)洲(zhou)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)指(zhi)南(nan)指(zhi)出(chu)：“對於降低生產成本、提高產品質量、減少環境汙染和資源消耗隻能通過全流程自動控製係統的優化設計來實現[2]”。采(cai)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)對(dui)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)實(shi)現(xian)成(cheng)功(gong)控(kong)製(zhi)的(de)關(guan)鍵(jian)，采(cai)用(yong)新(xin)的(de)合(he)適(shi)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)的(de)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)是(shi)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)。文(wen)[3]提出了采用過程控製、過程優化、生產調度、企業管理和經濟決策五層結構的綜合自動化係統。文[4]提出了由過程穩定化、過程優化、過程管理三層結構組成的選礦生產過程自動化係統。文[5]提出了基於企業資源計劃（ERP）/製造執行係統（MES）/過程控製係統（PCS）三層結構的金礦企業綜合自動化係統，並成功應用於中國排山樓金礦，取得了顯著成效。
本文結合某選礦廠的實際，針對豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構，提出了基於Rockwell自zi動dong化hua技ji術shu和he智zhi能neng控kong製zhi方fang法fa的de豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng綜zong合he自zi動dong化hua係xi統tong，並bing成cheng功gong應ying用yong於yu該gai選xuan礦kuang廠chang豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng，取qu得de了le顯xian著zhu的de成cheng效xiao，為wei選xuan礦kuang廠chang綜zong合he自zi動dong化hua係xi統tong[6]的成功實施奠定了基礎。
2 工藝描述
豎爐的焙燒過程是將礦石在加熱帶加熱到700-800℃，然後通過自重落入還原帶，在一定濃度還原劑存在下，保持一定溫度（550-600℃），使鐵礦石的主要成分Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O4。
焙燒過程包括預熱，加熱，還原，冷卻等幾個環節，其中加熱、還原是主要的工藝過程。和豎爐有關的機電設備包括抽煙機、鼓風機、搬出機和排礦機等。爐膛上部是預熱帶，中部為加熱帶，下部為還原帶，爐膛中部有一狹窄的爐腰（寬1米），爐腰下部有導火孔，與爐兩側的燃燒室相通，燃燒室有煤氣燒嘴與加熱煤氣相連，並配一台鼓風機，一台抽煙機，爐底有兩個承重梁（即水箱梁）laizhituozhenggelubidezhongliang。zaihaiyuandaixiabudeludishangyoumeiqipenchuta，meigetayoudulideguandaoyuluwaihaiyuanmeiqizhuguanxiangjie。luzixiabuliangcegeyouyonglaipaichukuangzhayongdepaizhaloudou。luziliangcesheyoupaichubeishaochanpinyongdeliangtaigunshipaikuangji。meitaipaikuangjiyouliangjiepaikuanggunzucheng。gunshipaikuangjizhouzhongxinxianyixiaquanbuyanmeizaishuifengchishuizhong，shuifengchizhongsheyouliangtaidoushibanchuji，yonglaibanchuluzhongdebeishaokuang。weileyanchangchouyanjiyelundeshiyongshouming，sheyouliangtaixuanfengchuchenqi，yonglaijianshaofeiqizhongdefenchen，zhenggeluzishizaifuyaxiagongzuode。rutu1所示，主要過程描述如下：
給礦：原礦通過爐頂貯礦槽，經由下料口落入爐膛內。
預熱：當礦石進入預熱帶，在廢氣的預熱下，礦石的平均溫度一般為150-200℃。
加熱：礦石通過自重下落進入加熱帶，加熱煤氣與加熱空氣在燃燒室混合燃燒時放出的熱量通過對流、輻射以及傳導的方式使礦石溫度達到700-850℃。礦石溫度高低不僅取決於搬出的快慢，還取決於燃燒室內煤氣和空氣的配比，配比適當，煤氣燃燒充分。燃燒室溫度一般控製在1050-1150℃，其熱量由導火孔傳導給礦石。
還原：加熱礦石進入還原帶，在570℃左右時與供給的還原煤氣發生還原反應。
冷卻：焙燒礦進入水封池冷卻到400℃以下，必須保持水溫在40-45℃，否則，焙燒礦不能有效冷卻，礦石反而被氧化，達不到還原的目的。
搬出：搬出製度決定礦石在豎爐內焙燒的時間，為了保證焙燒質量，必須有一個合理的搬出製度，一般以一個周期的時間來表示。
豎(shu)爐(lu)操(cao)作(zuo)者(zhe)主(zhu)要(yao)依(yi)據(ju)經(jing)驗(yan)知(zhi)識(shi)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)，在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)手(shou)工(gong)操(cao)作(zuo)，自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)非(fei)常(chang)低(di)。加(jia)上(shang)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)中(zhong)包(bao)括(kuo)多(duo)種(zhong)內(nei)外(wai)因(yin)素(su)的(de)交(jiao)叉(cha)變(bian)化(hua)，不(bu)確(que)定(ding)性(xing)普(pu)遍(bian)，設(she)備(bei)眾(zhong)多(duo)，使(shi)得(de)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)起(qi)來(lai)，表(biao)現(xian)在(zai)如(ru)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)：
1) 過(guo)程(cheng)本(ben)身(shen)具(ju)有(you)多(duo)變(bian)量(liang)強(qiang)耦(ou)合(he)的(de)特(te)點(dian)，輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)眾(zhong)多(duo)。輸(shu)入(ru)有(you)空(kong)氣(qi)量(liang)，加(jia)熱(re)煤(mei)氣(qi)量(liang)，還(hai)原(yuan)煤(mei)氣(qi)量(liang)等(deng)，輸(shu)出(chu)量(liang)有(you)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)，加(jia)熱(re)帶(dai)溫(wen)度(du)，還(hai)原(yuan)帶(dai)溫(wen)度(du)等(deng)，任(ren)何(he)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)的(de)變(bian)化(hua)都(dou)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)所(suo)有(you)的(de)輸(shu)出(chu)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)；2）機理複雜，有物料的進出、熱量的傳遞，還有化學反應，難以對燃燒室的溫度對象建立準確的數學模型，使得基於模型的精確控製理論難以發揮其長處；3）不bu確que定ding性xing因yin素su多duo，如ru礦kuang石shi的de性xing質zhi改gai變bian，加jia熱re煤mei氣qi成cheng分fen的de波bo動dong以yi及ji操cao作zuo工gong水shui平ping參can差cha不bu齊qi等deng，這zhe些xie不bu確que定ding因yin素su均jun會hui影ying響xiang關guan鍵jian工gong藝yi參can數shu的de穩wen定ding性xing；4) 焙燒過程中往往伴隨著一些故障的發生，一旦操作不當，將會引發生產故障，影響生產的連續性和穩定性。
以yi上shang說shuo明ming了le手shou工gong操cao作zuo的de局ju限xian性xing，同tong時shi說shuo明ming了le單dan一yi的de常chang規gui控kong製zhi理li論lun與yu技ji術shu難nan以yi實shi現xian豎shu爐lu焙bei燒shao複fu雜za的de控kong製zhi，難nan以yi達da到dao生sheng產chan過guo程cheng的de最zui終zhong需xu求qiu，如ru用yong戶hu對dui產chan品pin質zhi量liang的de期qi望wang等deng，究jiu其qi原yuan因yin是shi因yin為wei基ji礎chu回hui路lu控kong製zhi級ji難nan以yi找zhao到dao合he適shi的de設she定ding值zhi。如ru燃ran燒shao室shi溫wen度du、還原煤氣流量、搬(ban)出(chu)製(zhi)度(du)等(deng)，往(wang)往(wang)是(shi)由(you)操(cao)作(zuo)員(yuan)借(jie)助(zhu)於(yu)其(qi)積(ji)累(lei)的(de)經(jing)驗(yan)給(gei)出(chu)，帶(dai)有(you)主(zhu)觀(guan)性(xing)和(he)隨(sui)意(yi)性(xing)，使(shi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)及(ji)其(qi)它(ta)工(gong)藝(yi)指(zhi)標(biao)得(de)不(bu)到(dao)有(you)效(xiao)可(ke)靠(kao)的(de)保(bao)證(zheng)。如(ru)果(guo)不(bu)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)改(gai)造(zao)，所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)：控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)不(bu)高(gao)，浪(lang)費(fei)能(neng)源(yuan)，最(zui)終(zhong)的(de)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)得(de)不(bu)到(dao)有(you)效(xiao)的(de)保(bao)障(zhang)。近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)工(gong)廠(chang)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)以(yi)及(ji)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，各(ge)企(qi)業(ye)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)視(shi)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)實(shi)現(xian)，這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)能(neng)提(ti)高(gao)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)，而(er)且(qie)節(jie)約(yue)了(le)能(neng)源(yuan)，使(shi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)得(de)到(dao)了(le)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)。
3 豎爐焙燒過程綜合自動化係統
結合選礦廠豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構，提出了如圖2所示豎爐焙燒過程綜合自動化係統。
3.1 係統結構
該係統有豎爐智能優化係統、豎爐過程控製係統、豎(shu)爐(lu)過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)支(zhi)撐(cheng)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)。其(qi)中(zhong)，智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)以(yi)綜(zong)合(he)生(sheng)產(chan)指(zhi)標(biao)為(wei)目(mu)標(biao)的(de)智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)設(she)定(ding)技(ji)術(shu)，具(ju)有(you)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)設(she)定(ding)模(mo)塊(kuai)、還原煤氣智能優化設定模塊和搬出製度智能優化設定模塊。
過程控製係統采用EIC(Electric Instrument Computer)一體化計算機集散控製係統集成設計技術。其中基礎自動化係統具有回路控製模塊、邏輯控製模塊和關鍵工藝參數的監控模塊。
過程管理係統采用綜合生產指標為目標的生產過程優化運行與優化管理技術，具有生產管理和係統管理兩部分。
計算機支撐係統有監控軟件、實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)，通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)支(zhi)撐(cheng)係(xi)統(tong)實(shi)現(xian)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)信(xin)息(xi)集(ji)成(cheng)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)。
3.2 係統功能
豎爐焙燒生產過程綜合自動化係統包括：智能優化係統、過程控製係統和過程管理係統(係統功能圖參見圖3)。豎爐智能優化係統根據生產指標要求，根據選礦廠製定的指標：磁選管回收率，由回路智能優化設定模型對豎爐焙燒過程的燃燒室溫度、還(hai)原(yuan)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)和(he)搬(ban)出(chu)製(zhi)度(du)等(deng)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)給(gei)定(ding)值(zhi)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)設(she)定(ding)，實(shi)現(xian)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)選(xuan)礦(kuang)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)生(sheng)產(chan)指(zhi)標(biao)的(de)優(you)化(hua)。
豎爐過程控製係統實現豎爐焙燒過程生產設備的啟動、停止等邏輯控製，如抽煙機、鼓風機、搬出機和排礦機等，具有設備安全保護功能，實現了生產工藝參數，如豎爐溫度（燃燒室、加熱帶、還原帶等）、壓力（加熱煤氣壓力、還原煤氣壓力、爐膛負壓等）、流量（煤氣、空氣等）的閉環控製。該係統通過上位機監控係統對設備運行狀態、關鍵工藝參數和趨勢曲線進行實時監控，從而保證生產過程的穩定運行。
豎爐過程管理包括生產管理和係統管理，對豎爐焙燒生產過程和綜合自動化係統進行管理。生產管理具有係統監測、故障診斷、設備管理、生產安全管理和係統通訊等功能。係統監測功能對數據進行采集、處理以及生產過程的監控；故障診斷功能對故障進行實時預測、jishifaxianshengchanguzhang。shebeiguanligongnengduishebeiguzhangjinxingbaojing，duishebeideweihujinxingguanli，duishebeiweixiujihuajinxingyuce，bangzhuzhidingweixiujihua，baozhengshebeideanquanyunxing。shengchananquanguanligongnengbaokuoshebeijiandeliansuobaohu，guanjiancaozuozhixingqianqueren，xianchangshebeiqitingqiandaling，yibaozhengshengchananquan。xitongtongxungongnengshixiangegekongzhizixitonghegejijisuanjiwangluozhijiandetongxun。caozuozhidaogongnengshixitonggenjucaijideshujuherengongshuru、設定信息判斷當前的生產狀況和操作條件，由基於案例推理的專家係統給出操作指導。係統管理具有係統安全管理、用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)和(he)係(xi)統(tong)導(dao)航(hang)等(deng)功(gong)能(neng)。係(xi)統(tong)安(an)全(quan)管(guan)理(li)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)不(bu)被(bei)惡(e)意(yi)破(po)壞(huai)和(he)記(ji)錄(lu)所(suo)發(fa)生(sheng)過(guo)的(de)事(shi)件(jian)和(he)所(suo)進(jin)行(xing)的(de)操(cao)作(zuo)，係(xi)統(tong)的(de)進(jin)入(ru)需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)和(he)密(mi)碼(ma)，同(tong)時(shi)對(dui)運(yun)行(xing)中(zhong)的(de)活(huo)動(dong)和(he)報(bao)警(jing)進(jin)行(xing)記(ji)錄(lu)。用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)用(yong)來(lai)增(zeng)加(jia)和(he)刪(shan)除(chu)用(yong)戶(hu)，對(dui)用(yong)戶(hu)的(de)權(quan)限(xian)進(jin)行(xing)設(she)定(ding)和(he)用(yong)戶(hu)密(mi)碼(ma)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)。係(xi)統(tong)導(dao)航(hang)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)導(dao)航(hang)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)監(jian)控(kong)畫(hua)麵(mian)之(zhi)間(jian)的(de)切(qie)換(huan)和(he)各(ge)個(ge)子(zi)係(xi)統(tong)間(jian)的(de)切(qie)換(huan)。
選礦生產是鋼鐵工業的基礎，雖然我國的鐵礦資源豐富，但大多為品位較低的赤鐵礦等難選礦石，其品位一般為33％zuoyou，liyongchangguidecixuanfangfananyicongzhexieyuanliaozhongtiquchugaopinweidetiezhichengfen。weilegaishanduiruocixingchitiekuangkuangshidefenxuanxiaoguo，caiyongshuluyuxianduikuangshijinxinggaowenhaiyuancihuabeishao，shiruocixingkuangwubianchengqiangcixingkuangwu，ranhouzaiyongcixuanfangfajikeyidedaotiejingkuang。yushi，shulucihuabeishaoguochengzhijieguanxidaoxuankuangdejinshuhuishoulvyujingkuangpinweidengshengchanzhibiao。kongzhihaoshulucihuabeishaoguochengshitigaoxuankuangguochengjinshuhuishoulvyujingkuangpinweideguanjian。
豎爐是將弱磁性鐵礦石（主要成分Fe2O¬3）在加熱帶進行加熱，然後落入還原帶，在一定濃度還原劑、一定溫度下，使Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O¬4的熱工設備，工藝過程俗稱磁化焙燒。豎爐於1926年世界始建。我國首次於1966年由鞍山黑色冶金礦山設計院設計豎爐[1]。
豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)是(shi)我(wo)國(guo)目(mu)前(qian)處(chu)理(li)弱(ruo)磁(ci)性(xing)礦(kuang)物(wu)的(de)有(you)效(xiao)途(tu)徑(jing)之(zhi)一(yi)。其(qi)生(sheng)產(chan)現(xian)狀(zhuang)是(shi)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)低(di)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)高(gao)，資(zi)源(yuan)消(xiao)耗(hao)大(da)，環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)嚴(yan)重(zhong)。豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)具(ju)有(you)機(ji)理(li)複(fu)雜(za)，多(duo)變(bian)量(liang)強(qiang)耦(ou)合(he)，過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)確(que)定(ding)因(yin)素(su)多(duo)，磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)等(deng)關(guan)鍵(jian)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)難(nan)以(yi)在(zai)線(xian)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)。因(yin)此(ci)采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)難(nan)以(yi)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)。歐(ou)洲(zhou)鋼(gang)鐵(tie)工(gong)業(ye)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)指(zhi)南(nan)指(zhi)出(chu)：“對於降低生產成本、提高產品質量、減少環境汙染和資源消耗隻能通過全流程自動控製係統的優化設計來實現[2]”。采(cai)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)對(dui)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)實(shi)現(xian)成(cheng)功(gong)控(kong)製(zhi)的(de)關(guan)鍵(jian)，采(cai)用(yong)新(xin)的(de)合(he)適(shi)的(de)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)的(de)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)是(shi)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)。文(wen)[3]提出了采用過程控製、過程優化、生產調度、企業管理和經濟決策五層結構的綜合自動化係統。文[4]提出了由過程穩定化、過程優化、過程管理三層結構組成的選礦生產過程自動化係統。文[5]提出了基於企業資源計劃（ERP）/製造執行係統（MES）/過程控製係統（PCS）三層結構的金礦企業綜合自動化係統，並成功應用於中國排山樓金礦，取得了顯著成效。
本文結合某選礦廠的實際，針對豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構，提出了基於Rockwell自zi動dong化hua技ji術shu和he智zhi能neng控kong製zhi方fang法fa的de豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng綜zong合he自zi動dong化hua係xi統tong，並bing成cheng功gong應ying用yong於yu該gai選xuan礦kuang廠chang豎shu爐lu焙bei燒shao過guo程cheng，取qu得de了le顯xian著zhu的de成cheng效xiao，為wei選xuan礦kuang廠chang綜zong合he自zi動dong化hua係xi統tong[6]的成功實施奠定了基礎。
2 工藝描述
豎爐的焙燒過程是將礦石在加熱帶加熱到700-800℃，然後通過自重落入還原帶，在一定濃度還原劑存在下，保持一定溫度（550-600℃），使鐵礦石的主要成分Fe2O¬3還原成強磁性的磁鐵礦Fe3O4。
焙燒過程包括預熱，加熱，還原，冷卻等幾個環節，其中加熱、還原是主要的工藝過程。和豎爐有關的機電設備包括抽煙機、鼓風機、搬出機和排礦機等。爐膛上部是預熱帶，中部為加熱帶，下部為還原帶，爐膛中部有一狹窄的爐腰（寬1米），爐腰下部有導火孔，與爐兩側的燃燒室相通，燃燒室有煤氣燒嘴與加熱煤氣相連，並配一台鼓風機，一台抽煙機，爐底有兩個承重梁（即水箱梁）laizhituozhenggelubidezhongliang。zaihaiyuandaixiabudeludishangyoumeiqipenchuta，meigetayoudulideguandaoyuluwaihaiyuanmeiqizhuguanxiangjie。luzixiabuliangcegeyouyonglaipaichukuangzhayongdepaizhaloudou。luziliangcesheyoupaichubeishaochanpinyongdeliangtaigunshipaikuangji。meitaipaikuangjiyouliangjiepaikuanggunzucheng。gunshipaikuangjizhouzhongxinxianyixiaquanbuyanmeizaishuifengchishuizhong，shuifengchizhongsheyouliangtaidoushibanchuji，yonglaibanchuluzhongdebeishaokuang。weileyanchangchouyanjiyelundeshiyongshouming，sheyouliangtaixuanfengchuchenqi，yonglaijianshaofeiqizhongdefenchen，zhenggeluzishizaifuyaxiagongzuode。rutu1所示，主要過程描述如下：
給礦：原礦通過爐頂貯礦槽，經由下料口落入爐膛內。
預熱：當礦石進入預熱帶，在廢氣的預熱下，礦石的平均溫度一般為150-200℃。
加熱：礦石通過自重下落進入加熱帶，加熱煤氣與加熱空氣在燃燒室混合燃燒時放出的熱量通過對流、輻射以及傳導的方式使礦石溫度達到700-850℃。礦石溫度高低不僅取決於搬出的快慢，還取決於燃燒室內煤氣和空氣的配比，配比適當，煤氣燃燒充分。燃燒室溫度一般控製在1050-1150℃，其熱量由導火孔傳導給礦石。
還原：加熱礦石進入還原帶，在570℃左右時與供給的還原煤氣發生還原反應。
冷卻：焙燒礦進入水封池冷卻到400℃以下，必須保持水溫在40-45℃，否則，焙燒礦不能有效冷卻，礦石反而被氧化，達不到還原的目的。
搬出：搬出製度決定礦石在豎爐內焙燒的時間，為了保證焙燒質量，必須有一個合理的搬出製度，一般以一個周期的時間來表示。
豎(shu)爐(lu)操(cao)作(zuo)者(zhe)主(zhu)要(yao)依(yi)據(ju)經(jing)驗(yan)知(zhi)識(shi)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)，在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)進(jin)行(xing)各(ge)種(zhong)手(shou)工(gong)操(cao)作(zuo)，自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)非(fei)常(chang)低(di)。加(jia)上(shang)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)中(zhong)包(bao)括(kuo)多(duo)種(zhong)內(nei)外(wai)因(yin)素(su)的(de)交(jiao)叉(cha)變(bian)化(hua)，不(bu)確(que)定(ding)性(xing)普(pu)遍(bian)，設(she)備(bei)眾(zhong)多(duo)，使(shi)得(de)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)起(qi)來(lai)，表(biao)現(xian)在(zai)如(ru)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)：
1) 過(guo)程(cheng)本(ben)身(shen)具(ju)有(you)多(duo)變(bian)量(liang)強(qiang)耦(ou)合(he)的(de)特(te)點(dian)，輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)眾(zhong)多(duo)。輸(shu)入(ru)有(you)空(kong)氣(qi)量(liang)，加(jia)熱(re)煤(mei)氣(qi)量(liang)，還(hai)原(yuan)煤(mei)氣(qi)量(liang)等(deng)，輸(shu)出(chu)量(liang)有(you)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)，加(jia)熱(re)帶(dai)溫(wen)度(du)，還(hai)原(yuan)帶(dai)溫(wen)度(du)等(deng)，任(ren)何(he)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)的(de)變(bian)化(hua)都(dou)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)所(suo)有(you)的(de)輸(shu)出(chu)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)；2）機理複雜，有物料的進出、熱量的傳遞，還有化學反應，難以對燃燒室的溫度對象建立準確的數學模型，使得基於模型的精確控製理論難以發揮其長處；3）不bu確que定ding性xing因yin素su多duo，如ru礦kuang石shi的de性xing質zhi改gai變bian，加jia熱re煤mei氣qi成cheng分fen的de波bo動dong以yi及ji操cao作zuo工gong水shui平ping參can差cha不bu齊qi等deng，這zhe些xie不bu確que定ding因yin素su均jun會hui影ying響xiang關guan鍵jian工gong藝yi參can數shu的de穩wen定ding性xing；4) 焙燒過程中往往伴隨著一些故障的發生，一旦操作不當，將會引發生產故障，影響生產的連續性和穩定性。
以yi上shang說shuo明ming了le手shou工gong操cao作zuo的de局ju限xian性xing，同tong時shi說shuo明ming了le單dan一yi的de常chang規gui控kong製zhi理li論lun與yu技ji術shu難nan以yi實shi現xian豎shu爐lu焙bei燒shao複fu雜za的de控kong製zhi，難nan以yi達da到dao生sheng產chan過guo程cheng的de最zui終zhong需xu求qiu，如ru用yong戶hu對dui產chan品pin質zhi量liang的de期qi望wang等deng，究jiu其qi原yuan因yin是shi因yin為wei基ji礎chu回hui路lu控kong製zhi級ji難nan以yi找zhao到dao合he適shi的de設she定ding值zhi。如ru燃ran燒shao室shi溫wen度du、還原煤氣流量、搬(ban)出(chu)製(zhi)度(du)等(deng)，往(wang)往(wang)是(shi)由(you)操(cao)作(zuo)員(yuan)借(jie)助(zhu)於(yu)其(qi)積(ji)累(lei)的(de)經(jing)驗(yan)給(gei)出(chu)，帶(dai)有(you)主(zhu)觀(guan)性(xing)和(he)隨(sui)意(yi)性(xing)，使(shi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)及(ji)其(qi)它(ta)工(gong)藝(yi)指(zhi)標(biao)得(de)不(bu)到(dao)有(you)效(xiao)可(ke)靠(kao)的(de)保(bao)證(zheng)。如(ru)果(guo)不(bu)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)改(gai)造(zao)，所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)：控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)不(bu)高(gao)，浪(lang)費(fei)能(neng)源(yuan)，最(zui)終(zhong)的(de)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)得(de)不(bu)到(dao)有(you)效(xiao)的(de)保(bao)障(zhang)。近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)工(gong)廠(chang)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)以(yi)及(ji)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)，各(ge)企(qi)業(ye)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)視(shi)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)實(shi)現(xian)，這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)能(neng)提(ti)高(gao)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)，而(er)且(qie)節(jie)約(yue)了(le)能(neng)源(yuan)，使(shi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)得(de)到(dao)了(le)大(da)幅(fu)提(ti)高(gao)。
3 豎爐焙燒過程綜合自動化係統
結合選礦廠豎爐焙燒過程的特點，采用智能優化、過程控製和過程管理三層結構的綜合自動化係統體係架構，提出了如圖2所示豎爐焙燒過程綜合自動化係統。
3.1 係統結構
該係統有豎爐智能優化係統、豎爐過程控製係統、豎(shu)爐(lu)過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)支(zhi)撐(cheng)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)。其(qi)中(zhong)，智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)以(yi)綜(zong)合(he)生(sheng)產(chan)指(zhi)標(biao)為(wei)目(mu)標(biao)的(de)智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)設(she)定(ding)技(ji)術(shu)，具(ju)有(you)燃(ran)燒(shao)室(shi)溫(wen)度(du)智(zhi)能(neng)優(you)化(hua)設(she)定(ding)模(mo)塊(kuai)、還原煤氣智能優化設定模塊和搬出製度智能優化設定模塊。
過程控製係統采用EIC(Electric Instrument Computer)一體化計算機集散控製係統集成設計技術。其中基礎自動化係統具有回路控製模塊、邏輯控製模塊和關鍵工藝參數的監控模塊。
過程管理係統采用綜合生產指標為目標的生產過程優化運行與優化管理技術，具有生產管理和係統管理兩部分。
計算機支撐係統有監控軟件、實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)和(he)計(ji)算(suan)機(ji)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)組(zu)成(cheng)，通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)支(zhi)撐(cheng)係(xi)統(tong)實(shi)現(xian)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)和(he)過(guo)程(cheng)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)信(xin)息(xi)集(ji)成(cheng)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)豎(shu)爐(lu)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)。
3.2 係統功能
豎爐焙燒生產過程綜合自動化係統包括：智能優化係統、過程控製係統和過程管理係統(係統功能圖參見圖3)。豎爐智能優化係統根據生產指標要求，根據選礦廠製定的指標：磁選管回收率，由回路智能優化設定模型對豎爐焙燒過程的燃燒室溫度、還(hai)原(yuan)煤(mei)氣(qi)流(liu)量(liang)和(he)搬(ban)出(chu)製(zhi)度(du)等(deng)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)給(gei)定(ding)值(zhi)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)設(she)定(ding)，實(shi)現(xian)焙(bei)燒(shao)過(guo)程(cheng)的(de)磁(ci)選(xuan)管(guan)回(hui)收(shou)率(lv)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)，從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)選(xuan)礦(kuang)過(guo)程(cheng)綜(zong)合(he)生(sheng)產(chan)指(zhi)標(biao)的(de)優(you)化(hua)。
豎爐過程控製係統實現豎爐焙燒過程生產設備的啟動、停止等邏輯控製，如抽煙機、鼓風機、搬出機和排礦機等，具有設備安全保護功能，實現了生產工藝參數，如豎爐溫度（燃燒室、加熱帶、還原帶等）、壓力（加熱煤氣壓力、還原煤氣壓力、爐膛負壓等）、流量（煤氣、空氣等）的閉環控製。該係統通過上位機監控係統對設備運行狀態、關鍵工藝參數和趨勢曲線進行實時監控，從而保證生產過程的穩定運行。
豎爐過程管理包括生產管理和係統管理，對豎爐焙燒生產過程和綜合自動化係統進行管理。生產管理具有係統監測、故障診斷、設備管理、生產安全管理和係統通訊等功能。係統監測功能對數據進行采集、處理以及生產過程的監控；故障診斷功能對故障進行實時預測、jishifaxianshengchanguzhang。shebeiguanligongnengduishebeiguzhangjinxingbaojing，duishebeideweihujinxingguanli，duishebeiweixiujihuajinxingyuce，bangzhuzhidingweixiujihua，baozhengshebeideanquanyunxing。shengchananquanguanligongnengbaokuoshebeijiandeliansuobaohu，guanjiancaozuozhixingqianqueren，xianchangshebeiqitingqiandaling，yibaozhengshengchananquan。xitongtongxungongnengshixiangegekongzhizixitonghegejijisuanjiwangluozhijiandetongxun。caozuozhidaogongnengshixitonggenjucaijideshujuherengongshuru、設定信息判斷當前的生產狀況和操作條件，由基於案例推理的專家係統給出操作指導。係統管理具有係統安全管理、用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)和(he)係(xi)統(tong)導(dao)航(hang)等(deng)功(gong)能(neng)。係(xi)統(tong)安(an)全(quan)管(guan)理(li)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)不(bu)被(bei)惡(e)意(yi)破(po)壞(huai)和(he)記(ji)錄(lu)所(suo)發(fa)生(sheng)過(guo)的(de)事(shi)件(jian)和(he)所(suo)進(jin)行(xing)的(de)操(cao)作(zuo)，係(xi)統(tong)的(de)進(jin)入(ru)需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)和(he)密(mi)碼(ma)，同(tong)時(shi)對(dui)運(yun)行(xing)中(zhong)的(de)活(huo)動(dong)和(he)報(bao)警(jing)進(jin)行(xing)記(ji)錄(lu)。用(yong)戶(hu)管(guan)理(li)用(yong)來(lai)增(zeng)加(jia)和(he)刪(shan)除(chu)用(yong)戶(hu)，對(dui)用(yong)戶(hu)的(de)權(quan)限(xian)進(jin)行(xing)設(she)定(ding)和(he)用(yong)戶(hu)密(mi)碼(ma)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)。係(xi)統(tong)導(dao)航(hang)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)導(dao)航(hang)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)監(jian)控(kong)畫(hua)麵(mian)之(zhi)間(jian)的(de)切(qie)換(huan)和(he)各(ge)個(ge)子(zi)係(xi)統(tong)間(jian)的(de)切(qie)換(huan)。