一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法、装置及系统制造方法及图纸

一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法、装置及系统，所述焙烧炉包括焙烧炉体、设置在焙烧炉的皮带转速传感器、设置在焙烧炉的温度传感器、设置在焙烧炉的进料皮带秤、DCS系统，自动控制方法包括：采集焙烧炉运行的历史数据保存在数据库中，对历史数据预处理后辨识系统模型，设计模型预测控制算法的优化控制器，基于预测模型计算控制量Δ

【技术实现步骤摘要】
一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及锌冶炼
，具体涉及一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]锌冶炼工艺主要采用湿法冶金。锌焙烧作为湿法冶金工艺的第一道工序是将锌精矿转化成锌焙砂，锌焙砂的质量对于下游的生产至关重要。工业上根据检测锌焙砂中氧化锌和不溶性硫化物的含量判断锌焙砂的质量，但工业现场每天只进行一次检测，不能及时获取锌焙砂焙烧过程中质量的实时检测数据影响现场的实时控制。为了判断锌焙烧的实时质量，工业上通常采用炉内标准温度间接反应锌焙烧效果。然而，由于受进料量和鼓风量等因素的影响焙烧炉运行工况复杂多变，炉内焙烧标准温度波动剧烈导致了锌焙砂质量的不稳定。
[0003]目前，焙烧标准温度波动控制由操作人员24小时不间断值班，根据工业现场检测数据，通过人工调节进料皮带转速，进而调节进料量和鼓风频率设定值等手动控制，但手动控制受操作人员的经验和主观因素的影响，焙烧炉内设定标准温度波动通常达到
±
25℃，影响了锌焙砂的质量，而且手动控制耗时耗力、存在安全隐患。
[0004]公开号为CN110471285A的专利提供了一种基于趋势事件驱动的锌冶炼焙烧过程模糊控制方法，改善了由于焙烧过程的动态特性以及现场环境约束所导致的工况评估困难及模糊控制器控制性能下降的问题，缺点是控制量不够精准，无法适应变化的工况。
[0005]公开号为CN202110133546.4的专利提供了一种沸腾焙烧炉温度稳定控制方法，有利于提高沸腾焙烧炉温度控制的稳定性，缺点是控制规则较为简单且依赖人工操作经验，面对复杂工况时控制精度不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供了一种针对工业焙烧炉运行工况复杂多变的情况，通过预测模型更新以适配不同的工况、基于智能算法，预测未来运行状态并求解出精确最优控制量的一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法、装置和系统，以替代人工输入控制指令，减少人为因素，提高焙烧炉温度控制的稳定性。
[0007]本专利技术还提供了一种锌冶炼焙烧过程温度稳定装置及系统。
[0008]本专利技术采取的技术方案如下：
[0009]一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法，其特征在于，所述焙烧炉包括焙烧炉体、设置在焙烧炉皮带上获取进料皮带转速的皮带转速传感器、设置在焙烧炉获取焙烧炉沸腾层标准温度的温度传感器、设置在焙烧炉皮带上的进料皮带秤、所述皮带转速传感器、温度传感器采集的数据直接传输到DCS系统，控制指令由DCS系统下发到焙烧炉；所述锌冶炼焙烧过程温度稳定控制方法包括：
[0010]采用OPC通信协议沟通焙烧炉DCS系统和工控机；
[0011]采集焙烧炉运行的历史数据保存在数据库中；所述历史数据为进料皮带转速、标准温度、进料量；
[0012]对所述历史数据进行预处理；
[0013]根据预处理后的数据利用子空间方法辨识系统模型，设计模型预测控制算法的优化控制器，基于辨识得到的预测模型计算控制量Δμ，所述控制量是皮带转速改变量；其中，辨识系统模型采用皮带转速为控制输入，标准温度为预测输出；
[0014]采用辅助规则修正所述控制量Δμ；
[0015]将所述控制量Δμ直接写入DCS并作用于焙烧炉；
[0016]以此循环，使焙烧炉焙烧全过程标准温度维持稳定。
[0017]进一步地，若所述预测模型适配则直接将控制量Δμ写入DCS系统并作用于焙烧炉；若所述预测模型不适配或者发生异常情况时，根据辅助规则修正控制量Δμ后将修理后的控制量Δμ写入DCS系统并作用于焙烧炉，控制方法是将现实中的焙烧炉转变成数据驱动的预测模型并应用于控制算法，由于现实中焙烧炉运行状态是非线性的，而辨识出的模型是线性的，只能模拟当前一段时间的运行状态，在别的时间段模型与实际可能就不一致不适配了。
[0018]进一步地，所述数据预处理方法为：
[0019]差分操作：对皮带转速和标准温度进行差分操作，若出现大量零数据则进行二次采样再进行差分，得到对应的改变值；
[0020]标准化：记S＝(s1，s2，...，s
p+q
)为建模输入输出整体数据集，进行标准化
[0021][0022]其中s
i
为列向量，向量长度为数据集样本数N，将列向量求均值并扩充到原列向量大小后记为函数sum()是对列向量各元素求和，σ为标准差；
[0023]滤波预处理：记前向滑动窗口的大小为k
F
，s(t)为S数据集矩阵中某一行向量
[0024][0025]进一步地，其特征在于，所述子空间方法辨识系统模型的具体方法为；
[0026]基于输出向量和输入向量，考虑过去和未来的k个时刻，设U＝(u1，u2，...，u
p
)是输入端可观测变量数据，Y＝(y1，y2，...，y
q
)是给定的建模输出变量数据；
[0027][0028]其中n
u
、n
y
和n
x
分别为控制量、输出量和状态量的维度，N是根据数据集大小size和超参数k求得，即N＝size
‑
2*k+1。由
输入输出矩阵，我们可以定义过去和未来的系统状态：
[0029][0030]通过QR分解，可以将输入输出矩阵转化成如下形式：
[0031][0032]其中左边的R矩阵是下三角矩阵，右边的Q矩阵是正交矩阵，其中左边的R矩阵是下三角矩阵，右边的Q矩阵是正交矩阵，观察R矩阵的第三列可以发现，过去的输入输出为零，未来的输入也为零，由此可知未来的输出也为零，故R
33
为0。由QR分解的结果得到，未来输出与已知的过去输入输出和未来输入之间的关系表达式：
[0033][0034]记得到
[0035]Y
f
＝L
w
W
p
+L
u
U
f
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0036]其中子空间预估器系数矩阵然后，将得到的子空间预估器模型作为预测模型传入模型预测控制算法；
[0037]所述模型预测控制算法为：控制器里的优化问题可以构造成如下形式：
[0038][0039]s.t.Y
f
＝L
w
W
p
+L
u
U
f
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0040]L
x
≤u(i)≤L
s
[0041][0042]式中，N
p
为预测时域，N
c
为控制时域，一般N
p
≥N
c
，选取N
p
＝N
c
＝N，＝N，且P≥0为半正定，R>0为正定，为设定的控制目标，L
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法，其特征在于，所述焙烧炉包括焙烧炉体、设置在焙烧炉皮带上获取进料皮带转速的皮带转速传感器、设置在焙烧炉获取焙烧炉沸腾层标准温度的温度传感器、设置在焙烧炉皮带上的进料皮带秤、所述皮带转速传感器、温度传感器采集的数据直接传输到DCS系统，控制指令由DCS系统下发到焙烧炉；所述锌冶炼焙烧过程温度稳定控制方法包括：采用OPC通信协议沟通焙烧炉DCS系统和工控机；采集焙烧炉运行的历史数据保存在数据库中；所述历史数据为进料皮带转速、标准温度、进料量；对所述历史数据进行预处理；根据预处理后的数据利用子空间方法辨识系统模型，设计模型预测控制算法的优化控制器，基于辨识得到的预测模型计算控制量Δμ，所述控制量是皮带转速改变量；其中，辨识系统模型采用皮带转速为控制输入，标准温度为预测输出；采用辅助规则修正所述控制量Δμ；将所述控制量Δμ直接写入DCS并作用于焙烧炉；以此循环，使焙烧炉焙烧全过程标准温度维持稳定。2.根据权利要求1所述的一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法，其特征在于，若所述预测模型适配则直接将控制量Δμ写入DCS系统并作用于焙烧炉；若所述预测模型不适配或者发生异常情况时，根据辅助规则修正控制量Δμ后将修正后的控制量Δμ写入DCS系统并作用于焙烧炉。3.根据权利要求1所述的一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法，其特征在于，所述数据预处理方法如下：差分操作：对皮带转速和标准温度进行差分操作，若出现大量零数据则进行二次采样再进行差分，得到对应的改变值；标准化：记S＝(s1，s2，...，s
p+q
)为建模输入输出整体数据集，进行标准化其中s
i
为列向量，向量长度为数据集样本数N，将列向量求均值并扩充到原列向量大小后记为函数sum()是对列向量各元素求和，σ为标准差；滤波预处理：记前向滑动窗口的大小为k
F
，s(t)为S数据集矩阵中某一行向量4.根据权利要求1所述的一种锌冶炼焙烧过程温度稳定自动控制方法，其特征在于，所述子空间方法辨识系统模型的具体方法步骤如下；基于输出向量和输入向量，考虑过去和未来的k个时刻，设U＝(u1，u2，....，u
p
)是输入端可观测变量数据，Y＝(y1，y2，...，y
q
)是给定的建模输出变量数据；
其中n
u
、n
y
和n
x
分别为控制量、输出量和状态量的维度，N是根据数据集大小size和超参数k求得，即N＝size
‑
2*k+1。由输入输出矩阵，我们可以定义过去和未来的系统状态：通过QR分解，可以将输入输出矩阵转化成如下形式：其中左边的R矩阵是下三角矩阵，右边的Q矩阵是正交矩阵，其中左边的R矩阵是下三角矩阵，右边的Q矩阵是正交矩阵，观察R矩阵的第三列可以发现，过去的输入输出为零，未来的输入也为零，由此可知未来的输出也为零，故R
33
为0。由QR分解...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云慧，阳春华，应新宇，唐燕伟，吴德浩，肖良珍，黄科科，侯丰，桂卫华，张艳晶，杜亚，柳亚斌，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：