基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统，属于富氧铜熔池熔炼过程的智能控制技术领域。本发明专利技术所述预测方法根据富氧铜熔池的熔炼过程，构建全要素数字孪生模型，将硫化铜矿品位以及目标铜损失率输送到数字孪生模型中得到初始运行参数，再利用数字孪生模型与熔炼设备的虚实联动，不断优化运行参数，从而将熔炼中的铜损失率控制在目标范围内；结合熔炼过程中的铜损失率的实时预测，绘制铜损失率趋势曲线。本发明专利技术所述预测方法能够优化熔炼操作，减少熔炼过程的铜损失，提高生产效率。本发明专利技术所述预测系统通过各模块的相互配合，可以将生产过程铜的损失率控制在目标范围内，降低能源消耗和生产成本，具有广泛的应用前景。泛的应用前景。泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统


[0001]本专利技术属于富氧铜熔池熔炼过程的智能控制
，具体涉及基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统。

技术介绍

[0002]铜工业是中国加工工业的骨干之一。20世纪70年代开始世界各地纷纷开发应用新的现代强化熔炼工艺取代传统熔炼工艺，富氧熔炼是在瓦纽科夫熔炼的基础上由我国自主开发的新工艺，这个新工艺自投入工业应用以来发展迅速，技术逐渐成熟。然而，富氧铜熔池熔炼过程中很多关键参数不能实时测量且无法预测，部分数据信息相互独立。这导致了在富氧铜熔池熔炼过程中，铜的损失率居高不下，造成了大量的铜损失，极大影响了工业整体效益。
[0003]目前，国内针对熔炼过程中的铜损失率不能在线测量与预测的问题，中国科学院沈阳自动化研究所通过机理和经验建模混合的方式，提出了一种熔炼过程铜损失率在线估计方法，以减小铜损失。但是由于有经验参数，所以对于工况波动较大的情况并不能做出精确估计，加之数据的多变量、非线性、模拟量与离散量混杂等特点，导致无法有效的解决熔炼过程铜损失率高的问题。针对熔炼过程中设备参数难以调整，国外有学者提出将熔炼过程分为两个单元，根据第一单元的制铜量，来推算当前铜损失率，从而调整设备参数减小铜的损失，但是由于两个熔炼单元生产流程长、调整过程存在时间上的滞后，不能最大程度减小铜的损失。烟台鹏晖铜业有限公司提出了一种富氧熔炼炉、贫化电炉和连续吹炉串联的方案，一定程度上实现了铜损失率的测量和预测，消除了信息孤立，将铜的损失控制在合适的范围内，但是此种方案只能针对小型熔池，熔炼产量有限，无法满足业务需求。
[0004]因此，本专利技术提供了基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统，可实现熔炼过程物理设备与虚拟设备的数据共享，进而实现物理设备与虚拟设备之间的虚实联动。从而不断优化运行参数，最终实现熔炼过程铜的损失率的实时预测，并使其保持在目标范围内。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法及系统。本专利技术所述方法可实现熔炼过程物理设备与虚拟设备的数据共享，进而实现物理设备与虚拟设备之间的虚实联动。从而不断优化运行参数，最终实现熔炼过程铜的损失率的实时预测，并使其保持在目标范围内。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法，包括如下步骤：（1）基于富氧铜熔池的熔炼过程，构建包含操作参数、过程参数、质量指标的铜熔炼过程的数字孪生模型；（2）将硫化铜矿品位3%与熔炼过程铜损失率<2%输入到数字孪生模型中，初始仿真
得到各个工艺环节的运行参数α；（3）将通过数字孪生模型仿真得到的初始化运行参数α输送到实体熔炼设备中，实体熔炼设备根据初始化运行参数α开始运行，采集熔炼设备运行过程中的实时运行参数β；（4）基于熔炼设备的实时运行参数β，通过数字孪生模型预测得到熔炼过程中的铜损失率；（5）将预测得到的铜损失率与设定的目标值进行比较，判断预测得到的铜损失率是否小于2%；（6）若预测得到的铜损失率超过2%，则通过数字孪生模型优化运行参数，并将优化后的运行参数γ输入到熔炼设备中继续运行；若预测得到的最终铜损失率低于2%，则接着判断当前熔炼设备制铜过程是否完成；（7）若熔炼制铜还未完成，则设备继续运行，获取此时实际运行参数β，重复上述步骤（4）
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（6）；若制铜完成，则结束该时间段内的铜冶炼。
[0007]作为本专利技术的优选实施方案，所述操作参数包括鼓风量、熔炼时间、吹渣时间、熔剂用量；所述过程参数包括炉温、富氧浓度、风压，所述质量指标包括铜损失率。
[0008]作为本专利技术的优选实施方案，所述运行参数α、实时运行参数β、优化后的运行参数γ均包括FSF闪速熔炼炉中的炉温、熔剂用量、熔炼时间、富氧浓度、风量、风压、以及PSC转炉中的炉温、熔剂用量、熔炼时间、富氧浓度、风量、风压、吹渣时间。
[0009]作为本专利技术的优选实施方案，所述数字孪生模型，首先基于物理生产线的多元数据信息，通过虚拟建模技术构建熔炼过程虚拟生产线，并通过物理设备数字化模型仿真预演，对工艺方案进行产能力分析、生产平衡优化，从而针对铜冶炼生产线，建立能从多个维度真实反应物理生产环境的数字孪生模型；对生产线中的物理设备进行建模需求分析，包括其几何物理、状态、规则特性进行映射，保证孪生模型可以真实的表达物理模型在现实世界中的特定运动。
[0010]所述数字孪生模型包括物理实体与数字孪生体，物理实体执行铜熔炼的工业流程，物理实体主要包括了生产设备、运输设备、物料、环境实体对象，通过铜熔炼生产线各单元的结合与协同运行，从而完成铜产品的制造、加工、运输与仓储；数字孪生体主要完成数据融合，即熔炼过程物理设备的数据与虚拟设备的数据进行连接与交互；数字孪生体反映了铜熔炼生产线物理设备与虚拟设备的映射关系；由传感器、PLC等实现物理设备数据的实时映射，并与虚拟设备进行数据传输；来自虚拟设备的数据也可以通过接口反向发回物理设备，结合控制器以实现对应的生产控制。
[0011]基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测系统，包括数据采集模块、实时预测模块、工艺参数优化模块和通信服务模块；在冶炼过程中，所述数据采集模块采集熔炼过程的实时运行参数β，通信服务模块将采集到的实时运行参数β传输到实时预测模块，预测出当前铜损失率，若铜损失率未达到要求，则工艺参数优化模块将根据当前工况优化运行参数，优化后的运行参数γ通过通信服务模块传输给相应的熔炼设备；所述通信服务模块用于数据采集模块、实时预测模块、工艺参数优化模块之间的数据传输，确保每个模块数据的实时传输。
[0012]作为本专利技术的优选实施方案，所述数据采集模块包括数据采集单元、数据预处理单元；所述数据采集单元实时采集熔炼设备运行过程中的参数；所述数据预处理单元将数
据采集单元采集到的参数进行去除极端值、填补缺失值、归一化预处理得到实时运行参数β。
[0013]作为本专利技术的优选实施方案，所述实时预测模块包括特征提取单元、算法库单元、可视化单元；所述特征提取单元接收来自数据采集模块的数据，然后提取特征减少数据的维度并捕获关键信息；所述算法库单元包含不同的预测算法和模型，算法库单元使用从特征提取单元获取的特征数据，应用适当的算法和模型来进行实时预测；所述可视化单元将预测结果可视化，使用户能够直观地理解和分析预测结果。
[0014]作为本专利技术的优选实施方案，所述特征提取单元采用主成分分析、小波变换或统计特征方法提取特征。
[0015]作为本专利技术的优选实施方案，所述算法库单元包含回归模型、决策树、神经网络模型。
[0016]作为本专利技术的优选实施方案，所述工艺参数优化模块包括优化算法单元、模型验证单元和反馈控制单元；所述优化算法单元采用基于深度学习的智能算法，将采集的实时运行参数深度融合物料流和信息流，进而完成精准的参数优化；所述模型验证单元中，将优化后的运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）基于富氧铜熔池的熔炼过程，构建包含操作参数、过程参数、质量指标的铜熔炼过程的数字孪生模型；（2）将硫化铜矿品位3%与熔炼过程铜损失率<2%输入到数字孪生模型中，初始仿真得到各个工艺环节的运行参数α；（3）将通过数字孪生模型仿真得到的初始化运行参数α输送到实体熔炼设备中，实体熔炼设备根据初始化运行参数α开始运行，采集熔炼设备运行过程中的实时运行参数β；（4）基于熔炼设备的实时运行参数β，通过数字孪生模型预测得到熔炼过程中的铜损失率；（5）将预测得到的铜损失率与设定的目标值进行比较，判断预测得到的铜损失率是否小于2%；（6）若预测得到的铜损失率超过2%，则通过数字孪生模型优化运行参数，并将优化后的运行参数γ输入到熔炼设备中继续运行；若预测得到的最终铜损失率低于2%，则接着判断当前熔炼设备的制铜过程是否完成；（7）若熔炼制铜还未完成，则设备继续运行，获取此时实际运行参数β，重复上述步骤（4）
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（6）；若制铜完成，结束该时间段内的铜冶炼。2.如权利要求1所述基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法，其特征在于，所述操作参数包括鼓风量、熔炼时间、吹渣时间、熔剂用量；所述过程参数包括炉温、富氧浓度、风压，所述质量指标包括铜损失率。3.如权利要求1所述基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测方法，其特征在于，所述运行参数α、实时运行参数β、优化后的运行参数γ均包括FSF闪速熔炼炉中的炉温、熔剂用量、熔炼时间、富氧浓度、风量、风压、以及PSC转炉中的炉温、熔剂用量、熔炼时间、富氧浓度、风量、风压、吹渣时间。4.基于数字孪生的富氧铜熔池铜损失率在线预测系统，包括数据采集模块、实时预测模块、工艺参数优化模块和通信服务模块；在冶炼过程中，所述数据采集模块采集熔炼过程的实时运行参数β，通信服务模块将采集到的实时运行参数β传输到实时预测模块，预测出当前铜损失率，若铜损失率未达到要求，则工艺参数优化模块将根据当前工况优化运行参数，优化后的运行参数γ通过通信服务模块传输给相...

【专利技术属性】
技术研发人员：马军，马怀波，李祥，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：