分類號 密級 U D C 編號 中南大學 士學位論文 論文題目 砂狀氧化鋁連續(xù)碳酸化分 解過程實時監(jiān)控系統(tǒng) 學科、專業(yè) 控制理論與控制工程 研究生姓名 張 毅 導師姓名及 專業(yè)技術(shù)職稱 桂 衛(wèi) 華 教 授 要 連續(xù)碳酸化分解是一個長流程、大滯后的復(fù)雜生產(chǎn)過程，工況很不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)突發(fā)性事故， 存在嚴重的安全隱患， 而且主要依靠工人經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)閥門，勞動強度大，受人為因素影響大。因此，如何消除安全隱患、提高分解過程的自動化水平是連續(xù)碳酸化分解過程亟待解決的問題。 本文運用軟測量技術(shù)和專家系統(tǒng)方法，開發(fā)了連續(xù)碳酸化分解過程實時監(jiān)控軟件，解決分解過程的實時安全監(jiān)控與分解梯度監(jiān)控等問題，其主要研究內(nèi)容如下： 1. 結(jié)合連續(xù)碳酸化分解過程的機理特征和經(jīng)驗知識， 設(shè)計了基于專家系統(tǒng)的分解過程實時安全監(jiān)控器，實現(xiàn)分解過程實時安全監(jiān)控； 2. 針對進料量難以用常規(guī)檢測儀表進行檢測的特點，通過推導高位槽液位、閥門開度及進料量的函數(shù)關(guān)系，建立了進料量的軟測量模型； 3. 基于連續(xù)碳酸化分解過程工藝特點，結(jié)合專家系統(tǒng)方法和軟測量技術(shù)，提出了首槽進料量的報樣控制和穩(wěn)定控制，設(shè)計了首槽進料量混合控制模型； 4. 利用 +具開發(fā)了連續(xù)碳酸化分解過程實時監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對 動閥門和進料電動閥門的閉環(huán)調(diào)節(jié)。 應(yīng)用結(jié)果表明：首槽、末槽分解率標準偏差分別減少 ，末槽分解率提高了 穩(wěn)定了分解過程，優(yōu)化了分解梯度，提高了產(chǎn)量；同時監(jiān)控軟件對生產(chǎn)過程進行了有效報警，確保了生產(chǎn)安全，并實現(xiàn)了分解崗位數(shù)據(jù)的綜合管理，減輕了工人勞動強度。 關(guān)鍵詞： 連續(xù)碳酸化分解，安全監(jiān)控，分解梯度，專家系統(tǒng)，軟測量 s a of it on s to of is by So to of of is a to be of is in in is as 1. On of is is on to 2. to by a is in by of of of 3. on of of as of of is in 4. of of by +is of of 2% is At of is by of of in is s 南大學碩士學位論文 目錄 錄 第一章 緒論.題來源與意義. .化鋁生產(chǎn)分解過程綜合自動化現(xiàn)狀. .家系統(tǒng)（復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用. .究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排. . 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)研究內(nèi)容. . 論文結(jié)構(gòu)安排. .二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計. .續(xù)碳酸化分解工藝過程與分析. . 影響進料量調(diào)節(jié)的因素分析. . 影響安全生產(chǎn)的因素分析. .續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計. .結(jié). 第三章 連續(xù)碳酸化分解過程安全監(jiān)控模型. .全監(jiān)控參數(shù)選擇 . .于專家系統(tǒng)方法的安全監(jiān)控模型. . 分解過程數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理. . 基于產(chǎn)生式規(guī)則的監(jiān)控知識庫. . 安全監(jiān)控過程推理機的實現(xiàn). . 分解過程安全監(jiān)控結(jié)論解釋. .全監(jiān)控模型應(yīng)用及結(jié)果分析. .結(jié). 第四章 首槽進料量控制. .槽進料量總體控制模型. .料量報樣控制. . 進料調(diào)節(jié)專家控制器. . 基于液位的修正模型與基于其他成分的修正模型. . 進料量報樣控制量的計算. .料量穩(wěn)定控制. . 進料量軟測量. . 進料量穩(wěn)定控制. .用結(jié)果及分析. .結(jié). 第五章 系統(tǒng)功能及實現(xiàn). .除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 目錄 V 續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu). .續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能模塊介紹. . 軟件結(jié)構(gòu)圖 . . 功能模塊介紹. .信模塊的實現(xiàn). . 遠程數(shù)據(jù)讀取技術(shù). . 基于 范的專家優(yōu)化計算機與實時監(jiān)控機的通信技術(shù).結(jié). 第六章 結(jié)論與下一步工作. .論. 一步工作.考文獻. 56 致 謝. .研期間主要成果. .除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 題來源與意義 我國的鋁土礦多為 1 水鋁土礦，氧化鋁生產(chǎn)主要采用混合法和燒結(jié)法，受礦石及生產(chǎn)條件的限制，我國氧化鋁產(chǎn)品仍以粉狀和中間狀為主，強度差。為了降低能耗和保護環(huán)境， 國內(nèi)外電解鋁廠逐漸采用大型中間自動點式下料預(yù)焙陽極電解槽及煙氣干法凈化技術(shù)，對原料氧化鋁的物化性質(zhì)提出了日益嚴格的要求，只有流動性好，吸附能力強、強度大的砂狀氧化鋁才能滿足生產(chǎn)需要。因此，砂狀氧化鋁是當前世界氧化鋁生產(chǎn)的發(fā)展趨勢12 。 1999 年中國鋁業(yè)集團中州分公司開發(fā)“強化燒結(jié)法生產(chǎn)砂狀氧化鋁的新工藝” ，于 2003 年通過專家鑒定并開始投入工業(yè)生產(chǎn)。在新工藝中， 80%以上的砂狀氧化鋁通過連續(xù)碳酸化分解得到3，其工藝過程將決定最終產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)過程中的“關(guān)節(jié)”工序。 中州分公司燒結(jié)法氧化鋁廠連續(xù)碳酸化分解工序包括 2個高位槽和 3組分解槽（現(xiàn)場俗稱 I 組、 、 ） ，每組分解槽由 6 個分解槽組成。目前，分解工序每小時檢測一次化學成分， 操作工人根據(jù)成分結(jié)果手工調(diào)節(jié) 制合適的進料量和 檢測儀表限制，目前樣品成分只能離線檢測，成分結(jié)果一般滯后半小時，對分解過程各項參數(shù)的調(diào)節(jié)具有明顯的滯后性，而且操作工人需跑到 20 米以外的現(xiàn)場調(diào)節(jié)兩組分解槽（分解工序每次運行兩組分解槽，另一組檢修備用）相關(guān)閥門的開度，勞動強度大，人為因素影響大；分解工序上接脫硅工序、下聯(lián)過濾過程，與外界具有強關(guān)聯(lián)性，工況很不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)各種工藝故障，存在嚴重的安全隱患。因此，如何提高分解過程的自動化水平、消除安全隱患是連續(xù)碳酸化分解工序亟待解決的問題。 為此，中州分公司和中南大學信息科學與工程學院共同合作，研究開發(fā)“砂狀氧化鋁連續(xù)碳酸化分解過程優(yōu)化控制系統(tǒng)”項目。該課題旨在運用先進測量技術(shù)和人工智能方法，綜合冶金冶煉知識，解決連續(xù)碳酸化分解過程的實時安全監(jiān)控與優(yōu)化控制等問題，提高分解工序的自動化水平。 化鋁生產(chǎn)分解過程綜合自動化現(xiàn)狀 氧化鋁生產(chǎn)過程的分解工序主要有加晶種分解 （簡稱種分） 和碳酸化分解 （簡稱碳分）兩類，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁一般采用種分，而混合法與燒結(jié)法則兩者都采用。分解工序的產(chǎn)出結(jié)果直接決定了氧化鋁的質(zhì)量與產(chǎn)量，其自動化水平的高低成為整個氧化鋁廠提產(chǎn)增效的關(guān)鍵， 因此許多氧化鋁廠曾集中精力對分解工序的綜合自動化進行研究與實踐。 刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 2 早期國內(nèi)外氧化鋁廠主要通過安裝模擬儀表（如機械壓力表） 、改進設(shè)備以及人工測量的方法 （如通過分解槽頂小孔， 人工測量分解槽液位） 獲得過程參數(shù)，為工人操作提供必要的信息。 這一時期的工作主要集中在單個儀表或設(shè)備的改進與應(yīng)用上，其典型的例子就是曾獲日本專利4的分解槽改造工作，他們在原分解槽機械攪拌的基礎(chǔ)上，增加了同心管、擋板、錐形罩、垂直擋板、進出懸濁液管等裝置，使得分解槽懸濁液密度可保持在一定范圍內(nèi)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力的保證。 上世紀七十年代初集散系統(tǒng)（ 可編程邏輯控制器（ 出現(xiàn)5，推動了工業(yè)過程自動化進程， 漸取代模擬控制儀表完成過程控制。它們既綜合了計算機數(shù)字技術(shù)、集中控制和模擬儀表經(jīng)典控制方法的優(yōu)點，同時又彌補了兩者的不足，在更為安全可靠的基礎(chǔ)上，完成更高水平的生產(chǎn)過程管理的工業(yè)自動化，在氧化鋁行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 法國的彼施涅鋁業(yè)公司和美國鋁業(yè)公司的澳大利亞賓加拉（ 通過裝備美國霍尼韋爾公司（ 集散系統(tǒng)（ ，提高了生產(chǎn)力水平。俄羅斯氧化鋁廠的自動控制系統(tǒng)已從單工序的統(tǒng)向全工藝過程大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)過渡，并設(shè)計、掌握第三代電子計算機為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，在生料制備、熟料溶出、赤泥沉降洗滌、堿液蒸發(fā)、碳酸化分解及氧化鋁焙燒等工序中得到了應(yīng)用6。 國內(nèi)對分解過程自動控制的研究起步較晚， 但發(fā)展迅速。 我國除平果鋁廠外，其它鋁廠都采用燒結(jié)法或混合法生產(chǎn)氧化鋁，不能照搬國外拜耳法的經(jīng)驗與技術(shù)，而必須開發(fā)符合自身具體情況的先進控制系統(tǒng)。 國家曾將“中國長城鋁業(yè)公司綜合計算機控制分解工序計算機控制系統(tǒng)”列為八五攻關(guān)項目，張石、蔡惠龍等7人在此課題的基礎(chǔ)上提出基于工控機與 化鋁分解工序控制系統(tǒng)，對 1 3液位運用傳統(tǒng)的 制，并選用美國計算機技術(shù)公司的監(jiān)控軟件 系統(tǒng)進行組態(tài)監(jiān)控，最終實現(xiàn)種分分解率的控制，雖然構(gòu)成了兩級監(jiān)控系統(tǒng)，但由于沒有解決分解過程檢測和控制的難題，仍然沒有取得較好的效果。張平民，陳啟元等人8針對砂狀氧化鋁生產(chǎn)實踐，基于熱力學與動力學原理以及生產(chǎn)過程穩(wěn)態(tài)運行等假設(shè)，推導出砂狀氧化鋁生產(chǎn)過程首槽溫度控制預(yù)測的準理論模型， 用于指導并控制砂狀氧化鋁生產(chǎn)，他們從分解機理出發(fā)，基于分解系統(tǒng)大滯后的特點，引入了先進的預(yù)測控制思想，但沒有對整個分解過程建模，只是通過局部模型的修正，沒有從根本上解決問題，在實際應(yīng)用中還存在困難。陳湘輝、劉鑄戰(zhàn)等人9采用兩級計算機系統(tǒng)，控制層運用人機協(xié)調(diào)智能控制、固含模糊控制、自適應(yīng) 制等技術(shù)，對種子提升量進行控制，管理層則完成數(shù)據(jù)處理，報警，報表顯示等工作，構(gòu)成種刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 3 分工序的全面生產(chǎn)管理系統(tǒng)，具有較好的應(yīng)用價值。 上述文獻和資料有一個共同特點， 即都是綜合自動化在種分過程的應(yīng)用與研究，對碳分過程的研究卻很少，主要原因有二：第一，國外氧化鋁廠基本采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，其分解工序采用種分方式；第二，國內(nèi)在很長一段時間內(nèi)將大部分精力放在連續(xù)碳酸化分解生產(chǎn)機理的研究與工藝改造上， 使其綜合自動化研究起步較晚。 山東分公司（山東鋁廠）在 20 世紀 90 年代中期開始了連續(xù)碳酸化分解工業(yè)生產(chǎn)，裝備了部分自動化設(shè)備，一度成為國內(nèi)各大鋁廠學習的典型，但因連續(xù)碳酸化分解過程復(fù)雜，涉及的儀表、設(shè)備多，最終沒有實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。 目前，中州分公司連續(xù)碳酸化分解工序采用美國 司的可編程邏輯控制器（ 戴爾（ 司的工控機構(gòu)成“兩級控制系統(tǒng)” ，對工藝過程參數(shù)進行組態(tài)監(jiān)控，實時顯示分解過程參數(shù)，為連續(xù)碳酸化分解操作提供依據(jù)。該“兩級控制系統(tǒng)”實現(xiàn)了兩個功能:實現(xiàn)大部分過程參數(shù)的在線采集與顯示，并利用組態(tài)軟件顯示相應(yīng)的參數(shù)趨勢圖，便于操作工人查閱；將部分手動執(zhí)行器改為電動執(zhí)行器，為實現(xiàn)整個工序的自動化奠定了基礎(chǔ)。但由于沒有引入先進控制的方法以及受儀器裝備水平限制，出現(xiàn)“只裝不用”的現(xiàn)象，仍存在如下問題： 1) 目前主要依靠操作工人根據(jù)成分檢測結(jié)果，手動調(diào)節(jié)各項參數(shù)，自動化水平低，容易受人為因素影響。 2) 受現(xiàn)有分析儀器的限制，成分結(jié)果滯后采樣半小時左右，導致對分解槽各項參數(shù)的調(diào)節(jié)具有明顯的滯后性，經(jīng)常無法為下游工序提供適量的分解母液，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量，給生產(chǎn)操作和指標控制帶來困難。 3) 分解工序接納上游脫硅工序的鋁酸鈉溶液，并向下游過濾過程提供分解母液，而且分解過程中需要的 料風分別由石灰爐、低壓戰(zhàn)供應(yīng)。因此，分解工序與外界具有強關(guān)聯(lián)性，造成突發(fā)事故的因素多，存在嚴重的安全隱患。 連續(xù)碳酸化分解是一個長流程、大滯后、大慣性的復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程，很難對分解過程建立精確的數(shù)學模型，用傳統(tǒng)方法對其進行控制顯得很困難，而專家系統(tǒng)等人工智能方法的產(chǎn)生與發(fā)展為解決此類問題提供了新的途徑。 家系統(tǒng)在復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 專家系統(tǒng)（ 人工智能（ 研究的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，在國外也被稱為知識庫專家系統(tǒng)，與自然語言理解、機器人一起并列為 究最活躍的三大領(lǐng)域1114。 專家系統(tǒng)1517是一種具有專家級水平，基于知識的智能化計算機程序。它吸取人工控制系統(tǒng)的經(jīng)驗，對復(fù)雜的難以用數(shù)學模型描述的非線性、時變性等工刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 4 業(yè)過程，具有響應(yīng)快、超調(diào)小、對參數(shù)變化不甚敏感等特點，因此在許多系統(tǒng)控制上得到應(yīng)用，尤其在過程控制與監(jiān)控1821、故障診斷領(lǐng)域2224專家系統(tǒng)已經(jīng)取得實際成效。 桂衛(wèi)華，劉曉穎等人在文獻18中針對診斷領(lǐng)域的特點，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于鉛鋅冶煉過程故障診斷， 建立了密閉鼓風爐故障診斷集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用專家診斷策略及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習算法，發(fā)揮兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢，成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，為研究密閉鼓風爐的故障診斷提供新途徑。林濟群，江暉等人在文獻19中針對國內(nèi)電站鍋爐煤種不穩(wěn)定、負荷變動頻繁、操作運行人員工作強度大等特點， 提出用實時專家系統(tǒng)的方法實現(xiàn)鍋爐運行管理的安全保護思想，并討論了專家經(jīng)驗性知識和機理性領(lǐng)域知識相結(jié)合使用的方法、數(shù)據(jù)庫的生成機制以及推理機的工作方式， 是專家系統(tǒng)方法在過程監(jiān)控方面的應(yīng)用典范。文獻20中，劉祥官，劉顯著等人針對高爐爐況復(fù)雜的特點，著重探討了如何建立將工藝語言轉(zhuǎn)換為計算機可識別語言的模型， 提出了基于專家知識系統(tǒng)的爐況診斷模型，提高了工長操作的智能化水平，實現(xiàn)了專家系統(tǒng)在操作、技術(shù)、管理“三位一體”的應(yīng)用，有較強的借鑒意義。文獻21提出基礎(chǔ)自動化和過程自動化兩模塊，構(gòu)成水泥回轉(zhuǎn)窯實時專家控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)適應(yīng)水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程參數(shù)滯后大，非線性嚴重且檢測困難的狀況，并結(jié)合水泥回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)的實際情況，論述了實時專家控制系統(tǒng)的知識表示方法和推理機的算法，為復(fù)雜工業(yè)過程如何應(yīng)用專家系統(tǒng)思想提供了一種新的方法。此外，許穎原，俞金壽22利用專家系統(tǒng)開發(fā)工具 發(fā)了 障診斷專家系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)，并給出該系統(tǒng)在石油化工行業(yè)的實際應(yīng)用。易粟，徐用懋等23總結(jié)了高爐領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗知識，運用 家系統(tǒng)開發(fā)工具，開發(fā)了高爐異常爐況診斷專家系統(tǒng)。 綜上所述，專家系統(tǒng)可以總結(jié)和利用人的知識和操作經(jīng)驗，對數(shù)學模型的依賴性小，能適用于難以建模、具有一定不確定性的復(fù)雜工業(yè)過程的控制24。 究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排 續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)研究內(nèi)容 砂狀氧化鋁連續(xù)碳酸化分解過程實時監(jiān)控系統(tǒng)旨在解決分解過程的監(jiān)控問題，實時監(jiān)控在本文中有兩層含義： 1) 實現(xiàn)連續(xù)碳酸化分解過程實時安全監(jiān)控； 2) 實時監(jiān)控連續(xù)碳酸化分解過程分解梯度并及時調(diào)節(jié)首槽進料量。 文獻 1將連續(xù)碳酸化分解過程分成四個階段，為防止局部過分，各槽分解刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 5 率要求控制在一定的范圍內(nèi)，該范圍稱作分解梯度，又稱分解率梯度。分解梯度根據(jù)連續(xù)碳酸化分解機理和長期生產(chǎn)實踐摸索確定，維持合適穩(wěn)定的分解梯度，防止局部過分或欠分，是保證氧化鋁質(zhì)量與產(chǎn)量的關(guān)鍵。 連續(xù)碳酸化分解機理表明，只有掌握適宜的首槽分解率，才能控制好分解梯度；生產(chǎn)實踐也證明，首槽的分解率和分解梯度控制不好，不僅影響產(chǎn)品粒度，還使產(chǎn)品硅含量升高，降低產(chǎn)品質(zhì)量。因此，控制分解梯度關(guān)鍵在于控制首槽分解率。實際生產(chǎn)中，為了不打破碳酸化分解過程的自平衡，一般不調(diào)節(jié)首槽 通過維持合適、穩(wěn)定的首槽進料量調(diào)節(jié)首槽分解率，達到控制分解梯度的目的，因此，本文著重介紹首槽進料量的調(diào)節(jié)問題。 鑒于專家系統(tǒng)具有靈活性、適應(yīng)性25的特點以及成功的工業(yè)應(yīng)用，本文針對連續(xù)碳酸化分解的工業(yè)現(xiàn)狀，基于碳酸化分解的機理特征和長期的操作經(jīng)驗知識，利用專家系統(tǒng)思想，設(shè)計了安全監(jiān)控模型與首槽進料混合調(diào)節(jié)模型，實現(xiàn)連續(xù)碳酸化分解過程實時安全監(jiān)控和分解梯度優(yōu)化控制，其主要研究內(nèi)容如下： 1) 基于專家系統(tǒng)方法，建立連續(xù)碳酸化分解過程實時安全監(jiān)控模型，實現(xiàn)分解過程安全監(jiān)控；安全生產(chǎn)是企業(yè)生產(chǎn)的前提與基礎(chǔ)，連續(xù)碳酸化分解工序工況復(fù)雜，設(shè)備、儀表繁多，并伴有強腐蝕性的鋁酸鈉溶液及高濃度的 全問題不容忽視，如何保證分解過程的安全性是氧化鋁廠、分解車間的重點工作。 2) 應(yīng)用專家系統(tǒng)方法和軟測量技術(shù)，提出了首槽進料量的報樣控制和穩(wěn)定控制，設(shè)計了基于時序控制的首槽進料量混合控制模型，實現(xiàn)分解梯度的優(yōu)化控制； 3) 開發(fā)連續(xù)碳酸化分解過程實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了分解率梯度優(yōu)化控制、 生產(chǎn)過程安全監(jiān)控以及分解工序數(shù)據(jù)的綜合管理， 完成數(shù)據(jù)自動錄入、 計算、生成報表和趨勢圖等功能，為車間管理提供幫助，供現(xiàn)場操作人員參考分析。 文結(jié)構(gòu)安排 本文主要通過采用專家系統(tǒng)、軟測量方法，利用冶金和化工原理等領(lǐng)域知識對氧化鋁連續(xù)碳酸化分解過程進行機理分析， 確定了影響連續(xù)碳酸化分解過程的關(guān)鍵參數(shù)，通過多種學科理論與技術(shù)的集成融合，建立首槽進料量混合控制模型及實時安全監(jiān)控專家系統(tǒng)，實現(xiàn)連續(xù)碳酸化分解過程實時監(jiān)控。 文章首先闡述課題來源和研究該課題的深遠意義， 簡要綜述氧化鋁分解工序的綜合自動化現(xiàn)狀；介紹專家系統(tǒng)方法在復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并概括出文章的研究內(nèi)容和方法。 第二章介紹砂狀氧化鋁連續(xù)碳酸化分解工藝過程， 分析影響進料調(diào)節(jié)與安全生產(chǎn)的因素，提出實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。 刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第一章 緒論 6 第三章針對連續(xù)碳酸化分解過程強關(guān)聯(lián)、大慣性、復(fù)雜的特點，開發(fā)分解過程實時安全監(jiān)控模型。首先將碳酸化分解過程的機理特征和經(jīng)驗知識進行分類，然后采用面向?qū)ο蟮漠a(chǎn)生式規(guī)則表示知識，設(shè)計基于規(guī)則的監(jiān)控知識庫，最后描述基于啟發(fā)式搜索的監(jiān)控推理機，并對現(xiàn)場運行結(jié)果加以分析，表明系統(tǒng)的可靠性與適用性。 第四章主要闡述首槽進料量控制方案， 提出基于專家系統(tǒng)的整點報樣控制和基于軟測量模型的穩(wěn)定控制，重點闡述了進料量的軟測量模型，并對模型進行實驗驗證。 第五章介紹系統(tǒng)功能與實現(xiàn)，包括連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，軟件結(jié)構(gòu)與功能，重點闡述遠程數(shù)據(jù)導入、基于 范的雙機（專家優(yōu)化機與實時監(jiān)控機）通信等關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)。 第六章為結(jié)束語，對連續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用予以總結(jié)，結(jié)合發(fā)展要求和趨勢，指出下一步的工作重點。 刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 7 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 續(xù)碳酸化分解工藝過程與分析 連續(xù)碳酸化分解過程是一個有氣、液、固三相參加的復(fù)雜多相反應(yīng)，其任務(wù)是生產(chǎn)較高純度、較大硬度和較大形狀的 H)3，并為下游工序提供合格的碳酸化分解母液。一般認為，在鋁酸鈉溶液中通入 和溶液中的苛性堿，使溶液的分子比降低，從而降低溶液的穩(wěn)定性，引起溶液的分解26，化學反應(yīng)如式（ 2（ 2。 2 2 (2H)4= H)3 + (2氫氧化鋁晶體析出過程可分為以下四個階段26： （1）誘導期； （2）晶核形成期； （3）晶體長大期； （4） 核形成期，吸附能力強，容易吸附適當控制 體長大期，結(jié)晶過快，會使 H)3晶體形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)疏松，易于破碎，該時期要適當控制 少 為了縮短燒結(jié)法與拜耳法在產(chǎn)品質(zhì)量上的差距，進一步提高燒結(jié)法產(chǎn)品質(zhì)量，人們對連續(xù)碳酸化分解機理及分解工藝的研究不斷深入，使連續(xù)碳酸化分解工藝得到不斷改進，由最初的間斷分解（單槽分解、雙槽分解、三槽分解）發(fā)展到連續(xù)分解，特別是連續(xù)碳酸化分解技術(shù)投入工業(yè)生產(chǎn)，在提高設(shè)備產(chǎn)能、減輕勞動強度、 改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面成效顯著， 很快在燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中得到推廣。 中州分公司依據(jù)分解理論，積極開展連續(xù)碳酸化分解的工藝改進工作，通過實驗室實驗和生產(chǎn)實踐摸索， 逐漸將連續(xù)碳酸化分解工藝由單槽間斷分解發(fā)展到四槽連續(xù)分解、五槽連續(xù)分解，最后形成現(xiàn)在的六槽連續(xù)分解10，并積極裝備電氣設(shè)備、推進自動化控制。 目前六槽連續(xù)碳酸化分解工藝流程如圖 2示。 經(jīng)脫硅送來的合格精液首先進入起穩(wěn)定作用的高位槽，從高位槽底部自壓進入 1分解槽，用低壓風提料進 2分解槽，同樣的方法依次將料提入后面槽子。前 5 臺槽子根據(jù)分解率要求通入一定量 槽作為出料槽，檢測合格后由出料泵打到沉降槽，沉降底流送往氫氧化鋁過濾機過濾，得到氫氧化鋁產(chǎn)品。 實際生產(chǎn)中，提料風一般情況下不做調(diào)節(jié)，以免打破系統(tǒng)的自平衡，1槽處于誘導期、2、3槽處于晶核形成期,需要大量的 般將 13 其充分分解；6槽為 防止大量的 免產(chǎn)品不合格，一般不通 整個優(yōu)刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 8 化控制系統(tǒng)中，只有 4、 5 在連續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)中，主要是控制首槽分解率，只要調(diào)節(jié)首槽進料量即可。 響進料量調(diào)節(jié)的因素分析 連續(xù)碳酸化分解過程是氧化鋁生產(chǎn)中一個承前啟后的環(huán)節(jié)， 接受上游車間的精液，并向下游車間提供連續(xù)碳酸化分解母液，具有強關(guān)聯(lián)性與強耦合性，進料量的調(diào)節(jié)受眾多因素的影響，主要有： 1）末槽分解率控制目標 根據(jù)總廠不同時期的生產(chǎn)任務(wù)， 連續(xù)碳酸化分解崗位有不同的末槽分解率控制目標。正常情況下，末槽分解率一般要求控制在 92%94%之間，對應(yīng)的首槽分解率優(yōu)化設(shè)定在 27%左右；當需要提高產(chǎn)量時，因為末槽分解率較高（ 94%96%） ，首槽分解率的設(shè)定值也應(yīng)適當增加，一般在 29 %左右?？梢?，末槽分解率控制目標（簡稱末槽控制目標）是影響進料量調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素之一。 2）首槽實際分解率 通入相同的 槽進料量多，則分解率低；進料量少，則分解率高，即進料量的多少直接影響首槽實際分解率。反過來，首槽實際分解率直接反映了首槽進料量的多少，因此，實際生產(chǎn)中，根據(jù)成分計算得到的首槽實際分解率是操作工人調(diào)節(jié)進料量的主要依據(jù)。 3） 1分解槽氧化鋁含量（氧化鋁含量以下簡稱 化與 2 化 因為 12槽的 料量的多少直接影響 1化與 2化。換而言之，后者直接反映前者的變化，對前者的調(diào)節(jié)有重要的指導作用。 4）高位槽液位及其變化 維持進料量穩(wěn)定，是保證連續(xù)碳酸化分解過程生產(chǎn)優(yōu)化穩(wěn)定的關(guān)鍵，而高位槽液位因工況變化經(jīng)常波動， 導致進料量不穩(wěn)定， 因此當高位槽液位發(fā)生變化時，要及時調(diào)節(jié)進料閥門開度，維持進料量穩(wěn)定。 5） 提料風 1# 2#3#4#5#6# 高位槽 圖 2續(xù)碳酸化分解工藝流程 圖 脫硅精液 刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 9 由連續(xù)碳酸化分解機理可知， 料” ， 需適當加大進料量；相反，如果 要適當減小進料量。但 變化具有偶然性與隨機性，操作工應(yīng)根據(jù)監(jiān)控界面提供的參數(shù)變化及時與石灰爐聯(lián)系，采取相應(yīng)的修正措施。 6）出料情況 出料是否暢通對進料量調(diào)節(jié)有一定影響，6出料槽的液位不能太高，超過某個警戒值（工藝上規(guī)定上限為 10 米） ，則要加大出料量。但有時下游工序的碳酸化分解母液不能及時排出，末槽不能順暢出料，此時要采取減小進料和 止過分現(xiàn)象。 7） 3 6的 化以及 2 6的分解率 目前操作工人在調(diào)節(jié)進料量時， 一般參照 2 6 分解率的變化趨勢，如果變化不大，則不考慮其影響；如果變化較大，出現(xiàn)普遍過分或者普遍欠分的現(xiàn)象，則要考慮其修正作用。 8）原液 續(xù)碳酸化分解是一個長流程工藝過程，與上游工序聯(lián)系緊密，通常上游原液 波動不大，若出現(xiàn)波動很大的情況，則要適當加大或減小進料，減少成分變化帶來的影響。 綜上所述：末槽控制目標、首槽分解率、 1 化和 2 化是影響進料量調(diào)節(jié)的關(guān)鍵因素， 本文以上述四個關(guān)鍵因素建立了首槽進料量調(diào)節(jié)專家知識庫，設(shè)計了進料量優(yōu)化控制模塊，完成進料量調(diào)節(jié)。 響安全生產(chǎn)的因素分析 安全生產(chǎn)是一切工作的中心，而連續(xù)碳酸化分解生產(chǎn)工況復(fù)雜，一旦操作失誤，不但會陷于運行的被動局面，且容易釀成事故，危及人身安全，影響安全生產(chǎn)的主要因素有： 1）現(xiàn)場工況惡劣 上游來的鋁酸鈉溶液經(jīng)常帶有大量浮游物，使得高位槽液位計經(jīng)常失靈；鋁酸鈉溶液與 致分解槽液位計經(jīng)常失靈，操作人員經(jīng)常被誤導，不能及時采取措施，容易發(fā)生冒槽事故。 2）涉及的機械設(shè)備多且復(fù)雜 連續(xù)碳酸化分解過程涉及到 2 個高位槽、18 個分解槽、3 個進料電動閥門、18 個 8 個提料風電動閥門、18 臺攪拌機以及若干管道等，機械設(shè)刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 10 備多，且復(fù)雜程度不一，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會使分解過程受到影響。 3）連續(xù)碳酸化分解過程與外界的關(guān)聯(lián)緊密 它容納上游來的鋁酸鈉溶液，又向下游工序（過濾車間）提供合格的分解母液，高位槽和末槽經(jīng)常出現(xiàn)空槽和冒槽等事故，如不及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，則會危及人身安全。另外，作為反應(yīng)物質(zhì)的 波動較大，則會打破整個分解工序自平衡，使整個分解系統(tǒng)失控。 4）鋁酸鈉溶液的強腐蝕性 鋁酸鈉溶液具有較強的腐蝕性，容易灼傷人體、危及生命安全。 續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)安裝在專家優(yōu)化計算機上， 要實現(xiàn)專家優(yōu)化機替代槽上崗位的操作工人對連續(xù)碳酸化分解的監(jiān)控，實現(xiàn)分解過程的自動控制，系統(tǒng)就必須具備模擬操作工人智力勞動過程的能力。 有鑒于此， 本文依照 “優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)”的連續(xù)碳酸化分解目標和冶金過程中主操作業(yè)的內(nèi)容和步驟，提出連續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計，如圖 2示。 該系統(tǒng)包含 7 大模塊：數(shù)據(jù)庫模塊、設(shè)備儀表診斷模塊、槽況監(jiān)控模塊、進料量軟測量模塊、進料量控制模塊、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置模塊和報表管理生成模塊。各個模塊在專家優(yōu)化機內(nèi)部的工作主要分為兩類： 一類是安全監(jiān)控、生產(chǎn)管理與優(yōu)化設(shè)置。當最新的自動采集數(shù)據(jù)或分析檢測數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫后，系統(tǒng)自動運行設(shè)備儀表診斷模塊、槽況監(jiān)控模塊，按照滿足設(shè)定的時間或條件要求，專家優(yōu)化機自動在人機會話界面顯示模型運算結(jié)果，給出操作的智能化提示，對異常情況及時報警，崗位主操根據(jù)提示進行決策，采取相應(yīng)的操作措施。而系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置模塊、報表管理生成模塊則由主操根據(jù)實際 生產(chǎn)的需要，通過人機會話界面點擊各項子菜單得到。 另一類是進料量調(diào)節(jié)模塊，主要包括進料量軟測量模塊、流量穩(wěn)定控制器、分解率計算模型、進料調(diào)節(jié)專家控制器等部分。流量穩(wěn)定控制器和進料調(diào)節(jié)專家控制器兩者的控制量由時序控制器協(xié)調(diào)輸出給控制對象進料閥門， 實現(xiàn)進料量的合理調(diào)節(jié)。同時，用戶（崗位主操）也可以根據(jù)實際情況，通過人機界面設(shè)定進料閥門開度，達到調(diào)節(jié)進料量的目的。 在該系統(tǒng)中，各模塊功能如下： 數(shù)據(jù)庫模塊包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化參數(shù)庫以及專家知識庫三個部分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫保存現(xiàn)場 時采集的工藝過程參數(shù)（如液位、壓力等） ，定時從分析檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)讀取分解槽的成分檢測結(jié)果， 供實時監(jiān)控模塊和進料量控制模塊 刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第二章 連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 11 圖 2續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 調(diào)用；優(yōu)化參數(shù)庫保存系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置的各項指標，如分解梯度、工藝參數(shù)經(jīng)驗幅值等；專家知識庫是連續(xù)碳酸化分解監(jiān)控系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)進料調(diào)節(jié)和連續(xù)碳酸化分解過程實時安全監(jiān)控的前提與基礎(chǔ)，主要包括進料量調(diào)節(jié)專家知識庫、安全監(jiān)控專家知識庫兩部分。 設(shè)備儀表診斷模塊與槽況監(jiān)控模塊構(gòu)成安全監(jiān)控子系統(tǒng)， 定時從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)安全監(jiān)控推理機計算推理，實時監(jiān)控連續(xù)碳酸化分解過程的各項參數(shù)，對異常信息給出報警和安全操作提示。 進料量軟測量模塊則是為了解決進料量難以用常規(guī)檢測儀表進行測量的問題，綜合流體力學、化工原理等領(lǐng)域的相關(guān)知識，建立進料量計算模型，該模型反映了進料量與高位槽液位、閥門開度之間的關(guān)系。 報表管理生成模塊完成連續(xù)碳酸化分解工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢、曲線顯示與報表生成，實現(xiàn)連續(xù)碳酸化分解工藝操作數(shù)據(jù)綜合管理。 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置模塊是用戶根據(jù)不同時期的生產(chǎn)任務(wù)和工藝生產(chǎn)的實際情況，通過相關(guān)菜單設(shè)置報警幅值、分解梯度等系統(tǒng)參數(shù)，便于系統(tǒng)維護。 進料量控制模塊包括流量穩(wěn)定控制器、進料調(diào)節(jié)專家調(diào)節(jié)器、時序控制器及進料閥門調(diào)節(jié)等幾部分，實現(xiàn)進料量的合理調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定的進料量。 結(jié) 本章從氧化鋁連續(xù)碳酸化分解工藝過程出發(fā)，簡單介紹連續(xù)碳酸化分解工藝，討論影響進料調(diào)節(jié)和安全生產(chǎn)的主要因素，提出了連續(xù)碳酸化分解實時監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并闡述了各模塊的主要功能。刪除的內(nèi)容 : 1中南大學碩士學位論文 第三章 連續(xù)碳酸化分解生產(chǎn)過程實時 安全 監(jiān)控 模型 12 第三章 連續(xù)碳酸化分解過程安全監(jiān)控模型 分解過程的安全事故主要包括冒槽、空槽、電機突然跳停等現(xiàn)象。冒槽包括高位槽冒槽和分解槽冒槽兩種情況，鋁酸鈉溶液具有強腐蝕性，冒槽時大量鋁酸鈉溶液外溢，嚴重危及人身安全，而且造成周圍地面環(huán)境污染，浪費生產(chǎn)原料、增加生產(chǎn)成本?？詹壑饕父呶徊垡何惶蜕踔翛]有脫硅精液（鋁酸鈉溶液）的情況，空槽導致分解槽進料嚴重不足，不僅要及時請求上游工序加大供料，而且還要采取 免分解槽中的鋁酸鈉溶液局部過分，甚至需要調(diào)節(jié)提料風壓力，嚴重打破分解過程的自平衡體系，影響分解過程后續(xù)十幾個小時的正常生產(chǎn)。攪拌電機跳停，若不及時排除，溶液得不到充分攪拌，導致局部過分現(xiàn)象，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。 操作工人根據(jù)儀表顯示的參數(shù)，對分解過程狀態(tài)作出綜合判斷，因此，儀表準確與否關(guān)系到分解過程能否安全生產(chǎn)。分解過程涉及的儀表眾多，包括雷達液位計、 料風壓力計、 料流量計等，生產(chǎn)過程必須保證儀表準確， 出現(xiàn)故障時應(yīng)及時報警并通知操作工人采取相關(guān)措施排除故障，避免根據(jù)錯誤的參數(shù)信息對分解過程的安全狀態(tài)作出錯誤判斷。 綜上所述，判斷儀表狀態(tài)，避免冒槽、空槽等安全事故是分解過程安全監(jiān)控的重點內(nèi)容。 全監(jiān)控參數(shù)選擇 高位槽接收五車間送來的脫硅精液， 同時向分解槽供料。 高位槽槽高 ，這就要求液位要維持在合適的范圍。液位過高，容易出現(xiàn)冒槽事故；液位過低則會導致分解槽進料不足，