基于生产目标的铝粉氮气雾化过程优化控制

基于生产目标的铝粉氮气雾化过程优化控制作者：张永辉，邵诚，ZHANGYong-hui，SHAOCheng作者单位：张永辉,ZHANGYong-hui(大连理工大学,先进控制技术研究所,辽宁,大连,116024;海南大学,信息科学技术学院,海南,海口,570228)，邵诚,SHAOCheng(大连理工大学,先进控制技术研究所,辽宁,大连,116024)刊名：控制工程英文刊名：CONTROLENGINEERINGOFCHINA年，卷(期)：2007，14(5)引用次数：0次参考文献(4条)1.陈仕奇.黄柏云金属粉末气体雾化制备技术的研究现状与进展[期刊论文]-粉末冶金技术2004(05)2.冯明琴.孙政顺一种大工业过程稳态优化控制方法[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版）2000(07)3.陈晓芳.桂卫华.岑丽辉基于遗传规划的复杂过程优化控制策略[期刊论文]-中南工业大学学报(自然科学版)2003(04)4.刘晓芳.赵万生.迟关心基于改进遗传算法的工艺过程优化设计[期刊论文]-中国机械工程2003(02)相似文献(10条)1.学位论文张永辉铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统研究2006铝粉氮气雾化生产工艺具有细粉率高，铝粉活性好，球形铝粉成型率高，生产安全等优点，为很多企业所采用。铝粉氮气雾化和分级工艺过程是一个复杂的工业过程，包括很多物理变化、化学反应以及一些动力学过程，具有强烈的非线性、强耦合、大滞后和不确定性等特点。生产过程中的关键控制变量雾化炉铝液温度用常规控制方法效果很差，直接影响了铝粉的细粉率和产量。作为生产质量指标的铝粉粒度分布无法直接实时地测量，给过程建模和优化控制带来了极大的困难。目前铝粉氮气雾化分级过程控制技术落后、自动化水平很低，过程优化控制问题成为提高氮气雾化铝粉细粉率和产品质量的一个瓶颈。本文以吉化集团高碳醇厂的铝粉生产装置改造项目为背景，在对铝粉氮气雾化和分级过程的机理深入分析的基础上，提出利用集成优化控制技术来实现铝粉氮气雾化分级过程的实时有效的控制和过程优化，并研制一套铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统并成功应用于工业现场。1.在分析铝粉氮气雾化分级过程机理特性和工艺流程特点的基础上，提出了以铝粉粒度分布为目标的铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统的整体方案设计，采用IPC工控机+PLC+现场总线I/O模块的形式，利用工业以太网技术，组成三层分布式控制系统，实现了铝粉雾化、氮气循环、铝粉分级等全过程的集成优化控制，保证了生产过程的安全运行，减少了氮气和燃料气的消耗，应用实施结果验证了设计方案的有效性。2.由于雾化炉铝液温度受许多不确定因素的影响波动很大，具有很强的非线性和大滞后等特性，难以建立确切的数学模型，其控制问题很难利用传统的控制理论和方法解决。本文针对雾化炉的铝液温度变化特性，结合模糊控制器和PID控制器的特点，设计了一种模糊-PID复合控制器，利用加权因子，将模糊控制器的输出和PID控制器的输出加权综合，使得控制器在误差较大时，主要由模糊控制器起作用，具有较快的响应能力，而在误差较小时主要由PID控制器起作用，具有较高的控制精度，实现了模糊控制器和PID控制器输出的连续平滑切换，在现场应用中取得了较好的控制效果。3.铝粉氮气雾化生产过程中，作为质量指标和控制目标的铝粉粒度分布很难用传统的方法在线实时测量。本文提出利用RBF神经网络，通过测量与铝粉粒度分布有直接影响的其它变量，建立起铝粉粒度分布的软测量模型，实现了铝粉粒度分布的实时在线预测，为实施铝粉雾化过程优化控制提供了建模基础。4.铝粉氮气雾化生产过程中，工况条件是不断变化的，根据专家经验得出的各工艺参数设定点不一定能保证雾化效果达到最优，因此需要对铝粉氮气雾化过程实施优化控制。本文以优化铝粉粒度分布为生产目标，采用改进的遗传算法对雾化过程各控制量的设定值进行优化、根据工况条件的变化动态地设定各个控制环节的设定值使铝粉氮气雾化效果达到最佳，从而提高微细铝粉收率。本文的研究工作获得了国家“十五”科技攻关计划项目“先进控制与优化软件及综合自动化软件平台产业化关键技术”(2001BA204B01)支持，针对铝粉氮气雾化分级过程工艺特点和控制要求开发出了具有自主知识产权的一体化解决方案和集成优化控制系统整体设计技术。作为示范应用工程，在吉化集团公司高碳醇厂铝粉氮气雾化分级生产线上成功实施，实现了超细球形铝粉的氮气雾化生产和分级过程的集成和优化控制，达到稳定、安全、高效生产的目的，取得了显著的经济效益和社会效益，成为采用先进控制技术改造传统工艺的又一成功范例。2.学位论文崔波先进控制技术在铝粉氮气雾化生产过程中的应用2005氮气雾化法生产铝粉具有细粉率高,铝粉活性好,球形铝粉成型率高,生产安全等优点,本文结合某企业实际需求完成了铝粉氮气雾化分级生产过程控制系统设计,并进行了实施;采用了模糊策略和在线寻优等先进控制技术,实现了生产过程的自动化和一体化控制.铝粉雾化生产过程中,雾化氮气压力是保障雾化铝粉的成型率和细粉率的关键参数.雾化压力的高低直接决定了雾化氮气对铝熔体的冲击动能,压力过低不能达到有效破碎铝熔体的目的,压力过高则不利于生产过程的节能降耗.本文通过对影响铝粉雾化粒度分布的主要因素进行分析,建立了衡量铝粉细粉率的指标函数,并基于此给出了雾化氮气压力最优值的计算方法,提出了铝粉雾化过程中雾化氮气压力在线寻优控制策略,并结合某企业实际铝粉雾化过程进行了应用,对于提高细粉率取得了明显效果.铝粉氮气雾化生产过程中,保持雾化炉铝液温度的稳定是非常重要的,但是对于雾化炉这样一个非线性、大滞后、不确定性系统来说,采用常规PID控制器很难保证控制效果.本文针对雾化炉的温度变化特性,结合模糊控制器和PID控制器的特点,设计了一种模糊-PID复合控制器,既保持了PID控制的稳定误差小、稳定性好的优点,又具有模糊控制自适应和调节速度快的特点,在现场应用中取得了较好的控制效果,为企业带来了可观的经济效益.采用先进的软硬件集成平台,实现了先进控制技术在铝粉氮气雾化与分级生产过程中的应用,所开发铝粉雾化分级过程先进控制系统具有人机交互友好、响应速度及时、运行稳定、故障率低和扩展方便等优点.3.会议论文张永辉.邵诚铝粉氮气雾化生产过程集成优化控制研究2008铝粉氮气雾化和分级工艺过程具有强烈的非线性、强耦合、大滞后、不确定性等特点，很难用单一的任何一种智能化方法或传统方法来实现雾化过程中的全局优化控制问题。本文对铝粉氮气雾化过程的工艺特点和控制要求进行了分析和研究，在对铝粉氮气雾化过程的机理深入分析的基础上，提出利用集成优化控制技术来实现铝粉氮气雾化过程的实时有效的控制和过程优化，实现了对铝粉雾化炉温度、循环氮气的稳定控制、利用RBF神经网络建立了铝粉氮气雾化过程模型，以优化铝粉粒度分布为生产目标，采用改进的遗传算法实现了雾化过程优化控制，显著地改善了铝粉雾化效果，有效地提高了球型微细铝粉收率。4.期刊论文常政刚.吕娜.CHANGZheng-gang.LVNa氮气雾化微细球形铝粉的生产工艺-硫磷设计与粉体工程2009,(1)介绍了氮气雾化微细球形铝粉的生产工艺,铝锭熔化,雾化制粉、铝粉分级和包装都是在氮气保护中进行,气体雾化器和铝液喷嘴紧密耦合并用高温高压氮气雾化,生产的铝粉颗粒为球形,流动性好,氧含量低,细粉收率高.5.学位论文夏西成基于iFIX的铝粉氮气雾化分级过程监控系统设计2005氮气雾化法生产铝粉具有细粉率高,铝粉活性好,球形铝粉成型率高,生产安全等优点.本文采用iFIX组态平台进行监控系统设计,实现了生产过程的自动化和一体化控制,为提高铝粉生产和过程控制的质量奠定了基础.该监控系统功能齐全,操作简单,界面友好,系统容易扩展,可以为其它监控系统的开发提供参考.本文首先介绍了氮气雾化法生产铝粉的工艺流程,对目前具有代表性的组态软件进行了综合比较,尤其对iFIX的特点进行了比较详细的介绍,由于iFIX具有很多优点,本文选择iFIX开发了铝粉氮气雾化分级过程监控系统.由于铝粉生产具有一定的危险性,在系统硬件配置上采取了多种冗余措施以保证系统的安全.上位机系统开发了监控系统所要求的基本功能外,特别针对于监控系统中存在的不足之处做了一些改进,并提出了一些新的设计思想.后台关系型数据库与监控系统相结合,使得系统易于扩展和维护;引入的关系型数据库的查询功能,增强了系统的灵活程度,降低了用户熟悉和使用系统的难度;在经济全球化的影响下,监控系统面向的对象范围不断扩大,对于这种趋势,本文提出了监控系统的多语言解决方案;对于该系统中的通用功能,只需对原系统后台数据库做简单的更改,便可以应用到其它的监控系统中.这些设计思想具有重要的推广价值和借鉴意义.该系统已经成功在某企业运行,为企业安全生产、设备稳定运行提供根本保证,为企业创造巨大的经济效益和社会效益.6.会议论文邵诚.张永辉铝粉氮气雾化和分级生产过程集成优化控制系统2008在分析铝粉氮气雾化分级过程的特点和优化控制要求的基础上，设计了基于工控机和PLC以及现场I/O模块的分布式控制系统，实现了雾化和分级过程的集成控制。利用神经网络和遗传算法对铝粉氮气雾化过程进行建模和实施优化控制，提高了铝粉的雾化效果和细粉率。保证了生产的安全稳定运行。7.期刊论文邵诚.张永辉.SHAOCheng.ZHANGYong-hui铝粉氮气雾化和分级生产过程集成优化控制系统-信息与控制2006,35(1)在分析铝粉氮气雾化分级过程的特点和优化控制要求的基础上,设计了基于工控机和PLC以及现场I/O模块的分布式控制系统,实现了雾化和分级过程的集成控制.利用神经网络和遗传算法对铝粉氮气雾化过程进行建模和实施优化控制,提高了铝粉的雾化效果和细粉率,保证了生产的安全稳定运行.8.学位论文王湛铝粉制备雾化控制系统的设计及应用2008随着国际、国内市场的不断发展，对产品质量的要求越来越高。因此追求高质量的产品、低成本的消耗成为企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的最首要的保证。氮气雾化法生产铝粉具有细粉率高，铝粉活性好，球形铝粉成型率高，生产安全等优点。本论文通过详细分析铝粉氮气雾化的现场工艺、控制要求和过程特点，采用先进的自动控制技术完成了铝粉氮气雾化综合自动化控制系统的设计，达到了对铝粉氮气雾化过程变量的实时检测，工艺流程的实时监控，过程参数的实时控制。本论文的主要工作如下：(1)论文结合铝粉氮气雾化生产过程的工艺特点及技术要求，提出了由设备控制级和过程监控级二层结构组成的铝粉氮气雾化生产过程综合自动化系统。详细介绍了基于GE90--30PLC和工业以太网技术的铝粉氮气雾化过程综合自动化的硬件组态、网络配置和控制功能，实现了铝粉氮气雾化生产过程的集中管理和分散控制。(2)铝粉氮气雾化生产过程综合自动化控制系统的软件设计采用模块化的设计思想，下位机PLC程序负责现场数据的采集、滤波和反馈控制；上位机采用组态软件MCGS进行系统集成，用于提供直观友好的人机界面。(3)结合基于蚁群算法优化PID控制器参数和比例因子模糊控制相结合的控制思想，设计了一种复合PID控制器。理论分析和试验仿真研究表明，该复合PID控制器既保持了PID控制的稳定误差小、稳定性好的优点，又具有模糊控制自适应和调节速度快的特点，能够很好的保持铝液温度的稳定，提高了铝粉的日生产量和细粉率，为企业创造了很好的经济效益。总之，铝粉氮气雾化综合自动化系统的投入运行，很好地满足了铝粉氮气雾化生产过程的需要，实现了过程参数的稳定化控制，完成了工业过程优化控制的设计，为提高工艺操作水平和管理水平创造了条件。9.学位论文杨新达基于WinCC的铝粉氮气雾化分级过程监控系统设计2009铝粉在工业生产中发挥着重要作用，氮气雾化法由于其活性好，细粉率高而被广泛应用。本文结合实际工程需求，以WinCC作为组态平台进行监控系统的设计，实现了对生产过程的自动化控制，满足了生产要求。该监控系统界面友好、操作简单、功能齐全，并对某些功能进行了拓展，很好的实现了监测和控制要求。本文首先介绍了铝粉氮气雾化分