可擴展式工業過程控制模型架構在噴煤系統中的應用

秦皇島首信自動化系統工程有限公司 王 琦 李聯祥

可擴展式工業過程控制模型架構在噴煤系統中的應用

秦皇島首信自動化系統工程有限公司 王 琦 李聯祥

可擴展式工業過程控制模型架構在高爐噴煤系統中的應用，通過模型實現高爐自動噴吹，提高了噴煤精度，有效的改善了燃料比。

高爐；噴煤；二級；模型

引言

現代高爐冶煉需用焦炭，高爐噴吹煤粉是從高爐風口向爐內直接噴吹磨細的煤粉，以替代焦炭起提供熱量和還原劑的作用，從而降低焦比，降低生鐵成本。在實際生產中噴煤量的控制會直接影響高爐爐況的穩定性，快速準確的控制高爐噴煤量是確保高爐爐況穩定的一個重要前提條件。

1.人工經驗控制

某煉鐵廠高爐噴煤為串罐式噴吹系統，串罐式噴吹裝置占地小，噴吹穩定性好，但稱量復雜。造成稱量不準確的因素是罐體間力量相互作用導致稱量數據不準確。

人工噴吹根據經驗設定噴吹罐與給煤機開度從而達到煤量控制的目的，串罐噴煤噴吹速度與噴吹量統計影響因素較多，在近2個月的數據統計中發現人工噴吹平均誤差為+14%，每小時噴吹按照煤比要求的煤量多出1.2-3噸，每月統計原煤消耗都要虧3500-4000噸煤。極不利于高爐的穩定生產與燃料比優化。

1.1 過程控制系統研發

針對上述問題，進行可擴展式工業過程控制模型架構與OPC數據共享池的研發，并把研發成果應用于高爐噴煤系統，能夠改善能耗結構、降低燃料消耗、減少生鐵成本。

本模型架構研發意義在于簡化過程控制模型研發過程，提高模型通用與可讀性，統一的模型開發框架更加規范。利用本模型架構進行建模應用于噴煤系統實現高精度噴吹。

模型架構依托于研發的FCS代碼編譯器，可提供模型建模與運行環境并支持多種編程語言的代碼編譯，該環境可動態生產調用過程控制步驟對生產過程進行控制。提高了模型的擴展性與可讀性，有效降低模型開發難度、縮短開發周期、提高模型通用性、便于維護等諸多優點。

傳統的過程控制模型框架局限于特定工藝崗位甚至相同工藝崗位的模型開發都需要修改源代碼且，不利于后期維護、備份、后期升級，沒有統一的框架體系。

可擴展式工業過程控制模型架構。不局限于具體行業，在任意過程控制系統中均可應用。在架構提供的開發環境中無需其他開發工具即可建立數、控模型。數據、接口與算法可任意擴展。避免了以往模型重復性開發、沒有統一標準、移植難、代碼雜亂等問題，該模型架構有效提高了模型的可移植性，便于維護、維護簡單、可讀性強等諸多優點。

1.3 技術創新

該過程控制模型架構的創新點在于，將模型架構與過程控制模型（包含數學模型）代碼分開，便于后期維護與歸檔模型架構通用性強。該模型根據不同事件動態調用模型化的過程控制代碼，開發與維護靈活，根據代碼的保密性可選擇性的對代碼進行封裝。

通過自主研發的語言編譯器，該編譯器可將文本文件編譯解釋為運行代碼，過程控制與數學模型只需在文本文件中編譯即可，代碼編譯器即可解釋文本文件也可動態調用DLL（動態連接庫）文件或OCX控件，代碼可以實現代碼完全或部分的開源與封裝。

該模型架構基于開發的FCS代碼編譯器，FCS編譯器支持VB、C等多種語言，工藝人員只需要有簡單的編程基礎即可進行建模。

本架構優點在于：

3.堅守“合作共贏”。嚴格履行合同要求，創新生產組織、市場營銷方式和商務模式，不斷提高資源配置效率和運營效率。堅持市場化、國際化方向，充分運用全球資源，進一步提升國際化運營和管理能力，為東道國民生謀利益，為國企發展持續發力。

(1)將模型架構與過程控制模型（含數學模型）代碼分開，模型可模塊化動態進行增刪改。

(2)模型根據不同事件動態調用模型化的過程控制模塊，開發與維護靈活，根據代碼的保密性可選擇性的對代碼進行封裝。

(3)自主研發的語言編譯器。該編譯器可將文本文件編譯解釋為運行代碼，過程控制與數學模型只需在文本文件中編譯即可，代碼編譯器即可解釋文本文件也可動態調用DLL（動態連接庫）文件或OCX控件，可實現代碼完全或部分的開源與封裝。

(4)框架無需二次開發減少開發周期，模型功能模塊化可快速進行建模，模型備份只需備份模型FCS代碼即可，便于后期維護與歸檔模型架構通用性強。

(5)模型接口與算法修改容易大幅提高模型的通用性。如相同工藝崗位在不同單位對模型接口算法有不同需求。模型數據接口可動態進行增刪改，模型內部修改也很方便，無需修改模型源碼，只需修復FCS編譯器代碼即可。

(6)模型開發有了統一框架，提高了標準化，避免了不同人員各自為政利用不同語言不同方式進行建模，造成其他人員接手、后期維護困難等問題。

(7)編程簡單、有些編程基礎的人員簡單進行培訓即可上手，開發快、維護便捷。

1.4 O P C數據共享池

OPC數據共享池主要功能是實現OPC數據共享，通過軟件可以實現與OPC Server數據交互、程序間數據共享等功能。為程序間數據通信共享提供一個開放的接口。下圖展示了數據共享結構。

圖1 O P C數據共享池

2.模型架構應用于噴煤系統

利用可擴展式工業過程控制模型架構開發出煤粉噴吹量統計模型與自動噴吹控制模型，噴吹控制模型利用實時數據進行計算將使得實際噴吹量波動過大，無法保障噴吹穩定性。為避免這種情況開發煤粉噴吹量統計模型，煤粉噴吹量統計模型利用二次指數移動平均修正法計算瞬時噴煤量，統計實時噴吹均線，該數據參與噴吹模型計算，可有效避免噴吹量波動大等問題。

圖2 噴煤量均線

影響噴煤主要因素有以下方面噴吹罐壓力、噴吹量料位、噴吹氣源壓力、給煤機開度、過濾器使用時間等。自動噴煤主要目的是利用過程控制模型提高噴吹精度，保障爐況的穩定，由事業部在可擴展式工業過程控制模型架構基礎上開發高爐自動噴吹控制模型。噴吹控制模型分為靜態與動態模型。

靜態模型在設定噴煤量改變時進行工作。利用噴吹罐壓力、噴吹量料位、噴吹氣源壓力、給煤機開度、過濾器使用時間等數據，基于物理、流體力學等關系，進行科學計算。靜態模型控制噴吹罐壓力、給煤機開度調節噴煤量。

動態模型在靜態模型工作十分鐘后開始工作，動態模型啟動后靜態模型停止工作。動態模型與噴吹統計模型模型進行交互，利用近五分鐘的噴煤均線數據對未來噴煤量進行預測，利用預測與設定煤量比較，動態控制噴吹量，使實際噴吹量盡可能的接近噴吹設定值。下圖展示了動態模型工作原理。

使用效果：

噴煤系統，要求精度為±300kg。投入自動噴煤模型誤差控制在±300kg內比例為95%；誤差控制在±200kg內比例為82%；誤差控制在±100kg內比例為66%；誤差控制在±80kg內比例為50%；平均精度為0.45%。

模型架構開發周期為3個月，該模型架構可重復使用；一期模型開發2月后投產；二期自動噴煤僅10天調試與開發即投入使用；三期自動噴煤僅7天調試與開發即投入使用。大大縮短了模型的研發周期，節省了人力物力。

3.結束語

可擴展式工業過程控制模型架構提供模型開發與運行所需的環境，開發速度快，靈活，通用、可讀性強、移植簡單、修改與維護方便等諸多優點。相信在今后該模型架構能夠成為工業過程控制的一個行業技術標準。

王琦，男，助理工程師，現任職務：主任工程師，研究方向：冶金自動化。