带选矿自动化高级控制软件的新型分散控制系统--介绍Honeywell公司PlantScape系统.pdf

D 2 0 0 0年 9月 第 2 9卷第 5期 7L 白 敲 带 ～ 有 雄 制 a 蜊 S p at． ，20 0 0 v0 l 2 9 No 5 、 e 茄 茹 茄 牙 新技术、 新产品介绍l 、 、 、 靠 带选 矿 自动化 高级 控制 软件 的新型分散控制系统 丁 少 7 介 绍 H。 n e y we 1 1 公 司 P 1 a n t S c a P e系统 2 王新绥 ， 蔡 幼忠 北京有 色 壳 百 E 京 1 0 0 0 3 8 【 文章编号】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 0 0 5 - 0 0 4 8 - 0 3 1 系统概述 随着控制技术、 计算机技术、 通信技术的 发展 ， 分散控 制系统 D C S的发展也非常迅 速。自从美 国 Ho n e y w e l l 公司 7 0年代推 出 世界上第 一套 D C S以来 ， 最新 D C S是融现 场总线 如现场基金会总线 F F 在一起 的总 线控 制系 统 。Ho n e y we l l 公 司现在 的最新 控 制系统为 P l a n t S c a p e 混合控制系统厂景 系统 。厂景系统为一体化的调节控制、 快速 逻辑控制和批量控制系统。 P l a n t S c a p e帮 助 生 产 过 程 正 常运 行 ， 服 务器 、 控制网络和控制器的可冗余保证 了一 旦 问题 发生 ， 系统 自动完 成无扰动 切换 ， 系统 进行 自诊断并产生报警 ， 告诉操作员检测到 的任何问题 ， 系统提供方便的维护性， 使得在 系统运行的同时 ， 对卡板进行热切换 带 电插 拔 ， 元需关机或停止系统的运行。 厂景系统的能力并不仅局限在硬件水平 上。每一种控制算法 都有 大量参数可以调 用 ， 提供 了适应不 同过程要求的极大灵括性 。 这些控制算法和控制技术由霍尼韦尔开发并 在全球几十年应用中不断完善 ， 把 D C S的强 大功能真正融合进混合控制系统中。 2 厂景 系统 的高级 应用 厂景系统的控制软件包包括有 1 全 厂一体化批量控制软件包 T o t a l P t a n t B a t c h 。基 本批 量 工业 过 程 标 准 的全 厂一体化批量控制是批量工业全 自动化的理 想工具 。它完成设备建模 ， 处方管理 ， 批量执 行和综合批量报告等 ， 以满足调节、 产品跟踪 能力等各方面的要求 。 2 数 据库 系统 Un i { o r r 1 ] an Da t a b a s e S y s t e m 。本应用将企业 管理商业信息和控 制信息紧密集成。它可采集和综合来 自各类 数据源的信息 ， 包括厂景系统或其它控制 系 统及来 自工厂信息数据库等方面的信息。基 于这些信息， 建立一个统一的、 全厂范围的实 时数据库 ， 为企业各类人员或其它应 用软件 所使用。基于这个数据库 ， 企业 可以优化 自 己的运 作性 能 ， 改 进 产 品质量 和最 大 化全 厂 效益 。 3 用户警报 U s e r A l e r t 。它提供 了一 种 自动的提示功能 ， 完善了传统的 D C S报警 系统 。通过 自动监 视 正常状况 和处理低优 先 级别的报警 ， 简化了报警界面 ， 将操作人员解 放 出来 处理 必须 立 即处理 的重要报 警 。 4 安全 视 窗 S a f e Vi e w 。这个 视 窗 管 理工具允许用户通过定义每个视窗的内容 、 尺 寸 、 位 置和移 动性 等 ， 来 管理厂 景 系统 的显 示 画面 。这 个工具保 护重 要 的用 户显示 画面 维普资讯 第 5期 王新绥等 带选 矿自动化高级控制软件的新型分散控翩 系统 4 9 不被其它画面覆盖。 5 资 产管 理 。资 产 管理 软 件 是用 户 设 备 、 人员 和工 厂等 资产 的l 一个完整解 决方案 。 6 效益 控 制器 P r o fi t C o n t r o l l e r 。应 用霍尼韦尔公司的鲁棒多变量预测控制技术 RMP CT ， P r o f i t Co n t r o l l e r优 化 过 程 运 行 ， 以达到产生最大经济效益 的目标 。它分析过 程的动态因素， 包括操作模式 、 产量 、 进料质 量等 ， 在保证过程约束 的同时， 达到操作人员 设 定 的 目标 。 用于矿 山工业 ， 霍尔韦公司开发出一套 S m a r t G r i n d和 S ma r t F l o a t 智能磨矿和智能 浮选 的软件包 。并在矿 山工业 广泛应用 ， 优 化 生产过 程 ， 取 得 了 良好 的经济 效益 。 除以上 先进控制 软件外 ， P l a n t S c a p e控 制系统 又采 用 了最新 的开放技术 ， 如 O P C OL E f o r P r o c e s s Co n t r o 1 及基于 国际互联 网 浏览 的 能力 。支 持 上 百 种 第 三 方 设 备 的接 口， 如 A B、 GE F a n u c 、 S i e me n s 、 Mo d i o o n等公 司产品。在设备层 ， 它可以集成解决方案， 包 括从最基本的控制功能到优化生产 ， 从底层 的设备控制到高层的商业管理等。通过互联 网， P l a n t S oap e 还可安全地访问过程信息 ， 即 使远离工厂 也可以远程监视过程 和修改 组 态 3 Ho n e y we l l 过 程 控 制 的 策 略 Ho n e y we l l 把 过 程 控制 按 其控 制 目标 和 控制方 法分成 五级。最低层 的控 制是 常规控 制 ， 所 追求 的 目标是使 过程最平 稳 ， 通常采 用 【 C S系统及 其常规 P I D控制方式。第二层 是复杂控制， 它仍属常规控制范畴， 其 目标是 使那些不平稳的过程稳定下来 ， 提高其控制 品质 ， 复杂控制算法通 常可在 E GS系统上实 现。第三层是局部优化和先进控制 ， 其 目标 为确保某过程单元工作在优化状态 ， 这种应 用要用到单元优化器和基 于模型的控 制器 。 当然其基 础 的控 制仍是 常规 的 P I D 控制。 第四层为大范 围优化 ， 它的控 制 目标将是使 整个过程系统的操作处于优化状态 ， 大范围 优化需要具有优化、 仿真和数据校正等多种 技术。过程 控制 的最 高层称为 “ wh a t if ” 分 析 ， 其 目标是当情况发生变化时 ， 如何使危险 性降到最小而避免各种事故 ， 它基于对 系统 的动态和稳态仿真。 H o n e y w e l l 公司在 以上五个层 次都有产 品。本文就选矿 自动化着重介绍磨矿先进控 制和浮选先进控制系统 S ma r t G r i n d ， S ma r t F l o a t 。 4 先进 的磨矿 控制 S ma r t G r i n d 一 个典型的 S ma r t Gr i n d 先进控 制系统 如图 1 所示。该方案 中用“ P r o f i t C o n t ml le ” 以前称为 R MP C T 作为其核 心控 制器 ， 该 控制器 内还有一个反映磨矿过程 的动态 模 型 。 原矿性 质 I m I 智 能 模 件} 一 J ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． _J ’ 幢值 厂 l l优化器 l l J 墨竺 I 囤 1先进 磨 矿 结构 h a r t Gr i n d Ar c b _ i t e c t u r e “ P r o f i t C o n t r o l l e r ” 基 于多变量预估控制 技术和鲁棒性设计原则， 它把 与系统相关 的 维普资讯 有色矿山 2 0 0 0芷 变量分为三类 。C V 被控变量 ， 通常是那些 反 映控制 目标 的变量 ； MV 操 作变 量 ， 系 统 中可 以改变 的那 些 参数 ， 用 以对 系统 施 加 作 用 ； Dv 扰动变量 是那些 可测不可控、 对系 统造成 扰动 的变量 。P r o f i t C o n t r o l l e r 通过 现 场阶跃测试建立 C V、 MV、 D V之间的动态模 型 ， 这一过程称为系统辨识 。所谓预测控制 就是基 于辩识模 型对系统 响应 的预测 。 由于 一 个实 际的 工业 系统扰 动 以及系统 特性 的变 化是不可避免的， 要使所设计 的控制器对这 种扰动和变化不敏感是控制器能适应多种环 境和长时间投用的关键之一 ， 这就是控 制系 统的鲁棒性问题。P r o f it C o n t r o l le r 具有良好 的鲁棒性 。 本方案中， 在 P r o f i t C o n t r o l ler 的前边还 有一个 S ma r t Mo d u l e s ， 这个智能模块中含有 神经元网络和一些专 门应用算法。神经元网 络在描述系统强非线性关系方面具有独到优 势， 通过样本点训练后 可用来描述磨矿过程 的特征 。S ma r t Modu l e s的功 能为 *预测磨机和电力系统 的输 出， 并避免 磨机溢 出和电力系统问题 ； *提高处理量 ， 使产品粒度分布均匀。 本方案可按设定的经济 目标进行优化控 制 。 一 般地 ， 磨矿回路控制存在的问题有 *滞后 时间过 长 ； *过程互相交 叉 、 耦 合 ； * 原矿的性质变化 ， 如矿石硬度、 粘度 、 粗细等变化 ； *磨机 的损耗 、 齿轮传动变化 ； *电源的不稳 定 ； * 磨机的溢出 ， 产品的粒度分布变化等。 典型的磨矿控制设计参数有 控制变量 C v 为磨机 负荷、 磨机 噪音 音频 、 磨机功率 、 旋流器压力 、 产品粒度 ； 操作变量 MV 蛤矿量、 磨机前 加量、 磨 机后 加水 、 钢球 添加 等。 利用 S ma r t G r i n d先进控制能使 生产过 程稳定 ， 减少原矿类型不同对系统影响， 提高 矿石处理量 2 ％～5 ％ ， 使产品粒度分布均 匀 ， 充分利用能源 ， 磨矿系统能耗降低n ％～ 2％ 。 5先进 的浮选控制 S ma r t F t 一 般浮选控制系统的 目标是 *改善精矿品位 ； * 提高 回收率 ； *减少药 剂消耗 。 其典型的浮选控制设计参数有 控制变量 c v 为 精矿品位、 回收率、 药 剂消耗及循环负荷等； 操作 变量 MV 为 药 剂 添加 量、 吹气 量 、 浮选机液位等。 S ma r t F l o a t采 用 类 似 于 智 能 磨 矿 S m a r t G r i n d 的控制技术 ， 并将这种技术与 P l a n t S c a p e 厂景系统完全集成 在一起 ， 给用 户带来 巨大的经济效益。 一 般地 ， S ma r t F l o a t 先进浮选控制系统 可 以 * 稳定精矿品位并增加 1 ％ * 提高回收率 1 ％～3 ％； * 减少药剂消耗 2 ％--2 0 ％ 。 目前， 国内有色厂矿 的 自动化装 备水平 较 低 ， 效 益 较 差 ， t -I c m e y w e l l公 司 S ma r t G r in d ／ S m a r t F l oat 优化软件为国内有色厂矿 技术 改造提供 了一个有 用的工具 。 维普资讯