一种用于铜顶吹生产过程的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及复杂工业工程工艺参数优化方法技术领域，具体涉及一种用于铜顶吹生产过程的控制系统及方法。


背景技术：

2.铜顶吹吹炼机理复杂，具有强非线性、时变、大滞后等特点，化合物组分含量难以在线检测，导致该工艺操作难度大和自动调整技术难以实现，而手工调整及经验控制导致企业生产效率低、资源消耗大、产品质量不稳定等不良结果。
3.随着铜顶吹吹炼生产过程大型化、复杂化，对生产过程的产品质量产率、安全以及对环境影响的控制要求越来越严格，常规的pid控制、传统的过程建模方法已不能满足现代化工业生产过程优化控制的要求。
4.由于铜顶吹吹炼环境较为恶劣，高温、高烟气、高粉尘使得过程状态变量的在线检测更加不易，求解数模所需要的边界条件难以确定和测量，不利于建立准确可靠的数学系统。
5.因此如何根据工艺机理及长期生产运行中积累的实际数据，实现对铜顶吹吹炼过程的工艺参数进行优化控制，对稳定生产、提高产品质量具有十分重要的意义。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术问题，本发明提供了一种用于铜顶吹生产过程的控制系统，包括，
7.铜顶吹吹炼控制子系统、数据分析子系统、炉渣检测子系统，其中，
8.铜顶吹吹炼控制子系统用于采集入炉物料的物料量、物料种类以及吹炼参数，并将采集到的第一数据传输到数据分析子系统，其中，入炉物料用于铜顶吹吹炼；
9.炉渣检测子系统用于采集在铜顶吹吹炼过程中产生的炉渣的fe/cao含量，并将采集的fe/cao含量传输到数据分析子系统；
10.数据分析子系统用于通过分析物料量、物料种类、fe/cao含量，实时控制吹炼参数，其中，数据分析子系统还用于通过铜顶吹产物，获得铜顶吹产物对应物料种类以及物料种类对应的物料量。
11.优选地，铜顶吹吹炼控制子系统包括，
12.第一数据采集模块，用于采集吹炼参数以及通过输入的方法采集物料量、物料种类；
13.第一控制模块，用于自动调整吹炼参数、物料量、物料种类；
14.第一通信模块，用于铜顶吹吹炼控制子系统与数据分析子系统进行数据交互；
15.第一数据分析模块，用于通过分析吹炼参数，获得第一指令以及预警信号，其中，第一指令用于控制第一控制模块对吹炼参数进行调整；
16.预警模块，用于根据预警信号，通过控制预警装置进行预警，其中，预警装置至少
包括声音预警装置、灯光预警装置。
17.优选地，第一通信模块为5g光纤模块；
18.铜顶吹吹炼控制子系统还包括第一显示模块；
19.第一显示模块用于显示吹炼参数、物料量、物料种类、预警信号。
20.优选地，炉渣检测子系统包括，
21.第二数据采集模块，用于实时采集fe/cao含量；
22.第一数据存储模块，用于存储fe/cao含量；
23.第二通信模块，用于炉渣检测子系统与数据分析子系统进行数据交互。
24.优选地，数据分析子系统包括，
25.第三通信模块，用于数据分析子系统分别与铜顶吹吹炼控制子系统、炉渣检测子系统进行数据交互；
26.第二数据存储模块，用于存储每次铜顶吹吹炼过程中，控制系统产生的数据，并将数据通过案例的形式进行存储，获得案例库；
27.第三数据分析模块，用于基于案例库，根据物料种类、fe/cao含量，获得物料量；
28.第二控制模块，用于根据物料量，获得第二指令，其中，第二指令用于控制物料量。
29.优选地，第三数据分析模块还包括，
30.数据分析单元，对案例进行数据分析，获得基于物料种类、fe/cao含量的特征向量；
31.配料单元，用于根据特征向量以及通过铜顶吹吹炼控制子系统采集的物料种类，获得物料量；
32.反馈单元，用于根据特征向量以及通过炉渣检测子系统采集的fe/cao含量，获得物料量。
33.优选地，数据分析单元还用于根据rough集理论，对案例进行分析，获得物料种类、物料量；
34.配料单元还用于根据物料种类，获得物料量。
35.优选地，物料种类至少包括冰铜、渣精矿、块煤、冷料、石灰石。
36.优选地，数据分析子系统还包括大数据分析模块，
37.大数据分析模块用于基于案例库，获得物料种类的第一范围值、物料量的第二范围值、fe/cao含量的第三范围值，并根据第一范围值、第二范围值、第三范围值，通过获取实时采集到的物料种类、物料量、fe/cao含量，对铜顶吹吹炼产物进行预测获得第一预测结果，以及对吹炼参数进行预测获得第二预测结果；
38.第二控制模块还用于根据第二预测结果，获得第三指令，其中，第三指令用于动态调整吹炼参数；
39.数据分析子系统还包括第二显示模块；
40.大数据分析模块还用于根据第一预测结果生成第一预测走势图，以及根据第二预测结果生成第二预测走势图；
41.第二显示模块用于显示物料种类、物料量、fe/cao含量、吹炼参数、第一预测结果、第二预测结果、第一预测走势图、第二预测走势图。
42.一种用于铜顶吹生产过程的控制方法，包括以下步骤：
43.s1.依据物料平衡，根据顶吹吹炼的目标成分，在限定的物种的使用范围内，获取各种原料使用的最佳配比方案；
44.s2.根据rough集理论，构建案例库，案例库用于根据不同的问题按不同的索引进行案例检索并得出结论；
45.s3.利用案例库的索引和组织结构，根据顶吹吹炼的问题描述在案例库中寻找与该运行工况最相似的现有案例；
46.s4.根据现有案例，对实际运行工艺操作参数进行调控，获取实际运行工艺的最主要差异，利用公式或规则得出新解决方案，并验证新解决方案的可行性后，根据新解决方案对顶吹吹炼进行调整，其中，新解决方案还用于更新案例库。
47.本发明公开了以下技术效果：
48.本发明的优点在于，本发明解决由于工艺流程长，生产过程不确定性严重，作业参数调整的滞后性的问题；
49.本发明大幅减少由于工况条件等波动引起的生产不稳定问题，为吹炼生产作业的稳定、安全运营提供重要技术保障；
50.本发明采用大数据进行分析处理，对未来的运行情况进行预测和判断，在故障发生前进行处理，避免故障的发生。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明所述的系统架构图；
53.图2为本发明所述的铜顶吹吹炼控制子系统构架图；
54.图3为本发明所述的数据分析子系统构架图；
55.图4为本发明所述的炉渣检测子系统构架图；
56.图5为本发明所述的系统示意图。
具体实施方式
57.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.如图1-5所示，本发明提供了一种用于铜顶吹生产过程的控制系统，包括，
59.铜顶吹吹炼控制子系统、数据分析子系统、炉渣检测子系统，其中，
60.铜顶吹吹炼控制子系统用于采集入炉物料的物料量、物料种类以及吹炼参数，并将采集到的第一数据传输到数据分析子系统，其中，入炉物料用于铜顶吹吹炼；
61.炉渣检测子系统用于采集在铜顶吹吹炼过程中产生的炉渣的fe/cao含量，并将采集的fe/cao含量传输到数据分析子系统；
62.数据分析子系统用于通过分析物料量、物料种类、fe/cao含量，实时控制吹炼参数，其中，数据分析子系统还用于通过铜顶吹产物，获得铜顶吹产物对应物料种类以及物料种类对应的物料量。
63.铜顶吹吹炼控制子系统包括，
64.第一数据采集模块，用于采集吹炼参数以及通过输入的方法采集物料量、物料种类；
65.第一控制模块，用于自动调整吹炼参数、物料量、物料种类；
66.第一通信模块，用于铜顶吹吹炼控制子系统与数据分析子系统进行数据交互；
67.第一数据分析模块，用于通过分析吹炼参数，获得第一指令以及预警信号，其中，第一指令用于控制第一控制模块对吹炼参数进行调整；
68.预警模块，用于根据预警信号，通过控制预警装置进行预警，其中，预警装置至少包括声音预警装置、灯光预警装置。
69.第一通信模块为5g光纤模块；铜顶吹吹炼控制子系统还包括第一显示模块；第一显示模块用于显示吹炼参数、物料量、物料种类、预警信号。
70.炉渣检测子系统包括，第二数据采集模块，用于实时采集fe/cao含量；第一数据存储模块，用于存储fe/cao含量；第二通信模块，用于炉渣检测子系统与数据分析子系统进行数据交互。
71.数据分析子系统包括，
72.第三通信模块，用于数据分析子系统分别与铜顶吹吹炼控制子系统、炉渣检测子系统进行数据交互；
73.第二数据存储模块，用于存储每次铜顶吹吹炼过程中，控制系统产生的数据，并将数据通过案例的形式进行存储，获得案例库；
74.第三数据分析模块，用于基于案例库，根据物料种类、fe/cao含量，获得物料量；
75.第二控制模块，用于根据物料量，获得第二指令，其中，第二指令用于控制物料量。
76.第三数据分析模块还包括，数据分析单元，对案例进行数据分析，获得基于物料种类、fe/cao含量的特征向量；配料单元，用于根据特征向量以及通过铜顶吹吹炼控制子系统采集的物料种类，获得物料量；反馈单元，用于根据特征向量以及通过炉渣检测子系统采集的fe/cao含量，获得物料量。数据分析单元还用于根据rough集理论，对案例进行分析，获得物料种类、物料量；配料单元还用于根据物料种类，获得物料量。
77.物料种类至少包括冰铜、渣精矿、块煤、冷料、石灰石。
78.数据分析子系统还包括大数据分析模块，大数据分析模块用于基于案例库，获得物料种类的第一范围值、物料量的第二范围值、fe/cao含量的第三范围值，并根据第一范围值、第二范围值、第三范围值，通过获取实时采集到的物料种类、物料量、fe/cao含量，对铜顶吹吹炼产物进行预测获得第一预测结果，以及对吹炼参数进行预测获得第二预测结果；
79.第二控制模块还用于根据第二预测结果，获得第三指令，其中，第三指令用于动态调整吹炼参数；
80.数据分析子系统还包括第二显示模块；
81.大数据分析模块还用于根据第一预测结果生成第一预测走势图，以及根据第二预测结果生成第二预测走势图；
82.第二显示模块用于显示物料种类、物料量、fe/cao含量、吹炼参数、第一预测结果、第二预测结果、第一预测走势图、第二预测走势图，其中，第二预测走势图包括吹炼参数、第二预测结果，第二预测结果与吹炼参数区别显示。
83.一种用于铜顶吹生产过程的控制方法，包括以下步骤：
84.s1.依据物料平衡，根据顶吹吹炼的目标成分，在限定的物种的使用范围内，获取各种原料使用的最佳配比方案；
85.s2.根据rough集理论，构建案例库，案例库用于根据不同的问题按不同的索引进行案例检索并得出结论；
86.s3.利用案例库的索引和组织结构，根据顶吹吹炼的问题描述在案例库中寻找与该运行工况最相似的现有案例；
87.s4.根据现有案例，对实际运行工艺操作参数进行调控，获取实际运行工艺的最主要差异，利用公式或规则得出新解决方案，并验证新解决方案的可行性后，根据新解决方案对顶吹吹炼进行调整，其中，新解决方案还用于更新案例库。
88.实施例1：一种铜顶吹生产过程在线控制系统，对铜顶吹吹炼的操作参数进行优化，包括配料计算系统、rough集理论、反馈补偿系统、软测量系统、案例推理系统。
89.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，配料计算系统依据物料平衡，根据吹炼的目标成分，在限定的物种的使用范围内，求出各种原料使用的最佳配比方案。
90.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，配料计算系统包括前馈和反馈两部分，前馈部分根据入炉物料的量以及成分，以达到目标粗铜品位、目标粗铜温度和目标渣中fe/cao为目的；反馈部分根据化验室的渣分析结果，当其渣fe/cao偏离目标值时启动计算进行修正。
91.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，rough集理论可以有效对案例库进行知识化简，优化案例库，同时形成案例库的多个索引，根据不同的问题按不同的索引进行案例检索并得出结论。
92.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，案例推理系统求解问题的步骤主要包括四个主要过程：案例检索、案例重用、案例修正和案例保存。
93.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，案例检索利用案例库的索引和组织结构，根据顶吹吹炼的问题描述在案例库中寻找与该运行工况最相似的案例。
94.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，案例重用包括重新应用旧案例中解决的顶吹吹炼问题的方法到现有实际运行工艺操作参数调控中和重新应用整个解决吹炼工艺问题的过程，包含思路和具体的调控参数细节。
95.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，案例修正是根据现有吹炼运行工况与检索到的案例之间的最主要差异，利用公式或规则来得出新的解决方案。
96.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，案例保存是修正后的新案例经过验证是可行的，将其作为新的案例存储到案例库，对案例库进行更新。
97.一种铜顶吹生产过程在线控制系统，还包括一套离线仿真系统，可部署在离线的诊断电脑，实现离线仿真模拟计算，为工艺人员优化工艺参数提供帮助。
98.本发明可根据实际生产需要对入炉的冰铜、渣精矿、块煤、冷料和石灰石等进行精准配料，并结合化验室分析结果对配料进行修正。
99.本发明通过提取当前运行工况的描述特征，并根据这一描述特征在案例库中检索与当前工况相似的历史案例，通过案例重用、修正和保存，以及案例库的不断更新，通过回路反馈控制将各个操作参数稳定跟随优化设定值。
100.本发明利用吹炼过程的输入与输出检测值，通过化合物组分含量的软测量系统，产生化合物组分含量的预报值，并与监测点组分含量的理想目标值进行比较，产生的误差通过前馈补偿来调控操作参数，同时通过对运行参数的实时监测，对软测量系统进行矫正，提高软测量系统的预报精度。
101.本发明将rough集理论引入案例推理系统，充分利用案例库中冗余属性的约简，形成案例的多个索引，根据不同吹炼运行工况按照不同的索引进行检索得到相似的案例。
102.本发明采用rough集理论对原始案例库进行处理，形成基于rough集理论处理过的案例库，根据描述特征属性，检索得到相似案例，同时对修正后的案例进行存储，使得在线控制系统不断完善。
103.本发明通过前馈以及反馈控制回路，使操作变量发生变化，最终使控制变量稳定在目标值，预估出控制变量稳定在目标值上的操作变量的基本值，同时与在线检测结果和化验室分析结果进行数据交互，根据控制变量的实测值、目标值，测算两者之间的偏差值，通过反馈数学系统，求出操作变量的修正值。
104.实施例2：本发明提供了一种铜顶吹吹炼过程在线优化控制模型与方法，对铜顶吹吹炼的操作参数进行优化，其特征在于：在线优化控制模型包括rough集理论、正馈数学模型、反馈补偿模型、软测量模型、案例推理模型；通过软测量模型获取生产过程的关键工艺参数值，并借助正馈数学模型和反馈补偿模型实现对铜顶吹吹炼过程关键参数的优化调整，对生产数据进行综合分析对比建立优秀生产案例库，通过案例推理模型和rough集理论对案例库检索，根据当前生产状况进行匹配进而实现对吹炼过程的优化控制。
105.本发明提供的rough集理论可以有效对案例库进行知识化简，优化案例库，同时形成案例库的多个索引，根据不同的问题按不同的索引进行案例检索并得出结论。
106.本发明提供的案例推理模型求解问题的步骤主要包括四个主要过程：案例检索、案例重用、案例修正和案例保存。
107.本发明提供的案例检索利用案例库的索引和组织结构，根据顶吹吹炼的问题描述在案例库中寻找与该运行工况最相似的案例。
108.本发明提供的案例重用包括重新应用旧案例中解决的顶吹吹炼问题的方法到现有实际运行工艺操作参数调控中和重新应用整个解决吹炼工艺问题的过程，包含思路和具体的调控参数细节。
109.本发明提供的案例修正是根据现有吹炼运行工况与检索到的案例之间的最主要差异，利用公式或规则来得出新的解决方案。
110.本发明提供的案例保存是修正后的新案例经过验证是可行的，将其作为新的案例存储到案例库，对案例库进行更新。
111.本发明提供的一套离线仿真系统，可部署在离线的诊断电脑，实现离线仿真模拟计算，为工艺人员优化工艺参数提供帮助。
112.本发明通过提取当前运行工况的描述特征，并根据这一描述特征在案例库中检索与当前工况相似的历史案例，通过案例重用、修正和保存，以及案例库的不断更新，通过回
路反馈控制将各个操作参数稳定跟随优化设定值。
113.本发明利用吹炼过程的输入与输出检测值，通过化合物组分含量的软测量模型，产生化合物组分含量的预报值，并与监测点组分含量的理想目标值进行比较，产生的误差通过前馈补偿来调控操作参数，同时通过对运行参数的实时监测，对软测量模型进行矫正，提高软测量模型的预报精度。
114.本发明将rough集理论引入案例推理模型，充分利用案例库中冗余属性的约简，形成案例的多个索引，根据不同吹炼运行工况按照不同的索引进行检索得到相似的案例。
115.本发明采用rough集理论对原始案例库进行处理，形成基于rough集理论处理过的案例库，根据描述特征属性，检索得到相似案例，同时对修正后的案例进行存储，使得在线控制模型不断完善。
116.本发明解决由于工艺流程长，生产过程不确定性严重，作业参数调整的滞后性的问题。
117.本发明大幅减少由于工况条件等波动引起的生产不稳定问题，为吹炼生产作业的稳定、安全运营提供重要技术保障。
118.本发明采用大数据进行分析处理，对未来的运行情况进行预测和判断，在故障发生前进行处理，避免故障的发生。
119.本发明通过前馈以及反馈控制回路，使操作变量发生变化，最终使控制变量稳定在目标值，预估出控制变量稳定在目标值上的操作变量的基本值，同时与在线检测结果和化验室分析结果进行数据交互，根据控制变量的实测值、目标值，测算两者之间的偏差值，通过反馈数学模型，求出操作变量的修正值。
120.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
121.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。