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烧结法氧化铝溶出过程计算机控制系统的设计与开发

作　者: 于祥国
导　师: 岳恒；柴天佑
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: DCS 氧化铝溶出控制系统联锁控制过程控制
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

氧化铝生产方法主要包括烧结法、拜尔法和拜尔烧结联合法。由于我国铝土矿铝硅比低,氧化铝生产主要采用烧结法和联合法。在烧结法氧化铝生产过程中,溶出过程的作用是将回转窑烧成熟料中的Al2O3和Na2O尽可能完全转入溶液中,该过程是处于烧结法工艺干法与湿法的交会处,是整个烧结法生产技术经济指标的核心控制环节。该过程具有非线性、大时滞、慢时变、关键工艺参数无法在线测量等综合复杂特性,其控制和优化技术的研究具有重要意义和相当难度。如何设计溶出过程控制系统成为具有重要实用价值的研究课题。本文依托国家863高技术发展计划,开展了氧化铝溶出过程控制系统的设计与开发。本文的主要研究内容如下：(1)结合氧化铝溶出过程的特点和控制要求,提出了包括过程控制层与过程监控层的氧化铝生产溶出过程计算机控制系统结构,进行了系统的功能设计与硬件设计。该系统具体物理实现框架由以太网、控制网两层网络结构组成,以实现控制系统的信息集成和功能集成。其中,在过程控制层中,设计了溶出优化控制系统,通过在线调整底层基础回路的设定值以保证关键工艺指标铝酸钠浓度在目标范围内。(2)开展了氧化铝溶出过程的智能控制策略的研究,提出了基于专家推理技术的铝酸钠指标智能优化控制策略,研究了基于黄金分割法基础控制回路的PID控制器参数整定策略以及包括过程回路控制和设备联锁逻辑控制策略。过程回路控制包括熟料下料量控制回路、赤泥洗液流量控制回路和碳分母液流量控制回路。提出溶出回路下料量优化控制方案,根据经验数据建立被控对象控制器的设计模型,并基于黄金分割法对控制器参数进行整定,并对整定参数进行了实验仿真。此外,还探讨了球磨机负荷故障诊断报警策略。(3)在上述工作基础上进一步以山西铝厂熟料溶出工程项目为背景,基于Honeywell公司的PKS DCS进行了溶出过程计算机控制系统的开发。主要包括现场生产工艺流程画面组态、环境组态、历史库组态、趋势组态、报警组态以及报表打印等。油站、球磨机、分级机、板式机、皮带秤、溶出泵等设备启停的本地与远程控制,完成了球磨机、分级机、板式机的启停与故障联锁控制程序的设计开发,和赤泥洗液、碳分母液下料量控制回路的设计与开发,为了消除现场的干扰信号,开发了针对现场特定干扰信号的滤波程序。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题背景及研究意义  12
  1.2 复杂工业过程控制技术的发展及现状  12-15
  1.3 氧化铝溶出过程自动控制的研究现状与发展趋势  15-17
    1.3.1 我国氧化铝工业介绍  15-16
    1.3.2 国内外氧化铝溶出过程自动控制研究现状与发展趋势  16-17
  1.4 氧化铝溶出过程控制现存问题  17-18
  1.5 本文的主要工作  18-20
第2章氧化铝溶出生产过程描述  20-30
  2.1 氧化铝溶出过程工艺流程描述  20-25
    2.1.1 烧结法生产氧化铝工艺流程描述  20-22
    2.1.2 氧化铝溶出过程工艺描述  22-24
    2.1.3 氧化铝溶出过程的主要化学反应  24-25
  2.2 各因素对溶出过程产品质量的影响  25-27
  2.3 氧化铝溶出过程控制难点分析及控制目标  27-28
  2.4 本章小结  28-30
第3章氧化铝溶出过程计算机控制系统设计  30-46
  3.1 氧化铝溶出过程计算机控制系统的体系结构设计  30-31
  3.2 计算机控制系统的结构与功能  31-36
    3.2.1 过程监控系统的结构及功能  31-33
    3.2.2 过程控制系统的结构及功能  33-36
  3.3 计算机控制系统的硬件结构设计  36-40
    3.3.1 计算机控制系统硬件的设计  36-38
    3.3.2 计算机控制系统硬件的功能  38-40
  3.4 计算机控制系统的软件结构设计  40-44
    3.4.1 计算机控制系统软件的设计  41-42
    3.4.2 计算机控制系统软件的功能  42-44
  3.5 本章小结  44-46
第4章氧化铝溶出过程智能控制策略  46-72
  4.1 基础回路控制策略研究  46-53
    4.1.1 熟料下料量控制回路  47-49
    4.1.2 赤泥洗液流量控制回路  49-50
    4.1.3 碳分母液流量控制回路  50
    4.1.4 球磨机负荷故障诊断报警  50-51
    4.1.5 系统控制方式的划分  51-53
  4.2 设备联锁控制策略研究  53-62
    4.2.1 设备启动停止过程  54-55
    4.2.2 油站启停故障联锁控制  55-57
    4.2.3 球磨机启停故障联锁控制  57-59
    4.2.4 分级机启停故障联锁控制  59-62
  4.3 智能优化控制策略研究  62-63
  4.4 控制器参数整定方法及仿真试验研究  63-70
    4.4.1 基于黄金分割法的PID控制器参数整定  64-68
    4.4.2 控制器整定参数的仿真研究  68-70
  4.5 本章小结  70-72
第5章氧化铝溶出过程控制系统的开发  72-92
  5.1 氧化铝溶出过程工程背景介绍  72-74
  5.2 氧化铝溶出过程控制系统的开发  74-91
    5.2.1 硬件系统的实现  74-76
    5.2.2 过程控制软件的开发及实现  76-83
    5.2.3 过程监控软件的开发及实现  83-91
  5.3 本章小结  91-92
第6章本文结论及工作展望  92-94
  6.1 本文的结论  92-93
  6.2 下一步的工作  93-94
参考文献  94-98
致谢  98-100
攻读硕士期间发表的论文  100-102
作者从事科学研究和学习经历的简历  102

烧结法氧化铝溶出过程计算机控制系统的设计与开发

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