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工程应用一：RH真空处理装置自动控制系统 由于国际市场对纯净钢和超纯净钢的需求不断扩大，特别是20 世纪80 年代以来，由于汽车厂家 对钢板的抗锈性能提出了更高的要求，使得纯净钢开发技术成为一个全球性的热点，也成为衡量 一个国家钢铁生产水平的标准。 RH 真空循环脱气方法是1959 年德国鲁尔钢公司(Ruhrstahl)和海罗尔斯公司(Heraeus)共同开发的 工艺，运用真空循环脱气原理，主要靠钢水中的氧在真空槽中进行脱碳，利用钢水的循环流动来 达到去除钢水中氢、氮、氧等有害气体及固体夹杂物和深脱碳的目的，以进一步提高钢水纯净度。 RH 的工艺流程如图1：钢包车接受吊车吊来从LF 或转炉（初炼炉）过来的装有钢水的钢包， 钢包车运送钢包到处理位。当钢包车到达真空处理位后，真空系统开始预抽真空。同时，启动测 温定氧取样枪在钢包中对钢水进行测温定氧和取样及测量钢渣的厚度。然后启动钢包液压顶升系 统提升钢包，使真空槽的浸渍管完全插入到钢水中，根据钢渣的厚度和钢水的高度，调整浸渍管 到适当的插入的深度，停止钢包上升，锁定液压系统。打开真空阀，钢液被吸入真空槽，由于浸 渍管的上升管的驱动气体的注入钢液开始循环。

然后根据不同的工艺要求进行吹氧、添加合金进 行成分调整等。真空处理结束时，关闭真空阀，停抽真空，用空气破真空，当真空槽的压力回到 大气压力时，启动钢包液压顶升系统下降钢包，让浸渍管离开钢水，并由氩气切换到氮气。然后 启动测温取样枪对钢水进行测温定氧和取样及定氢。处理完后，将钢包车移动到保温剂添加位， 根据工艺情况可由操作人员或过程计算机根据钢种和来钢情况设定喂丝长度，人工进行喂丝处理。 喂丝后，由操作人员加入适当的保温剂，最后钢包车开出，由起重机吊出钢包。 工艺流程图RH 控制系统采用两级控制系统组成：一级基础自动化系统和二级计算机控制系统。在一级基础 自动化系统中完成其逻辑控制和控制回路的调节控制，二级过程控制级是从基础自动化系统采集 过程生产数据，根据生产计划进行模型运算，优化出生产参数下送到基础自动化系统执行操作。 系统的控制结构如图2 所示。 系统控制结构在操作室设置三套工业控制计算机操作站，配备相应的打印机及网络交换机，另外配置一台工程 师编程笔记本，组成HMI 操作系统。操作站配置监控开发系统，工程师站配备编程工具。主控 制室内设置PLC 柜，配置主体部分采用远程I/O。

在顶枪、预热枪阀站设置远程I/O 站，将分散 的信号统一通过现场总线传送到中央控制室的CPU，进行集中监控。信号较多的操作箱I/O 信号， 通过就近对应的远程I/O 站将信号传送到中央控制室的CPU。L2 服务器通过以太网连接到L1 的操作站系统，进行数据交换。L2 的操作员终端安装在基础自动化中央控制室，操作员通过H MI 与L2 进行对话。 RH真空处理装置自动控制系统采用2 套西门子公司CPU 416-3 型号的PLC用于生产过程控制， 并完成整个生产过程的电气、仪表控制功能。通过工业以太网和PROFIBUS 总线进行网络通信， 通信系统包括PLC 之间、PLC 与上位计算机之间以及PLC 与其他智能设备间的通信。上位机 采用西门子工控机，通过工业以太网连接，与下位PLC 和二级自动化系统进行实时通讯，实现 对设备系统的控制监视、数据采集、故障报警、报表打印等多种功能；主传动控制通过PROFI BUS-DP 网与变频控制器通讯，仪表自动化系统采用PROFIBUS 总线链接，采集过程信号进行 监控。 PLC 软件采用Step 7V5.3 进行编程，利用顺序控制和回路控制结合的方法实现自动控制。

对枪 的升降、钢包车走行、槽台车运动基本上均采用顺序控制方法，实现手动和自动控制。对于流量、 压力、温度等仪表控制，采用PID 的控制策略，因为在当今工业过程中，常规的PID 控制器因 为其良好的鲁棒性、控制简单以及较高的可靠性仍然是运用最广泛的控制器。在闭环系统中， PID 控制器的三个参数必须通过整定来达到满意的控制效果。 PID 控制器表示为： 则输出可以表示为： 其中Kp 为比例增益；Ki=Kp/Ti 为积分增益；Kd=KpTd 为微分增益。 对于PID 控制来说，只有在参数Kp，Ki，Kd 的适当配合下才能使系统的过渡过程达到快速、平 稳、准确的要求，获得满意的控制效果。PID 参数的整定就是根据被控对象特性和所希望的控制 性能要求决定三个参数Kp，Ki，Kd 在预热枪的温度控制系统中，由于系统是一个大滞后的系统，所以采用串级控制的方式，温度调节为主回路，流量调节为辅回路，内环的流量调节回路可以快速响应温度变化，外环的温度回路 根据槽温情况进行调节，如图3。这样可以及时消除流量波动对槽温度的影响和温度回路的扰动 影响，保证真空槽温度的稳定。 根据热RH 的工艺对计算机监控系统的要求，用组态软件WinCC 6.0 开发了系统的监视与控制 画面，系统可以对现场过程数据的动态监视功能、历史数据的归档功能、异常信号的报警功能、 现场操作的指导功能和对生产过程的控制功能等。

上位监控画面主要包括各子系统监视画面、趋 势画面、报警画面和辅助画面等。 是顶枪系统的运行画面，图中所示顶枪处于补充加热模式，操作场所选择中央控制，控制方式为中央自动控制。图5 是预热枪系统的运行画面，图中所示预热枪处于中央操作燃烧状态。 1#预热枪自动燃烧系统运行画面工程应用二：现场总线络技术和先进控制技术在传统产业改造中的应用 虽然铅烧结工艺流程本身是一个较为成熟的冶炼流程，但将包括配料、料转运、烧结、烟气处理 等工序在内的烧结全过程的优化稳定控制仍然是需要深入研究的课题，特别是在环境要求越来越 高的当今时代，稳定的烧结冶炼过程，不但是提高产量与效益的基本保障，更是保证低二氧化硫 排放的重要措施。因此借助于先进的网络或总线平台，采用先进的控制技术，开发实用的应用软 件，实现铅烧结过程的优化控制，具有显著的经济效果和社会效益。 本项目的立项是通过深入分析铅烧结全过程中的控制难点，以及冶炼过程存在分散、时变、非线 性和强耦合等复杂的特性，通过多学科理论的集成融合，采用先进的控制技术，借助于现场总线 及Web 网络平台，开发实用的应用软件，实现面向生产过程的铅烧结控制和管理。 主要内容包括：针对铅烧结过程的自动化升级改造，应用多种现场总线技术，完成主要监控软 件的设计；围绕铅配料过程的控制，将料量检测部分原来的有秤架的重力式电子秤改为无力传 感机构的核子秤，料量的调节控制采用变频调速器控制电机，自动配比控制功能软件帮助系统按 照工艺技术人员的配料单给出的各种配比数，严格控制各仓的下料量，配出比例合符要求的混合 物料，以实现自动配比控制。

并设计一种基于滑模变结构的核子秤称量控制器；针对制粒与混 合工艺湿度控制的难点，构架了以红外湿度检测为基础的、以智能控制为核心的分布式现场控制 器；对烧结点火炉及烧结终点控制，设计了基于模型跟踪控制方案的现场总线控制器。 烧结过程属于大滞后环节，控制涉及参数较多，在本项目提出的智能烧结终点控制方法中，当料 层厚度不变时，用台车速度调整烧结终点，用现场总线设备实现烧结机点火炉温度、煤气流量、 空气流量的控制，采用数学计算方式对烧结终点进行检测。经理论分析和实际运用，此方案达到 了设计需求，提高了产品质量和产量，并较好地克服了操作人员凭经验操作的盲目性。 控制系统与操作监视画面详细内容请点击下载 现场总线络技术和先进控制技术在传统产业改造中的应用研究.doc “现场总线络技术和先进控制技术在传统产业改造中的应用研究”项目获2006 年湖南省科技进 步二等奖 工程应用三：“慧眼”、“巧手”与科研尖兵 “慧眼”、“巧手”与科研尖兵 ———王耀南课题组攻克“高速灌装生产线智能检测分拣”难题 关键字：王耀南,检测,灌装,环保,生产 作者：黄思维 “喝饮料我们再熟悉不过了吧！饮料从生产到进入我们消费者口中，至少要经历两道灌装程序：第一道灌装程序是指将生产好的饮料分装到一个个饮料容器中，第二道灌装程序就是消费者自己 将饮料倒入口中、‘灌装’到各自胃里。

大家对第二道‘灌装’程序都不陌生，但对第一道灌装程序 的了解或许就不多了，而我们做的这项研究就是要解决第一道灌装程序中存在的一些问题。”《高 速灌装生产线智能检测分拣成套装备研制及其推广应用》项目领衔人、电气与信息工程学院院长 王耀南教授生动形象的开场白让记者一下子开窍了。 “项目离日常生活很近” 据了解，出于环保、节能等需要，目前啤酒、饮料、医药等灌装生产厂家大都使用可回收容 器，但这些回收容器在运输、使用过程中都会不可避免地受到污染和损坏。为保证产品质量，出 厂前，厂家必须对灌装前后产品质量进行严格的检测以及次品分拣操作。而目前，国内一般都采 用人工进行检测与分拣操作。人工操作存在着工作条件差、劳动强度大等问题，同时，光靠人眼、 人手进行操作，还存在检测速度慢、检测质量受人为因素影响、食品卫生安全标准和清洁环保难 以保障等一系列弊端。以啤酒行业为例，据统计，2002 年我国啤酒生产以2386.83 万吨的产 量名列世界第一，但与之失衡的是，我国啤酒灌装生产成套装备的整体水平却落后于国外10-2 那么，当前存不存在可替代人工、专门进行自动化检测与分拣的机器呢？答案是：有。但是，这些机器只能从德国、美国等国家高价进口，因为在此之前我国还不能自主研发该类产品。

“为打破国外垄断，取得自主知识产权，填补国内技术空白，我们中国人必须研发出自己的 大型自动化灌装检测分拣成套装备。”王教授掷地有声的一席话道出了该项目的双重含义——— 项目与国家利益息息相关，它关系到能否实现重大技术装备国产化的迫切需求；同时，它又与普 通百姓每天不可或缺的吃喝问题紧密相联。所以说这个非常复杂的科研项目其实离我们日常生活 很近、很近。 记者感言： 自主创新是什么？自主创新为什么？自主创新意义何在？这个项目研发故事为我们作了生 动诠释。 自主创新就是我们中国人要依靠自己的力量研发出中国没有、甚至世界也没有的技术、装备； 自主创新就是要依靠我们自己的力量解决企业生产、人们生活的实际需要，降低我国技术装备对 于国外的依赖性，帮助企业用最低的成本提升装备档次；自主创新就是要从每一项生产需求出发， 努力将“中国制造”转变成为“中国创造”，从而提升整个国家技术品位。在建设创新型国家过程中， 我们需要太多的“慧眼”与“巧手。 工程应用四：高炉热风炉自动控制系统 高炉热风炉是一个分布参数，非线性、时变、多变量紧密耦合的被控对象工程应用，其中燃烧控制是提高 风温、节约能源和安全生产的关键，由于传统的、完善的高炉热风炉燃烧自动化系统采用数学模 型计算所需的加热煤气流量和助燃空气流量,数学模型相当复杂，还需设置昂贵煤气成分分析仪， 故投资大，维护困难。

因而这种数学模型虽然有效但在国内除宝钢以外,很少有工厂采用。大部 分是手动控制。模糊控制为热风炉燃烧控制提供了一条新方法。本项目在比较了目前热风炉燃烧控制系统各种控 制方法的优缺点后，针对热风炉燃烧控制的特点，将模糊控制技术、神经网络相结合，提出了一 种基于模糊神经网络方法用于热风炉燃烧控制。该方法充分考虑了系统非线性、难以建模和具有 强耦合性的特点，应用模糊RBF 网络对模糊规则进行快速提取，通过模糊神经网络对熟练工人 的控制经验学习，解决了模糊控制应用中规则难以获取的难题，该项目已成功应用到广州钢铁集 团公司3、4 号高炉热风炉中。实际控制效果充分的表明，本文提出的模糊神经网络方法，易于 实现，有效地解决目前热风炉燃烧自动控制的难题。 CFC结构图 废气温度趋势图详细内容请点击下载 高炉热风炉自动控制系统.doc 工程应用五：在TRT 控制系统中的应用 高炉煤气余压透平发电装置（TRT）技术，是将TRT 装置并联于高炉减压阀组，使高炉炼铁中 所产生的煤气压力能流经装置中的透平机时膨胀做功，将高炉煤气的压力能转化成透平机转轴的 旋转机械能，从而带动发电机发电，是一种能量纯回收的技术。

因此TRT 是一种投入低，见效 快的节能设备，但是作为高炉主流程系统的一个附加部分，必须保证高炉的正常运行，因此在安 装TRT 装置后如何确保高炉顶压稳定成为TRT 技术发展和推广最关键的问题。 详细内容请点击下载 免疫遗传算法PID 参数整定在TRT 控制系统中的应用.rar 工程应用六：在清水塘重金属污水处理中的应用 从省委书记、省人大常委会主任周强启动清水塘重金属污水处理厂“启动开关”后，截止目前，株洲清水塘重金属污水处理厂已运行半年之久。 周强、徐守盛、张力军、赵家荣启动清水塘重金属污水处理厂“启动开关” 清水塘重金属工业污水处理工程项目总投资为3.09 亿元。项目包括霞湾污水处理厂提质改造工 程、重金属工业污水综合处理厂以及配套建设工业废水管网、生活污水管网及提升泵站。同时新 建废水水质在线监测系统，设置事故缓冲池，防范和处置突发性污染事故等。据悉，新建的工业 废水处理系统可日处理3 万吨废水，配套管网6.5 公里，完全可以满足清水塘建成区、环保产 业园等区域需求。针对冶炼废水，将首先进行物化处理，再进行生化处理，最后进行深度处理。 对于化工废水，则先物化处理，后进行化学混凝沉淀，再进行深度处理，使区域工业废水排放达 到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标，可排入任何地面水域（划定的保护区和游泳 区除外），工业及农业用水均可。

清水塘污水处理系统总体结构图MBR 池的化工废水 深度处理系统清水塘重金属污水处理厂运行后，株洲将全面取缔并整合现有霞湾港、铜塘港沿线包括株洲冶炼 厂、株洲化工厂等17 个企业在内的排污口和7 个湘江直排口，实现清水塘工业区只有一个湘江 排污口的目标。对于确保株洲和下游的长沙、湘潭市民饮水安全和长株潭“两型社会”试验区资源、 环境可持续发展也具有重要意义。 工程应用七：在自来水调度系统中的应用 株洲市自来水有限责任公司第二代供水调度系统项目的建设于2009 年底启动，相对于90 年代 初建成的公司第一代系统，更科学、高效和经济实用，可实现对全市供水管网运行状态的实时监 控，建立对突发事件的快速响应机制，为株洲市供水设施的经济、可靠运行提供更为切实的保障。 项目充分利用日益发展成熟的计算机信息技术、3G 通信技术和自动控制技术，结合统计、预测、 数学模型、空间分析等手段，对公司经济、技术指标和管网实时运转情况进行反馈控制，实现对 供水调度各工作环节的合理配置。系统建成后，其功能将在管网的快速准确监控、安全维护、优 化设计以及抢修施工和用户需求的迅速响应等方面表现得尤为突出。 第二代供水调度系统建设总投资1400 万元，计划于2012 年底全部完成。

整个项目分三个阶 段实施：第一阶段，完成生产调度系统的基础建设，内容主要包括：水厂工艺数据监视系统、管 网压力数据采集系统、管网分区计量系统、大客户流量监控系统、生产统计数据分析系统、水司 各单位及二次供水加压站远程视频监控系统、管网巡检管理系统、生产调度专用骨干网络、供水 110 热线系统、供水调度中心的建设等；第二阶段，实现水司各业务系统的数据集成，具体包 括管网地理信息系统、营业收费系统、供水服务热线系统、办公自动化系统等的数据集成，同时 建立我司管网水力模拟系统；第三阶段，将建设科学调度及决策系统，并进行调度系统流程及功 能调整和扩充。截至目前，本建设项目己完成了系统第一、二阶段全部项目内容。系统具备以下 功能： 1）水厂、加压站工艺数据监视 通过对各个水厂自动化控制系统的进一步完善和系统整合，将所有水厂的工艺控制数据融合到一 个统一的平台。 对全市的大型加压站和由公司托管的几十处二次供水加压站实施自动化控制改造，从而全面实现 了这些加压站的闭环控制和实时压力、现场视频监控。 2）管网压力监控、管网分区计量、大客户流量监控在全市各供水主管、管网分界点上安装测压、测流仪表，并通过3G 无线数传终端上传至公司服 务器中，使供水调度中心能够实时掌握全市的管网压力及流量动态，实现管网运行状态的科学分 析和供水设施的优化配置与合理调度。

目前己设置的全市管网压力监测点为65 个、分区流量2 3）远程视频监控采用IP 监控与模拟监控相结合的方式，对各个水厂、二次供水加压站的本地电视监控系统进行 建设、完善及整合，实现调度中心对全部供水设施的工艺流程运行和安防监控，同时完成管网抢 修现场视频的3G 方式接入。 管网巡管通过管网巡管管理平台实现管网巡管计划的制订、对工作人员的任务下达以及巡管人员对现场问 题点的记录、拍照上报等远程操作控制。同时还可实现管网地理信息的查询和对工作人员巡管移 动轨迹的实时监控。 供水110热线系统 通过建立22333555 供水热线系统，打造公司与广大用户间的信息交流平台，对外进行供水信 息发布，及时处理用户咨询投诉，完成外界信息与调度监控系统信息的整合。

（编辑：拼字网 - 核心网）

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