CCD逆流洗涤过程计算机控制系统设计与开发.docx
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1、分类号 密级U DC 学位论文CCD逆流洗涤过程计算机控制系统设计与开发作者姓名:董宪辉指导教师:柴天佑教授信息科学与工程学院申请学位级别:硕士学科类别:工科学科专业名称:控制理论与控制工程论文提交日期:2010年6月25日 论文答辩日期:2010年7月4日学位授予日期:甯媵员会主席:评阅人:东北大学2010年7月A Thesis for the Degree of Master in Control Theory and Control EngineeringDesign and Development of Computer Control System forContinuous Cou
2、ntercurrent Decantation ProcessBy Dong XianhuiSupervisor : Professor Chai TianyouNortheastern UniversityJune 2010独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果,也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚 的谢意。学位论文作者签名:签字日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保
3、留、使用学位论 文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流,请在下方签名:否则视为不同意)学位论文作者签名:导师签名:签字日期签字日期:CCD逆流洗涤过程计算机控制系统设计与开发摘要在现代冶金工业中,采用湿法冶金工艺所得到的悬浮液中包括矿石浸出后的残渣和 浸出液。通常悬浮液是不稳定的,其中的固体粒子在外力的作用下,能与液相分离。矿 石经一次或多次浸出之后,又经过液固分离过程,残渣已成为无可利用与回收价值的物 料时,通常作为废弃物排出。排出前
4、,通常利用沉降槽或浓密机采用连续逆流洗涤的 艺对残渣进行洗涤,以达到洗净残渣中的有用物质的目的,使有价值物质回收最大化。对连续逆流洗涤流程的合理设计与控制能够有效地提高生产效率。然而该过程具有 设备之间关联复杂,关键艺参数关联耦合严重,况条件变化大等控制难题。因此, 采用先进的控制技术实现其自动控制具有重要意义。本文以某大型冶炼厂CCD逆流洗涤 过程计算机控制系统设计与开发项目为背景,进行了CCD逆流洗涤生产过程控制策略的 研究以及计算机控制系统的设计与开发。本文主要内容归纳如下:(1)通过对实际生产过程中的问题和难点分析,研究了CCD逆流洗涤过程的控制策 略,包括过程回路控制、设备连锁逻辑控
5、制。过程回路控制包括溢流槽液位控制、浓密 机过程控制。对浓密机过程进行分析提出PID控制器、协调控制与解耦控制相结合的控 制策略,并模拟现场实际模型对控制器参数进行整定。设备连锁逻辑控制主要包括设备 的启停、连锁关系。(2)结合CCD逆流洗涤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CCD逆流洗涤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、控制网和设备网三层网络结构组成,以实现控制系统的 信息集成和功能集成。(3)设计和开发了某大型冶炼厂CCD逆流洗涤生产过程计算机控制系统。(4)对开发的CCD逆流洗涤过程计算机控制系统进行了实验研
6、究和功能测试。关键词:连续逆流洗涤;解耦控制;协调控制;计算机控制系统;建模仿真Design and Development of Computer Control System forContinuous Countercurrent Decantation ProcessAbstractIn modem metallurgy industry, suspension obtained by using hydrometallurgical processes contains the residue after leaching the ore and the leaching solut
7、ion. Usually suspension is unstable, and the solid particles in it can separate with the liquid under external force. Ore is leached after one or more times, then gone through the liquid-solid separation processes, debris has become the materials with no value of using and recycling, generally is di
8、scharged as a waste. Before discharging, debris usually is cleaned by sedimentation tank or thicker adopting continuous countercurrent decantation process, in order to clear useful material, and maximize the recovery of valuable substances.The good design and control for the continuous counter-curre
9、nt decantation process enhance the production efficiency can effectively. But to control these processes have many difficult problems, such as complicated technology and serious coupling and so on. Therefore, its automatic control using advanced control techniques is of great significance. We design
10、 and develop the control strategy and the computer control system on the background of the continuous counter-current decantation process of one big smelter. The primary works are as following:(1) On the analysis of the problems and difficulties in the actual production process, the control strategy
11、 for the continuous counter-current decantation process is researched, which includes process loop control, device logic interlock control. The process loop mainly includes liquid level of thickener overflow tank control system, thickener process control system. According with the thickener characte
12、ristic, the control strategy which integrated the PID control and Coordination control and decoupling control was raised, object model was built and parameter of controller was set. The device logic interlock control includes start and stop device, the interlock relations.(2) Considering the charact
13、eristics and the control requirements of the continuous counter-current decantation process, the two-layer architecture of computer control system for red mud separating and washing process is researched and developed, including PMS (process monitoring system) and PCS(process control system), and de
14、sign the functions and hardware. The computer network of three layers is industry Ethernet, control network and device network. Information integration and function integration of computer control system -HI-is achieved with the three layers network.(3) The computer control system fbr continuous cou
15、nter-current decantation process was designed and developed.(4) Has conducted the experimental study and the function testing to the development of continuous counter-current decantation process computer control system.Keywords: Continuous countercurrent decantation; Decoupling control; Coordination
16、 control;Computer control system; Modeling and emulating.独创性声明I摘要IIAbstractIll第I章绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 先进控制技术在计算机控制系统中的应用及研究现状21.3 CCD逆流洗涤过程控制技术研究现状及存在的问题71.3.1 CCD逆流洗涤过程控制技术研究现状71.3.2 存在问题81.4 本文的主要工作9第2章CCD逆流洗涤过程描述102.1 CCD逆流洗涤过程工艺流程102.2 CCD逆流洗涤过程控制目标122.3 影响洗涤效果的因素分析142.4 CCD逆流洗涤过程控制难点分析152.5 本章小
17、结15第3章CCD逆流洗涤过程控制方法研究173.1 CCD逆流洗涤过程模型173.2 CCD逆流洗涤过程控制策略193.3 CCD逆流洗涤过程回路控制方法203.4 CCD逆流洗涤过程逻辑控制方法263.5 本章小结28第4章CCD逆流洗涤过程计算机控制系统设计与开发294.1 计算机控制系统的体系结构设计294.2 计算机控制系统的功能设计324.2.1 系统控制功能设计324.2.2 系统监控和管理功能设计354.3 计算机控制系统平台设计384.3.1 系统硬件平台384.3.2 系统软件平台434.4 计算机控制系统开发444.4.1 过程控制程序的开发444.4.2 过程监控和管理
18、功能的开发514.5 本章小结59第5章CCD逆流洗涤过程计算机控制系统的实验研究和功能测试625.1 CCD逆流洗涤过程计算机控制系统实验对象的搭建625.2 过程特性实验635.3 控制方法实验665.4 CCD逆流洗涤过程计算机控制系统的功能测试685.5 本章小结69第6章 结论和展望71参考文献72致谢76攻读硕士期间主要工作77第1章绪论1.1 课题研究背景及意义锲钻是国民经济重要的战略物资,广泛应用于钢铁、军事、航空航天、石油、化、 电子和机械制造业。随着科学技术的高速发展,人们对银钻材料的重视程度越来越高,保 钻业的发展备受关注。20世纪80年代以来,中国经济取得了高速的发展,
19、有色金属消 费需求旺盛,19932003年的10年间,中国银制品的消费量年平均增长率高达12%。近 年来更成为全球银资源消费增长最快的国家。中国特钢协会不锈钢分会的数据显示, 由于我国太钢、宝钢、酒钢等不锈钢冶炼项目的扩建和新建,预计国内对锲的需求还会 增加図。世界上可开采的银资源有2类,类是硫化镇矿床,另类是氧化馍矿床。从世界范 围看,目前约有70%的银是从硫化银矿中提取的,但是银贮量的65%-70%赋存于氧化银 矿床中,这是个很大的矛盾。随着硫化银资源和高品位红土银矿资源的逐渐减少,大 量存在的品味在1%左右的红土银矿的经济开发日益为人们所关注口。氧化银矿是含银 橄榄石经长期风化淋滤变质而
20、形成的矿物,由于矿床风化后铁的氧化,矿石呈红色,所 以统称为红土矿。根据矿石中铁和镁含量的不同,氧化馍矿通常分为2种类型,种为 褐铁矿类型,此种矿石含铁较高宜采用湿法冶金工艺处理。另种为硅镁银矿,此种矿 石含镁较高而含铁较低宜采用火法冶金工艺处理3。本文所依托的项目为某国有大型银钻冶炼项目,该项目所采用的冶炼艺为硫酸加 压酸浸工艺。在加压酸浸工艺中,CCD逆流洗涤过程是其中重要的工序,它直接关系到 浸出浆中有用物质的回收率。加压酸浸后矿浆经过矿浆中和后进入CCD逆流洗涤序。 经过前期进行的高压酸浸处理,矿石中的银钻以离子的形式出现在料浆中,渣浆为无用 物质。采用连续逆流洗涤艺对矿浆进行洗涤以最
21、大限度减少渣浆中带走的有用溶液。 CCD逆流洗涤过程可分为完全相同的七台串联浓密机的浓密分离过程,在生产中,需要 对浓密机的底流浓度、泥层界面高度和泥层静压进行控制。而浓密机过程本身具有多变 量强耦合的特点,输入输出众多,任何一个输入的变化都会引起所有输出发生波动,参 数之间耦合严重。艺机理复杂,操作环境恶劣,由于受生产条件的限制和设备运行参 数的改变,系统具有大惯性、非线性,加上来料性质波动频繁,难以及时准确的根据变 化的来料情况和后续序的生产情况进行有效控制。旦浓密过程机理复杂,难以建立, 输入、输出以及干扰之间精确的数学模型,从而难以采用基于模型的控制方法和传统的 最优控制方法。针对裸钻
22、沉淀分离过程控制中存在的上述问题,本文依托东北大学流程工业自动化 教育部重点实验室和沈阳东大自动化公司的技术优势,通过某国有大型冶炼厂银钻冶炼 项目的工程实践,在对加压酸浸红土锲钻矿冶炼艺全面掌握的基础上,利用先进的计 算机控制方式对CCD逆流洗涤过程进行监视和控制。以稳定生产,降低生产过程中的资 源消耗,提高劳动生产率为目标,将控制理论与具体工程实际相结合,采用智能协调控 制策略对CCD逆流洗涤过程进行自动控制,对于降低工人劳动强度具有重要意义。1.2 先进控制技术在计算机控制系统中的应用及研究现状在现实生活中,通常把原材料转变成为产品并具有一定生产规模的过程叫做生产过 程。按照其中物质和能
23、量的流动状态,业生产过程大致可以分为连续(或批处理) 的生产过程(如发电、化工、水处理、冶金、炼油、石油化工、冶金、发电、石油化、 造纸、生物化工、轻、水处理等)和离散制造过程(如汽车制造、机械加工等)。随 着电子技术、计算机技术、测量技术的不断发展,计算机技术与控制理论、自动化技术 相结合的产物计算机控制在业生产过程中得到广泛应用。它的发展与计算机技术的 进步密不可分。在20世纪60年代,计算机在工业生产过程控制中的应用,只是取代 模拟控制器控制过程变量、显示、记录和记录报警仪表,实现所谓直接数字控制(DDC)。 DDC系统的出现是计算机控制技术发展的个重要里程碑,它用计算机代替常规控制 器
24、,实现闭环控制,可以较好的发挥计算机运算速度快,实时性高,计算能力强的优势。 但是计算机的价格仍然太高,可靠性也不能满足当时很多部门和生产过程控制的要求, 所以,模拟仪表控制系统仍旧大量采用。直到20世纪70年代,微处理器和微型计算机 的出现,消除了长期阻碍计算机控制发展中计算机价格昂贵和可靠性差的两大问题,从 而开发出基于微处理器的集散式控制系统(DCS)。集散控制系统对测量和控制回路采用 分散结构而信息进行集中处理,大大提高了计算机控制系统的可靠性,从而使计算机控 制系统获得了大规模的推广使用。进入20世纪90年代,基于现场总线的计算机控制系 统(FCS)正在开发并逐步走向实用化。其可靠性
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- CCD 逆流 洗涤 过程 计算机控制 系统 设计 开发
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