基于CPS原理的钨离子交换冶炼过程控制系统研究

发布时间：2020-04-19 22:00

【摘要】：钨是一种战略元素,广泛应用于冶金、航天、军工等领域。钨离子交换冶炼工艺具有机理复杂、影响因素多、流程长等特点。当前以DCS为代表的工艺控制系统存在协调不及时和过程参数难以在线预测的问题,影响了工艺过程的连续性、稳定性及产品收率。本文以赣南某上市钨冶炼企业的钨离子交换冶炼工艺过程为研究对象,在分析过程特征和主要影响因素的基础上,基于信息物理系统(CPS)实时感知和动态协调原理,提出了一种三层CPS结构的钨离子交换冶炼工艺过程控制系统。本文主要的研究工作和结论如下:(1)对钨离子交换冶炼过程各阶段工艺机理进行了分析,总结了工艺过程的特点。对生产过程历史数据利用偏相关分析法找出了影响工艺指标的主要参数,提出了一种具有健壮性和稳定性的三层CPS控制结构,分别为现场层、节点控制层和决策层,为钨冶炼过程控制提供了新的解决方案。(2)针对当前工艺控制系统局部单元自适应能力不足的问题,设计了基于实时嵌入式技术的CPS智能节点,通过数据采集单元感知生产过程状态,与同层其他节点进行信息交互,接收决策层的优化控制策略,控制执行器调节物理设备状态,解决了局部优化和封闭生产的问题,达到动态协调工作的效果。(3)在系统决策层,重点研究了一种在线实时预测模型,该模型以先验数据和过程状态参数为输入,利用超限学习机(ELM)快速学习特性,通过Bootstrap对ELM隐含层权值和偏差进行约束,在保证精确性的情况下实现了在线预测功能。运用该模型对生产过程中粗钨酸钠溶液除磷终点进行了预测,结果表明该模型具有良好的预测速度和精确性,解决了系统对操作参数动态调节滞后的问题。通过应用CPS原理构建钨离子交换冶炼过程的控制系统,研究结构下智能控制节点和实时预测模型,能够有效的降低产品质量和工艺参数的波动,提高生产过程效率,具有实用性和经济价值。
【图文】：

结构图,球磨机,参数,碱分解

（1）磨矿主要设备：磨矿工序的主要设备为球磨机，本文以企业生产过程使用的 2MZ-800 型号球磨机为对象，实物和结构如下图2.6 所示。偏心轴上筒下筒电机电机弹簧弹簧进料口过料管出料口图2.6 球磨机实物和结构图工艺和设备参数：球磨时间 8~12 小时；给水速度 50~150l/h ；矿仓体积 0.5 m3；矿浆槽体积 10 m3；源矿粒度指标 43um；球磨固液比 4:1；停止给料后，需在 10~30 分钟内关闭球磨机和冷却水。（2）碱分解主要设备：碱分解反应釜，企业使用的反应釜实物和结构图如下图2.7 所示。

结构图,反应釜,参数

水矿浆入口图2.7 反应釜实物和结构图工艺和设备参数：矿浆槽体积10m3；液碱加入量1.75 m3；磷酸加入量 90~150kg；加水体积4.2 m3；钨渣浆泵开启时间 3min ；电机搅拌转速 80~110r/min；反应釜起始压力 0.5Mpa ；运行中0~0.3 ；保温范围 110℃~180℃，140℃最佳；油温初始设定温度 160℃；随着反应釜内温度变化需要人工调整以达到恒温控制。（3）转化除磷主要设备：敞口转化锅，，由老化的碱分解反应釜改造而成，企业现场使用的转化锅和结构如图2.8 所示。电机观察口母液管安全阀蒸汽阀浓料管阀图2.8 转化锅实物和结构图工艺和设备参数：蒸汽控制锅内温度 60℃；浓料体积泵入量 5~7 m3；电机搅拌速率
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF841.1;TP273

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