镍铁回转窑的过程控制解说

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回转窑的焙烧过程是镍铁生产中的重要环节，其运转效率和烧成质量直接影响到镍铁生产的成本和品质。物料经过回转窑的干燥、加热、焙烧环节，产出粗制镍铁合金，这是一个多变量、强耦合、大滞后、时变的非线性系统。目前我国镍铁回转窑控制多数为人工操作，由于操作人员的操作水平参差不齐，回转窑很难达到稳定良好的控制效果。为确保回转窑连续稳定的运转，提高回转窑的烧成质量，降低回转窑的焙烧成本，回转窑的自动控制研究成为必然的趋势。
通过研究镍铁回转窑的生产工艺，分析物料在回转窑内的运动方式、滞留时间和化学机理反应，提出了镍铁回转窑的控制要求，确定了控制系统控制量、被控量和扰动量。研究了镍铁回转窑的控制难点，针对镍铁回转窑的控制难点，设计了镍铁回转窑的控制方案。方案提出以焙烧渣温度、尾气氧含量和窑尾温度作为镍铁回转窑的控制目标，设计了基于工况识别的智能采样和PID复合控制系统，同时，针对燃料与风耦合的难点，设计了比值控制器。
镍铁回转窑控制系统的输入变量有焙烧渣温度、窑尾温度和压力、尾气氧含量、窑头温度和压力等，控制输出有煤粉流量、天然气阀门开度和二次风阀门开度。自动控制程序包括数据处理模块、工况识别模块、增量PID模块、智能采样控制模块、工况补偿模块、比值控制模块等。通过对镍铁回转窑系统参数的实时值和变化趋势的分析，综合给出控制输出量。
镍铁回转窑的复合控制主要包括智能采样控制和增量式PID控制两部分。智能采样控制即“等等-看看-调调”的控制算法，结合回转窑相关参数的变化趋势和实时值进行调节输出，针对回转窑过程的时变、强扰动、大时滞有良好的控制效果。增量式PID在偏差较小时消除稳态误差，且便于实现手自动无扰切换，同时PID控制采用积分分离的方式，避免了过大的超调，保证控制精度。
为了验证控制算法的实用性，需要研究控制对象的模型。当镍铁回转窑处于稳定工况时，在其他条件不变的情况下，在国内某镍铁回转窑现场采集天然气焙烧时的数据，通过Matlab系统辨识工具箱得出窑尾温度、尾气氧含量和焙烧渣温度的数学模型。通过ABB的CBF组态软件编写回转窑过程动态模型，使用西门子STEP7软件中SCL语言编写控制程序，利用OPC通讯建立自动控制程序和动态模型的连接实现动态仿真。
镍铁回转窑控制系统基础自动化部分包括系统网络架构和硬件配置，工业以太网通讯，现场OPC数据采集通讯等。使用语言编写控制程序块，实现控制算法的设计。通过动态仿真验证了自动控制程序的合理性和实用性。
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