焦化工厂生产智能控制系统

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焦化工厂生产智能控制系统近几年来，国家大力实施钢铁、焦炭生产的降产能和节能环保的绿色转型。焦化项 目属于煤化工的一部分，在冶金钢厂有众多的焦炉生产线。

目录

一、解决方案简述

1、方案简介与功能目标

过去的焦炉生产偏粗放式的 生产，炼焦产生的烟气直接排放入大气的焦炉有很多，废水污水直接排放的也有很多， 整个焦炉的生产控制是相当落后的，更没有工厂智能信息控制系统。随着工业自动化控 制的发展和国家政策的要求，这种生产模式越来越不能满足国家对煤化式产生的生产要 求，对生产的自动控制和智能工厂的信息采集控制要求越来越迫切，正是在国家政策、 民众对环境的要求、企业对控制水平提要都有强烈需求的现实下，我们对焦化厂研发了 焦化智能工厂信息控制系统，并提出了相对应的解决方案，提高了控制能力和环保能力。

本方案实施全面带动了煤化工企业的转型升级，促进了绿色低碳节能环保生产。煤化工行业的发展一直以来受到“低品质、低性能、高污染、高能耗”瓶颈的严重制约。 焦化智能工厂是实施两化融合的煤化工技术，对钢铁企业、煤化工企业等用户带来巨大 的经济和社会环保效益：

其一，实施该方案，在最大限度提高资源利用率的同时，有效降低了能源消耗，使 钢铁企业、煤化工企业获得较大的成本竞争优势；

其二，实施该方案，减少或消除了企业因环保问题受到的惩罚，减少NOx, SO2, 粉尘排放；

其三，实施该方案，对优化生产流程、提高产品品质、开拓产品市场、提高生产自动化控制水平、提升工作效率都有很好的推进作用。

该方案的技术可用在冶金钢厂内的焦炉化产项目，也可以应用在煤焦化生产项目上。 实现的功能如下：

（1）基础层：焦炉自动加热技术、集气管协调控制技术、焦炉车辆自动运行技术；

(2) 数据层：数据计算及存储运行管理系统；

(3) 应用层：应用软件信息系统，包含ERP, Web端数据发布，移动端APP应用， 统计、分析、预测、指导这几部分，主要是对数据的提炼，整合和优化，并将结果指导 生产或用于企业信息数据管理。

通过以上三个层级实现焦化智能工厂信息控制。

2、技术体系与技术特点

焦化智能工厂信息控制系统主要由以下三部分组成(如下图所示):

第一层：基础设施运营控制系统

第二层：数据计算及存储运行管理系统

第三层：应用软件信息系统

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第三层：应用软件信息系统

主要包括提升机定位系统、焦炉车辆智能管理系统、焦炉自动加热系统、集气管压 力智能协调控制系统等，经过多年来对焦化工厂的深入研究了解和技术开发，形成了一 整套完善的智能控制系统，突出集中的解决了当前焦化厂存在的控制问题。

硬件包括PLC/DCS控制系统、电气设备、工控机及冗余服务器、各级网络设备等； 软件包括工控软件及高级开发软件如C#、仿真软件、测试软件等。

技术上采用云平台技术、大数据挖掘技术、焦炉智能加热控制系统技术、集气管压 力智能协调控制技术、焦炉车辆智能控制技术等关键技术，全面构建高效、节能、环保、 绿色、舒适的人性化工厂，从而既帮助企业提高资源利用率，提高产品附加值，又能减少企业对环境污染。本方案的信息控制系统技术架构图下:

创新亮点主要有:

(1) 焦炉智能加热控制。

利用了多变量模糊控制方法及“蓄顶温度拟合直行温度调节”控制方法，通过综合 利用废气含氧量、煤气热值、煤气水分、焦炉标准温度等数据，使得焦炉这个难以精确 建立对象的多变量系统得以准确、可靠的反映炉温的真实情况，保证炉温的稳定性、确 保了煤气的合理燃烧，实现煤气量的自动调节、直行温度稳定±6°C,使其即便出现人 为因素误导系统，错误地调节了炉温，提高了整条生产线自动控制的准确性和可靠性, 也可以由蓄顶温度调节来抵消大部分不良效果并及时预警，能够适应焦炉运行过程中工 况的变化，实现焦炉自动加热功能，提高成焦率，降低能耗，减少S02、NOx排放，减 少环境污染。

(2) 大数据挖掘技术

本方案从焦化工厂产生的大量、不完全、模糊、随机的数据中提取隐含在其中的潜 在有用的信息和知识，用于工厂的统计、分析、预测、指导，以满足焦化工厂日益发展 的智能需求。

（3） 云平台技术

本方案在基于云计算平台管理技术、海量数据管理技术存储技术的基础上，搭建存 储平台，将原料厂、备煤车间、配煤室、粉碎机室、皮带机运输系统、煤制样室、炼焦 车间、煤塔、焦炉、装煤设施、推焦设施、拦焦设施、熄焦塔、筛运焦工段（包括焦台、 筛焦楼）、煤气净化车间、公辅设施等产生的海量数据，搭建了海量数据存储平台，同 时满足用户易于管理需求，具有超强的可扩展性。

（4） 集气管压力协调系统

集气管压力智能协调控制技术，采用智能协调控制技术，以全流程“煤气输送平衡” 为核心，通过实时采集炼焦、鼓冷、化产相关工序生产数据，监测煤气输送全流程状态， 协调各个工序设备单元的操作，实现煤气生产和输送全流程各节点的煤气平衡，解决集 气管压力控制问题并优化煤气输送的生产运行和管理。并结合专家系统、解耦和智能决 策，协调控制集气管翻板、初冷器前吸力以及鼓风机转速，从而有效稳定集气管压力, 克服外部扰动。

（5） 焦炉车辆智能控制技术

本项目通过优化车辆定位方式，定位精度，车辆间通讯方式，车辆间连锁控制模式， 已定生产任务在车辆间的上传下达等模式，解决焦炉上的车辆的自动控制，并通过通讯 方式的改变，将车辆间数据和焦炉其它工艺数据相连，使焦炉车辆和其它工艺形成完整 的统一控制。

二、应用案例简述

1、 案例名称与实施时间

案例名称：河北渤海煤焦化综合节能工程焦化项目

起止时间：2015年至2016年

2、 应用创新与技术亮点

该项目的实施得到了业主的一致好评，尤其是数据采集和分析方面以及环保测评方 面，具体创新点及技术亮点包括如下：

（1） 基于焦炉智能加热控制系统技术，国内第一个将软测量技术应用于焦炉加热 中，真正实现“全自动化”，具有较好的经济效益。

本项目实施的基于焦炉智能加热控制系统技术，是国内第一个将软测量技术应用于 焦炉加热中的项目。根据现代控制理论及专家规则设计焦炉加热专家系统，系统可以根 据软测量结果自动调节加热煤气的流量（或压力）以及分烟道吸力，实现手动、自动模 式可随时切换实现焦炉加热的全自动控制。

（2） 基于大数据技术，对焦化智能工厂海量数据处理首创分布式软件体系结构， 此技术在焦化智能工厂领域是一个重大突破。

本项目实施采用大数据分析技术，首创分布式软件体系结构，以焦炉本体的海量数 据为依据，以数据分类为数据分析方法，进行大数据挖掘，它通过高度自动化地分析企 业的数据，做出归纳性的推理，从中挖掘出潜在的模式，帮助决策者调整市场策略，减 少风险，做出正确的决策。该项目中通过大数据挖掘技术，实现焦炉加热控制，生产数 据分析，移动端生产数据的智能报警等功能。通过数据挖掘技术，实现焦炉加热的自动 控制。系统记录运行期间的主要作业状态及生产参数。

（3） 基于云计算技术，首次将云计算平台管理技术、云存储技术应用在焦化领域， 率先在国内焦化行业解决大数据的存储和应用问题。

本项目以公司自主研发为主，在吸收国内外成熟解决方案的基础上，首次采用虚拟 机技术应用处理的海量的焦化行业数据的存储和应用问题。另外，操作系统对CPU、内 存、硬盘有热插拔的支持功能，实现在线扩容，动态伸缩。对于数据的存储和维护，实 现自动运行维护和监控，提高效率，降低成本，减少故障处理时间。

（4） 率先将动态矩阵法应用在焦炉集气管控制中，创新集气管压力智能协调控制 技术，具有良好节能环保效益。

本项目率先将动态矩阵法应用在焦炉集气管控制中，利用动态矩阵法进行焦炉并联 解耦，建立焦炉各段集气管压力关系模型，通过动态矩阵法实现各段集气管压力的并联 解耦，消除各段压力互相影响。实现风机智能调速：运用智能控制技术，根据产气量和 前后工序的阻力，通过风机转速需求模型实时计算增减风机转速，配合液偶调速高精度 软件补偿模块，提高调节精确性。配合自适应控制，依据煤气输送平衡原理，实现焦炉 强扰动补偿、焦炉并联解耦与协调、焦炉和风机之间的串联解耦、吸力调度、煤气全流 程状态监测与平衡调度等功能，实时监测各个单元的运行状态，协调各个单元的操作, 从煤气输送全流程上保持气量平衡，优化单元操作和管理，显著提高系统处理各种复杂 工况的能力率先将动态矩阵法应用在焦炉集气管控制中，创新集气管压力智能协调控制 技术。

3、实施效果与示范意义

本项目的实施取得了很好的示范性效果，对项目的自动化控制水平，尤其是智能工 厂的概念深入用户心中，对数据采集不再仅限于读取用来做顺控或计算显示，更多的是 要求统计分析和处理，并对生产提出合理化的建议。