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焦化工廠生產智能控制系統近幾年來，國家大力實施鋼鐵、焦炭生產的降產能和節能環保的綠色轉型。焦化項 目屬於煤化工的一部分，在冶金鋼廠有眾多的焦爐生產線。

一、解決方案簡述

1、方案簡介與功能目標

過去的焦爐生產偏粗放式的 生產，煉焦產生的煙氣直接排放入大氣的焦爐有很多，廢水污水直接排放的也有很多， 整個焦爐的生產控制是相當落後的，更沒有工廠智能信息控制系統。隨着工業自動化控 制的發展和國家政策的要求，這種生產模式越來越不能滿足國家對煤化式產生的生產要 求，對生產的自動控制和智能工廠的信息採集控制要求越來越迫切，正是在國家政策、 民眾對環境的要求、企業對控制水平提要都有強烈需求的現實下，我們對焦化廠研發了 焦化智能工廠信息控制系統，並提出了相對應的解決方案，提高了控制能力和環保能力。

本方案實施全面帶動了煤化工企業的轉型升級，促進了綠色低碳節能環保生產。煤化工行業的發展一直以來受到「低品質、低性能、高污染、高能耗」瓶頸的嚴重製約。 焦化智能工廠是實施兩化融合的煤化工技術，對鋼鐵企業、煤化工企業等用戶帶來巨大 的經濟和社會環保效益：

其一，實施該方案，在最大限度提高資源利用率的同時，有效降低了能源消耗，使 鋼鐵企業、煤化工企業獲得較大的成本競爭優勢；

其二，實施該方案，減少或消除了企業因環保問題受到的懲罰，減少NOx, SO2, 粉塵排放；

其三，實施該方案，對優化生產流程、提高產品品質、開拓產品市場、提高生產自動化控制水平、提升工作效率都有很好的推進作用。

該方案的技術可用在冶金鋼廠內的焦爐化產項目，也可以應用在煤焦化生產項目上。 實現的功能如下：

（1）基礎層：焦爐自動加熱技術、集氣管協調控制技術、焦爐車輛自動運行技術；

(2) 數據層：數據計算及存儲運行管理系統；

(3) 應用層：應用軟件信息系統，包含ERP, Web端數據發布，移動端APP應用， 統計、分析、預測、指導這幾部分，主要是對數據的提煉，整合和優化，並將結果指導 生產或用於企業信息數據管理。

通過以上三個層級實現焦化智能工廠信息控制。

2、技術體系與技術特點

焦化智能工廠信息控制系統主要由以下三部分組成(如下圖所示):

第一層：基礎設施運營控制系統

第二層：數據計算及存儲運行管理系統

第三層：應用軟件信息系統

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第三層：應用軟件信息系統

主要包括提升機定位系統、焦爐車輛智能管理系統、焦爐自動加熱系統、集氣管壓 力智能協調控制系統等，經過多年來對焦化工廠的深入研究了解和技術開發，形成了一 整套完善的智能控制系統，突出集中的解決了當前焦化廠存在的控制問題。

硬件包括PLC/DCS控制系統、電氣設備、工控機及冗餘服務器、各級網絡設備等； 軟件包括工控軟件及高級開發軟件如C#、仿真軟件、測試軟件等。

技術上採用雲平台技術、大數據挖掘技術、焦爐智能加熱控制系統技術、集氣管壓 力智能協調控制技術、焦爐車輛智能控制技術等關鍵技術，全面構建高效、節能、環保、 綠色、舒適的人性化工廠，從而既幫助企業提高資源利用率，提高產品附加值，又能減少企業對環境污染。本方案的信息控制系統技術架構圖下:

創新亮點主要有:

(1) 焦爐智能加熱控制。

利用了多變量模糊控制方法及「蓄頂溫度擬合直行溫度調節」控制方法，通過綜合 利用廢氣含氧量、煤氣熱值、煤氣水分、焦爐標準溫度等數據，使得焦爐這個難以精確 建立對象的多變量系統得以準確、可靠的反映爐溫的真實情況，保證爐溫的穩定性、確 保了煤氣的合理燃燒，實現煤氣量的自動調節、直行溫度穩定±6°C,使其即便出現人 為因素誤導系統，錯誤地調節了爐溫，提高了整條生產線自動控制的準確性和可靠性, 也可以由蓄頂溫度調節來抵消大部分不良效果並及時預警，能夠適應焦爐運行過程中工 況的變化，實現焦爐自動加熱功能，提高成焦率，降低能耗，減少S02、NOx排放，減 少環境污染。

(2) 大數據挖掘技術

本方案從焦化工廠產生的大量、不完全、模糊、隨機的數據中提取隱含在其中的潛 在有用的信息和知識，用於工廠的統計、分析、預測、指導，以滿足焦化工廠日益發展 的智能需求。

（3） 雲平台技術

本方案在基於雲計算平台管理技術、海量數據管理技術存儲技術的基礎上，搭建存 儲平台，將原料廠、備煤車間、配煤室、粉碎機室、皮帶機運輸系統、煤制樣室、煉焦 車間、煤塔、焦爐、裝煤設施、推焦設施、攔焦設施、熄焦塔、篩運焦工段（包括焦台、 篩焦樓）、煤氣淨化車間、公輔設施等產生的海量數據，搭建了海量數據存儲平台，同 時滿足用戶易於管理需求，具有超強的可擴展性。

（4） 集氣管壓力協調系統

集氣管壓力智能協調控制技術，採用智能協調控制技術，以全流程「煤氣輸送平衡」 為核心，通過實時採集煉焦、鼓冷、化產相關工序生產數據，監測煤氣輸送全流程狀態， 協調各個工序設備單元的操作，實現煤氣生產和輸送全流程各節點的煤氣平衡，解決集 氣管壓力控制問題並優化煤氣輸送的生產運行和管理。並結合專家系統、解耦和智能決 策，協調控制集氣管翻板、初冷器前吸力以及鼓風機轉速，從而有效穩定集氣管壓力, 克服外部擾動。

（5） 焦爐車輛智能控制技術

本項目通過優化車輛定位方式，定位精度，車輛間通訊方式，車輛間連鎖控制模式， 已定生產任務在車輛間的上傳下達等模式，解決焦爐上的車輛的自動控制，並通過通訊 方式的改變，將車輛間數據和焦爐其它工藝數據相連，使焦爐車輛和其它工藝形成完整 的統一控制。

二、應用案例簡述

1、 案例名稱與實施時間

案例名稱：河北渤海煤焦化綜合節能工程焦化項目

起止時間：2015年至2016年

2、 應用創新與技術亮點

該項目的實施得到了業主的一致好評，尤其是數據採集和分析方面以及環保測評方 面，具體創新點及技術亮點包括如下：

（1） 基於焦爐智能加熱控制系統技術，國內第一個將軟測量技術應用於焦爐加熱 中，真正實現「全自動化」，具有較好的經濟效益。

本項目實施的基於焦爐智能加熱控制系統技術，是國內第一個將軟測量技術應用於 焦爐加熱中的項目。根據現代控制理論及專家規則設計焦爐加熱專家系統，系統可以根 據軟測量結果自動調節加熱煤氣的流量（或壓力）以及分煙道吸力，實現手動、自動模 式可隨時切換實現焦爐加熱的全自動控制。

（2） 基於大數據技術，對焦化智能工廠海量數據處理首創分布式軟件體系結構， 此技術在焦化智能工廠領域是一個重大突破。

本項目實施採用大數據分析技術，首創分布式軟件體系結構，以焦爐本體的海量數 據為依據，以數據分類為數據分析方法，進行大數據挖掘，它通過高度自動化地分析企 業的數據，做出歸納性的推理，從中挖掘出潛在的模式，幫助決策者調整市場策略，減 少風險，做出正確的決策。該項目中通過大數據挖掘技術，實現焦爐加熱控制，生產數 據分析，移動端生產數據的智能報警等功能。通過數據挖掘技術，實現焦爐加熱的自動 控制。系統記錄運行期間的主要作業狀態及生產參數。

（3） 基於雲計算技術，首次將雲計算平台管理技術、雲存儲技術應用在焦化領域， 率先在國內焦化行業解決大數據的存儲和應用問題。

本項目以公司自主研發為主，在吸收國內外成熟解決方案的基礎上，首次採用虛擬 機技術應用處理的海量的焦化行業數據的存儲和應用問題。另外，操作系統對CPU、內 存、硬盤有熱插拔的支持功能，實現在線擴容，動態伸縮。對於數據的存儲和維護，實 現自動運行維護和監控，提高效率，降低成本，減少故障處理時間。

（4） 率先將動態矩陣法應用在焦爐集氣管控制中，創新集氣管壓力智能協調控制 技術，具有良好節能環保效益。

本項目率先將動態矩陣法應用在焦爐集氣管控制中，利用動態矩陣法進行焦爐並聯 解耦，建立焦爐各段集氣管壓力關係模型，通過動態矩陣法實現各段集氣管壓力的並聯 解耦，消除各段壓力互相影響。實現風機智能調速：運用智能控制技術，根據產氣量和 前後工序的阻力，通過風機轉速需求模型實時計算增減風機轉速，配合液偶調速高精度 軟件補償模塊，提高調節精確性。配合自適應控制，依據煤氣輸送平衡原理，實現焦爐 強擾動補償、焦爐並聯解耦與協調、焦爐和風機之間的串聯解耦、吸力調度、煤氣全流 程狀態監測與平衡調度等功能，實時監測各個單元的運行狀態，協調各個單元的操作, 從煤氣輸送全流程上保持氣量平衡，優化單元操作和管理，顯著提高系統處理各種複雜 工況的能力率先將動態矩陣法應用在焦爐集氣管控制中，創新集氣管壓力智能協調控制 技術。

3、實施效果與示範意義

本項目的實施取得了很好的示範性效果，對項目的自動化控制水平，尤其是智能工 廠的概念深入用戶心中，對數據採集不再僅限於讀取用來做順控或計算顯示，更多的是 要求統計分析和處理，並對生產提出合理化的建議。