一、前言
炼焦生产自动化对提高焦炭质量、节能降耗（焦炉加热用的煤气约占整个炼焦厂总能耗的70%）、延长焦炉的寿命、减少环境污染和改善劳动条件都具有很重要意义，而且可以获得重大的经济效益。因此国内外都对实现焦炉自动化，特别是加热过程优化控制作了许多研究，并成功地推出了十多种焦炉加热自动控制系统。日本已有57座焦炉实现了焦炉加热自动控制（指新的有前馈或反馈的自动控制系统），其中3座还实现了单个燃烧室的加热控制，美、法、德、荷兰和芬兰等国也有一些焦炉实现了焦炉加热自动控制。国内自80年代以来，对焦炉加热自动控制也引起重视，并采用开发和引进两种方法来提高焦炉加热控制的水平。引进已有三种：宝钢二期引进美国凯撒公司的COHC技术，三期引进日本关西热化学公司的技术，酒钢引进德国OTTO公司的ABC技术等。自行开发的有：鞍钢与冶金部自动化研究院合作研制成功的焦炉燃烧控制系统（耗热量降低2.4%，提高了焦炭质量）、中科院新疆物理所和上海焦化厂的焦炉加热计算机控制系统（耗热量降低1.5%，全炉直行温度波动为±5℃）、浙江大学和重钢的焦炉计算机优化控制系统（耗热量降低2.68%）以及北京科技大学和铁道科学研究院及北京焦化厂的焦炉模糊优化控制系统等。
二、炼焦生产自动化系统构成
（一）自动化系统的构成
炼焦生产过程采用飞天智能自动化系统后结构见图1。
图1 炼焦生产自动化系统结构
本方案是针对年产50万t焦炭的现代化的中型焦炉而设计的，它具有以下特点：
1、操作方式采用分散与集中相结合方式，配煤和干熄焦控制是分散在配煤及干熄焦操作室内进行，焦炉控制在中控室内进行，但可中央全部监控而便于操作和减少岗位人员。
2、统一考虑，但可分步实施，例如可先上关键的焦炉或配煤系统，以收到zui大效果。
3、管控一体化。系统可包括某些管理功能，如质量分析、设备诊断和统计以及计划编制等。
4、使用工业PC代替传统的过程计算机，PLC作为基础自动化的测控设备，成本低，本事大，不仅节省投资且增加灵活性。
5、使用成功和在国内行之有效的且成本低的数学模型，如配煤优化模型、焦炉加热辅助控制COHC系统等而较容易地获得重大的经济效益。
6、数据网络化。关键数据共享而大大提率，如生产统计科可直接从网络下载生产数据，不仅及时准确且省力化，调度室和厂长可即时了解生产情况，便于及时采取措施。
7、使用人工智能技术（专家系统）来控制关键工序如焦炉加热，以达到节能降耗和改善质量，使没有经验的操作人员也可达到熟练操作人员水平。使用神经元网络技术预测焦炭质量，以便及时修正配料和采取其他措施，还可改变工艺参数后，预测生产技术指标，以便决策和强化生产。此外，传统的控制都是PID方式，但在实践中难以适应众多干扰和负荷变化，特别是随着生产的推移，往往出现调节阀门不灵活，阀径过大，而使控制质量不能满足，振荡等出现，而导致不能使用，zui后变成手动控制，而国内外均用模糊控制来解决，它是按人工操作规则模糊化和优化，它不仅使在不更换任何设备下自动化重新成为可能（因为一般要更换调节阀很困难，这是由于不仅价格贵，且须停产安装，甚至切割管道制作缩管以适应阀径要求，而难以实现）。而且调节质量比之PID更好，例如调节时间、衰减度、波动次数、控制质量对干扰的适应均优越很多。
（二）自动化系统的主要功能
1、基础自动化
配煤
（1） 数据采集。
（2） 定量给料及煤配比模糊控制。
（3） 各料槽料位模糊控制。
（4） 加水加粘结剂模糊控制（当工艺流程是成型煤时）。
（5） 各胶带运输机等起动、停止、连锁和顺序控制。
焦炉
（1） 数据采集。
（2） 集气管压力模糊控制。
（3） 加热控制，包括煤气、空气流量、空燃比控制，热值补正等。
（4） 混合煤气预热后温度模糊控制。
（5） 大烟道吸力模糊控制。
（6） 煤气放散控制及自动点火。
（7） 各输送机械运转、连锁、顺序、起动、停止等控制。
（8） 换向控制。
（9） 三大车连锁控制等。
干熄焦（可选）
（1） 据采集。
（2） 干熄焦预存段压力模糊控制。
（3） 汽包水位和给水流量三冲量调节。
（4） 过热器出口蒸汽压力及温度控制。
（5） 过热蒸汽放散控制。
（6） 除氧器压力模糊控制。
（7） 纯水槽液位模糊控制。
（8） 进除氧器低压蒸汽压力模糊控制等。
（9） 各输送机械运转、连锁、顺序、起动、停止等控制。
2、过程自动化
有关过程自动化的功能见图2。
图2 炼焦生产过程自动化级的主要功能
（1） 作业计划输入。
（2） 配料仓料位监控。
（3） 编制输送计划。
（4） 系统运转。
（5） 配料计算模型和优化配料模型（成本zui低）以及专家系统。
（6） 原料配合比设定。
（7） 焦炉加热辅助控制COHC模型运算。
（8） 技术计算。
（9） 操作实况收集。
（10）报表编制。
（11）数据通信。
（12）焦炭质量预测神经元网络系统。
（13）每班及每月循环推焦图表的编制。
（14）乱笺处理专家系统。
（三）飞天智能自动化系统软硬件配置
1、自动化系统软硬件（不包括干熄焦）
采用飞天通用智能自动化系统进行控制。
（1） PLC控制站，共3台。另设编程器。
初步估计I/O点：
A.仪表PLC：2套，每套AI-120；AO-16，DI-32，DO-32点。
B.电控：
配煤及煤输送PLC：1台，AI-32；DI-200；DO-200，PI-10点。
炼焦PLC：2套，每套AI-8；DI-160；DO-160。
（2） 操作监视装置与过程计算机。采用大容量的工控微机IPC，内存为128MB以上，硬盘10G以上，主频为1GHz以上；10台打印机。
2、自动化系统软件
系统软件采用WINDOWS-NT，监控系统软件采用组态王或SYNALL、FIX、INTOUCH等可选择，人工智能和数学模型将采用开发工具，以提率和可靠性，专家系统采用MAES-JT开发工具，神经元网络采用NShell开发工具，模糊控制采用FUZZYTECH开发工具，数学模型采用VisualLab-STAT或MatLab支持软件。
三、自动化系统 （不包括干熄焦）
（一）PLC 硬件清单：
序号
货 号
描 述
数 量
1
OMC-1/E
CPU
5
2
F- P31
编程软件
2
3
BASE08
8插槽机架
16
4
5
PWS10
电源模块
16
6
HSC10
计数器模块,3CH
4
7
XDC10
32点开关量输入模块
19
8
YRY10
16点继电器2A输出
44
9
10
AD031
8通道4-20MA模拟量输入模块
36
11
DA020
4通道模拟量输出模块
8
12
DUN10
空槽盖板
5
13
EXCBL01
扩展电缆
11
14
RSCBL06
RS232通讯电缆
5
15
FIX
监控软件
5
（二）工具软件：
NSHELL神经网络开发平台工具
FS-MAES专家系统开发平台工具
MATLAB数学模型开发工具
（三）其它硬件设备：
机柜（含布线槽、指示灯、继电器、直流电源等）6个
操作台 3个
双绞线电缆 若干
工控微机 10台
打印机 10台
传感器,仪表（可自备）
