高压酸浸矿浆预热压力控制系统的研究

摘要

矿浆预热过程是高压酸浸（HPAL）工艺中的基础和关键部分，其过程工艺参数的稳定与否决定了高压酸浸冶炼过程能否安全高效的运行。目前对于高压酸浸过程控制的研究主要集中在工程实施的设计层面，并没有针对来自现场的复杂工况，缺乏现场数据的支撑，难免在实施过程中存在控制效果不理想的情形。 某镍钴冶炼厂高压酸浸区矿浆预热部分，在现场冷水试车时，矿浆预热器使用单闭环PID液位控制，系统能满足要求，但进行热水试车时，过程出现振荡，严重影响试车运行，后改为液位-流量串级PID控制，效果有所改善，但仍未能彻底解决问题，现场曾经出现泵损坏的情况。这就迫切需找到新的解决方案，稳定矿浆预热过程工艺技术参数指标。 通过查阅分析相关的文献和某冶炼厂的相关设计文件，在采集到大量现场数据的基础上，本文针对上述热水试车过程中存在的问题，主要做了以下几个方面的工作: (1)分析了引起预热器液位和进料流量波动的原因和现有控制策略存在的不足。从整个高压酸浸过程的变量之间的相互影响关联因素出发，以高温预热器作为分析对象，通过逐一查阅历史曲线，观察对比分析找出了压力是影响预热器进料流量和预热器液位的原因，并进一步找出了闪蒸槽液位控制阀是预热器压力波动的影响因素。而现有的常规PID压力控制，在上述干扰的作用下，其调节时间和超调量不能满足控制要求。 (2)建立了高温矿浆预热器压力稳态值在600Kpa附近时的压力简化模型。 (3)引入了两种稳定压力的控制方法。一种是从抑制干扰的角度，采用基于扰动观测器的PID压力控制结构可以在闭环调节的基础上，使系统在要求的低频段逼近标称模型，进一步减少外部扰动对压力的影响。另一种是从加快控制器控制动作的角度，采用模糊PID复合控制应用于高压酸浸矿浆预热压力控制，既可以充分发挥模糊控制的响应速度快、适应范围宽的优点，又可以充分发挥PID控制的静态性能好、控制精度高的特点。 (4)搭建了仿真实验环境，进行了仿真实验比较验证。将在Matlab中建立的模糊控制器、扰动观测器和压力过程模型与PlantCruise系统建立的PID控制器通过OPC通讯的方式连接，仿真实验验证和比较常规PID控制、基于扰动观测器的PID控制和模糊PID复合控制三种控制方法在稳定压力过程中的有效性和优越性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究意义

1．2高压酸浸矿浆预热过程研究现状

1．3现有矿浆预热过程存在的问题

1．4本文的主要工作

第2章高压酸浸工艺过程描述及矿浆预热过程问题分析

2．1引言

2．2高压酸浸过程的工艺描述

2．3镍钴冶炼厂矿浆预热过程参数波动分析

2．4建立压力被控对象模型

2．5现有控制策略分析

2．6本章小结

第3章矿浆预热压力控制系统设计

3．1引言

3．2基于扰动观测器的矿浆预热压力PID控制器的设计

3．1．1扰动观测器的原理

3．1．2基于PID控制的矿浆预热扰动观测器的设计

3．3矿浆预热压力平滑切换模糊PID控制器的设计

3．3．1模糊PID控制算法概述

3．3．2矿浆预热压力模糊控制器的设计

3．3．3模糊PID复合控制平滑切换的设计

3．4本章小结

第4章矿浆预热压力控制系统仿真实验

4．1引言

4．2搭建仿真环境

4．2．1仿真环境架构

4．2．2 PID控制器的实现

4．2．3压力模糊控制器的Matlab实现

4．2．4 OPC通讯实现与测试

4．3矿浆预热常规PID控制回路仿真实验

4．4基于PID控制的扰动观测器控制效果仿真实验

4．5模糊PID控制仿真实验

4．6结果比较分析

4．7本章小结

第5章总结与展望

参考文献

致谢