多台焊锡真空蒸馏脱铅炉的优化控制与管理

　　用于分离Sj-Pb二元合金的内热式多级连续真空蒸馏脱铅炉是在密闭状态下工作的，其过程参数（炉内多级蒸发盘内合金熔液的温度和成分分布等）难以在线检测，常规控制方法难以实施，多年来炉子仍停留在人工凭经验操作的水平。先进的工艺与落后的人工操作极不相称，况且常规控制方法也难以满足产品优质、高产、低能耗的生产目标。为此，需借助先进的控制技术和手段（*优控制、DCS等）来实现真空炉的自动化生产，以期达到良好的作业状况。

　　2真空炉的*优控制算法与实现方案分离Si-Pb二元合金的真空炉是依据Sn、Pb两种金属的蒸汽压差和Sn-Pb合金的性质进行的。在一定的真空度R*和温度下，多级蒸发盘内Sn-Pb合金液中的Pb首先蒸发并进入气相，经3层冷凝罩凝结并汇入集铅盘后排出炉外，产出粗铅（含Pb> 97%）而Sn仍留在液相中，经多级蒸发后，产出粗锡（含S 95%）从而达到Pb和Sn的分离。

　　为便于建模与控制，可将真空炉简化为一个多输入单输出（MISO）系统，如―1所示。其中，输入为进料量F（k）和入炉电功率P（k），理想输出为A%，实际输出为Apb（k），A%为粗锡含Pb量。

　　为了能在线实现该控制算法，根据设定的二次型优化性能指标：=TS+2TQ+P（i*1）RP（一1）先由状态*优估计器计算出X（k），再由所得的*优控制规律计算出*佳的入炉电功率P~（k）并输出，以实现电功率的调整，*终达到炉况良好及产品质优的目的。*优控制器的算法为：X（k/k*1）=AZ（k*1）+gP（k*1）+hF（k*1）方向为计攀机控制技术与应用adeJoalElecfroWe其中：K Kalman滤波器的益矩阵；K=*控制矩阵；Kp*给定矩阵；Kf*前馈矩阵；Ki=0时，*优控制规律由前馈一比例积分变为前馈一比例；Ka、K、Ksp、Kf的计算见文1. Ka、K、Ksp、Kf均与动态数学模型中的系数矩阵有关，此外K、Ksp、％还与优化性能指标J中的5、2」的选择有关，且5、2、及、、兄，愚稳*0.2836.显然，只要输入Apb的设定值Asp送入进料量F（k）和Apb（k）的米样值，根据式（2―1），运行所开发的应用程序即可获得对应的*佳入炉电功率P\k），其控制原理方框图如*2所示。

　　实际中，如果难以在线测量粗锡中的含Pb量Apb，则可采用软测量技术来获得（根据己获得的数学模型，送入此刻的进料量和电功率，即可估计出%；再将A送回*优控制器参与优化计算*终得到P―2单台焊锡真空炉的*优控制原理方框图―2某一真空炉控制站的系统构成8通道的模拟量输入模块；ADAM―4021为模拟量输出模块。

　　P是通过测量三相电流和电压并进行计算而得到的；调整P实际是转换成调电、压来实现的。

　　硬件系统设计完成之后，关键在于应用软件的开发与使用。控制站功能主要3DCS系统的硬件构成获得了真空炉的*优控制方案之后，还需进一步实施才能真正实现真空炉的自动化生产。在锡冶炼的实际生产过程中，真空炉不只1台而是多台，为便于多台真空炉的优化控制与管理，笔者采用多台工控机作为下位机，1台高档微机作监控管理机，与以太网构成两级DCS系统。某真空精炼分厂的DCS系统结构如*1所示，1 4控制站的构成是与上位机通信；上位机则负责监视与管理。

　　为此，控制站主要配置了研华的GENIE *据采集与控制软件）、Matlab等软件，其目的是充分发挥两者的优势，即Matlab易实现复杂算法的运算GENIE软件易与硬件配合实现数据的采集。在本系统中，GENffi与ADAM模块配合，实现现场数据的采集与控制信号的输出与通信；Matlab程序负责*优控制规律的计算，其输入输出的数据通过DDE与GENIE的应用程序进行交换。由于真空炉的工作属于相同的则某1控制站的系统构成成如如所示。blishing个慢变过程即从进料到出料大约需要20mig的时间，且工况稳定时入炉电功率调整很小。为节省计算机的资源，*优控制规律的计算按30min进行1次，即可满足实际要求。

　　同时，为便于多台真空炉的集中监视与管理，上位机配置了功能强大的FIX软件。FIX软件具有较强的网络、数据库管理、支持TCP/IP协议和多种I/O设备及DDE动态信息交换、开发的人机界面友好等功能。整个软件系统的信息交换，如一1所示。

　　一1整个软件系统的信息交换示意结束语在获得真空炉的*优控制算法之后，关键在于实施。该文针对真空炉的特点及系统的可靠性要求，采用多台工控机及其硬件模块并开发相应应用程序，实现炉子的现场控制；而采用以太网、高档微2，实现多台真空炉的监控与管理，以提高生产效率并达到优化控制的目的。