專利名稱：一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，利用基于黑板模型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，處理生料粉磨過(guò)程中遇到的各種工況，同時(shí)協(xié)調(diào)粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)料位的合理分配的一種智能控制方法。
背景技術(shù)：
水泥生料粉磨是一個(gè)包含物質(zhì)傳輸、(熱量交換、)機(jī)械碾磨和兩相流動(dòng)的復(fù)雜工業(yè)過(guò)程。粉磨系統(tǒng)的控制難點(diǎn)主要在于過(guò)程延遲、內(nèi)部耦合以及破碎粉磨過(guò)程固有的非線性。過(guò)程延遲主要在于成品粒度分析延遲以及物料傳輸延遲。耦合在于:1)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速不僅影響成品粒度，還會(huì)通過(guò)回粉流量影響磨機(jī)填充率(磨機(jī)負(fù)荷)；2)喂料流量的變化當(dāng)然會(huì)影響磨機(jī)負(fù)荷，進(jìn)而影響磨機(jī)出料流量，而磨機(jī)出料流量對(duì)于成品粒度也有一定影響。
同時(shí)磨機(jī)內(nèi)部的填充率無(wú)法精確測(cè)量，現(xiàn)在采用的電耳和磨機(jī)主軸震動(dòng)信號(hào)，都會(huì)比較容易受到外界干擾，同時(shí)信噪比比較小，應(yīng)用并不理想，現(xiàn)在只是作為操作員的一個(gè)參考信號(hào)，但是它是反映磨機(jī)是否發(fā)生堵磨等異常工況的重要參數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀是磨機(jī)通常工作在遠(yuǎn)離最優(yōu)工作點(diǎn)的區(qū)域，以保證不堵磨，所以磨機(jī)的出力總是達(dá)不到最大。同時(shí)水泥生料的粒度不能在線檢測(cè)，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)室每I 2小時(shí)左右進(jìn)行一次篩余測(cè)試，因此水泥生料質(zhì)量波動(dòng)很大。
中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的控制難點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面:1)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的信噪比較小，無(wú)法對(duì)操作變量、被控變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行正常的使用，需要進(jìn)行濾波等技術(shù)處理。2)由于喂料對(duì)磨機(jī)料位的控制存在大延遲，很難及時(shí)對(duì)磨機(jī)料位進(jìn)行調(diào)整，需要采取預(yù)測(cè)和補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)喂料進(jìn)行提前控制。另外，需要選擇合適的控制步長(zhǎng)，既要保證控制的及時(shí)性，又不能對(duì)喂料操作過(guò)于頻繁，對(duì)設(shè)備造成損害，減少設(shè)備使用壽命，同時(shí)頻繁的調(diào)節(jié)喂料也會(huì)影響整個(gè)生料粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3)中卸式水泥生料磨的粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)相互存在耦合，需要對(duì)兩個(gè)料倉(cāng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。4)要在保證粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)都不堵磨的前提下，要求粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量盡量提高，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷的最優(yōu)化，以降低單產(chǎn)能耗。5)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)各種復(fù)雜的工況，其中比較嚴(yán)重的就是堵磨工況，要對(duì)各工況進(jìn)行辨別，針對(duì)各種工況進(jìn)行相應(yīng)操作控制，同時(shí)要在堵磨之前采取及時(shí)的調(diào)整和保護(hù)措施，保證不發(fā)生堵磨。
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的控制設(shè)備時(shí)常會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖，這種電磁脈沖的寬度極窄，幅值極大，因此，這種干擾只影響個(gè)別采樣數(shù)據(jù)，并且受干擾的采樣數(shù)據(jù)與相鄰的采樣數(shù)據(jù)相差極大。如果采用算術(shù)平均值法或滑動(dòng)平均值法，受干擾的采樣數(shù)據(jù)將會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，并不能起到很好的抗干擾效果。
在工廠的實(shí)際操作運(yùn)行當(dāng)中，操作員主要是采取被動(dòng)式修復(fù)的策略，即磨機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，如果發(fā)現(xiàn)磨機(jī)運(yùn)行異常，或異常趨勢(shì)明顯時(shí)，采取動(dòng)作，一般前后兩次操作的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，這種操作方式很難實(shí)現(xiàn)對(duì)磨機(jī)運(yùn)行的及時(shí)調(diào)整，尤其是夜班生產(chǎn)，操作員的集中力下降，很容易出現(xiàn)磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的大幅波動(dòng)，由于調(diào)整不及時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致磨機(jī)停機(jī)重啟，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生堵磨。出現(xiàn)這種情況的主要原因之一是DCS中提供的數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線，沒(méi)有經(jīng)過(guò)濾波處理，信噪比比較小，導(dǎo)致趨勢(shì)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法正確分辨，另外也存在人工操作的速度比較慢的問(wèn)題，操作員不可能短時(shí)間內(nèi)不斷地對(duì)磨況進(jìn)行判斷，然后做出調(diào)整。但是，兩次操作時(shí)間間隔長(zhǎng)一點(diǎn)有一種好處，就是能夠保持磨機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，因?yàn)槲锪蠌呐淞狭隙烦鰜?lái)，經(jīng)過(guò)皮帶稱、傳送帶、提升機(jī)、以及物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間，存在很大的一段時(shí)間延時(shí)，如果頻繁修改操作量，會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)。
水泥生料磨的負(fù)荷優(yōu)化除了考慮料位要運(yùn)行在磨機(jī)的最大出力點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中還有一個(gè)比較重要的因素要考慮進(jìn)去，那就是粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀況，因?yàn)榉勰ハ到y(tǒng)是一個(gè)大滯后、強(qiáng)耦合、非線性的系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，少則10幾分鐘，多則一個(gè)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，如果磨機(jī)不能夠很穩(wěn)定的運(yùn)行，最終將影響生料的合格率，同時(shí)磨機(jī)主軸震動(dòng)會(huì)比較厲害，增加耗電量和磨損。當(dāng)磨機(jī)喂料不斷向最優(yōu)點(diǎn)優(yōu)化調(diào)整的過(guò)程，常常會(huì)打破原來(lái)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，有時(shí)這種調(diào)整會(huì)得不償失。
現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大多是用電耳聽(tīng)到的磨音來(lái)判斷磨機(jī)填充率。一般都會(huì)以磨音作為被控制變量，以喂料作為操作變量(磨音與磨機(jī)填充率是反比關(guān)系)，例如:在14:56:00時(shí)磨音升高,反映磨內(nèi)料位較低,而當(dāng)時(shí)的磨音設(shè)定值為43%，因此要增加喂料量，來(lái)調(diào)整磨機(jī)的料位，使磨音回到設(shè)定值。在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)直到16:28:00時(shí)，磨音開(kāi)始平穩(wěn)，出磨提升機(jī)電流也開(kāi)始平穩(wěn)，說(shuō)明磨機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)趨于穩(wěn)定了。在這個(gè)過(guò)程中用了 I小時(shí)32分，由于磨機(jī)本身的喂料機(jī)構(gòu)不能進(jìn)行頻繁的操作，至少要2分鐘調(diào)節(jié)一次，另外，生料磨系統(tǒng)本身的非線性、大延遲的特點(diǎn)，最終導(dǎo)致磨機(jī)重新恢復(fù)平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，需要很長(zhǎng)時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，喂料的不斷調(diào)整，會(huì)使系統(tǒng)的料位波動(dòng)很大，磨機(jī)的主電機(jī)電流波動(dòng)也很大，最終會(huì)造成磨機(jī)用電量的升高，浪費(fèi)很多電能，也會(huì)影響磨機(jī)的使用壽命，最終還會(huì)影響成品的的合格率。所以，有時(shí)為了使磨音向設(shè)定值靠近，而改變喂料量，就會(huì)破壞粉磨系統(tǒng)現(xiàn)有的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)消耗更多電能。因此，系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)成為粉磨系統(tǒng)優(yōu)化控制必須要考慮的一個(gè)因素。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于包括以下步驟:
步驟I) DCS系統(tǒng)通過(guò)OPC服務(wù)器采集主要技術(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行濾波處理，再上傳至專家系統(tǒng)；專家系統(tǒng)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)；
步驟2)專家系統(tǒng)根據(jù)水泥生料粉磨系統(tǒng)反饋的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行工況辨識(shí)，并將專家系統(tǒng)設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值發(fā)送至DCS系統(tǒng)；
步驟3)將設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值的限幅和選擇的模式反饋至專家系統(tǒng)；如果選擇自動(dòng)模式，則執(zhí)行步驟4);如果選擇手動(dòng)模式，則執(zhí)行操作員人為設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值；
步驟4)專家系統(tǒng)將設(shè)定的磨音設(shè)定值和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值作為參考值，將水泥生料粉磨系統(tǒng)磨音的檢測(cè)值和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力的檢測(cè)值作為反饋值，利用帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法構(gòu)成雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制；
步驟5)對(duì)閉環(huán)反饋系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。
所述步驟1)、2)中的技術(shù)數(shù)據(jù)為水泥生料粉磨系統(tǒng)反饋到專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括:磨音、細(xì)粉倉(cāng)入口壓力、出磨提升機(jī)電流、選粉機(jī)電流、入庫(kù)提升機(jī)電流、循環(huán)風(fēng)機(jī)功率、主電機(jī)功率、喂料量反饋值、分料閥開(kāi)度反饋值。
所述步驟I)中濾波處理包括以下步驟:
步驟1-1)對(duì)整個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值的M個(gè)值和最小值的M個(gè)值；
步驟1-2)將(N-2XM)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算；
其中，N> (2XM)，N為整個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)；M為抗強(qiáng)干擾參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定；
步驟1-3)輸出計(jì)算后的平均值；
所述專家系統(tǒng)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)采用死區(qū)限幅的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。
所述步驟2)中工況辨識(shí)包括以下步驟:
專家系統(tǒng)根據(jù)DCS系統(tǒng)反饋的主要技術(shù)數(shù)據(jù)分出具體的工況；
如果工況為堵磨工況，則緊急停車(chē)；
如果工況為異常工況，則進(jìn)行應(yīng)急狀況處理，使其返回至正常工況；
如果工況為正常工況，則返回步驟3)。
所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制器方法，包括:
磨音帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法，磨音設(shè)定值與磨音反饋值相減構(gòu)成磨音控制器的輸入，通過(guò)可切換的磨音控制器轉(zhuǎn)化為喂料量的參考值，與喂料量補(bǔ)償相加成為喂料量的執(zhí)行值去控制球磨機(jī)；
細(xì)粉倉(cāng)入口壓力帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制算法，細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值與細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值相減構(gòu)成分料閥開(kāi)度控制器的輸入，通過(guò)可切換的控制器轉(zhuǎn)化為分料閥開(kāi)度的參考值，與分料閥開(kāi)度補(bǔ)償相加成為分料閥開(kāi)度的執(zhí)行值去控制球磨機(jī)。
所述磨音控制器包括:
如果磨音誤差值不大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器I ;
如果磨音誤差值大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器2 ；
其中，磨音誤差值=磨音設(shè)定值-磨音反饋值；
所述喂料量補(bǔ)償是根據(jù)選粉機(jī)電流的變化率經(jīng)過(guò)喂料量補(bǔ)償控制器計(jì)算得到的，其中，喂料量補(bǔ)償控制器為PID控制器；
所述分料閥開(kāi)度控制器包括:
如果細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值不大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器3 ；
如果細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器4 ;
其中，細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值=細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值-細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值；
所述分料閥開(kāi)度補(bǔ)償量是根據(jù)出磨提升機(jī)電流的變化率經(jīng)過(guò)分料閥開(kāi)度補(bǔ)償控制器計(jì)算得到的，其中，分料閥開(kāi)度補(bǔ)償控制器為PID控制器。
所述磨音反饋值的采樣周期采用主控步長(zhǎng)與監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)相結(jié)合的方式:
主控步長(zhǎng)=物料在水泥生料粉磨系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間+調(diào)節(jié)時(shí)間；
監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)=磨內(nèi)物料停留時(shí)間+調(diào)節(jié)時(shí)間；
主控步長(zhǎng)=η*監(jiān)控步長(zhǎng)。
其中，η為大于I的整數(shù)，調(diào)節(jié)時(shí)間是根據(jù)物料在水泥生料粉磨系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間決定的；
所述細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值的采樣周期采用主控步長(zhǎng)一種時(shí)間長(zhǎng)度。
所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法還包括解耦控制，具體為根據(jù)磨音反饋值與細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值的主控步長(zhǎng)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)間不同，將兩個(gè)控制回路在時(shí)間上錯(cuò)位，分別進(jìn)行喂料量和分料閥開(kāi)度的控制。
所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法還包括對(duì)磨音設(shè)定值死區(qū)限幅，具體為將出磨提升機(jī)電流及其變化率分別分為4個(gè)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)和加料/減料的不同，改變相應(yīng)的死區(qū)限幅；
其中，加料/減料是根據(jù)磨音誤差值e判斷的，判斷步驟包括:
步驟I) e =磨音反饋值-磨音設(shè)定值；
步驟2)當(dāng)e > O時(shí)，控制器I/控制器2輸出為減料；
當(dāng)e < O時(shí)，控制器I/控制器2輸出為加料；
所述步驟5)中的檢驗(yàn)包括:
執(zhí)行周期的檢驗(yàn):在執(zhí)行周期內(nèi)設(shè)備只執(zhí)行I次；
進(jìn)行變量輸出限幅:對(duì)喂料量的執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度的執(zhí)行值設(shè)定限幅。
本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明主要針對(duì)中卸式水泥生料磨+選粉機(jī)的水泥生料粉磨系統(tǒng)，利用基于黑板模型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)操作員和工程師的相互協(xié)調(diào)，處理生料粉磨過(guò)程中遇到的各種工況，同時(shí)協(xié)調(diào)粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)料位的合理分配，以及粉磨系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。從而提高水泥生料磨操磨的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)水泥生料粉磨系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。
2.本發(fā)明提出了采用抗強(qiáng)干擾的滑動(dòng)濾波方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試總結(jié)，對(duì)不同的變量確定了合理的濾波參數(shù)，有效地刪除了原來(lái)DCS數(shù)據(jù)中存在的干擾和病態(tài)數(shù)據(jù)，使操作變量、被控變量的數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線更加平滑可控。
3.本發(fā)明提出主控步長(zhǎng)與監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)相結(jié)合的采樣方式，在一個(gè)主控步長(zhǎng)的采樣周期內(nèi)又重新以監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)為周期進(jìn)行劃分，主控步長(zhǎng)進(jìn)行粗粉倉(cāng)控制回路的計(jì)算，監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)在一個(gè)主控步長(zhǎng)的采樣周期內(nèi)是否有異常工況發(fā)生。使控制器可以平穩(wěn)的對(duì)磨內(nèi)物料進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也能及時(shí)的對(duì)磨內(nèi)物料的較大波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控，防止堵磨和空磨等異常工況的發(fā)生。


圖1是本發(fā)明的中卸式水泥生料磨系統(tǒng)智能控制方法結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的中卸式水泥生料磨+選粉機(jī)的水泥生料粉磨工藝流程圖3是本發(fā)明的水泥生料粉磨控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明的生料粉磨DCS監(jiān)控畫(huà)面；
圖5是本發(fā)明的控制系統(tǒng)基本處理流程圖6是本發(fā)明的抗強(qiáng)干擾滑動(dòng)濾波方法計(jì)算流程圖7是本發(fā)明的DCS中未經(jīng)過(guò)處理的細(xì)粉倉(cāng)入口壓力曲線圖8是本發(fā)明的經(jīng)過(guò)濾波處理的細(xì)粉倉(cāng)入口壓力曲線圖9是本發(fā)明的專家系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖10是本發(fā)明的粗粉倉(cāng)控制回路結(jié)構(gòu)圖11是本發(fā)明的細(xì)粉倉(cāng)控制回路結(jié)構(gòu)圖12是本發(fā)明的基于黑板模型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明提出了基于黑板模型的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，針對(duì)水泥生料粉磨過(guò)程中遇到的各種工況，采取專家系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)工程師和操作員協(xié)調(diào)解決問(wèn)題的方式；對(duì)具體工況進(jìn)行具體的操作控制。對(duì)粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)分別采用磨音和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力為主要的被控變量，進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制；針對(duì)粗、細(xì)粉倉(cāng)的耦合作用，巧妙把兩個(gè)回路的采樣點(diǎn)間隔開(kāi)，通過(guò)各自PID本身的調(diào)節(jié)修正作用，來(lái)解決耦合問(wèn)題；實(shí)時(shí)判斷粉磨系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)是否處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)，再選擇對(duì)喂料進(jìn)行調(diào)整，避免頻繁操磨，盡量保證粉磨系統(tǒng)的平穩(wěn)、高效運(yùn)行。
本文中所有數(shù)據(jù)都是依據(jù)2500噸/日的中卸式生料磨生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
如圖2所示，其中實(shí)線為物料的線路，虛線為風(fēng)路的線路。本發(fā)明是一個(gè)中卸式水泥生料磨+選粉機(jī)的水泥生料粉磨控制系統(tǒng)的控制和優(yōu)化方法。首先，水泥生料配料經(jīng)過(guò)稱重皮帶秤按比例下料到傳送皮帶上，經(jīng)過(guò)皮帶傳送，從磨機(jī)粗分倉(cāng)的入料口，進(jìn)行喂料，粗粉倉(cāng)內(nèi)主要是鋼球，它的任務(wù)是對(duì)粒度比較大的料進(jìn)行粉磨，經(jīng)過(guò)粗粉倉(cāng)粉磨的物料，從中卸式球磨機(jī)的中間出料口流出，經(jīng)由出磨提升機(jī)，把料填入選粉機(jī)，經(jīng)過(guò)選粉機(jī)的分選，粒度合格的物料經(jīng)過(guò)入庫(kù)提升機(jī)，進(jìn)入生料均化庫(kù)。粒度大的物料返回磨機(jī)重新粉磨，其中選粉機(jī)的回料被分料閥分成兩部分，一部分進(jìn)入粗粉倉(cāng)，另一部分進(jìn)入細(xì)粉倉(cāng)，兩部分物料經(jīng)過(guò)分料閥進(jìn)行合理分配，細(xì)粉倉(cāng)內(nèi)裝的是鋼鍛，主要是對(duì)粒度比較小的物料進(jìn)行粉磨，細(xì)粉倉(cāng)的物料也由磨的中間出料口流出，經(jīng)由出磨提升機(jī)，把料填入選粉機(jī)，進(jìn)入新的循環(huán)。另外，粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)會(huì)分別有一次風(fēng)吹入，一次風(fēng)能有助于物料在磨機(jī)內(nèi)的流動(dòng)。一次風(fēng)從中卸口吹出，進(jìn)入選粉機(jī)，最后從選粉機(jī)出來(lái)的風(fēng)會(huì)進(jìn)入高濃度旋風(fēng)收塵器，從收塵器吹出的風(fēng)一部分排出，一部分重新回到選粉機(jī)，作為循環(huán)的二次風(fēng)。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，基礎(chǔ)DCS通過(guò)Ethernet與工程師站和操作員站進(jìn)行通訊，中卸式水泥生料磨控制系統(tǒng)(專家系統(tǒng))通過(guò)0PC(0LE for Process Control)與DCS (Distributed Control System)系統(tǒng)中的工程師站和操作員站進(jìn)行通訊。如圖3所示，對(duì)于粉磨系統(tǒng)中的具體問(wèn)題可以通過(guò)專家系統(tǒng)給出控制策略，專家系統(tǒng)的最終控制決策要通過(guò)操作站來(lái)具體實(shí)施，專家系統(tǒng)將操作變量的數(shù)值通過(guò)OPC寫(xiě)入到操作員站的DCS畫(huà)面的輸入文本框中，等待執(zhí)行。操作員可以根據(jù)實(shí)際情況選擇是否執(zhí)行專家系統(tǒng)的決策。還可以對(duì)專家系統(tǒng)做出的決策進(jìn)行一些限制和修正，同時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)把操作員的決策通過(guò)OPC通訊反饋給專家系統(tǒng)。例如圖4為某工廠的操作畫(huà)面:控制系統(tǒng)采用Client/Server (客戶端/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)的OPC通訊方式，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)與操作員站和工程師站的數(shù)據(jù)通訊，專家系統(tǒng)會(huì)對(duì)任務(wù)給出最優(yōu)解，由操作員具體決定是否投運(yùn)自動(dòng)控制；同時(shí)根據(jù)具體情況對(duì)喂料量和分料閥開(kāi)度的上下限進(jìn)行修改?，F(xiàn)場(chǎng)的工藝工程師通過(guò)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的磨機(jī)運(yùn)行情況對(duì)磨音設(shè)定值和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值進(jìn)行修改。操作員和工程師的專家意見(jiàn)會(huì)通過(guò)OPC反饋給專家系統(tǒng)，作為專家系統(tǒng)的一個(gè)具體參數(shù)參與控制?？刂葡到y(tǒng)的基本處理流程如圖5所不。
1、數(shù)字濾波
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)形式和它本身的特性，要選擇不同濾波方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。本系統(tǒng)采用了一種抗強(qiáng)干擾的滑動(dòng)濾波方法對(duì)中卸式水泥生料磨系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。
抗強(qiáng)干擾的滑動(dòng)濾波方法的基本思想是:對(duì)整個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后將剩余的N(窗口寬度)_2*M(抗強(qiáng)干擾參數(shù))個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算(其中N > 2*M)。
在實(shí)際應(yīng)用中，為了加快計(jì)算速度，窗口寬度的取值不宜太大，太大會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的滯后延時(shí)，窗口寬度的取值也不能太小，太小不能起到很好的濾波效果。同樣抗強(qiáng)干擾參數(shù)的取值也不宜太大，太大會(huì)使濾波結(jié)果失真，也不宜太小，太小不能完全去除數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線中的毛刺，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法正常使用。當(dāng)抗強(qiáng)干擾參數(shù)為O時(shí)，就相當(dāng)于滑動(dòng)平均的算法?？箯?qiáng)干擾的滑動(dòng)濾波方法可以通過(guò)圖6所示的程序流程圖來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖7和圖8所示，未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)存在大量毛刺和跳變，根本沒(méi)法用作控制，經(jīng)過(guò)處理的曲線平滑，不存在病態(tài)數(shù)據(jù)，為以后的控制提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的不斷調(diào)整和測(cè)試，其中主要的參數(shù)如表1:
表I數(shù)字濾波參數(shù)表
變量名稱窗口寬度抗強(qiáng)干擾參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1)DCS系統(tǒng)通過(guò)OPC服務(wù)器采集主要技術(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行濾波處理，再上傳至專家系統(tǒng)；專家系統(tǒng)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)； 步驟2)專家系統(tǒng)根據(jù)水泥生料粉磨系統(tǒng)反饋的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行工況辨識(shí)，并將專家系統(tǒng)設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值發(fā)送至DCS系統(tǒng)； 步驟3)將設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值的限幅和選擇的模式反饋至專家系統(tǒng)；如果選擇自動(dòng)模式，則執(zhí)行步驟4);如果選擇手動(dòng)模式，則執(zhí)行操作員人為設(shè)定的喂料量執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度執(zhí)行值； 步驟4)專家系統(tǒng)將設(shè)定的磨音設(shè)定值和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值作為參考值，將水泥生料粉磨系統(tǒng)磨音的檢測(cè)值和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力的檢測(cè)值作為反饋值，利用帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法構(gòu)成雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制； 步驟5)對(duì)閉環(huán)反饋系統(tǒng)輸出的喂料量和分料閥開(kāi)度進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述步驟1)、2)中的技術(shù)數(shù)據(jù)為水泥生料粉磨系統(tǒng)反饋到專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括 磨音、細(xì)粉倉(cāng)入口壓力、出磨提升機(jī)電流、選粉機(jī)電流、入庫(kù)提升機(jī)電流、循環(huán)風(fēng)機(jī)功率、主電機(jī)功率、喂料量反饋值、分料閥 開(kāi)度反饋值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述步驟I)中濾波處理包括以下步驟: 步驟1-1)對(duì)整個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中的最大值的M個(gè)值和最小值的M個(gè)值； 步驟1-2)將(N-2XM)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算； 其中，N > (2XM)，N為整個(gè)采樣周期的數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù);M為抗強(qiáng)干擾參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定; 步驟1-3)輸出計(jì)算后的平均值； 所述專家系統(tǒng)對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)是采用死區(qū)限幅的方式進(jìn)行檢驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述步驟2)中工況辨識(shí)包括以下步驟: 專家系統(tǒng)根據(jù)DCS系統(tǒng)反饋的主要技術(shù)數(shù)據(jù)分出具體的工況； 如果工況為堵磨工況，則緊急停車(chē)； 如果工況為異常工況，則進(jìn)行應(yīng)急狀況處理，使其返回至正常工況； 如果工況為正常工況，則返回步驟3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制器方法，包括: 磨音帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法，磨音設(shè)定值與磨音反饋值相減構(gòu)成磨音控制器的輸入，通過(guò)可切換的磨音控制器轉(zhuǎn)化為喂料量的參考值，與喂料量補(bǔ)償相加成為喂料量的執(zhí)行值去控制球磨機(jī)； 細(xì)粉倉(cāng)入口壓力帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制算法，細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值與細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值相減構(gòu)成分料閥開(kāi)度控制器的輸入，通過(guò)可切換的控制器轉(zhuǎn)化為分料閥開(kāi)度的參考值，與分料閥開(kāi)度補(bǔ)償相加成為分料閥開(kāi)度的執(zhí)行值去控制球磨機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述磨音控制器包括: 如果磨音誤差值不大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器I ; 如果磨音誤差值大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器2 ； 其中，磨音誤差值=磨音設(shè)定值-磨音反饋值； 所述喂料量補(bǔ)償是根據(jù)選粉機(jī)電流的變化率經(jīng)過(guò)喂料量補(bǔ)償控制器計(jì)算得到的，其中，喂料量補(bǔ)償控制器為PID控制器； 所述分料閥開(kāi)度控制器包括: 如果細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值不大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器3; 如果細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值大于切換閾值時(shí)，控制回路中選用PID控制器4 ; 其中，細(xì)粉倉(cāng)入口壓力誤差值=細(xì)粉倉(cāng)入口壓力設(shè)定值-細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值；所述分料閥開(kāi)度補(bǔ)償量是根據(jù)出磨提升機(jī)電流的變化率經(jīng)過(guò)分料閥開(kāi)度補(bǔ)償控制器計(jì)算得到的，其中，分料閥開(kāi)度補(bǔ)償控制器為PID控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述磨音反饋值的采樣周期采用主控步長(zhǎng)與監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)相結(jié)合的方式: 主控步長(zhǎng)=物料在水泥生料粉磨系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間+調(diào)節(jié)時(shí)間； 監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)=磨內(nèi)物料停留時(shí)間+調(diào)節(jié)時(shí)間； 主控步長(zhǎng)=nX監(jiān)控步長(zhǎng)； 其中，η為大于I的整數(shù) ，調(diào)節(jié)時(shí)間是根據(jù)物料在水泥生料粉磨系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時(shí)間決定的； 所述細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值的采樣周期采用主控步長(zhǎng)一種時(shí)間長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求5所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法還包括解耦控制，具體為根據(jù)磨音反饋值與細(xì)粉倉(cāng)入口壓力反饋值的主控步長(zhǎng)采樣點(diǎn)的采樣時(shí)間不同，將兩個(gè)控制回路在時(shí)間上錯(cuò)位，分別進(jìn)行喂料量和分料閥開(kāi)度的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求5所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制方法還包括對(duì)磨音設(shè)定值死區(qū)限幅，具體為將出磨提升機(jī)電流及其變化率分別分為4個(gè)等級(jí)，根據(jù)等級(jí)和加料/減料的不同，改變相應(yīng)的死區(qū)限幅； 其中，加料/減料是根據(jù)磨音誤差值e判斷的，判斷步驟包括: 步驟I) e =磨音反饋值-磨音設(shè)定值；步驟2)當(dāng)e > O時(shí)，控制器I/控制器2輸出為減料； 當(dāng)e < O時(shí)，控制器I/控制器2輸出為加料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，其特征在于: 所述步驟5)中的檢驗(yàn)包括: 執(zhí)行周期的檢驗(yàn):在執(zhí)行周期內(nèi)設(shè)備只執(zhí)行I次； 進(jìn)行變量輸出限幅: 對(duì)喂料量的執(zhí)行值和分料閥開(kāi)度的執(zhí)行值設(shè)定限幅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于中卸式水泥生料磨系統(tǒng)的智能控制方法，針對(duì)水泥生料粉磨過(guò)程中遇到的各種工況，由操作員根據(jù)自己經(jīng)驗(yàn)給出負(fù)荷優(yōu)化設(shè)定值，對(duì)粗粉倉(cāng)和細(xì)粉倉(cāng)分別采用磨音和細(xì)粉倉(cāng)入口壓力為主要的被控變量，進(jìn)行帶有前饋補(bǔ)償?shù)姆侄问絇ID控制，通過(guò)將粗粉倉(cāng)控制回路的主控步長(zhǎng)和監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)的采樣點(diǎn)間隔開(kāi)的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)解耦控制；采用專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)的調(diào)整控制器輸入的死區(qū)限幅；對(duì)于控制算法的采樣周期采用主控步長(zhǎng)與監(jiān)測(cè)步長(zhǎng)相結(jié)合的方式；對(duì)于水泥生料粉磨這種擾動(dòng)較多、負(fù)荷無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量、喂料存在大延遲、各變量之間耦合比較嚴(yán)重的系統(tǒng)提供了一種科學(xué)有效的智能控制方法，從而提高水泥生料磨操磨的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)水泥生料粉磨系統(tǒng)的智能控制。
文檔編號(hào)C04B7/38GK103149887SQ20111045213
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者龐強(qiáng), 苑明哲, 王斌, 羅先喜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所