一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石灰雙生產(chǎn)過(guò)程的先進(jìn)控制方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種石灰雙膛窯煅 燒專(zhuān)家控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石灰雙膛窯煅燒是石灰生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)很典型很重要的環(huán)節(jié)，對(duì)它的操作質(zhì)量直 接影響著石灰的品質(zhì)、產(chǎn)能和生產(chǎn)成本。石灰雙膛窯煅燒操作的好壞很大程度上又決定于 對(duì)它的控制方法，所以石灰雙膛窯煅燒的先進(jìn)控制方法也就越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注和重 視。
[0003] 石灰雙膛窯煅燒的控制難點(diǎn)主要在于其具有復(fù)雜的變量耦合性、非線性和時(shí)滯 性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)法、PID調(diào)節(jié)法、模糊控制法等控制方法很難對(duì)其得到較好的、穩(wěn)定 的控制效果。特別是國(guó)家對(duì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排等方面的要求使得石灰雙膛窯煅燒過(guò) 程的研宄顯得越來(lái)越重要。眾多國(guó)內(nèi)外工藝、自控專(zhuān)家對(duì)此做了大量的研宄工作，提出了許 多先進(jìn)控制理論，也取得了一些令人鼓舞的進(jìn)展。但是鑒于石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的復(fù)雜性 和先進(jìn)控制理論對(duì)控制對(duì)象的限制性，使得一些先進(jìn)的控制算法和控制方案未在石灰雙膛 窯煅燒過(guò)程中得以很好實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種能夠解決變量之間耦合性、系統(tǒng)非 線性、時(shí)滯性和窯內(nèi)溫度不可準(zhǔn)確測(cè)量問(wèn)題，并能得到良好控制效果的石灰雙膛窯煅燒專(zhuān) 家控制方法。
[0005] 本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案是：一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，關(guān)鍵是： 所述的方法包括以下步驟：
[0006] a、確定操作量和被控量：將石灰雙膛窖煅燒系統(tǒng)的噴煤量和窖尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度作 為操作量，窖內(nèi)NOx含量和O 2含量作為被控量；
[0007] b、數(shù)據(jù)采集及分類(lèi)：采集步驟a中確定的現(xiàn)場(chǎng)石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的操作量數(shù)據(jù) 和被控量數(shù)據(jù)，并將所采集數(shù)據(jù)分成穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類(lèi)；
[0008] C、模型辨識(shí)：對(duì)步驟b中得到的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)，建立石灰雙 膛窯煅燒過(guò)程的非線性穩(wěn)態(tài)模型，對(duì)步驟b中得到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)，建 立石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的線性動(dòng)態(tài)自回歸各態(tài)歷經(jīng)ARX模型；
[0009] d、得到預(yù)測(cè)模型：對(duì)步驟C中辨識(shí)得到的非線性穩(wěn)態(tài)模型和線性動(dòng)態(tài)自回歸各態(tài) 歷經(jīng)ARX模型并聯(lián)有機(jī)結(jié)合，采用迭代遞推法，得到石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的預(yù)測(cè)模型； [0010] e、最優(yōu)求解：依據(jù)步驟d中得到的預(yù)測(cè)模型建立目標(biāo)函數(shù)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu) 求解，得到準(zhǔn)確的石灰雙膛窯控制量的預(yù)測(cè)值。
[0011] 所述的步驟b是使用PLC模塊對(duì)石灰雙膛窯煅燒過(guò)程中的操作量數(shù)據(jù)和被控量數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集，再按照階躍響應(yīng)特性對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)操作量數(shù)據(jù)和被控量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，劃分 為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類(lèi)。
[0012] 步驟c中所述的非線性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)是利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識(shí)方法，對(duì)篩選出 來(lái)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)。
[0013] 步驟c中所述的線性動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)是利用最小二乘法，對(duì)篩選出來(lái)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn) 行辨識(shí)。
[0014] 所述的步驟e是采用二次規(guī)劃法SQP對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)求解。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：（1)選擇NOx含量和O2含量作為石灰雙膛窯煅燒預(yù)測(cè)控制 器的兩個(gè)輸出量，選擇窯頭噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度作為其兩個(gè)輸入量，采用兩入兩出 的預(yù)測(cè)控制器能夠解決這四個(gè)變量之間的耦合關(guān)系；（2)將石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的模型分 為非線性穩(wěn)態(tài)模型和線性動(dòng)態(tài)模型，并將兩個(gè)模型有機(jī)結(jié)合對(duì)雙膛窯煅燒進(jìn)行預(yù)測(cè)控制， 又將系統(tǒng)時(shí)滯體現(xiàn)在預(yù)測(cè)模型中，該方法能夠解決煅燒過(guò)程中非線性和時(shí)滯特性；(3)本 發(fā)明的預(yù)測(cè)控制方法可以依據(jù)石灰雙膛窯煅燒被控量NO x含量和0 2含量的設(shè)定值，自動(dòng)調(diào) 節(jié)其控制量噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度，使被控量的實(shí)際值可以快速地跟進(jìn)其設(shè)定值，提 高了石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的操作質(zhì)量，使煅燒過(guò)程的操作更加平穩(wěn)、合理和精確，同時(shí)也降 低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明中由非線性穩(wěn)態(tài)模型和線性動(dòng)態(tài)模型并聯(lián)組成的組合模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] -種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，包括以下步驟：
[0019] a、確定操作量和被控量：石灰雙膛窯煅燒工藝流程可以分為料路和氣路兩條線 路，料路的走向是：石灰生料在上料系統(tǒng)作用下進(jìn)入窯膛預(yù)熱段，再在重力作用下進(jìn)入煅燒 段進(jìn)行煅燒，最后經(jīng)冷卻段后產(chǎn)出成品；氣路的走向是在窯尾風(fēng)機(jī)抽氣的作用下與料路走 向正好相反；在上述工藝流程中雙膛窯煅燒的質(zhì)量直接影響著石灰的品質(zhì)和產(chǎn)能，煅燒的 質(zhì)量主要又取決于對(duì)雙膛窯窯內(nèi)溫度的準(zhǔn)確控制和窯內(nèi)煤的燃燒狀況。經(jīng)研宄發(fā)現(xiàn)窯內(nèi)溫 度的高低和窯內(nèi)NO x的含量存在一種固定關(guān)系，溫度越高NO ,含量越高，并且氣體在窯內(nèi)的 流動(dòng)速度很快，所以用窯尾NOx的含量可以快速地反映出窯內(nèi)溫度，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)窯尾0 2含量 可以反映出窯內(nèi)煤的燃燒情況，所以將噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度作為操作量，將窯內(nèi)NOx 含量和O2含量作為被控量；
[0020] b、數(shù)據(jù)采集及分類(lèi)：對(duì)石灰雙膛窯煅燒過(guò)程中NOx含量、O2含量、噴煤量以及窯尾 風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度四個(gè)變量通過(guò)DCS系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，采樣周期為60s，共采集20000組 數(shù)據(jù)，將所采集數(shù)據(jù)分成動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)兩種數(shù)據(jù)，劃分依據(jù)是：當(dāng)操作量噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋 板開(kāi)度中任意一個(gè)發(fā)生階躍變化時(shí)，被控量NO x含量和0 2含量從階躍時(shí)刻到最終都達(dá)到穩(wěn) 定狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)選為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；被控量從穩(wěn)定狀態(tài)到下一個(gè)階躍發(fā)生前的數(shù)據(jù)選為穩(wěn)態(tài)數(shù) 據(jù)，經(jīng)分類(lèi)后得到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)7341組，穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)12659組；
[0021] c、模型辨識(shí)：對(duì)窯尾風(fēng)機(jī)煅燒過(guò)程的模型辨識(shí)是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，它分為非線 性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)和線性動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)兩部分，在模型辨識(shí)之前先將窯內(nèi)NO x含量和O2含量 定義為模型的兩個(gè)輸出量yJP y 2，噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度定義為輸入量^和u 2，
[0022] 非線性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)是利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識(shí)方法，對(duì)篩選出來(lái)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn) 行辨識(shí)，建立石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的非線性穩(wěn)態(tài)模型，如式（1)所示：
[0023] ys= fJWu · AOVu · Us+ θ 丄）+ θ 2] (I)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，其特征在于：所述的方法包括以下步驟： a、 確定操作量和被控量：將石灰雙膛窯煅燒系統(tǒng)的噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度作為操 作量，窖內(nèi)NOx含量和O2含量作為被控量； b、 數(shù)據(jù)采集及分類(lèi)：采集步驟a中確定的現(xiàn)場(chǎng)石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的操作量數(shù)據(jù)和被 控量數(shù)據(jù)，并將所采集數(shù)據(jù)分成穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩類(lèi)； c、 模型辨識(shí)：對(duì)步驟b中得到的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)，建立石灰雙膛窯 煅燒過(guò)程的非線性穩(wěn)態(tài)模型，對(duì)步驟b中得到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)，建立石 灰雙膛窯煅燒過(guò)程的線性動(dòng)態(tài)自回歸各態(tài)歷經(jīng)ARX模型； d、 得到預(yù)測(cè)模型：對(duì)步驟c中辨識(shí)得到的非線性穩(wěn)態(tài)模型和線性動(dòng)態(tài)自回歸各態(tài)歷經(jīng) ARX模型并聯(lián)有機(jī)結(jié)合，采用迭代遞推法，得到石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的預(yù)測(cè)模型； e、 最優(yōu)求解：依據(jù)步驟d中得到的預(yù)測(cè)模型建立目標(biāo)函數(shù)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)求解， 得到準(zhǔn)確的石灰雙膛窯控制量的預(yù)測(cè)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，其特征在于：所述的步 驟b是使用PLC模塊對(duì)石灰雙膛窯煅燒過(guò)程中的操作量數(shù)據(jù)和被控量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再按 照階躍響應(yīng)特性對(duì)采集的現(xiàn)場(chǎng)操作量數(shù)據(jù)和被控量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，劃分為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài) 數(shù)據(jù)兩類(lèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，其特征在于：步驟c中 所述的非線性穩(wěn)態(tài)模型辨識(shí)是利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識(shí)方法，對(duì)篩選出來(lái)的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行 辨識(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，其特征在于：步驟c中 所述的線性動(dòng)態(tài)模型辨識(shí)是利用最小二乘法，對(duì)篩選出來(lái)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，其特征在于：所述的步 驟e是米用二次規(guī)劃法SQP對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)求解。
【專(zhuān)利摘要】一種石灰雙膛窯煅燒專(zhuān)家控制方法，包括確定操作量和被控量、數(shù)據(jù)采集及分類(lèi)、模型辨識(shí)、得到預(yù)測(cè)模型、最優(yōu)求解五個(gè)步驟，能夠解決變量之間耦合性、系統(tǒng)非線性、時(shí)滯性和窯內(nèi)溫度不可準(zhǔn)確測(cè)量問(wèn)題，并能得到良好控制效果，可以依據(jù)石灰雙膛窯煅燒被控量NOx含量和O2含量的設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)其控制量噴煤量和窯尾風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度，使被控量的實(shí)際值可以快速地跟進(jìn)其設(shè)定值，提高了石灰雙膛窯煅燒過(guò)程的操作質(zhì)量，使煅燒過(guò)程的操作更加平穩(wěn)、合理和精確，同時(shí)也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
【IPC分類(lèi)】G05B19-418
【公開(kāi)號(hào)】CN104699039
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510050320
【發(fā)明人】史鑫, 楊振宏, 周偉, 劉延斌, 張韜
【申請(qǐng)人】新興河北工程技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日