本刊通訊員 凡福林

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大數(shù)據(jù)平臺(tái)下的工業(yè)優(yōu)化——面向節(jié)能降耗的水泥生產(chǎn)優(yōu)化決策系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本刊通訊員 凡福林

面對(duì)我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)過(guò)剩和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)家提出“兩化”深度融合戰(zhàn)略、邁向工業(yè)4.0的目標(biāo)，2015政府工作報(bào)告中又提出“中國(guó)制造2025”與“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，全面提升中國(guó)制造產(chǎn)業(yè)。在這種新形勢(shì)下，南京朗坤軟件有限公司及時(shí)把握產(chǎn)品方向，調(diào)整資源配置，致力于打造一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)下的水泥生產(chǎn)優(yōu)化決策系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)水泥生產(chǎn)工況數(shù)據(jù)的深度挖掘，以節(jié)能降耗為目標(biāo)，以穩(wěn)定水泥質(zhì)量為突破口，以生產(chǎn)過(guò)程控制決策為手段，實(shí)現(xiàn)熟料生產(chǎn)、水泥生產(chǎn)工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)優(yōu)化。

系統(tǒng)總體架構(gòu)

水泥生產(chǎn)優(yōu)化決策系統(tǒng)包括水泥能耗控制決策和水泥質(zhì)量控制決策兩大功能。系統(tǒng)采集水泥生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)和化驗(yàn)室物理和化學(xué)質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立水泥能耗、質(zhì)量控制數(shù)據(jù)模型和專家知識(shí)庫(kù)，在水泥實(shí)時(shí)和歷史生產(chǎn)工況數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)下，對(duì)生產(chǎn)工況工藝參數(shù)識(shí)別和推理分析，通過(guò)專家知識(shí)庫(kù)給出優(yōu)化后的能耗控制、生料配比、入磨配比、生產(chǎn)控制決策等一攬子水泥生產(chǎn)控制決策方案。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，保障質(zhì)量穩(wěn)定

目前，水泥廠基于歷史數(shù)據(jù)采用線性回歸方程的方法來(lái)預(yù)測(cè)3天和28天水泥強(qiáng)度質(zhì)量，無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)控制水泥質(zhì)量的要求。水泥質(zhì)量控制決策系統(tǒng)基于水泥生產(chǎn)工藝參數(shù)與化驗(yàn)室的海量數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)分析水泥強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)水泥磨生產(chǎn)過(guò)程中配料、選粉、磨溫等工藝參數(shù)的最優(yōu)組合，保障水泥質(zhì)量穩(wěn)定。

1.建立出磨水泥抗壓強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型。水泥抗壓強(qiáng)度分布曲線以目標(biāo)值為中心線呈高斯分布，±3σ的分布概率達(dá)到99.7%，能保證出磨水泥抗壓強(qiáng)度接近百分之百的合格率。

要降低出磨水泥抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，意味著以抗壓強(qiáng)度為給定的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)偏差控制，質(zhì)量指標(biāo)中的3天和28天的抗壓強(qiáng)度決定著系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的反饋滯后，系統(tǒng)的輸出信號(hào)反饋對(duì)一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)起著非常重要的作用。針對(duì)這樣的純滯后系統(tǒng)，按照施密特滯后控制理論，通過(guò)滯后補(bǔ)償使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出超前反饋。

2.水泥磨工況實(shí)時(shí)分析。水泥細(xì)度是決定出磨水泥抗壓強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，而水泥細(xì)度又與喂料量、磨主循環(huán)風(fēng)機(jī)、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、出磨斗提電流等工藝參數(shù)關(guān)系密切。

所以，實(shí)時(shí)掌握磨機(jī)工況，結(jié)合反饋的水泥強(qiáng)度預(yù)測(cè)值，優(yōu)化水泥磨的各個(gè)工藝參數(shù)是穩(wěn)定水泥質(zhì)量的工作之一。在完成水泥質(zhì)量預(yù)估和水泥磨工況分析基礎(chǔ)上的水泥磨生產(chǎn)決策系統(tǒng)才是科學(xué)的、適用的。

建立設(shè)備能耗評(píng)價(jià)模型，優(yōu)化工藝參數(shù)降耗增效

以生料磨電耗模型示例。

1.知識(shí)庫(kù)的建立。依據(jù)水泥廠的生產(chǎn)工藝、能源基準(zhǔn)和績(jī)效參數(shù)制定知識(shí)庫(kù)。

2.推理機(jī)制的建立。通過(guò)知識(shí)庫(kù)建立各個(gè)主要工藝參數(shù)的隸屬函數(shù)，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各主要工藝參數(shù)進(jìn)行模糊化處理。

3.分析結(jié)論。利用歷史診斷模式可以對(duì)能耗 統(tǒng)計(jì)結(jié)果異常原因進(jìn)行智能分析，模型通過(guò)識(shí)別設(shè)備運(yùn)行工況，自動(dòng)計(jì)算各主要能耗特征參數(shù)的劣化程度，自動(dòng)識(shí)別具體能耗原因及建議優(yōu)化控制策略，指導(dǎo)設(shè)備節(jié)能運(yùn)行。

水泥生產(chǎn)優(yōu)化決策系統(tǒng)在徐州中聯(lián)和南陽(yáng)中聯(lián)水泥廠推廣使用，實(shí)現(xiàn)降低綜合能耗3%以上，降低水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差0.2MPa，降低熟料摻合比1%，為水泥企業(yè)降耗減排、節(jié)能增效做出貢獻(xiàn)。

圖1　系統(tǒng)總體框架圖