師留剛，夏中清，楊中強，梁曉林

仿人思想在水泥篦冷機
環(huán)節(jié)的開發(fā)與應用

師留剛11，夏中清22，楊中強33，梁曉林44

針對篦冷機滯后性強、系統(tǒng)非線性、無法直接觀測料層厚度等工藝難點，文中提出運用仿人控制的思想，設計基于規(guī)則的單控制量仿人智能控制器，并開發(fā)相應的軟件。該控制器實際運行結果表明，仿人控制器在運行中不僅節(jié)省人工投入，實現(xiàn)了自動控制，而且可將篦冷機的風室壓力控制在一定范圍內，使工況更加穩(wěn)定。

篦冷機；仿人控制；DCS

熟料的冷卻是水泥生產(chǎn)工藝中非常重要的環(huán)節(jié)，它的主要作用是降低出窯熟料的溫度，提高熟料質量，促進熱量回收。而這些作用的實現(xiàn)主要依賴于篦冷機的穩(wěn)定運行[1-2]。在水泥的實際生產(chǎn)中，由于測點有限、工況變化頻繁，導致整個冷卻系統(tǒng)具有非線性、強耦合、大滯后以及時變性的特點，所以篦冷機的控制是水泥生產(chǎn)中較難突破的熱點[3]。目前國內的水泥生產(chǎn)線中，對篦冷機的控制仍采用人工控制方式。

雖然在科學研究中，仿真效果好的算法很多，但在實際工程中，人工控制在很多方面都無法取代[4-6]。在現(xiàn)實中，人類思維不僅可以建立比較明確的先驗知識，也可以自主融合各個學科的知識，在理想情況下，可以實現(xiàn)較為穩(wěn)定并且優(yōu)秀的控制。如果計算機能夠模仿人的控制，就可以在不了解各參數(shù)數(shù)據(jù)特點的情況下進行有效的控制，并通過不斷地變換控制策略來實現(xiàn)智能控制[7]。

基于上述現(xiàn)實，筆者以山水集團平陰分公司DCS系統(tǒng)為基礎，設計了第三代往復推動式篦冷機風機和篦速自動控制系統(tǒng)。

1　水泥篦冷機工藝分析

在水泥生產(chǎn)過程中，回轉窯內的熟料從窯頭緩慢滑入篦冷機，這時熟料溫度在1 400℃左右。篦冷機從風室向上鼓風，使熟料在篦床內迅速冷卻，冷卻可以使熟料中的礦物元素迅速結晶并快速穩(wěn)定。與此同時，冷卻熟料風的一部分被送入回轉窯和分解爐加以利用，剩余的熱風通過余熱發(fā)電實現(xiàn)能量再利用。

2　篦冷機自動控制系統(tǒng)設計

2.1仿人智能思想

仿人智能控制就是利用人類的經(jīng)驗和知識，運用計算機語言化對人類神經(jīng)決策系統(tǒng)進行模仿，最早是由重慶大學周其鑒教授、柏崇國教授等提出的。自仿人智能控制提出以來，就開始應用于各個領域，它不需明確參數(shù)之間的邏輯關系，只需要依據(jù)人類的經(jīng)驗知識，因此這種控制思想也逐步在一些控制中充分顯示了它的優(yōu)越性。

仿人智能控制在控制中一般分為特征模型、特征記憶、特征辨識、控制（決策）模態(tài)集合、啟發(fā)與直覺推理規(guī)則幾部分。

2.2控制系統(tǒng)整體方案

按照冷卻系統(tǒng)控制需求，需要通過OPC從DCS過程站采集數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后優(yōu)化軟件再從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)進行計算，最后再通過OPC寫回DCS過程站中，具體框架如圖1所示。

圖1　水泥熟料控制系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)交互

圖2　OPC的建立

2.3OPC配置

OPC網(wǎng)關需要在CBF組態(tài)軟件中進行新建和打開讀寫權限的操作，具體如圖2所示。

2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的開發(fā)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)DCS與數(shù)據(jù)的交互，在這過程中，首先確定OPC Sever名稱，然后與數(shù)據(jù)讀映射連接，生成OPC Group，表中每個列即OPC Item，然后進行數(shù)據(jù)通訊。

數(shù)據(jù)庫采用微軟公司的SQL SEVER2000數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫較為穩(wěn)定，并支持在WINDOWS上運行與開發(fā)，是較為典型的關系型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的記錄以表的形式存放。

2.5自動控制系統(tǒng)的開發(fā)

根據(jù)仿人智能思想的過程，首先必須確定特征模型Φ。在山水平陰水泥廠中，根據(jù)篦冷機工作的特點，一風室篦下壓力分為很高、較高、稍高、稍低、較低、很低以及掉窯皮7個特征模型，對應的特征記憶量記為設定值+1 000、設定值+700、設定值+500、設定值-200、設定值-400、設定值-600以及篦壓9 000Pa等7種?？刂频闹饕兞繛轶骼錂C篦速，主要觀測變量只有一個——一風室篦下壓力。因此特征辨識主要采取篦壓辨識，則特征模型Φ中擁有特征狀態(tài)和采取的控制決策ψ，如表1。

表1　特征狀態(tài)和控制決策

記憶特征集合設計完后，接下來要完善控制決策集合，即規(guī)則庫ψ，用ψi：Fi?IF（條件）THEN（操作）表達。u為控制輸出。

在穩(wěn)定工況下，控制器設計為“超過閾值就動作，小于閾值馬上回調”的形式，以正步長1為例，則IF 500≤e≤700 THEN u=λ4；IF 500≥e THEN u=u-λ4

在這種情況下，每次判斷每次的動作根據(jù)正常工況的7個特征向量，則有6個穩(wěn)定控制模態(tài)操作，依次為：

ψ1：IF 500≤e≤700 THEN u=λ4；

ψ2：IF 700≤e≤1 000 THEN u=λ4+λ5；

ψ3：IF 1000≤e≤max THEN u=λ4+λ5+λ6；

ψ4：IF-200≤e≤-400 THEN u=λ7；

ψ5：IF-400≤e≤-600 THEN u=λ7+λ8；

ψ6：IF-600≥e THEN u=λ7+λ8+λ9。

當輸出量達到最大（?。┬谐虝r（ψ7或ψ8），以上狀態(tài)均不起作用，不會再判斷，直到有下降情況。當篦壓達到max，則直接將篦床速度加快到最大值λ10（這種情況一般掉窯皮的時候才會出現(xiàn)）。當出現(xiàn)掉窯皮的情況時（ψ9），一旦誤差比最大值小則運用抑制超調的思想，根據(jù)操作經(jīng)驗我們取穩(wěn)定狀態(tài)的輸出即IF e≤max THEN u=λ1并且之前模態(tài)操作下的操作標志位重新清零計算。

2.6軟件的整體設計

該自動控制系統(tǒng)的算法部分主要通過VC++6.0編寫，將整個自動控制系統(tǒng)軟件裝到工程師站上，使用者通過密碼的認證后就可以啟動自動控制軟件，在此過程中首先應在篦冷機中制作接口程序（如圖3）。

2.7工程應用

圖3　手動自動切換接口

圖4　篦冷機手動控制曲線圖

圖5　篦冷機自動控制曲線圖

將該自動控制系統(tǒng)應用到山水平陰水泥廠5 000t/d生產(chǎn)線上，篦冷機一段篦壓控制曲線如圖4和圖5所示。其中圖4為手動控制，圖5為自動控制。

由圖4、圖5可以看出，自動狀態(tài)下，篦冷機篦壓波動效果顯著減小，有利于工況穩(wěn)定，從而促進熟料質量變好。

3　結語

本文將仿人智能控制思想運用到水泥生產(chǎn)篦冷機環(huán)節(jié)的控制上，并根據(jù)山水平陰水泥廠的工況人為設定好一系列控制規(guī)則，設計了自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對篦冷機的自動控制。與原來的人工控制相比，省時省力，并且減少了波動范圍，具有一定的使用價值。

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Research and Application of the Human Simulated Intelligence on Cement Cooleerr

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2016-07-06；編輯：呂光