王汪洋

(武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司,湖北 武漢 430070)

新型干法水泥生產(chǎn)雖在工藝上有了很大的改進,明顯提高了優(yōu)質(zhì)性、環(huán)保性、高效性,但距離理想的均衡穩(wěn)定狀態(tài)還有一段路程。多變量、強禍合的過程使系統(tǒng)的控制精度較低,水泥均衡溫度的生產(chǎn)以及熟料的質(zhì)量很難保證,造成單位產(chǎn)量的能耗增加而勞動生產(chǎn)率下降。因此,提出粉磨過程的多模型的預測及優(yōu)化系統(tǒng),利用專家系統(tǒng)實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程的聯(lián)合控制,對降低單位產(chǎn)量能耗,提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

1 常規(guī)控制策略

1.1 粉磨過程常規(guī)控制策略

在烘干粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)中,為使粉磨作業(yè)處于良好狀態(tài),實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)優(yōu)化控制,計算機、自動化儀表、網(wǎng)絡通信技術(shù)的運用越來越廣泛。生料粉磨系統(tǒng)的自動控制實現(xiàn)極大地提高了后續(xù)工序的穩(wěn)定性,準確的原料配比控制,確保粉磨機內(nèi)的鐵粉、粘土、石灰石及其它校正原料的配比符合標準。其次調(diào)節(jié)粉磨機的物料喂入量,保障磨機負荷良好,可在最佳負荷點工作,以提高粉磨效率。

1.2 回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)常規(guī)控制策略

在窯內(nèi)物料緞燒過程中,為維持最佳的熱工狀態(tài)與熱力分布,需密切關(guān)注各項工藝的熱工參數(shù),燃料燃燒及氣流的溫度、不同溫度帶物料滯留時間等?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)的主要被控參數(shù)有氮氧化物濃度、燒成帶溫度、窯尾溫度,主要控制參數(shù)有主排風機轉(zhuǎn)速、窯進煤量、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速。其中,燒成帶溫度和窯尾溫度是保證熱工過程穩(wěn)定,常規(guī)控制策略主要有燒成帶溫度控制回路、窯尾溫度控制回路。

1.3 常規(guī)控制策略的局限性

水泥生產(chǎn)過程常規(guī)控制設(shè)立許多個獨立的自動控制調(diào)節(jié)回路,先進行單回路的調(diào)節(jié)控制,再鏈接這些回路以實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的控制。但水泥生產(chǎn)過程的輸入輸出變量多,并且他們之間存在著揭合關(guān)系,各控制器之間的常規(guī)控制是相互獨立的,很難應付強禍合、多變量的過程,導致系統(tǒng)的控制精度較低,難以確保水泥均衡溫度的生產(chǎn)及熟料的質(zhì)量,使得勞動生產(chǎn)率降低、單位產(chǎn)量能耗提高。

2 生產(chǎn)過程控制策略優(yōu)化

2.1 粉磨過程多模型預測及負荷控制策略優(yōu)化

2.1.1 粉磨過程多模型預測控制模型策略

最常用的粉磨設(shè)備為球磨機,粉磨過程的被控變量是磨機負載,選粉機的出料流速操縱變量是喂料流速,選粉速率主要干擾變量是磨機內(nèi)物料的硬度。非線性系統(tǒng)多模型預測控制策略能使粉磨機在不同的工況點穩(wěn)定運行,避免“空磨”、“飽磨”現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上,可實現(xiàn)磨機負荷設(shè)定值的優(yōu)化。

2.1.2 磨機負荷優(yōu)化控制策略

研究表明,隨著磨機負荷的增大磨音特性曲線單調(diào)遞減,磨音變小、頻率降低,則磨機負荷增大,反之則減小。以磨音信號和磨機出入口壓差作為主控制參數(shù),構(gòu)成的控制回路作為系統(tǒng)的外環(huán),外環(huán)根據(jù)磨機負荷控制回路的設(shè)定值與當前測量信號的偏差,應用磨機負荷優(yōu)化控制器計算得到最優(yōu)負荷值并以此作為設(shè)定值。由磨機系統(tǒng)與多模型預測控制器構(gòu)成的磨機負荷控制回路作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán),內(nèi)環(huán)應用多模型預測控制器與外環(huán)提供的設(shè)定值計算獲得當前最優(yōu)輸入△U,并運用于粉磨過程,從而使球磨機的工作效率達到最高。

2.2 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程控制策略優(yōu)化

2.2.1 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程專家系統(tǒng)控制策略

專家系統(tǒng)是一類包含知識和推理的智能計算機程序,是運用基于知識的程序設(shè)計方法搭建的計算機系統(tǒng)。它擁有某個特殊領(lǐng)域內(nèi)專家的經(jīng)驗與知識,即那些解決專業(yè)問題非常熟悉的人們。這種專門技術(shù)來源于處理問題的豐富經(jīng)驗與扎實專業(yè)知識,并能像專家那樣運用這些知識,通過演算推理,對該領(lǐng)域內(nèi)的問題作出決策。專家系統(tǒng)主要包括知識庫、知識獲取、推理機、推理咨詢等組成要素。

2.2.2 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程的專家規(guī)則

操作員在判斷回轉(zhuǎn)窯工況時,一般關(guān)注溫度及功率(一般指電流或轉(zhuǎn)速的變動),并兼顧壓力的變化。回轉(zhuǎn)窯在穩(wěn)定狀態(tài)下的控制程序是通過投產(chǎn)后實際摸索來確定的。窯系統(tǒng)的操縱變量主要有原料喂入量、窯轉(zhuǎn)速預熱器主排風機轉(zhuǎn)數(shù)和入口風門開度、蓖冷機三室通風量、窯進煤量分解爐入口三次風風門開度。在進行專家控制時,根據(jù)四項被控變量的上下限來檢驗它們的實際輸出值。

2.3 模型預測控制與專家系統(tǒng)組合控制策略

模型預測控制具有較強的抗干擾能力,控制器能快速抑制一些隨機擾動。在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中,隨機擾動包括生料的化學成分及細度、周圍環(huán)境的溫度及濕度、燃料質(zhì)量的變化等。比如“窯皮脫落”問題會造成燒成帶溫度快速降低、反應不穩(wěn)定,MPC控制器難以解決,預測模型產(chǎn)生了很大的變化。在MPC控制的基礎(chǔ)之上,合理運用現(xiàn)場操作員的知識與經(jīng)驗,搭建專家系統(tǒng),根據(jù)操作員模型與一系列規(guī)則,逐步調(diào)節(jié)直到被控變量恢復到原先的允許范圍內(nèi),使系統(tǒng)很快回到干擾前的狀態(tài),控制器校正后反饋的預測模型跟原來的模型相比變化較小,計算出來的操縱變量增量也很小。

3 結(jié)語

新型干法水泥生產(chǎn)過程具有非線性、大時滯、時變以及多變量禍合等多個特點,用常規(guī)的控制策略解決這些問題有很大的難度,但通過專家系統(tǒng)與模型預測控制進行組合控制的控制策略卻能夠較輕松地解決,并能保障窯系統(tǒng)穩(wěn)定地均衡運行,降低能耗,降低生產(chǎn)成本。