水泥粉磨加工中如何優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)
水泥粉磨加工中如何優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)?
??水泥磨是水泥生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，能耗高，磨損大，水泥磨的自動(dòng)化控制水平直接影響著水泥產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量以及能耗。然而對(duì)于復(fù)雜的水泥磨控制系統(tǒng)，由于水泥磨本身具有的大時(shí)滯、多約束、多變量以及變量間的強(qiáng)耦合性等特點(diǎn)，準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型難以建立，控制精度難以保證。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，以PID控制為基本原理的自適應(yīng)PID、模糊PID等不斷成熟，為水泥磨系統(tǒng)控制注入了新的活力。
??目前我國(guó)水泥廠采用的自動(dòng)配料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各路物料下料比例的控制，使生產(chǎn)過程中化學(xué)成份達(dá)到合格的要求，但在質(zhì)量控制及產(chǎn)量方面存在如下問題：憑借操作工人經(jīng)驗(yàn)控制喂料量，產(chǎn)量調(diào)整主要依賴定時(shí)化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行，造成調(diào)節(jié)滯后；調(diào)節(jié)滯后容易造成細(xì)度（或比表面積）波動(dòng)；沒有準(zhǔn)確有效的磨機(jī)料位測(cè)量手段，無法判斷磨機(jī)內(nèi)的料位及變化；難以在質(zhì)量合格前提下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量及穩(wěn)定，因而粉磨過程電耗偏高；當(dāng)磨機(jī)內(nèi)物料過多時(shí)容易形成飽磨，會(huì)導(dǎo)致跑粉、磨內(nèi)溫度增高、水泥細(xì)度跑粗等問題；當(dāng)磨機(jī)內(nèi)物料過少時(shí)，會(huì)造成鋼球、襯板磨損增大，產(chǎn)量急劇減少等問題。
??“水泥粉磨過程優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)”以安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)，針對(duì)粉磨過程的運(yùn)行特點(diǎn)，采用自尋優(yōu)、自適應(yīng)等先進(jìn)控制算法與常規(guī)控制算法相結(jié)合的控制策略，實(shí)現(xiàn)粉磨過程自動(dòng)控制，保證了粉磨過程安全、連續(xù)、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。適用于水泥廠生料粉磨過程和水泥粉磨過程。
??通過噪聲傳感器檢測(cè)磨機(jī)噪聲信號(hào)，經(jīng)變送器處理后得到能夠準(zhǔn)確反映磨機(jī)內(nèi)存料量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)磨機(jī)內(nèi)料位的準(zhǔn)確測(cè)量；控制磨機(jī)喂料總量、磨內(nèi)通風(fēng)量、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等，調(diào)節(jié)磨機(jī)內(nèi)物料量、物料流速和循環(huán)負(fù)荷，并對(duì)磨機(jī)內(nèi)料位、物料流動(dòng)速度和循環(huán)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化，保證磨機(jī)始終能在保證細(xì)度指標(biāo)的前提下運(yùn)行在狀態(tài)；粉磨過程狀態(tài)的穩(wěn)定，能夠使得產(chǎn)品細(xì)度穩(wěn)定、均勻性得到改善，保證質(zhì)量、提高產(chǎn)量，對(duì)水泥廠生產(chǎn)過程降低電耗，提高經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義；同時(shí)，控制系統(tǒng)投入后，能夠防止空磨及飽磨，減輕運(yùn)行、勞動(dòng)強(qiáng)度，減少維護(hù)費(fèi)用，改善工作環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。
??2 水泥磨優(yōu)化控制原理
??2.1磨機(jī)內(nèi)存料量測(cè)量
??磨機(jī)內(nèi)鋼球、鋼段和襯板相互碰撞產(chǎn)生噪聲，磨機(jī)噪聲隨著磨機(jī)內(nèi)料位（存料量）的變化而變化。在磨機(jī)料位低小時(shí)，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產(chǎn)生的噪聲大；在磨機(jī)料位增高時(shí)，因?yàn)槲锪系牟粩嗵畛洌撉颉摱魏鸵r板碰撞的幾率減小、能量變小，產(chǎn)生的噪聲也減小。因而，用噪聲傳感器采集磨機(jī)噪聲信號(hào)，經(jīng)由變送器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)進(jìn)行分析與處理，就可以檢測(cè)到磨機(jī)料位的大小和變化。
??經(jīng)過在不同水泥廠、不同型號(hào)磨機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用，噪聲傳感器與料位變送器能夠準(zhǔn)確、靈敏地測(cè)量磨機(jī)內(nèi)存料量多少和存料量實(shí)際變化，而且通風(fēng)量、原料品質(zhì)的變化、原料的干濕對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響都很小。磨機(jī)內(nèi)料位的準(zhǔn)確測(cè)量為整個(gè)粉磨過程的自動(dòng)控制奠定了基礎(chǔ)。
??2.2料位優(yōu)化控制
??在一定工況下，磨機(jī)料位--產(chǎn)量特性曲線如圖1所示。從曲線可以看出，磨機(jī)的產(chǎn)量并不存料量的增加而持續(xù)增大，實(shí)際上磨機(jī)存在產(chǎn)量料位點(diǎn)，即工作點(diǎn)。雖然磨機(jī)的料位-產(chǎn)量特性曲線存在著極值特性，但是其無法用公式表達(dá)，而且會(huì)隨外界因素（例如物料、工況、機(jī)械磨損等）的變化而變化，特性曲線會(huì)發(fā)生漂移，但仍存在工作點(diǎn)。根據(jù)粉磨過程運(yùn)行存在產(chǎn)量這一特性，采用優(yōu)化控制算法，對(duì)磨機(jī)的料位點(diǎn)進(jìn)行搜索，以找到產(chǎn)量為方向，逐漸向料位點(diǎn)靠近。優(yōu)化控制屬于控制的上層，對(duì)下層控制回路的操作目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，以保證系統(tǒng)運(yùn)行在狀態(tài)。
??針對(duì)磨機(jī)大慣性、純滯后、參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)，采用自尋優(yōu)、自適應(yīng)和智能PI控制相結(jié)合的控制策略，控制框圖如圖2所示。智能PI控制算法能夠保證穩(wěn)定工況下磨機(jī)料位的穩(wěn)定，并有較好動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制性能；在粉磨過程工況發(fā)生變化時(shí)，對(duì)象參數(shù)隨之改變，采用自適應(yīng)控制算法使得常規(guī)控制器參數(shù)能夠自動(dòng)適應(yīng)對(duì)象模型的變化，保證粉磨系統(tǒng)在工況變化時(shí)的控制性能。
??2.3物料流速與循環(huán)負(fù)荷控制
??物料在磨機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間主要由物料的流動(dòng)速度來決定，停留時(shí)間過長(zhǎng)容易造成過磨，停留時(shí)間過短容易造成細(xì)度或比表面積不合格，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格或經(jīng)選粉機(jī)后再次進(jìn)入磨機(jī)進(jìn)行二次或多次研磨。循環(huán)負(fù)荷同樣對(duì)磨機(jī)產(chǎn)量、質(zhì)量有至關(guān)重要的作用，過大或過小的循環(huán)負(fù)荷都會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)產(chǎn)量下降。物料流速依靠料位、料位分布及磨內(nèi)通風(fēng)進(jìn)行控制；循環(huán)負(fù)荷通過物料流速、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。
??3 水泥磨優(yōu)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用
??3.1項(xiàng)目背景
??北京市琉璃河水泥有限公司2#水泥磨為閉路磨，磨機(jī)規(guī)格為￠4.2×11米，控制采用北京和利時(shí)控制系統(tǒng)公司的MACS分布式控制系統(tǒng)（DCS），水泥磨的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為90-110T/h，目前42.5#水泥的實(shí)際產(chǎn)量為90-100T/h，水泥磨單耗40KWh/T。DCS系統(tǒng)可以為每套粉磨系統(tǒng)提供一組AI點(diǎn)（0-20mA信號(hào)）。在實(shí)現(xiàn)磨機(jī)內(nèi)物料量的準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)控制磨機(jī)喂料量；根據(jù)比表質(zhì)量調(diào)節(jié)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速；在水泥磨喂料、排風(fēng)機(jī)、選粉機(jī)、磨機(jī)、提升機(jī)電流故障情況能夠進(jìn)行自動(dòng)處理，在保證質(zhì)量的前提下，保證水泥磨自動(dòng)、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
??3.2系統(tǒng)構(gòu)成
??針對(duì)DCS系統(tǒng)的水泥廠粉磨過程優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示。新增CMOCS站（內(nèi)置兩塊網(wǎng)卡），CMOCS上運(yùn)行ifix組態(tài)軟件，ifix作為OPC 服務(wù)器運(yùn)行，服務(wù)區(qū)A、B訪問CMOCS 中的ifix OPC服務(wù)器。硬件配置如表1所示。
桂林鴻程是專業(yè)的水泥磨粉機(jī)廠家，HLM系列立式磨粉機(jī)是桂林鴻程通過學(xué)習(xí)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，經(jīng)歷二十多年潛心研究開發(fā)出的一款高效節(jié)能、烘干兼磨粉功能的系列化先進(jìn)粉磨設(shè)備。
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