CN104896953B - 水泥窑篦冷机的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥窑篦冷机的控制方法及系统，该方法包括如下步骤：获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令，并将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。本发明以篦冷机二室风室压力作为被控变量，通过PID控制自动生成速度调节指令并输出到篦冷机的现场控制柜，从而调整篦冷机篦床的运动速度，使水泥熟料料层的厚度保持稳定。

Description

水泥窑篦冷机的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及水泥生产技术领域，特别是涉及一种水泥窑篦冷机的控制方法和系统。

背景技术

水泥窑的熟料冷却系统要求保持一定的熟料料层厚度，以便获取稳定的二、三次风温等工艺参数，及满足熟料的急冷以实现提高产品质量的目的。目前熟料冷却系统主要的控制技术为人工手动控制，操作员根据参数变化情况手动调整篦冷机篦床的运动速度快慢，以达到控制熟料料层厚度的目的。但现有手动控制技术的缺点是料层稳定性差，由于人工调整滞后，料层厚度稳定性差，直接造成二、三次风温等工艺参数的波动，引起水泥窑系统热工制度、产品质量的波动，同时造成能耗的浪费。也有少数水泥厂采用自动控制技术控制篦冷机篦床的运动速度，但控制过程较为繁琐，投资大，维护成本高，不易于推广。

发明内容

基于此，为解决上述问题，本发明提供一种水泥窑篦冷机的控制方法和系统，以水泥窑篦冷机二室风室压力作为被控变量，利用现有的水泥生产条件进行技术改造，通过PID控制生成速度调节指令并输出到水泥窑篦冷机的现场控制柜，通过调整篦冷机篦床运动速度来保持熟料料层厚度的稳定性。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种水泥窑篦冷机的控制方法，包括如下步骤：

获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令，并将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

相应的，本发明实施例还提供一种水泥窑篦冷机的控制系统，包括：

基础参数导入模块，用于获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

实时值获取模块，用于获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

指令生成模块，用于根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令；

发送模块，用于将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

本发明以水泥窑篦冷机二室风室压力作为被控变量，通过PID控制将水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值与依据生产工艺状况确定的篦冷机二室风室压力的最低设置值、最高设置值进行比较，自动生成速度调节指令并输出到篦冷机的现场控制柜，从而调整篦冷机篦床的运动速度，使水泥熟料料层的厚度保持稳定。本发明利用现有的生产条件即可进行技术改造，无需大量投资便能保证水泥熟料料层厚度的稳定性，以较低成本实现了节能降耗、提高产品质量的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中一种水泥窑篦冷机的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种获取基础参数值的方法的流程示意图；

图3为本发明实施例中一种水泥窑篦冷机的控制系统的结构示意图；

图4为带有滤波功能的PID控制模块的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明的内容作进一步阐述。

参照图1所示，本实施例提供一种水泥窑篦冷机的控制方法，包括如下步骤：

S10获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

S20获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

S30根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令；

S40将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

具体的，本实施例以篦冷机二室风室压力表征水泥熟料料层厚度，主要是考虑到篦冷机的实际结构。篦冷机的风室结构排列为一室最靠近窑出料端，即最先接触高温熟料，因出窑的高温熟料具有一定的粘度，为了避免熟料粘结堆积，在设计中把一室设计成具有一定的斜度。出窑的高温熟料经过一室斜坡后迅速的进入二室进行冷却。从工序及工艺的角度出发，越能及时获取前端的工序数据越能及时对生产工艺进行调整，但由于一室是斜坡设计，造成熟料料层呈斜度分布，风室压力数据代表性不强，但二室的料层分布均匀，因此二室的风室压力最能直接反应熟料料层的厚度，所以选定二室风室压力作为控制量。具体的，冷却风经过鼓风机鼓入二室风室穿透熟料层对熟料进行冷却，当料层薄时，冷却风容易穿透料层，二室风室内压力较小；反之，当料层较厚时，冷却风不容易穿透料层，二室风室内压力较大，即料层的厚度与风室的压力成正比关系，所以从篦冷机二室风室的压力即可判断出熟料料层的厚度。

在进行篦冷机控制时，首先获取各项基础参数值，包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值。工艺员可根据自身经验结合生产工艺状况评估篦冷机二室风室压力的上限值和下限值，并依据该上限值和下限值选定用于进行PID控制的篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值，然后设定PID控制比例，以及用于每一次进行篦冷机篦床速度控制的调节幅度值。然后采用PID控制，根据上述的各项基础参数值以及预设微分时间和预设积分时间(可选用一般经验时间)，将篦冷机二室风室压力变送器测得的水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值与上述最低设置值和最高设置值进行比较，生成速度调节指令，例如可采用AB(Allen-Bradley)公司的Rockwell RSLogix5000组件，调用其中的PID控制模块生成上述速度调节指令。

通过PID控制生成速度调节指令后，将其发送至篦冷机的现场控制柜。现场控制柜接收该速度调节指令即可对篦床的运动速度进行调整，例如将篦冷机篦床当前的运动速度提高(或降低)一个调节幅度值，以实现熟料料层厚度稳定性的控制。

在一较佳实施方式中，考虑到水泥生产工艺的实际需求，有时需要对篦冷机进行人工手动控制，因此本发明将篦冷机的控制方式分为手动模式和自动模式，用户可在手动模式下输入各项基础参数值，当切换成自动模式时，直接获取手动模式下的设置内容。参照图2所示，其中获取所述基础参数值的过程包括如下步骤：

S101调用操作控件；

S102当所述操作控件接收到手动模式触发指令后，进入手动模式，调用各项基础参数对应的控制标签；并通过所述控制标签接收并更新各项基础参数值；

S103当所述操作控件接收到自动模式触发指令后，进入自动模式，将各基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次更新的基础参数值。

具体而言，在本实施方式中，通过操作控件实现手动模式和自动模式的切换，其中操作控件可由专业人员自定义编写，例如选用AB公司的RockwellRSView32组件创建而成。当用户向操作控件输入手动模式触发指令后，进入手动模式，此时调用各项基础参数对应的控制标签，用户可在各个控制标签中输入数据，控制标签接收并更新基础参数值。

当用户在手动模式下完成基础参数值的输入后，可向操作控件输入自动模式触发指令，进入自动模式，在自动模式下实现对篦冷机的自动控制，此时将各项基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次(即上一次或最新一次)更新的基础参数值。然后依据各项基础参数值以及将篦冷机二室风室压力变送器测得的水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值、预设积分时间和预设微分时间自动进行PID控制，生成速度调节指令，并发送给篦冷机的现场控制柜，用以调节篦冷机篦床的运动速度。

本发明以篦冷机二室风室压力作为被控变量，通过PID控制自动生成速度调节指令并输出到篦冷机的现场控制柜进行速度调节，从而调整篦冷机篦床的运动速度，使得水泥熟料料层的厚度保持稳定。本发明利用现有的生产条件即可进行技术改造，无需大量投资便能保证水泥熟料料层厚度的稳定性，实现了节能降耗、提高产品质量的目的。

本发明还提供一种水泥窑篦冷机的控制系统，如图3所示，包括：

基础参数导入模块10，用于获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

实时值获取模块20，用于获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

指令生成模块30，用于根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令；

发送模块40，用于将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

本发明的水泥窑篦冷机的控制系统以篦冷机二室风室压力表征水泥熟料料层厚度，在对篦冷机进行控制时，首先通过基础参数导入模块10获取各项基础参数值，包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值。工艺员可根据自身经验结合生产工艺状况评估篦冷机二室风室压力的上限值和下限值，并依据该上限值和下限值通过基础参数导入模块10设置用于进行PID控制的篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值，然后设定PID控制比例，以及用于每一次进行篦冷机篦床速度控制的调节幅度值。本实施例中的水泥窑篦冷机的控制系统通过实时值获取模块20获取压力变送器测得的水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值，然后通过指令生成模块30，根据各项基础参数值、上述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间(可在系统中将一般经验时间进行固化)，进行PID控制生成速度调节指令。PID控制兼有两种职能：一是克服各种扰动；二是追踪设定值变化。由于引起被控制参数变化的控制量和扰动作用其特性是不同的，因此用一套PID参数去完成这两种职能并都达到最佳效果是不可能的，一般是通过改变设置定来整定系统。多数情况下当按设定值将PID参数整定的比较理想时，克服扰动的功能就会很差；若按扰动来整定系统时，跟随设定值变化时就会出现超调现象。但带有滤波功能的PID控制模块能较好地兼顾这两种职能，使系统具有很好的控制特性，其控制原理如图4所示。基于此，在本实施例中，指令生成模块30可调用Rockwell RSLogix5000组件中的PID控制模块，通过该PID控制模块生成速度调节指令，保证系统具备较佳的控制特性。

指令生成模块30通过PID控制生成速度调节指令后，发送模块40将速度调节指令发送至篦冷机的现场控制柜。现场控制柜接收该速度调节指令即可对篦床的运动速度进行调整，例如将篦冷机篦床当前的运动速度提高(或降低)一个调节幅度值，以实现熟料料层厚度稳定性的控制。

在一较佳实施方式中，考虑到水泥生产工艺的实际需求，有时需要对篦冷机进行人工手动控制，因此本实施例中的水泥窑篦冷机的控制系统还包括操作控件，将篦冷机的控制方式分为手动模式和自动模式，用户可在手动模式下输入各项基础参数值，当切换成自动模式时，直接获取手动模式下的设置内容。具体为，当操作控件接收到手动模式触发指令后，进入手动模式，调用各项基础参数对应的控制标签，并通过所述控制标签接收并更新各项基础参数值；当操作控件接收到自动模式触发指令后，进入自动模式，将基础参数导入模块10中的各项基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次更新的基础参数值。

其中操作控件可由专业人员自定义编写，例如选用AB公司的RockwellRSView32组件创建而成。当用户在手动模式下完成基础参数值的输入后，可向操作控件输入自动模式触发指令，进入自动模式，在自动模式下实现对篦冷机的自动控制，此时将基础参数导入模块10中的各项基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次(即上一次或最新一次)更新的基础参数值。然后指令生成模块30依据各项基础参数值以及将篦冷机二室风室压力变送器测得的水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值、预设积分时间和预设微分时间自动进行PID控制，生成速度调节指令，发送模块40将速度调节指令发送给篦冷机的现场控制柜，例如通过Rockwell RSLinx组件发送速度调节指令。现场控制柜接收该速度调节指令即可对篦床的运动速度进行调整，以便控制熟料料层的厚度。

下面结合一个实际技术改造对本发明的水泥窑篦冷机的控制系统(以下简述为控制系统)进行说明。实际技术改造时涉及到的软件主要包括Factorytalkview studio以及美国AB公司Rockwell实时监控组态软件，其中Factorytalk viewstudio是用于开发或测试机器级或者监控管理级人机交互界面应用项目的组态软件，Factorytalk view studio包含用于创建完整人机交互界面项目的编辑器，还包含用于测试应用项目的软件，使用该编辑器可以创建所需的任何简单或者复杂的应用项目。Rockwell实时监控组态软件包括RSView32、RSLogix5000、RSLinx等组件，这些组件可用于采集和管理生产信息、控制和监视生产过程、分析和跟踪生产经营。其中，Rockwell RSView32是过程监视组件，它实现人机接口(HMI)功能，为用户提供动态显示和操作界面，具有易用、结构灵活等特点，在控制领域应用广泛。Rockwell RSLogix5000是实时控制组件，与IEC61131-3规范兼容，既提供了逻辑梯形图(Relay Ladder)、功能块(FunctionBlock)、结构化文本语言(Structured Text)等控制组态及编程方式，也提供了PID控制及运算模块的组态功能。Rockwell RSLinx是实时PLC硬件扫瞄软件，支持与CPU模块串口(RS232标准)通讯的串口通讯协议，并支持TCP/IP通讯协议(需工业以太网模块支持)，另外还提供了OPC(OLE for Process Control)和DDE(Dynamic Data Exchange)功能，具有较好的灵活性与扩展性。在实际进行技术改造创建控制系统时，可在工程站服务器内利用Rockwell Rslogix500组件在Factorytalk view studio软件中创建上述各项基础参数对应的控制标签，然后在Factorytalk view studio软件中编写程序创建上述的基础参数导入模块、实时值获取模块、指令生成模块、发送模块，并利用Rockwell RSView32组件创建上述的操作控件，即在水泥窑的操作画面中新增控制画面，显示各项参数及操作员的操作界面。在创建控制系统过程中使用Rockwell RSLinx组件进行数据通讯管理。另外，在创建指令生成模块时需调用Rockwell Rslogix5000组件中的PID控制模块，此PID控制模块具有两种职能，一是克服各种扰动；二是追踪设定值变化。在使用上述创建的水泥窑篦冷机的控制系统时，操作员在操作控件中将模式置为手动模式，在各项控制标签中分别设置PID控制比例、调节幅度值、篦冷机二室风室压力最低设置值和最高设置值，此时控制系统的显示画面内实时显示篦冷机二室风室压力值及篦冷机篦床的运动速度，当操作员通过操作控件将控制系统置于自动模式时，指令生成模块会根据操作员在手动模式下输入的各项基础参数值以及PID控制模块中默认的积分时间和微分时间(即上述的预设积分时间和预设微分时间)进行运算并发出相应的速度调节指令至篦冷机的现场控制柜，调整篦床的运动速度，控制熟料料层的厚度，保持其稳定性。指令生成模块中的PID控制模块会实时对上述最低设置值、最高设置值与实时值获取模块获取的水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值进行比较，发出相应速度调节指令调整输出，从而保证设定值与反馈值跟踪的实时性，当然在前期工作中需逐步调整各项基础参数值直至满足工艺要求。

综上所述，本发明提供的水泥窑篦冷机的控制系统无需大量投资，利用现有的生产条件即可进行技术改造，保证熟料料层厚度的稳定性，从而实现节能降耗、提高产品质量的目的，具有极高的应用推广价值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种水泥窑篦冷机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令，并将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

2.根据权利要求1所述的水泥窑篦冷机的控制方法，其特征在于，获取所述基础参数值的过程包括如下步骤：

调用操作控件；

当所述操作控件接收到手动模式触发指令后，进入手动模式，调用各项基础参数对应的控制标签，并通过所述控制标签接收并更新各项基础参数值；

当所述操作控件接收到自动模式触发指令后，进入自动模式，将各基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次更新的基础参数值。

3.根据权利要求2所述的水泥窑篦冷机的控制方法，其特征在于，通过PID控制生成速度调节指令的过程包括如下步骤：

调用Rockwell RSLogix5000组件中的PID控制模块生成所述速度调节指令。

4.根据权利要求2所述的水泥窑篦冷机的控制方法，其特征在于，所述操作控件由Rockwell RSView32组件创建而成。

5.一种水泥窑篦冷机的控制系统，其特征在于，包括：

基础参数导入模块，用于获取基础参数值，所述基础参数值包括水泥窑篦冷机二室风室压力的最低设置值和最高设置值、PID控制比例以及调节幅度值；

实时值获取模块，用于获取水泥窑篦冷机二室风室压力的实时测量值；

指令生成模块，用于根据所述基础参数、所述实时测量值、预设微分时间和预设积分时间，通过PID控制生成速度调节指令；

发送模块，用于将所述速度调节指令发送至水泥窑篦冷机的现场控制柜。

6.根据权利要求5所述的水泥窑篦冷机的控制系统，其特征在于，还包括操作控件，当所述操作控件接收到手动模式触发指令后，进入手动模式，调用各项基础参数对应的控制标签，并通过所述控制标签接收并更新各项基础参数值；当操作控件接收到自动模式触发指令后，进入自动模式，将所述基础参数导入模块中的各项基础参数值分别设置为对应的控制标签中最近一次更新的基础参数值。

7.根据权利要求5所述的水泥窑篦冷机的控制系统，其特征在于，所述指令生成模块调用Rockwell RSLogix5000组件中的PID控制模块生成所述速度调节指令。

8.根据权利要求6所述的水泥窑篦冷机的控制系统，其特征在于，所述操作控件由Rockwell RSView32组件创建而成。

9.根据权利要求5所述的水泥窑篦冷机的控制系统，其特征在于，所述发送模块通过Rockwell RSLinx组件发送所述速度调节指令。