CN106814719B - 一种水泥联合半终粉磨优化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥联合半终粉磨优化控制系统，包括用于采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数的数据采集子系统；和，用于根据数据采集子系统采集来的数据判断水泥粒度分布是否合理，并根据水泥粒度分布情况得出调整哪一个水泥生产关键设备可以使水泥粒度趋于正常，水泥生产关键设备的调整幅度的数据分析子系统；和，用于根据数据分析子系统得出的结果去调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定目的的DCS控制子系统；和，中控子系统。还包括利用一种水泥联合半终粉磨优化控制系统的一种水泥联合半终粉磨优化控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体地说是一种水泥联合半终粉磨优化控制系统及方法。
背景技术
水泥联合半终粉磨是水泥生产的一个核心环节，其实质是选出大部分高效预粉磨系统所产生的微粉(30um以下，主要是20um以下)直接进入成品。其水泥粒度大小是水泥研磨中一个关键的表征参数。在实际中,水泥粒度能够影响水泥的质量和性能,其直接影响水泥流动性、强度以及一系列的物理属性。水泥联合半终粉磨中影响水泥粒度的关键设备有选粉机、主排风机和磨尾风机，一般来说选粉机转速过高或磨尾风机转速过低时,水泥粒度过细,会导致水泥早期水化速率过快和抗裂性变差；另一方面,当主排风机转速太高时,水泥粒度较粗,水泥的抗压强度明显下降。现在水泥厂均选择每隔一个小时或更久的时间定点采集水泥粒度进行化验，根据该化验结果再去调节选粉机、主排风机或磨尾风机的转速。而此方法存在着样本少、采样时间间隔长、不具有代表性和时滞长等缺点。因此，实时检测水泥粒度是非常有必要的。
在国外在线实时粒度检测技术已经被广泛应用，但在国内大多数水泥生产厂家还在使用人工的离线检测方法，这使得我国水泥行业在水泥粒度质量的控制上与国外先进水泥企业还有相当差距。近年来随着我国可持续发展战略的不断实施水泥行业也在不断转型升级中，由过去的高产量向高质量转变。这使得对于水泥粒度的控制变的尤为重要，将水泥的粒度控制在一个合理区间除了能够提高水泥质量稳定水泥品质还可以减少浪费、提高能效，有利于水泥企业增加效益。目前随着在线粒度分析技术的不断成熟，粒度分析仪的价格已经有所下降，在国内很多行业已经被广泛使用，比如石油化工、制药等行业。水泥行业也开始使用在线粒度分析仪，这使得水泥的粒度可以成为水泥粉磨生产自动化的重要依据参数。所以现在针对特定的水泥企业研发一套稳定实用的水泥粒度控制系统来提高水泥产品质量，降低企业能耗来说是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水泥联合半终粉磨优化控制系统及方法，用于进一步提高水泥质量，降低企业能耗。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种水泥联合半终粉磨优化控制系统，通过调节冷风阀开度调整进入水泥磨机物料的多少，控制水泥磨机负荷，在保证水泥磨机负荷正常的情况下调整选粉机转速、磨尾风机转速，控制水泥小于3um颗粒和3-32um颗粒的含量，以此达到水泥粒度稳定，比表面积和28天强度合格稳定的目的，其特征是，包括用于采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数的数据采集子系统；和，用于根据数据采集子系统采集来的数据判断水泥粒度分布是否合理，并根据水泥粒度分布情况得出调整哪一个水泥生产关键设备可以使水泥粒度趋于正常，水泥生产关键设备的调整幅度的数据分析子系统；和，用于根据数据分析子系统得出的结果去调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定目的的DCS控制子系统；和，中控子系统。
进一步地，数据采集子系统包括设置在一定采样点位置的在线粒度分析仪和SQLServer数据库，数据采集子系统利用编程语言通过OPC通道对在线粒度分析仪采集数据，并将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象；
中控子系统包括用于显示水泥不同粒度分布的实时值和平均值、比表面积平均值、设备参数给定值、设备动作的原因和动作时间的显示模块；和，用于调节选粉机，主排风机，磨尾风机和冷风阀的上下限值、设置系统参数的参数调节模块。
一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，利用一种水泥联合半终粉磨优化控制系统，其特征是，具体包括：
1)、数据采集子系统采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数；
2)、数据采集子系统将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
3)、数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
4)、DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象，调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定。
进一步地，智能控制算法具体包括：
1)、输入设定值yr；
2)、判断是否|e(k)|＞ε，如果是，则执行3)操作，否则执行4)操作；
3)、采用Bang-Bang控制算法；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
4)、采用基于数据驱动的自适应PID控制；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
5)、通过设计PPD参数辨识器对系统进行辨识，计算伪偏导数φ(k)的估计值实时的更新PID控制器中的参数比例放大系数kp、积分放大系数ki、微分放大系数kd，得出系统的输入量。
进一步地，对于磨机负荷控制，yr为回料量的设定值，y为回料量的实际值，u为冷风阀开度；对于3-32um颗粒含量控制，yr为3-32um颗粒含量的设定值，y为3-32um颗粒含量的实际值，u为选粉机转速；对于小于3um颗粒含量控制，yr小于3um颗粒含量的设定值，y为小于3um颗粒含量的实际值，u为磨尾风机转速；
当采用Bang-Bang控制时，u＝u±b|e(k)|＞ε；(公式一)
式中，ε为偏差阈值；b为调整步长；
所述冷风阀的控制过程包括回粉小于下限磨机电流大时、回粉小于下限磨机电流正常时、回粉小于下限磨机电流小时、回粉大于上限磨机电流大时、回粉大于上限磨机电流正常时、回粉大于上限磨机电流小时、回粉正常磨机电流大时、回粉正常磨机电流正常时、回粉正常磨机电流小时9种情况；
回粉小于下限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
111)、回粉量小于下限、磨机电流大，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行112)，如果比表面积正常，则执行113)，如果比表面积偏低，则执行114)；
112)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
113)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
114)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉小于下限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
121)、回粉量小于下限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行122)，如果比表面积正常，则执行123)，如果比表面积偏低，则执行124)；
122)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
123)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
124)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉小于下限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
131)、回粉量小于下限、磨机电流小；
132)、冷风阀不动；
回粉大于上限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
141)、回粉量大于上限、磨机电流大；
142)、冷风阀不动；
回粉大于上限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
151)、回粉量大于上限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行152)，如果比表面积正常，则执行153)，如果比表面积偏低，则执行154)；
152)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
153)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
154)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
回粉大于上限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
161)、回粉量大于上限、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行162)，如果比表面积正常，则执行163)，如果比表面积偏低，则执行164)；
162)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
163)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
164)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
回粉正常磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
171)、回粉量正常、磨机电流大；
172)、冷风阀关小；
回粉正常磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
181)、回粉量正常、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行182)，如果比表面积正常，则执行183)，如果比表面积偏低，则执行184)；
182)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则手动升高主排风机；如果仓重偏低，则手动升高主排风机；
183)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
184)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉正常磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
191)、回粉量正常、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行192)，如果比表面积正常，则执行193)，如果比表面积偏低，则执行194)；
192)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则磨尾风机增加；
193)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则磨尾风机增加；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
194)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
所述磨尾风机转速的控制过程具体为：
21)、判断小于3um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行22)，否则执行23)；
22)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流小，则磨尾风机转速上升；
23)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流小，则磨尾风机转速不动；
所述选粉机转速控制过程具体包括：
31)、判断3-32um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行32)，否则执行33)；
32)、选粉机转速下降；
33)、选粉机转速上升。
进一步地，当磨尾风机和选粉机达到限值时，为了进一步保证和提高水泥质量，需要调节主排风机，主排风机的控制过程具体包括：
1)、判断小于3um颗粒含量，如果小于3um颗粒含量高，则执行2)；如果小于3um颗粒含量正常，则执行3)；如果小于3um颗粒含量低，则执行4)；
2)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达上限，主排风机下降；
3)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则主排风机不动；
4)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达上限，主排风机下降。
进一步地，PPD参数辨识器的结构为：
式中，为水泥磨系统的模型输出，kc为增益系数。
进一步地，计算伪偏导数φ(k)的估计值具体包括：
1)、考虑如下控制准则函数：
2)、得伪偏导数φ(k+1)的估计值
其中，μ＞0为权值因子；为正常数；η∈(0,1]为步长因子。
进一步地，系统的输入量具体计算过程包括：
1)、系统的控制误差为:e(k)＝ys(k)－y(k)；
2)、定义：
3)、考虑控制准则函数：J(k)＝1/2e2(k)；使得：
其中，
4)、得出输入量：u(k)＝u(k－1)+Kpx1+Kix2+Kdx3。
本发明的有益效果是：
本发明按功能可分为数据采集子系统、数据分析子系统和DCS控制子系统。数据采集子系统采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数，数据分析子系统根据数据采集子系统采集来的数据判断水泥粒度分布是否合理，并根据水泥粒度分布情况得出调整哪一个水泥生产关键设备可以使水泥粒度趋于正常，水泥生产关键设备的调整幅度也由数据分析子系统经过运算得出，最后DCS控制子系统根据数据分析子系统得出的结果去调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定的目的。
本发明采用在线粒度分析仪在线分析水泥粒度，代替了化验室的人工化验，解决了人工化验样本少、采样间隔长、不具代表性和时滞长的缺点，即采用在线粒度分析仪分析水泥粒度具有样本多、代表性强和实时性好的优点。
本发明代替人工实时调节水泥生产关键设备参数。人在操作水泥生产系统时会不可避免的存在粗心或疲劳的情况，虽然在线粒度分析仪可实时分析出数据时，但若操作员不能及时准确的调整设备参数还是就会导致水泥粒度不合格，采用上位机软件实时调节水泥生产关键设备参数很好的避免了操作员调整不及时和参数调整错误的问题。
应用OPC协议访问DCS服务器中的水泥生产关键设备数据和在线粒度分析仪服务器中的数据，OPC协议为基于windows的应用程序和现场过程控制应用建起了桥梁，使得质量优化控制软件的开发更加高效、可靠，也更开发，可互操作性更强。
采用数据库技术实时记录DCS中水泥生产关键设备的参数、在线粒度分析仪中的参数和自控软件调整后的参数值，数据记录在数据库的表中，可实时查看，通过对记录的大量数据的分析，可确定出水泥生产关键设备的参数，对水泥生产具有积极的指导作用。
(6)本发明通过分析磨机电流的大小判断磨机负荷的大小，一般情况下磨机电流小磨机负荷大，反之，磨机电流大时磨机负荷小。通过调整冷风阀开度来控制磨机负荷，冷风阀开大时，回料量变大，磨机负荷变大；冷风阀开小时，回料量变小，磨机负荷变小。在调整冷风阀时同时考虑稳流仓料位的高低和回料量当前值。该过程完美的模拟了现场操作员调节磨机负荷的过程，跟人工操作相比操作更加及时，且出错率较低。
(7)本发明通过水泥颗粒小于3um的含量和3-32um的含量和各自控制目标的差值来控制选粉机转速、磨尾风机转速和主排风机转速。磨尾风机转速对水泥小于3um的含量影响比较大，磨尾风机转速升高水泥小于3um的含量降低，反之升高；选粉机和主排风机转速对水泥3-32um的含量影响比较大，选粉机转速升高水泥3-32um含量升高，反之降低，主排风机转速升高水泥3-32um含量降低，反之升高。同时控制水泥小于3um和3-32um的含量可以在控制好比表面积的情况下兼顾水泥强度(比表面积是水泥质量最重要的参数之一，它影响水泥一系列重要性质，小于3um含量对比表面积影响较大，而3-32um含量对水泥28天强度影响较大)。
(8)本发明结合水泥联合半终粉磨实际工程项目，参考工况模板特征和模型特点，提出了磨机负荷和水泥粒度的Bang-Bang控制和基于数据驱动的自适应PID控制相结合的控制方案。运行效果说明了该控制方案能够加速被控对象的跟踪误差收敛速度，验证了其有效性与实用性。此工程应用提高了粉磨生产自动化水平，使联合半终粉磨系统生产过程长期处在一个负荷较高、电流波动小、平稳高效的状态，进而实现了水泥粉磨系统的节能降耗，同时保证了水泥粒度和质量的稳定，在实际工程中具有一定程度上的应用价值。
附图说明
图1为本发明工艺简图；
图2为本发明整体方案连接图；
图3为本发明智能控制算法框图；
图4为本发明回粉小于下限磨机电流大时冷风阀控制过程流程图；
图5为本发明回粉小于下限磨机电流正常时冷风阀控制过程流程图；
图6为本发明回粉小于下限磨机电流小时冷风阀控制过程流程图；
图7为本发明回粉大于上限磨机电流大时冷风阀控制过程流程图；
图8为本发明回粉大于上限磨机电流正常时冷风阀控制过程流程图；
图9为本发明回粉大于上限磨机电流小时冷风阀控制过程流程图；
图10为本发明回粉正常磨机电流大时冷风阀控制过程流程图；
图11为本发明回粉正常磨机电流正常时冷风阀控制过程流程图；
图12为本发明回粉正常磨机电流小时冷风阀控制过程流程图；
图13为本发明磨尾风机转速的控制过程流程图；
图14为本发明选粉机转速控制过程流程图；
图15为本发明主排风机的控制过程流程图；
图16为本发明在线粒度分析仪运行曲线图。
具体实施方式
如图1所示，熟料、矿渣、粉煤灰等物料经过一定比例混合后，经过稳流仓的稳流，缓慢进入辊压机。辊压机对物料进行挤压。经过辊压机的挤压后，物料中的微分被选粉机选出，然后被主排风机抽入袋式收尘器1，直接进入水泥库。选粉机选出的较粗的物料进入球磨机进行研磨，经研磨后合格的水泥被磨尾风机抽入袋式收尘器2，然后进入水泥库。选粉机下的入磨计量称对进入球磨机的物料进行称重计量。冷风阀开度可以调节选粉机内负压，当冷风阀开度变大时，选粉机内负压变小，从V型选粉机和稳流仓抽出的物料变少，即进入球磨机的物料减少；当冷风阀开度变小时，选粉机内负压变大，从V型选粉机和稳流仓抽出的物料变多，即进入球磨机的物料增多；由此可知，调节冷风阀开度可以起到控制球磨机负荷作用。选粉机对水泥粒度中3-32um颗粒含量影响较大，当选粉机转速升高时，3-32um颗粒含量增多，反之，3-32颗粒含量减少。磨尾风机对水泥颗粒中小于3um颗粒含量影响较大，磨尾风机转速升高时，小于3um颗粒含量减少，反之，小于3um颗粒含量增多。小于3um颗粒含量对水泥比表面积影响较大，3-32um颗粒含量对水泥28天强度影响比较大。
一种水泥联合半终粉磨优化控制系统，通过调节冷风阀开度调整进入水泥磨机物料的多少，控制水泥磨机负荷，在保证水泥磨机负荷正常的情况下调整选粉机转速、磨尾风机转速，控制水泥小于3um颗粒和3-32um颗粒的含量，以此达到水泥粒度稳定，比表面积和28天强度合格稳定的目的。如图2所示，包括用于采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数的数据采集子系统；和，用于根据数据采集子系统采集来的数据判断水泥粒度分布是否合理，并根据水泥粒度分布情况得出调整哪一个水泥生产关键设备可以使水泥粒度趋于正常，水泥生产关键设备的调整幅度的数据分析子系统；和，用于根据数据分析子系统得出的结果去调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定目的的DCS控制子系统；和，中控子系统。
数据采集子系统包括设置在一定采样点位置的在线粒度分析仪和SQL Server数据库，数据采集子系统利用编程语言通过OPC通道对在线粒度分析仪采集数据，并将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象；
中控子系统包括用于显示水泥不同粒度分布的实时值和平均值、比表面积平均值、设备参数给定值、设备动作的原因和动作时间的显示模块；和，用于调节选粉机，主排风机，磨尾风机和冷风阀的上下限值、设置系统参数的参数调节模块。
一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，利用一种水泥联合半终粉磨优化控制系统，具体包括：
1)、数据采集子系统采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数；
2)、数据采集子系统将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
3)、数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
4)、DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象，调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定。
如图3所示，智能控制算法具体包括：
1)、输入设定值yr；
2)、判断是否|e(k)|＞ε，如果是，则执行3)操作，否则执行4)操作；
3)、采用Bang-Bang控制算法；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
4)、采用基于数据驱动的自适应PID控制；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
5)、通过设计PPD参数辨识器对系统进行辨识，计算伪偏导数φ(k)的估计值实时的更新PID控制器中的参数比例放大系数kp、积分放大系数ki、微分放大系数kd，得出系统的输入量。
对于磨机负荷控制，yr为回料量的设定值，y为回料量的实际值，u为冷风阀开度；对于3-32um颗粒含量控制，yr为3-32um颗粒含量的设定值，y为3-32um颗粒含量的实际值，u为选粉机转速；对于小于3um颗粒含量控制，yr小于3um颗粒含量的设定值，y为小于3um颗粒含量的实际值，u为磨尾风机转速；
当采用Bang-Bang控制时，u＝u±b|e(k)|＞ε；(公式一)
式中，ε为偏差阈值；b为调整步长。
如图4所示，回粉小于下限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
111)、回粉量小于下限、磨机电流大，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行112)，如果比表面积正常，则执行113)，如果比表面积偏低，则执行114)；
112)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
113)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
114)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动。
如图5所示，回粉小于下限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
121)、回粉量小于下限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行122)，如果比表面积正常，则执行123)，如果比表面积偏低，则执行124)；
122)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
123)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
124)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动。
如图6所示，回粉小于下限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
131)、回粉量小于下限、磨机电流小；
132)、冷风阀不动。
如图7所示，回粉大于上限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
141)、回粉量大于上限、磨机电流大；
142)、冷风阀不动。
如图8所示，回粉大于上限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
151)、回粉量大于上限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行152)，如果比表面积正常，则执行153)，如果比表面积偏低，则执行154)；
152)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
153)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
154)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大。
如图9所示，回粉大于上限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
161)、回粉量大于上限、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行162)，如果比表面积正常，则执行163)，如果比表面积偏低，则执行164)；
162)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
163)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
164)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大。
如图10所示，回粉正常磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
171)、回粉量正常、磨机电流大；
172)、冷风阀关小。
如图11所示，回粉正常磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
181)、回粉量正常、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行182)，如果比表面积正常，则执行183)，如果比表面积偏低，则执行184)；
182)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则手动升高主排风机；如果仓重偏低，则手动升高主排风机；
183)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
184)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动。
如图12所示，回粉正常磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
191)、回粉量正常、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行192)，如果比表面积正常，则执行193)，如果比表面积偏低，则执行194)；
192)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则磨尾风机增加；
193)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则磨尾风机增加；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
194)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动。
在考虑磨机电流(即磨机负荷)的前提下，以<3um粒度分布为目标，调节磨尾风机转速，可使<3um粒度保持稳定(<3um粒度还和比表面积存在正比的关系)；如图13所示，磨尾风机转速的控制过程具体为：
21)、判断小于3um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行22)，否则执行23)；
22)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流小，则磨尾风机转速上升；
23)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流小，则磨尾风机转速不动。
以3-32um粒度分布为目标，调节选粉风机转速，可使3-32um粒度保持稳定，如图14所示，选粉机转速控制过程具体包括：
31)、判断3-32um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行32)，否则执行33)；
32)、选粉机转速下降；
33)、选粉机转速上升。
当磨尾风机和选粉机达到限值时，为了进一步保证和提高水泥质量，需要调节主排风机，如图15所示，主排风机的控制过程具体包括：
1)、判断小于3um颗粒含量，如果小于3um颗粒含量高，则执行2)；如果小于3um颗粒含量正常，则执行3)；如果小于3um颗粒含量低，则执行4)；
2)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达上限，主排风机下降；
3)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则主排风机不动；
4)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达上限，主排风机下降。
如图16所示，随着优化的进行数据的大量采集以促进选粉机运行的重要变化。本发明在某水泥集团连续运行3个月后获得一定的收益数据。如表1水泥联合半终粉磨优化控制系统运行、停运报表所示，粒度优化控制系统运行时，各粒度曲线运行平稳，平均台时比停运时提高5t/h，比表面积合格率提高15个百分点，由原来的83％提高到98％，证明该水泥联合粉磨优化控制系统在保证水泥质量的同时还提高了产量，确实给企业带了是实实在在的效益。
表1：水泥联合半终粉磨优化控制系统运行、停运报表
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种利用水泥联合半终粉磨优化控制系统的控制方法，所述水泥联合半终粉磨优化控制系统通过调节冷风阀开度调整进入水泥磨机物料的多少，控制水泥磨机负荷，在保证水泥磨机负荷正常的情况下调整选粉机转速、磨尾风机转速，控制水泥小于3um颗粒和3-32um颗粒的含量，以此达到水泥粒度稳定，比表面积和28天强度合格稳定的目的，包括用于采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数的数据采集子系统；和，用于根据数据采集子系统采集来的数据判断水泥粒度分布是否合理，并根据水泥粒度分布情况得出调整哪一个水泥生产关键设备可以使水泥粒度趋于正常，水泥生产关键设备的调整幅度的数据分析子系统；和，用于根据数据分析子系统得出的结果去调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定目的的DCS控制子系统；和，中控子系统；
其特征是，具体包括：
1)、数据采集子系统采集DCS中水泥生产关键设备的参数和粒度分析仪分析处理后的粒度参数；
2)、数据采集子系统将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
3)、数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
4)、DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象，调整控制水泥关键设备，从而达到使水泥粒度分布合理和质量稳定；
智能控制算法具体包括：
1)、输入设定值yr；
2)、判断是否|e(k)|＞ε，如果是，则执行3)操作，否则执行4)操作；
3)、采用Bang-Bang控制算法；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
4)、采用基于数据驱动的自适应PID控制；通过调整u，控制选粉机的转速，得出实际值y；
5)、通过设计PPD参数辨识器对系统进行辨识，计算伪偏导数φ(k)的估计值实时的更新PID控制器中的参数比例放大系数kp、积分放大系数ki、微分放大系数kd，得出系统的输入量；
对于磨机负荷控制，yr为回料量的设定值，y为回料量的实际值，u为冷风阀开度；对于3-32um颗粒含量控制，yr为3-32um颗粒含量的设定值，y为3-32um颗粒含量的实际值，u为选粉机转速；对于小于3um颗粒含量控制，yr小于3um颗粒含量的设定值，y为小于3um颗粒含量的实际值，u为磨尾风机转速；
当采用Bang-Bang控制时，u＝u±b|e(k)|＞ε；(公式一)
式中，ε为偏差阈值；b为调整步长；
所述冷风阀的控制过程包括回粉小于下限磨机电流大时、回粉小于下限磨机电流正常时、回粉小于下限磨机电流小时、回粉大于上限磨机电流大时、回粉大于上限磨机电流正常时、回粉大于上限磨机电流小时、回粉正常磨机电流大时、回粉正常磨机电流正常时、回粉正常磨机电流小时9种情况；
回粉小于下限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
111)、回粉量小于下限、磨机电流大，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行112)，如果比表面积正常，则执行113)，如果比表面积偏低，则执行114)；
112)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
113)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
114)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉小于下限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
121)、回粉量小于下限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行122)，如果比表面积正常，则执行123)，如果比表面积偏低，则执行124)；
122)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀关小；
123)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀关小；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
124)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉小于下限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
131)、回粉量小于下限、磨机电流小；
132)、冷风阀不动；
回粉大于上限磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
141)、回粉量大于上限、磨机电流大；
142)、冷风阀不动；
回粉大于上限磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
151)、回粉量大于上限、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行152)，如果比表面积正常，则执行153)，如果比表面积偏低，则执行154)；
152)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
153)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
154)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
回粉大于上限磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
161)、回粉量大于上限、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行162)，如果比表面积正常，则执行163)，如果比表面积偏低，则执行164)；
162)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
163)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
164)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀开大；如果仓重偏低，则冷风阀开大；
回粉正常磨机电流大时，冷风阀控制过程具体包括：
171)、回粉量正常、磨机电流大；
172)、冷风阀关小；
回粉正常磨机电流正常时，冷风阀控制过程具体包括：
181)、回粉量正常、磨机电流正常，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行182)，如果比表面积正常，则执行183)，如果比表面积偏低，则执行184)；
182)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则手动升高主排风机；如果仓重偏低，则手动升高主排风机；
183)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀关小；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
184)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
回粉正常磨机电流小时，冷风阀控制过程具体包括：
191)、回粉量正常、磨机电流小，判断比表面积是否正常，如果比表面积偏高，则执行192)，如果比表面积正常，则执行193)，如果比表面积偏低，则执行194)；
192)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则手动升高主排风机；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则磨尾风机增加；
193)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则磨尾风机增加；如果仓重正常，则磨尾风机增加；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
194)、判断仓重是否正常，如果仓重偏高，则冷风阀不动；如果仓重正常，则冷风阀不动；如果仓重偏低，则冷风阀不动；
所述磨尾风机转速的控制过程具体为：
21)、判断小于3um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行22)，否则执行23)；
22)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速上升；如果磨机电流小，则磨尾风机转速上升；
23)、判断磨机电流，如果磨机电流大，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流正常，则磨尾风机转速下降；如果磨机电流小，则磨尾风机转速不动；
所述选粉机转速控制过程具体包括：
31)、判断3-32um颗粒含量是否偏高，如果偏高，则执行32)，否则执行33)；
32)、选粉机转速下降；
33)、选粉机转速上升。
2.根据权利要求1所述的一种利用水泥联合半终粉磨优化控制系统的控制方法，其特征是，数据采集子系统包括设置在一定采样点位置的在线粒度分析仪和SQL Server数据库，数据采集子系统利用编程语言通过OPC通道对在线粒度分析仪采集数据，并将采集到的数据通过OPC临时存储到SQL Server数据库中；
数据分析子系统采用智能控制算法对采集到的数据进行分析处理得出控制增量，并将处理结果发送给DCS控制子系统；
DCS控制子系统将控制增量叠加到被控对象；
中控子系统包括用于显示水泥不同粒度分布的实时值和平均值、比表面积平均值、设备参数给定值、设备动作的原因和动作时间的显示模块；和，用于调节选粉机，主排风机，磨尾风机和冷风阀的上下限值、设置系统参数的参数调节模块。
3.根据权利要求2所述的一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，其特征是，当磨尾风机和选粉机达到限值时，为了进一步保证和提高水泥质量，需要调节主排风机，主排风机的控制过程具体包括：
1)、判断小于3um颗粒含量，如果小于3um颗粒含量高，则执行2)；如果小于3um颗粒含量正常，则执行3)；如果小于3um颗粒含量低，则执行4)；
2)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达上限，选粉机转速已达上限，主排风机下降；
3)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则主排风机不动；
4)、判断3-32um颗粒含量，如果3-32um颗粒含量高，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达下限，主排风机上升；如果3-32um颗粒含量正常，则主排风机不动；如果3-32um颗粒含量低，则磨尾风机转速已达下限，选粉机转速已达上限，主排风机下降。
4.根据权利要求2所述的一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，其特征是，PPD参数辨识器的结构为：
式中，为水泥磨系统的模型输出，kc为增益系数。
5.根据权利要求2所述的一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，其特征是，计算伪偏导数φ(k)的估计值具体包括：
1)、考虑如下控制准则函数：
2)、得伪偏导数φ(k+1)的估计值
其中，μ＞0为权值因子；为正常数；η∈(0,1]为步长因子。
6.根据权利要求2所述的一种水泥联合半终粉磨优化控制方法，其特征是，系统的输入量具体计算过程包括：
1)、系统的控制误差为:e(k)＝ys(k)－y(k)；
2)、定义：
3)、考虑控制准则函数：J(k)＝1/2e2(k)；使得：
其中，
4)、得出输入量：u(k)＝u(k－1)+Kpx1+Kix2+Kdx3。
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