CN107247412A - 水泥磨选粉系统模糊控制方法 - Google Patents

水泥磨选粉系统模糊控制方法 Download PDF

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Abstract

本发明提出一种水泥粉磨生产过程选粉系统的模糊控制方法包括以下步骤：S1、建立变量隶属函数，获得模糊变量赋值表；S2、建立模糊控制规则，获得模糊关系矩阵S3、根据即时获取的变量，通过模糊计算得到模糊控制量，通过计算机增量控制方法，对水泥磨选粉系统进行控制。本发明采用模糊控制方法，建立了选粉机转速与出磨水泥比表面积和筛余量之间的模糊关系，以及冷风阀门与出磨水泥比表面积和筛余量之间的模糊关系，实现水泥粉磨生产过程中的选粉流程科学化、最优化。

Description

水泥磨选粉系统模糊控制方法
技术领域
本发明涉及一种闭流水泥粉磨生产过程中选粉系统的模糊控制方法，尤其涉及一种优化P.O.425出磨水泥的颗粒度分布，自动调整选粉机转速和冷风阀开度的方法。
背景技术
对于闭路流程的水泥粉磨工序，经过粉磨的物料在气流的带动下进入选粉系统，在选粉系统中选粉机旋转叶轮的作用下，细小颗粒顺利通过筛选成为出磨水泥，粗大的颗粒重新进入磨机进行再次粉磨，因此，选粉机叶轮转速的高低，在很大程度上影响着出磨水泥的比表面积和筛余量。而带动物料的气流大小也同样影响着选粉系统的工况，过强的气流，可导致粗颗粒从筛选中逃逸，过弱的气流，则使得原本细小的物料也无法通过筛选，通过冷风阀门进行调节的气流大小也在很大程度上影响着出磨水泥的比表面积和筛余量。以上阐述表明，对选粉系统中选粉机转速和冷风阀门的开度，是选粉系统的关键性控制参数，过大或过小会造成要么出磨水泥的颗粒度分布不合理，影响质量，要么生产过程处于过粉磨状态，影响产量。
出磨水泥的水化活性在很大程度上取决于出磨水泥的颗粒度分布情况，将出磨水泥的比表面积和筛余量这两项指标相结合，可以得到颗粒度分布的最佳模型，同时GB175/2013中，国家对出磨水泥的比表面积和筛余量也做了强制规定，所以，闭流水泥粉磨生产过程中，对选粉系统的控制最终是要保证出磨水泥的比表面积和筛余量达到期望值。在实际生产过程中，选粉机转速和冷风阀门开度对比表面积和筛余量的影响程度各有不同，也很难用一个成熟的数学模型来进行描述，一般是操作人员根据经验对选粉机转速和冷风阀门开度进行调节。本发明，是设计一个模糊控制器来对选粉系统的这两个控制参数自动调整，以出磨水泥的比表面积和筛余量作为系统的输入，以选粉机转速和冷风阀门开度作为输出，构成一个二输入二输出控制系统。模糊控制系统的运行，兼顾了生产过程的质量和产量两个要素，使闭流水泥粉磨过程中的选粉流程高效运转。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：以GB175/2013国家标准和历史最佳值为依据，建立出磨水泥比表面积和筛余量的隶属函数，以历史数据为基础建立选粉系统转速和冷风阀门开度的隶属函数；对以比表面积和筛余量作为控制系统输入的二维模糊控制器，建立相应的模糊控制规则。根据控制规则建立选粉机转速与比表面积和筛余量的模糊关系矩阵、根据控制规则建立选粉系统冷风阀门开度与比表面积和筛余量的模糊关系矩阵。根据模糊推理合成规则得到模糊控制输出，依模糊控制取值规则，最终获取模糊控制器输出量-即选粉系统选粉机转速增量和冷风阀门开度增量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
S1、建立变量隶属函数模型：
对应于比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度，分别得到隶属函数如下：
式中，μB、μR、μRpm、μTV分别是比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度的隶属函数。
对于比表面积Blaine最佳值偏差而言，与比表面积最佳值的偏差由-30m2/kg至30m2/kg的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSB(x)＝0,μPMB(x)＝0,μPBB(x)＝0,且
μNSB(x)＝μPSB(-x)
μNMB(x)＝μPMB(-x)
μNBB(x)＝μPBB(-x)
对于出磨水泥筛余量最佳值偏差R80(直径为80μm方孔筛余量)而言，与出磨水泥筛余量最佳值的偏差由-1.2％至+1.2％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSR(x)＝0,μPMR(x)＝0,μPBR(x)＝0,且
μNSR(x)＝μPSR(-x)
μNMR(x)＝μPMR(-x)
μNBR(x)＝μPBR(-x)
对于水泥磨选粉机转速最佳值偏差而言，与选粉机转速最佳值的偏差由-60rpm至+60rpm的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSRpm(x)＝0,μPMRpm(x)＝0,μPBRpm(x)＝0,且
μNSRpm(x)＝μPSRpm(-x)
μNMRpm(x)＝μPMRpm(-x)
μNBRpm(x)＝μPBRpm(-x)
对于选粉系统冷风阀门最佳开度值偏差V而言，与选粉系统冷风阀门最佳开度值的偏差由-12％至+12％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSV(x)＝0,μPMV(x)＝0,μPBV(x)＝0,且
μNSV(x)＝μPSV(-x)
μNMV(x)＝μPMV(-x)
μNBV(x)＝μPBV(-x)
S2、建立模糊控制规则；
S3、模糊控制输出
根据模糊推理合成规则，选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V分别为：
式中
根据实时采集到的模拟量,对照相应的赋值表，完成变量-比表面积偏移值、筛余量偏移值由基本论域向模糊论域的变换，由(10)式可分别得到是一个1×7的模糊向量。根据(8)式和(9)式，通过计算可分别得到选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V的一个1×7的模糊向量，取值遵循原则为：
1)隶属度最大值原则；
2)在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值。根据Rpm和V的等级值，对选粉机转速和冷风阀开度进行调整。
按照上述取值原则，最总可以获得选粉机转速增量Rpm的增量等级，以及选粉系统冷风阀开度增量V的增量等级。
本发明中根据上述等级划分，得到模糊变量的赋值表：
表1.出磨水泥比表面积偏差B赋值表
表2.出磨水泥筛余量偏差R赋值表
表3.选粉机转速增量Rpm赋值表
表4.选粉机旁路风门开度增量V赋值表
对于水泥磨选粉系统转速增量模糊控制规则可以归纳如下：
1)若负大或正大，则正大；
2)若负中且正中或正小，则正中；
3)若正中且负中或负小，则正中；
4)若负小且正小或负小，则正小；
5)若正大或负大，则负大；
6)若正中且负中或负小，则负中；
7)若负中且正中或正小，则负中；
8)若正小且负小或正小，则负小；
根据上述控制规则，得到选粉机转速增量Rpm与比表面积偏差B和筛余量R的模糊关系矩阵：
对于水泥磨选粉系统冷风阀开度偏差V，模糊控制规则可以归纳如下：
1)若负大或正大，则正大；
2)若负中且正中或正小，则正中；
3)若正中且负中或负小，则正中；
4)若负小或正小且正小，则正小；
5)若正大或负大，则负大；
6)若正中且负中或负小，则负中；
7)若负中且正中或正小，则负中；
8)若正小或负小且负小，则负小；
由以上控制规则，得到选粉系统冷风阀开度增量V与比表面积B和筛余量R的模糊关系矩阵为：
本发明中，模糊控制周期为5分钟。
本发明还提供了一种基于上述方法的闭流水泥粉磨选粉模糊控制系统，该模糊控制系统是一个二输入二输出系统，系统的输入量是触摸水泥、出磨水泥筛余量，系统的输出量是选粉机转速和冷风阀门开度。
本发明中，根据上述方法制定模糊控制规则，并由此生成模糊关系矩阵，模糊向量的取值规则，并最终获得选粉模糊控制系统的控制参数增量；
本发明中，表征选粉系统最优的特征指标是出磨水泥比表面积和出磨水泥筛余量最佳值，通过调整选粉系统的选粉机转速和冷风阀门开度保证选粉系统处于科学、高效的运转状态。
本发明产生的有益效果是：本发明以DCS平台为基础，结合水泥制造工艺理论和实际工作经验，建立了闭流水泥磨选粉系统中选粉机转速与比表面积和筛余量之间的模糊关系，以及选粉系统冷风阀开度与比表面积和筛余量之间的模糊关系。以一定时间作为模糊控制周期，对选粉系统的控制参数进行实时调整，保证选粉系统处于一种高效的运行状态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例闭流水泥磨喂料量模糊控制系统人机界面；
图2为本发明控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明实施例水泥粉磨生产过程选粉系统的模糊控制方法包括以下步骤：
S1、建立变量隶属函数模型：
对应于比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度，分别得到隶属函数如下：
式中，μB、μR、μRpm、μTV分别是比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度的隶属函数。
对于比表面积Blaine最佳值偏差而言，与比表面积最佳值的偏差由-30m2/kg至30m2/kg的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSB(x)＝0,μPMB(x)＝0,μPBB(x)＝0,且
μNSB(x)＝μPSB(-x)
μNMB(x)＝μPMB(-x)
μNBB(x)＝μPBB(-x)
对于出磨水泥筛余量最佳值偏差R80(直径为80μm方孔筛余量)而言，与出磨水泥筛余量最佳值的偏差由-1.2％至+1.2％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSR(x)＝0,μPMR(x)＝0,μPBR(x)＝0,且
μNSR(x)＝μPSR(-x)
μNMR(x)＝μPMR(-x)
μNBR(x)＝μPBR(-x)
对于水泥磨选粉机转速最佳值偏差而言，与选粉机转速最佳值的偏差由-60rpm至+60rpm的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSRpm(x)＝0,μPMRpm(x)＝0,μPBRpm(x)＝0,且
μNSRpm(x)＝μPSRpm(-x)
μNMRpm(x)＝μPMRpm(-x)
μNBRpm(x)＝μPBRpm(-x)
对于选粉系统冷风阀门最佳开度值偏差V而言，与选粉系统冷风阀门最佳开度值的偏差由-12％至+12％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x＞0时
当x＜0时，令μPSV(x)＝0，μPMV(x)＝0，μPBV(x)＝0，且
μNSV(x)＝μPSV(-x)
μNMV(x)＝μPMV(-x)
μNBV(x)＝μPBV(-x)
由此得到模糊变量的赋值表：
表1.出磨水泥比表面积偏差B赋值表
表2.出磨水泥筛余量偏差R赋值表
表3.选粉机转速增量Rpm赋值表
表4.选粉机旁路风门开度增量V赋值表
S2、建立模糊控制规则：
对于水泥磨选粉系统转速增量模糊控制规则可以归纳如下：
9)若负大或正大，则正大；
10)若负中且正中或正小，则正中；
11)若正中且负中或负小，则正中；
12)若负小且正小或负小，则正小；
13)若正大或负大，则负大；
14)若正中且负中或负小，则负中；
15)若负中且正中或正小，则负中；
16)若正小且负小或正小，则负小；
根据上述控制规则，得到选粉机转速增量Rpm与比表面积偏差B和筛余量R的模糊关系矩阵：
对于水泥磨选粉系统冷风阀开度偏差V，模糊控制规则可以归纳如下：
9)若负大或正大，则正大；
10)若负中且正中或正小，则正中；
11)若正中且负中或负小，则正中；
12)若负小或正小且正小，则正小；
13)若正大或负大，则负大；
14)若正中且负中或负小，则负中；
15)若负中且正中或正小，则负中；
16)若正小或负小且负小，则负小；
由以上控制规则，得到选粉系统冷风阀开度增量V与比表面积B和筛余量R的模糊关系矩阵为：
S3、模糊控制输出
根据模糊推理合成规则，选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V分别为：
式中
根据实时采集到的模拟量,对照相应的赋值表，完成变量-比表面积偏移值、筛余量偏移值由基本论域向模糊论域的变换，由(10)式可分别得到是一个1×7的模糊向量。根据(8)式和(9)式，通过计算可分别得到选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V的一个1×7的模糊向量，取值遵循原则为：
3)隶属度最大值原则；
4)在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值。根据Rpm和V的等级值，对选粉机转速和冷风阀开度进行调整。
按照上述取值原则，最总可以获得选粉机转速增量Rpm的增量等级，以及选粉系统冷风阀开度增量V的增量等级。
本发明以DCS平台为基础，结合水泥制造工艺理论和实际工作经验，建立了闭流水泥磨选粉系统中选粉机转速与比表面积和筛余量之间的模糊关系，以及选粉系统冷风阀开度与比表面积和筛余量之间的模糊关系。以5分钟时间作为模糊控制周期，对选粉系统的控制参数进行实时调整，保证选粉系统处于一种高效的运行状态。
本发明的闭流水泥粉磨选粉模糊控制系统根据上述实施例的方法实现，是一个二输入二输出系统，系统的输入量是触摸水泥、出磨水泥筛余量，系统的输出量是选粉机转速和冷风阀门开度。
该模糊控制系统根据上述实施例的方法制定模糊控制规则，并由此生成模糊关系矩阵，模糊向量的取值规则，并最终获得选粉模糊控制系统的控制参数增量；
表征选粉系统最优的特征指标是出磨水泥比表面积和出磨水泥筛余量最佳值，通过调整选粉系统的选粉机转速和冷风阀门开度保证选粉系统处于科学、高效的运转状态。
本发明所设计的模糊控制系统作为水泥磨生产过程质量控制系统的一个子功能模块，通过DCS系统完成数据的采集，在后台完成模糊控制运算，给出选粉系统控制参数。
当前，实时获取的比表面积为321.2m2/kg，筛余量为1.0％，通过隶属函数式模糊变量赋值表1、表2，可分别得到当前的工况是：比表面积偏差“NS”,筛余量偏差“NS”，与之对应的模糊向量分别为：
则
由式(8)计算可得：
由式(9)计算可得：
根据隶属度最大原则。此时选粉机转速增量等级为“1”，即选粉机转速应为820rpm；根据隶属度最大原则。此时选粉系统冷风阀开度增量等级为“-1”，即冷风阀开度应为79％。模糊控制系统实际工作中，调整的选粉机转速为828rpm，冷风阀开度值为87％，如图1所示。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.水泥磨选粉系统模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立变量隶属函数模型：
式中α是随机变量均值，σ是随机变量方差；对应于比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度，分别得到隶属函数如下：
式中，μB、μR、μRpm、μV分别是比表面积、筛余量、选粉机转速、冷风阀门开度的隶属函数；
对于比表面积Blaine最佳值偏差而言，与比表面积最佳值的偏差由-30m2/kg至30m2/kg的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSB(x)＝0,μPMB(x)＝0,μPBB(x)＝0,且
μNSB(x)＝μPSB(-x)
μNMB(x)＝μPMB(-x)
μNBB(x)＝μPBB(-x)
对于出磨水泥筛余量最佳值偏差R80，即直径为80μm方孔筛余量而言，与出磨水泥筛余量最佳值的偏差由-1.2％至+1.2％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSR(x)＝0,μPMR(x)＝0,μPBR(x)＝0,且
μNSR(x)＝μPSR(-x)
μNMR(x)＝μPMR(-x)
μNBR(x)＝μPBR(-x)
对于水泥磨选粉机转速最佳值偏差而言，与选粉机转速最佳值的偏差由-60rpm至+60rpm的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSRpm(x)＝0,μPMRpm(x)＝0,μPBRpm(x)＝0,且
μNSRpm(x)＝μPSRpm(-x)
μNMRpm(x)＝μPMRpm(-x)
μNBRpm(x)＝μPBRpm(-x)
对于选粉系统冷风阀门最佳开度值偏差而言，与选粉系统冷风阀门最佳开度值的偏差由-12％至+12％的大小划为七个等级，该论域模糊语言描述为负大NB、负中NM、负小NS、O、正小PS、正中PM、正大PB，则有
当x>0时
当x<0时，令μPSV(x)＝0,μPMV(x)＝0,μPBV(x)＝0,且
μNSV(x)＝μPSV(-x)
μNMV(x)＝μPMV(-x)
μNBV(x)＝μPBV(-x)
S2、建立模糊控制规则；
S3、模糊控制输出
根据建立得模糊控制规则，选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V分别为：
式中
根据实时采集到的模拟量,对照相应的赋值表，完成变量-比表面积偏移值、筛余量偏移值由基本论域向模糊论域的变换，由式(10_a)、(10_b)得到一个1×7的模糊向量；根据(8)式和(9)式，分别计算得到选粉机转速增量Rpm以及选粉系统冷风阀门开度增量V的一个1×7的模糊向量，取值遵循原则为：
1)隶属度最大值原则；
2)在隶属度值同为最大值情况下，首选等级绝对值最小的等级值，根据Rpm和V的等级值，对选粉机转速和冷风阀开度进行调整；
按照上述取值原则，最终可以获得选粉机转速增量Rpm的增量等级，以及选粉系统冷风阀开度增量V的增量等级。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，根据步骤S1中划分的等级，得到模糊变量的赋值表:
表1.出磨水泥比表面积偏差B赋值表
表2.出磨水泥筛余量偏差R赋值表
表3.选粉机转速增量Rpm赋值表
表4.选粉机旁路风门开度增量V赋值表
3.根据权利1所述的方法，其特征在于，
对于水泥磨选粉系统转速增量模糊控制规则归纳如下：
1)若负大或正大，则正大；
2)若负中且正中或正小，则正中；
3)若正中且负中或负小，则正中；
4)若负小且正小或负小，则正小；
5)若正大或负大，则负大；
6)若正中且负中或负小，则负中；
7)若负中且正中或正小，则负中；
8)若正小且负小或正小，则负小；
根据上述控制规则，得到选粉机转速增量Rpm与比表面积偏差B和筛余量R的模糊关系矩阵：
对于水泥磨选粉系统冷风阀开度偏差V，模糊控制规则归纳如下：
1)若负大或正大，则正大；
2)若负中且正中或正小，则正中；
3)若正中且负中或负小，则正中；
4)若负小或正小且正小，则正小；
5)若正大或负大，则负大；
6)若正中且负中或负小，则负中；
7)若负中且正中或正小，则负中；
8)若正小或负小且负小，则负小；
由以上控制规则，得到选粉系统冷风阀开度增量V与比表面积B和筛余量R的模糊关系矩阵为：
4.根据权利1所述的方法，其特征在于，模糊控制周期为5分钟。
5.一种基于权利要求1的闭流水泥粉磨选粉模糊控制系统，其特征在于，该模糊控制系统是一个二输入二输出系统，系统的输入量是触摸水泥、出磨水泥筛余量，系统的输出量是选粉机转速和冷风阀门开度。
6.根据权利5所述的系统，其特征在于，根据权利要求1的方法制定模糊控制规则，并由此生成模糊关系矩阵，模糊向量的取值规则，并最终获得选粉模糊控制系统的控制参数增量。
7.根据权利5或6所述的系统，其特征在于，表征选粉系统最优的特征指标是出磨水泥比表面积和出磨水泥筛余量最佳值，通过调整选粉系统的选粉机转速和冷风阀门开度保证选粉系统处于科学、高效的运转状态。
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