CN107417145A

CN107417145A - 一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统

Info

Publication number: CN107417145A
Application number: CN201710483507.0A
Authority: CN
Inventors: 顾绍翔; 陈俊杰
Original assignee: Hangzhou Hollysys Automation Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Hollysys Automation Co Ltd
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: CN107417145B

Abstract

本发明实施例公开了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统，包括从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；采用预先建立的数据处理模型对参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；将窑尾给煤量信息返回至DCS控制系统，以便DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制分解炉出口温度；参数信息包括分解炉的当前出口温度和入窑生料流量；数据处理模型建立的过程为依据分解炉的历史数据建立数据处理模型。本发明实施例在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。

Description

一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及水泥行业熟料烧成技术领域，特别是涉及一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统。

背景技术

在水泥生产过程中，对水泥熟料烧成分解炉(以下简称分解炉)出口温度的控制是水泥行业熟料生产工艺过程中的一个关键环节，分解炉出口温度的控制对整个预分解窑系统的热力分布、热工制度的稳定至关重要，对整个熟料生产线的稳产、高质量生产及节能减排具有重大的影响。

现有技术中，在对分解炉出口温度进行控制时，是通过工作人员依靠经验、手动对分解炉出口温度进行控制的，并且人为因素对熟料的质量影响十分明显，相同条件下不同熟练程度的操作人员对分解炉出口温度进行手动控制后，生成出的熟料的质量亦有差别。总之，现有技术中通过人工控制分解炉出口温度时，加大了工作人员的工作难度，降低了分解炉出口温度的稳定性，并使生产效率以及熟料质量下降。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统成为本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统，在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，所述方法包括：

从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

采用预先建立的数据处理模型对所述参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；

将所述窑尾给煤量信息返回至所述DCS控制系统，以便所述DCS控制系统依据所述窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制所述分解炉出口温度；

所述参数信息包括分解炉的当前出口温度和入窑生料流量；所述数据处理模型建立的过程为依据所述分解炉的历史数据建立所述数据处理模型。

可选的，所述依据所述分解炉的历史数据建立所述数据处理模型的过程具体为：

获取所述分解炉的历史数据；

依据所述历史数据中的各个历史给煤量数据及与各个所述历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据建立给煤量-温度模型；

依据所述历史数据中的各个历史入窑物料量数据及与各个所述历史入窑物料量数据一一对应的分解炉出口温度数据建立物料量-温度模型；

将所述给煤量-温度模型与所述物料量-温度模型进行合并，得到所述数据处理模型。

可选的，所述历史入窑物料量数据为历史入窑提升机电流。

可选的，所述历史入窑物料量数据为历史入窑生料流量数据。

可选的，如上述所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，所述方法还包括：

对与所述DCS控制系统之间的通信状态进行检测，当所述通信状态异常时，对所述DCS控制系统进行输出信号无扰动切换。

可选的，所述方法还包括：

当所述通信状态异常，且在预设时间内所述通信状态未恢复正常，则进行告警。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，所述装置包括：

获取模块，用于从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

处理模块，用于采用预先建立的数据处理模型对所述参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；

发送模块，用于将所述窑尾给煤量信息返回至所述DCS控制系统，以便所述DCS控制系统依据所述窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制所述分解炉出口温度；

获取所述分解炉的历史数据；

可选的，还包括：

检测模块，用于对与所述DCS控制系统之间的通信状态进行检测，当所述通信状态异常时，触发切换模块；

所述切换模块，用于对所述DCS控制系统进行输出信号无扰动切换。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制系统，包括所述DCS控制系统及如上述所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置。

本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统，包括从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；采用预先建立的数据处理模型对参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；将窑尾给煤量信息返回至DCS控制系统，以便DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制分解炉出口温度；参数信息包括分解炉的当前出口温度和入窑生料流量；数据处理模型建立的过程为依据分解炉的历史数据建立数据处理模型。

可见，通过预先建立的数据处理模型对分解炉的当前出口温度和入窑生料流量等参数信息进行处理后，得到相应的窑尾给煤量信息，DCS控制系统根据该窑尾给煤量信息控制窑尾的给煤量，进一步实现对分解炉出口温度的控制，可以使分解炉出口温度相对稳定。本发明实施例在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为为本发明实施例提供的一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法、装置及系统，在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在水泥熟料烧成技术中，分解炉出口温度与多种因素有关，例如分解炉的窑尾给煤量、煤粉质量、入窑生料量、生料质量回转窑转速、系统风量、窑头罩温度及三次风温度等参数信息，其中，窑尾给煤量和入窑生料量对分解炉出口温度的影响最大。另外，对于影响分解炉出口温度的这些参数信息，都存在不同时间的滞后，例如对于窑尾给煤量的变化，约有3-5分钟才会影响到分解炉温度的变化，并且需要更长的时间才能使出口温度平稳(在其他参数信息不变的情况下)。综上可知，水泥熟料烧成系统是一个典型的多变量耦合、强干扰、大惯性大滞后系统。本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉出口温度控制方法、装置及系统，可以根据工艺生产中分解炉出口温度的实际要求来自动控制分解炉出口温度。具体如下：

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法的流程示意图。

该方法包括：

S11：从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

S12：采用预先建立的数据处理模型对参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；

S13：将窑尾给煤量信息返回至DCS控制系统，以便DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制分解炉出口温度；

参数信息包括分解炉的当前出口温度和入窑生料流量；数据处理模型建立的过程为依据分解炉的历史数据建立数据处理模型。

需要说明的是，本发明实施例主要是通过APC系统与DCS控制系统进行通讯，以实现对水泥熟料烧成分解炉温度的控制。APC系统在本质上是集多变量模型预测、反馈校正及滚动优化为一体，通过减少关键工艺变量的波动，进而优化工艺装置操作，实现卡边控制。具体的，预先在APC系统中建立数据处理模型，DCS控制系统实时获取分解炉的参数信息，例如分解炉的当前出口温度、入料生料流量和/或入窑提升机电流、分解炉出口压力、喷煤压力、二次风温等，APC系统从DCS控制系统中读取这些参数信息，并利用预先建立好的数据处理模型对这些参数信息进行处理，依据这些参数信息就可以得到下一刻的窑尾给煤量信息，并将得到的窑尾给煤量信息通过通信接口(例如OPC)传输至DCS控制系统中，该DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，从而进一步控制分解炉出口温度，使其维持稳定(即维持在生成工艺所需要的标准温度附近)。

例如，在实际应用中对于同一个水泥熟料烧成系统进控制时，采用手动控制分解炉出口温度时，温度的标准偏差为11.2℃，采用本发明实施例中所提供的方法对分解炉出口温度进行控制时，温度的标准偏差为4.4℃，标准偏差比手动时降低了61％。可见，本发明实施例在使用过程中可以有效控制分解炉出口温度。

另外，本发明实施例中的APC系统优选的通过OPC通信协议与DCS控制系统进行通信，在APC系统发送故障的情况下不影响DCS控制系统的正常运行，进而使得对现场的控制不会引起停车或输出扰动。

还需要说明的是，正常生产时，窑尾给煤量应不大于10t/h(当然，具体的还应根据实际的水泥熟料烧成系统进行确定)。分解炉温度包括分解炉出口温度、C5下料口温度、C5出口温度、C4出口温度和分解炉顶端部温度，当上述温度≥1100℃或≤400℃，本发明提供的控制系统自动将其作为坏热电偶剔除，对于上述各个温度的偏置值可以进行预设，例如设C5下料口温度的偏置值为10℃，当其显示温度为900℃时，程序本发明实施例所提供的控制系统将视之为890℃。对分解炉出口温度的控制与整个水泥熟料烧成系统的产量相关，一般来说增减产(即入窑生料流量发生变化时)时，将依据相应的入窑生料流量控制相应的窑尾给煤量以维持分解炉出口温度的稳定，同时还可以参考罗茨风机的风压和电流来控制窑尾给煤量。

本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，包括从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；采用预先建立的数据处理模型对参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；将窑尾给煤量信息返回至DCS控制系统，以便DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制分解炉出口温度；参数信息包括分解炉的当前出口温度和入窑生料流量；数据处理模型建立的过程为依据分解炉的历史数据建立数据处理模型。

本发明实施例公开了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：

进一步的，在上述实施例中，依据分解炉的历史数据建立数据处理模型的过程具体为：

S21：获取分解炉的历史数据；

S22：依据历史数据中的历史给煤量数据及与各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据建立给煤量-温度模型；

S23：依据历史数据中的历史入窑物料量数据及与历史入窑物料量数据一一对应的分解炉出口温度数据建立物料量-温度模型；

S24：将给煤量-温度模型与物料量-温度模型进行合并，得到数据处理模型。

一般情况下，工业控制系统大部分是一个多输入多输出的复杂系统，本发明实施例中在建立数据处理模型时，采用的是把一个多输入多输出的控制系统，分成多个多输入单输出对象(也就是建多个辨识对象)，比如：一个3输入2输出的对象，可以把它拆分成2个3输入1输出的对象，然后对每个对象分别进行辨识，得到与各个对象相应的模型后再将各个模型进行合并。采用这种方法所得到的与各个对象相关的模型的精确度较高，并且更稳健。

需要说明的是，本发明实施例中，在建立数据处理模块的过程中首先获取分解炉的历史数据，包括历史窑尾给煤量数据、历史入窑物料量数据和与相应的历史窑尾给煤量数据和相应的历史入窑物料量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据，当然，所获取的历史数据也可以包括其他的参数信息。具体可以采用HOLLiAS_DataSAP软件记录下历史数据，并可以使用HOLLiAS_SysID软件建立相应的模型。具体的，依据历史数据中的历史给煤量数据及与各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据建立给煤量-温度模型的过程，具体可以为：

首先，创建辨识数据对象。具体为，利用历史数据中的历史给煤量数据及与各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据创建辨识数据对象，例如将历史给煤量数据作为输入，将与各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据作为输出，进行曲线拟合，并设置相应的数据个数范围，该范各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据围应包含所有的历史给煤量数据及与，数据个数应大于50个，并获取拟合后的曲线上相应个数的数据点，其中，数据个数的具体数量可以根据实际情况进行确定，本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

其次，对所选取的数据进行优化处理，也就是在输入变量数据变化之前选取合适的输出变量数据作为其稳态数值，也即对上述拟合而成的曲线进行数据优化处理，提供该曲线的精确度，也即提高各个数据点的精确度。

数据经过优化处理后成为有效的可辨识数据对象，此时对优化后的各个数据点进行辨识数据和验证数据的选择提取，辨识数据可以用于模型的建立，验证数据可以用于对建立好的模型的可信度进行分析和验证。具体，可以将可辨识数据对象中的前三分之一部分的数据对象作为辨识数据，将可辨识数据对象中的后三分之二部分的数据对象作为验证数据，当然，也可以采用其他的选择方式进行辨识数据和验证数据的选择，具体如何选择本发明实施例对此不做特殊的限定，能实现本发明实施例的目的即可。

在选取好辨识数据和验证数据后，可以进行非参数辨识，主要包括模型阶跃响应和模型计算延时值。阶跃响应模型辨识就是从辨识数据中直接获取辨识数据对象的阶跃响应数据及阶跃响应曲线，以便初步观察估计模型可能的结构形式、阶次以及延迟的大小。根据预处理数据估计输入数据曲线变化后输出数据曲变化的延时时间段，使用计算出相应的延时时间，生成相应的函数，在所生成的函数中保存计算好的延时参数。

进一步的，利用子空间的辨识算法辨识出相应的状态空间对象，具体可以采用N4SID和PEM这两种状态空间识别方法。可以采用N4SID算法辨识并估计出阶次，当辨识出来的模型的匹配度没有达到预设匹配度时，可以再通过PEM进行辨识。辨识出状态空间后，可以进一步生成空间模型，即给煤量-温度模型，并且可以再次依据验证数据对生成的给煤量-温度模型进行匹配验证，当与验证数据对应的曲线与采用给煤量-温度模型计算出的曲线的吻合度高于预设值时，则说明所生成的给煤量-温度模型的匹配度符合要求，并且吻合度越高，匹配度就越高，所生成的给煤量-温度模型的质量越好、稳定性越高。

在建立好给煤量-温度模型后，还需要依据历史数据中的历史入窑物料量数据及与历史入窑物料量数据一一对应的分解炉出口温度数据建立物料量-温度模型，建立物料量-温度模型的具体过程可以参照建立给煤量-温度模型的具体过，本发明实施例在此不再赘述。

另外，因为入窑提升机电流和入窑生料流量数据均可以反应入窑物料量数据，所以历史入窑物料量数据为历史入窑提升机电流或历史入窑生料流量数据。也即当历史入窑物料量数据为历史入窑提升机电流时所建立的模型，与当历史入窑物料量数据为历史入窑生料流量数据所建立的模型均可以反应入窑物料量与分解炉出口温度的关系。

还需要说明的是，在建立好给煤量-温度模型和物料量-温度模型，将这两个模型进行合并即可得到数据处理模块。当然，本发明实施例中的历史数据不仅限于包括历史窑尾给煤量数据、历史入窑物料量数据和与相应的历史窑尾给煤量数据和相应的历史入窑物料量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据，还可以包括其他的历史参数信息，例如历史分解炉出口压力数据和二次风温数据等，所以，本发明实施例中不仅限于可以建立给煤量-温度模型和物料量-温度模型这两种模型，也可以建立与其他的历史参数信息对应的模型，并将所建立的与各个历史参数信息对应的模型进行合并得到最终的数据处理模型。

另外，在将与各个历史参数信息相应的模型进行合并时，各个模型的采样时间必须一致，模型合并矩阵中的行应为同一输出变量模型，相应的列应为同一输入变量模型。

可选的，历史入窑物料量数据为历史入窑提升机电流。

可选的，历史入窑物料量数据为历史入窑生料流量数据。

具体的，可以在现场的入窑流量计流量不能准确的反应现场实际入窑流量时，采用历史入窑生料流量数据来建立物料量-温度模型。

进一步的，如上述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，该方法还可以包括：

对与DCS控制系统之间的通信状态进行检测，当通信状态异常时，对DCS控制系统进行输出信号无扰动切换。

需要说明的是，可以对APC系统与DCS控制系统之间的通信状态进行检测，并且当两者之间的通信状态异常时，即此时APC系统不能将其输出结果传输至DCS控制系统中，从而DCS控制系统将不能依据相应的信息控制分解炉出口温度，为了避免此时DCS控制系统不对窑尾给煤量进行调整，需要对APC系统与DCS控制系统进行输出信号无扰动切换，以使DCS控制系统可以按照实际需求对窑尾给煤量进行控制，以进一步控制分解炉出口温度。

具体的，在进行无扰动切换时，每一个控制量对于一个切换块，当一个APC控制器算法输出多个控制量时需按实际控制量输出数量组态切换功能块，才可保证在APC控制和DCS控制实现无扰动切换。

更进一步的，该方法还可以包括：

当通信状态异常，且在预设时间内通信状态未恢复正常，则进行告警。

可以理解的是，当APC系统与DCS控制系统之间的通信状态发生异常，并且在预设时间内没有恢复正常，此时可以进行告警，以便于工作人员及时采取相应的处理措施。

相应的本发明实施例还公开了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，具体请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置的结构示意图。在上述实施例的基础上：

该装置包括：

获取模块1，用于从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

处理模块2，用于采用预先建立的数据处理模型对参数信息进行处理得到窑尾给煤量信息；

发送模块3，用于将窑尾给煤量信息返回至DCS控制系统，以便DCS控制系统依据窑尾给煤量信息控制窑尾给煤量，以控制分解炉出口温度；

可选的，依据分解炉的历史数据建立数据处理模型的过程具体为：

获取分解炉的历史数据；

依据历史数据中的各个历史给煤量数据及与各个历史给煤量数据一一对应的历史分解炉出口温度数据建立给煤量-温度模型；

依据历史数据中的各个历史入窑物料量数据及与各个历史入窑物料量数据一一对应的分解炉出口温度数据建立物料量-温度模型；

将给煤量-温度模型与物料量-温度模型进行合并，得到数据处理模型。

可选的，还包括：

检测模块，用于对与DCS控制系统之间的通信状态进行检测，当通信状态异常时，触发切换模块；

切换模块，用于对DCS控制系统进行输出信号无扰动切换。

需要说明的是，本发明实施例中提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。另外，对于本发明实施例中所涉及到的水泥熟料烧成分解炉温度的控制的具体介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制系统，包括DCS控制系统及如上述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置。

需要说明的是，本发明实施例中提供了一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制系统，在使用过程中降低了工作人员的工作量，提高了分解炉出口温度的稳定性、生产效率和熟料质量，并且还在一定程度上提高了资源利用率。另外，对于本发明实施例中所涉及到的水泥熟料烧成分解炉温度的控制的具体介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

2.根据权利要求1所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述依据所述分解炉的历史数据建立所述数据处理模型的过程具体为：

获取所述分解炉的历史数据；

3.根据权利要求2所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述历史入窑物料量数据为历史入窑提升机电流。

4.根据权利要求2所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述历史入窑物料量数据为历史入窑生料流量数据。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于从DCS控制系统中读取分解炉的参数信息；

8.根据权利要求7所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，其特征在于，所述依据所述分解炉的历史数据建立所述数据处理模型的过程具体为：

获取所述分解炉的历史数据；

9.根据权利要求8所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置，其特征在于，还包括：

10.一种水泥熟料烧成分解炉温度的控制系统，其特征在于，包括所述DCS控制系统及如权利要求7-9任意一项所述的水泥熟料烧成分解炉温度的控制装置。