CN111701697A - 一种水泥原料磨系统及其自动寻优控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥原料磨系统，并基于所述水泥原料磨系统提供一种水泥原料磨系统的水泥原料磨自动寻优控制方法，所述方法包括：S1，在基于所述水泥原料磨系统的DCS控制系统上建立上位机；S2，采集多变量，并建立多变量模型；S3，根据所述多变量模型控制磨机压差和出磨循环量。本发明可以实现通常工艺状况下24小时不间断运行，并且对于温度压力等指标不依靠人工给出设定值，而是根据用户给定的大目标通过软件自身计算出这些至关重要的控制点的最佳设定值，以达到增加产量、减少特定的能源消耗、稳定质量、提高水泥生产企业经济效益。

Description

一种水泥原料磨系统及其自动寻优控制方法

技术领域

本发明涉及水泥生产领域，特别是涉及一种水泥原料磨系统及其自动寻优控制方法。

背景技术

水泥生产工艺流程包括三道工序：水泥原料磨、水泥烧成和水泥磨。其中，水泥原料磨的工序是：

1.将石灰石、铁粉、砂岩和粘土经过原料配料站进行配料后，由皮带输送机送至磨内，物料通过磨盘与磨辊之间的相对运动被辗碎粉磨；

2.有窑尾(或热风炉)送来的热气流从磨机喷口环吹入，作用于物料，粉碎后的物料被热气流吹起，同时物料被烘干；

3.大颗粒落回磨盘上继续粉磨，不能被风环热风吹起的特大颗粒经排渣口排出磨外(外循环)，其余物料被带入磨上部的分离器进行粗细分离，满足产品要求的颗粒随气流排出磨外，不合格的颗粒返回磨盘继续粉磨(内循环)，直至合格。

上述水泥原料磨系统的自动控制存在问题有：

1.重要的质量参数如细度没有被连续测定；

2.不同的操作员有不同的操作习惯，对操作员说，最迫切的需求是找到一个操作状态可以符合要求和工况限制；

3.传统的专家系统没法找到最佳的解决方案，因为其不能充分地平衡各种操作的复杂性。

而原料立磨是新型干法水泥生产过程中的关键生料粉磨设备，承担着粉磨和烘干物料的作用。因此，有效地控制立磨磨内压差和出磨气体温度，对整条生料生产线的稳定运行至关重要。

但是，目前各水泥生产企业对原料磨控制系统工况的判断依赖于操作员对原料磨系统各温度压力等工艺参数的判定，由于缺乏数据支撑，很难寻找到最优的控制方法，系统稳定性和能耗指标不能得到保证。

发明内容

基于此，有必要针对在现有原料磨系统存在的问题，提供一种水泥原料磨系统及其自动寻优控制方法。

本发明公开的一种水泥原料磨系统，包括稳流仓、立磨机、动态选粉机、高温风机、电收尘器、空气斜槽、斗式提升机以及生料均化库；来自外部配料站的生料和从所述立磨机出磨的循环料一起喂入所述稳定仓，并由所述稳定仓的皮带机送入所述立磨机，经过所述立磨机粉磨后的细粉随气体带入所述动态选粉机，经过所述动态选粉机选粉后由气体带入所述电收尘器，所述电收尘器收下的成品经所述空气斜槽、所述斗式提升机进入所述生料均化库，所述高温风机为所述立磨机和所述动态选粉机提供烘干热源。

本发明还公开了一种基于上述水泥原料磨系统的水泥原料磨自动寻优控制方法，所述方法包括：

S1，在基于所述水泥原料磨系统的DCS控制系统上建立上位机；

S2，采集多变量，并建立多变量模型；

S3，根据所述多变量模型控制磨机压差和出磨循环量。

在其中一个实施例中，所述步骤S1采用OPC接口与所述DCS控制系统双向通讯。

在其中一个实施例中，步骤S2包括：

S21，采集磨机压差为第一被控变量，采集外循环电流、磨机振动以及料层厚度为第二被控变量；

S22，采集喂料量为第一控制变量，采集喷水量为第二控制变量为；

S23，根据预设规则，建立所述磨机压差随所述喂料量大小变化的多变量模型。

在其中一个实施例中，步骤S3包括：

S31，根据入磨的热风量和冷风量控制磨机出口温度。

本发明提供的水泥原料磨系统及其自动寻优控制方法，可以实现通常工艺状况下24小时不间断运行，并且对于温度压力等指标不依靠人工给出设定值，而是根据用户给定的大目标通过软件自身计算出这些至关重要的控制点的最佳设定值，以达到增加产量、减少特定的能源消耗、稳定质量、提高水泥生产企业经济效益。

附图说明

图1为一个实施例中水泥原料磨系统结构图；

图2为一个实施例中水泥原料磨自动寻优控制方法的流程图；

图3为一个实施例中神经元模型图；

图4为一个实施例中多层神经元网络图；

图5为本发明应用多层神经元网络图。

标号说明：

1：稳流仓；2：立磨机；3：动态选粉机；4：高温风机；5：电收尘器； 6：空气斜槽；7：斗式提升机；8：生料均化库。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种部件，但这些部件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个部件与另一个部件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一主要控制变量称为第二主要控制变量，且类似地，可将第二主要控制变量称为第一主要控制变量。

图1为一个实施例中水泥原料磨系统结构图，如图所示。一种水泥原料磨系统，包括稳流仓1、立磨机2、动态选粉机3、高温风机4、电收尘器5、空气斜槽6、斗式提升机7以及生料均化库8。

来自外部配料站的生料和从立磨机2出磨的循环料一起喂入稳定仓1，并由稳定仓1的皮带机送入立磨机2，经过立磨机2粉磨后的细粉随气体带入动态选粉机3，经过动态选粉机3选粉后由气体带入电收尘器5，电收尘器 5收下的成品经空气斜槽6、斗式提升机7进入生料均化库8，高温风机4为立磨机2和动态选粉机3提供烘干热源。

其中，由高温风机4提供的烘干热源来自窑尾预热器废气。净化后的废气一部分可作为循环风回到立磨机2，其余经排风机与钢烟窗囱排入大气。

上述立磨机2(下称“磨机”)的工作原理：原料进入磨内，在离心力的作用下，绕磨盘中心周向运动，沿磨盘径向向外运动，进入粉磨区域。磨盘周边有挡料圈，物料在磨盘上形成料床。除了部分细粉随气流一起排出外，物料从挡料圈溢出，进入动态选粉机3，合格的成品进入电收尘器5，粗料重新进入磨内。出磨的循环料喂入稳流仓1，再由稳流仓1送入立磨机2粉磨。

水泥原料磨是水泥生产中最为复杂的一个环节，基于上述水泥原料磨系统，提供了一种水泥原料磨自动寻优控制方法，如图2所示。

在其中一个实施例，一种水泥原料磨自动寻优控制方法，在所述水泥原料磨系统执行如下步骤：

S1，在基于所述水泥原料磨系统的DCS控制系统上建立上位机，上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，可以计算机屏幕上显示各种信号变化 (液压，水位，温度等)。

其中，DCS(Distributed Control System，简称DCS，分布式控制系统) 在自控行业又称之为集散控制系统。DCS用于连续生产的工厂后起的过程控制，如水泥行业。而水泥行业主要的监测量为连续的模拟量，如温度、压力、差压、流量和液位等，其主要任务是实现重要的模拟量回路(如温度、压力、差压、流量和液位等)的回路控制；使这些模拟量满足设定值的要求，同时，还可实现各重要设备相互之间的连锁保护；还可以实现连锁生产过程中泵、风机、电动门的状态监控和显示。

因此，DCS可以方便地对连续生产过程实现模拟量控制(MCS)开关量的顺序控制(SCS)和全厂数据采集功能(DAS)。

进一步的，DCS具有良好的网络互联和通信功能，具有良好的流程图画面显示功能，模拟量的实时显示、趋势显示、历史数据显示功能，具有良好的各种报表记录打印功能，具有良好的生产过程性能计算功能。

整个DCS控制系统分为四层结构：管理信息系统级(MIS)、集中操作监视级、分散的数据处理与过程控制级、现场参数检测与终端执行级。上位机可采用RSView32工控组态软件，RSView32工控组态软件是基于Windows 操作系统的标准组态软件，它提供了监视、控制及数据采集等必要的全部功能。

在其中一个实施例中，所述水泥原料磨自动寻优控制系统是采用 OPC(OLE forProcess Control，简称OPC)接口与DCS双向通讯，OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。

S2，采集多变量，并建立多变量模型，具体包括：

S21，采集磨机压差为第一被控变量，采集外循环电流、磨机振动以及料层厚度为第二被控变量。

S22，采集喂料量为第一控制变量，采集喷水量为第二控制变量为。

系统可以通过应用程序对上述采集到的实时数据进行处理和加工，实现在线实时控制及生产管理，并且系统可以预先保存各种工艺参数值，操作人员可以根据生产工艺要求对参数进行设定，包括对磨口温度、配料、喂料理等进行设定，也可以在线修改各种设定参数。

S23，根据预设规则，建立所述磨机压差随所述喂料量大小变化的多变量模型。

本发明不需要分析生料、立磨粉磨物料的复杂过程，只需要利用过程输入输出数据就可以建立描述磨机压差随喂料量大小变化的数学模型，辨识过程简单，且可以在线辨识，对生产工况的变化有较强的适应性。

本发明一个实施例中，神经元模型如图3所示，计算模块∑根据输入x1， x2，x3，x4以及权重w1，w2，w3，w4进行计算。f为输出模型，以参数y 进行输出。

本发明一个实施例中，多层神经元网络如图4所示，每一层完全连接到下一层。

本发明一个实施例中，本发明应用多层神经元网络如图5所示，比如本发明对磨机压差控制，根据喂料量、成分配比等参数确定压差的变化，进而提前进行控制。

更具体的，本发明一实施例所述立磨机的工况参数，例如：

磨机出口温度参数：入磨热风可采用回转窑系统的废气，在入磨前可以兑入冷风和循环风。

磨内料层厚度参数：立磨机是粉碎设备，其粉碎效果取决于物料的易磨性和物料量。如果物料难磨，可适当减薄料层厚度；如果物料易磨，应适当加厚料层，可相应提高产量。

磨机振动参数：如果下料量低于立磨的产量，料层会变薄，当料层薄到一定程度，会引起磨机振动；如果下料量过大，使磨内的循环量负荷增加，也会引起磨机振动。

S3，根据所述多变量模型控制磨机压差和出磨循环量。

由于磨机压差的大小可以反映磨内物料量的多少，当压差上升，磨内料层变厚，导致磨机振动；当压差下降，磨内料层变薄，磨盘与磨辊接触，也会导致磨机振动。

为了保证原料烘干良好，磨机出口一般控制在80℃左右。如果磨机出口温度太高，物料被迅速烘干，使得料层不稳，会导致磨机振动；磨机出口温度太低，说明烘干不足，生料水分大，系统的粉磨效率降低，严重影响产量。所述步骤S3包括：

S31，根据入磨的热风量和冷风量控制磨机出口温度。

在其中一个实施例中，通过热平衡方程建立出磨气体温度与冷、热风量的数学模型。

热平衡方程，是指温度不同的两个或几个系统之间发生热量的传递，直到系统的温度相等。在热量交换过程中，遵从能量的转化和守恒定律。从高温物体向低温物体传递的热量，实际上就是内能的转移，高温物体内能的减少量就等于低温物体内能的增加量。

所述热平衡方程公式是：Q吸热＝Q放热；

吸热：Q吸＝Cm(t－t0)＝CmΔt 2；放热：Q放＝Cm(t0－t)＝CmΔt；

其中，0是初温、t是末温，就是变化后的温度；C是物质的比热容、m 是物质的质量、Δt是|t-t0|，也就是绝对值。

此外，本发明一实施例还可以通过软仪表实时计算出细度，根据预测的细度实时调整动态选粉机转速、高温风机转速，进而调整最大化进料量。软仪表通过对可以测量的实时工业过程数据进行分析计算，推测得到成分的分析值。

此外，系统还根据喂料量与磨机压差以及出磨循环量的关系，调节水泥原料磨投料量和循环风量，降低磨机压差和出磨斗提电流的波动。

进一步的，系统可以通过设置磨机压差与出磨斗提电流的范围，计算出相应的目标值实行控制。

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本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 (5)

1.一种水泥原料磨系统，其特征在于，包括稳流仓、立磨机、动态选粉机、高温风机、电收尘器、空气斜槽、斗式提升机以及生料均化库；来自外部配料站的生料和从所述立磨机出磨的循环料一起喂入所述稳定仓，并由所述稳定仓的皮带机送入所述立磨机，经过所述立磨机粉磨后的细粉随气体带入所述动态选粉机，经过所述动态选粉机选粉后由气体带入所述电收尘器，所述电收尘器收下的成品经所述空气斜槽、所述斗式提升机进入所述生料均化库，所述高温风机为所述立磨机和所述动态选粉机提供烘干热源。

2.一种基于权利要求1所述水泥原料磨系统的水泥原料磨自动寻优控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，在基于所述水泥原料磨系统的DCS控制系统上建立上位机；

S2，采集多变量，并建立多变量模型；

S3，根据所述多变量模型控制磨机压差和出磨循环量。

3.根据权利要求2所述的水泥原料磨自动寻优控制方法，其特征在于，所述步骤S1采用OPC接口与所述DCS控制系统双向通讯。

4.根据权利要求2所述的水泥原料磨自动寻优控制方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21，采集磨机压差为第一被控变量，采集外循环电流、磨机振动以及料层厚度为第二被控变量；

S22，采集喂料量为第一控制变量，采集喷水量为第二控制变量为；

S23，根据预设规则，建立所述磨机压差随所述喂料量大小变化的多变量模型。

5.根据权利要求2或4所述的水泥原料磨自动寻优控制方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31，根据入磨的热风量和冷风量控制磨机出口温度。

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