現(xiàn)代過(guò)程控制基礎(chǔ)_6_水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)匯總

1、6 水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)信息學(xué)院楊為民二一一年九月現(xiàn)代過(guò)程控制基礎(chǔ)6.1 水泥生產(chǎn)過(guò)程概述 6.1.1 工藝流程 水泥生產(chǎn)過(guò)程主要分為回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程和機(jī)械立窯（機(jī)立窯）生產(chǎn)過(guò)程。這兩種生產(chǎn)過(guò)程所使用的工藝設(shè)備不完全相同，但其生產(chǎn)工序基本相同，都是以石灰石、粘土、鐵粉等為原料，通過(guò)生料配料、生料粉磨、煅燒、熟料配料、水泥粉磨、包裝等工序生產(chǎn)出水泥的過(guò)程。原料進(jìn)廠(chǎng)后經(jīng)過(guò)預(yù)處理，由化驗(yàn)室對(duì)原料進(jìn)行化驗(yàn)分析，通過(guò)計(jì)算給出生料配方，生料配料工序根據(jù)化驗(yàn)室給出的配方比例對(duì)生料進(jìn)行配料得到混合料，混合料通過(guò)生料磨磨成粉狀入生料庫(kù)，生料經(jīng)煅燒成為熟料，熟料與礦渣、礦化劑按一定比例混合后，通過(guò)水泥磨磨成粉狀入水

2、泥庫(kù)，最后經(jīng)過(guò)包裝出廠(chǎng)。 原料預(yù)處理生料配料原料粉磨原料預(yù)均化煅燒熟料配料水泥粉磨包裝6.1.1.1 原料預(yù)處理 水泥生產(chǎn)的主要原料是石灰石、粘土、鐵粉。原料入廠(chǎng)后，首先要對(duì)它們進(jìn)行處理，以使它們符合生產(chǎn)的需要。原料預(yù)處理主要完成以下工作： 原料石破碎 將入廠(chǎng)的大塊狀石灰石等原料破碎成符合入生料磨要求的碎塊，為配料和粉磨做好準(zhǔn)備。 原料烘干 入廠(chǎng)的粘土、鐵粉、煤粉等原料中水份的變化直接影響生料混和料的成分，另外粉狀物料在水份較多時(shí)容易結(jié)塊，影響配料及粉磨的順利進(jìn)行，所以要把它烘干。一般要求烘干后的粘土水份不超過(guò)。 6.1.1.2 生料配料 化驗(yàn)室對(duì)入廠(chǎng)的各種原料進(jìn)行化驗(yàn)，并計(jì)算生料配方。生料配

3、方的計(jì)算是根據(jù)熟料的質(zhì)量要求推算生料混合料的化學(xué)成分，再根據(jù)原材料的化學(xué)成分計(jì)算出符合混合料化學(xué)成分的生料配方。原料工序根據(jù)配方對(duì)生料進(jìn)行配料。配好的混合料通過(guò)生料磨進(jìn)行粉磨。化驗(yàn)室定時(shí)對(duì)出磨生料取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果反饋到原料工序，并根據(jù)它對(duì)原料配方進(jìn)行調(diào)整。出磨的混合料被送入原料庫(kù)儲(chǔ)存并經(jīng)過(guò)預(yù)均化后，就可以進(jìn)行煅燒。 6.1.1.3 煅燒(1) 水泥煅燒過(guò)程是對(duì)水泥生料連續(xù)加熱，經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，使其變成熟料，再進(jìn)行冷卻的過(guò)程。 水泥煅燒過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的熱工過(guò)程，有關(guān)的主要工藝設(shè)備有分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等。生料混合料的一部分或全部進(jìn)入分解爐，完成碳酸鹽的分解過(guò)程，然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，與直

4、接入回轉(zhuǎn)窯的原料一起完成固相反應(yīng)和燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程后，進(jìn)入冷卻機(jī)驟冷，成為熟料。6.1.1.3 煅燒(2) 分解爐工藝過(guò)程 分解爐是利用窯尾煙氣和燃料對(duì)生料加熱，使其碳酸鹽分解的工藝設(shè)備，它由上旋流室、下旋流室和分解室構(gòu)成，分解室的下部設(shè)有燃料噴嘴和料粉喂入口，入窯空氣由下旋流室進(jìn)入反應(yīng)室，將燃料及生料粉懸浮，供燃料燃燒、放熱，同時(shí)供生料粉分解、吸熱，然后氣流攜帶料粉由上旋流室被引出，進(jìn)入下級(jí)旋風(fēng)筒后再入回轉(zhuǎn)窯。 分解爐生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是分解率，一般要求分解率盡量高，影響分解率的主要參數(shù)是分解溫度，分解溫度越高，分解率越高，但一般分解溫度不許超過(guò)，否則將使設(shè)備容易損壞。6.1.1.3 煅燒(3)

5、 回轉(zhuǎn)窯工藝過(guò)程 回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)傾斜放置的臥式回轉(zhuǎn)圓筒，生料由圓筒的高端（一般稱(chēng)為窯尾）加入，由于窯體有一定斜度且不斷旋轉(zhuǎn)，物料由高端向低端（一般稱(chēng)為窯頭）逐漸運(yùn)動(dòng)，燃料和空氣由窯頭噴入燃燒，熱空氣向窯尾流動(dòng)，對(duì)物料加熱，物料與高溫氣體相向運(yùn)動(dòng)，接受高溫氣體和火焰?zhèn)鹘o的熱量，經(jīng)過(guò)一系列的物理化學(xué)變化，被煅燒成熟料，再經(jīng)冷卻設(shè)備輸送到窯外。燃燒用的空氣由兩部分組成，一部分和燃料一起噴入窯內(nèi)，叫做“一次空氣”，另一部分通過(guò)冷卻機(jī)將熟料冷卻，同時(shí)本身被加熱到一定溫度，進(jìn)入窯內(nèi)，叫做“二次空氣”。燃料與空氣燃燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生2、x等氣體，廢氣中x的含量與燃燒溫度有關(guān)，在氧供給充足時(shí)，燃燒溫度越高，x的含

6、量越大。6.1.1.3 煅燒(4)物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后，在高溫作用下，進(jìn)行一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，按照不同的反應(yīng)在窯內(nèi)所占的空間，劃分為若干個(gè)“帶”。 干燥帶：物料溫度逐漸升高到，水份全部蒸發(fā)的過(guò)程稱(chēng)為干燥過(guò)程，在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做干燥帶。 預(yù)熱帶：物料溫度很快升高到，完成粘土質(zhì)原料脫水過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做預(yù)熱帶。6.1.1.3 煅燒(5) 分解帶：物料溫度繼續(xù)升高到以上，完成碳酸鹽分解過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做分解帶。分解帶長(zhǎng)度占回轉(zhuǎn)窯筒體長(zhǎng)度比例較大，消耗熱量最多。 放熱反應(yīng)帶：完成固相反應(yīng)過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做放熱反應(yīng)帶。由于放熱反應(yīng)，物料溫度上升很快，使該帶的物料與分解帶

7、物料有較大溫差，從窯頭看去，與分解帶有明暗界限。該帶長(zhǎng)度較短，但對(duì)回轉(zhuǎn)窯的操作控制起著很重要的作用。6.1.1.3 煅燒(6) 燒成帶：完成硅酸三鈣的形成和燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做燒成帶。燒成帶溫度對(duì)熟料質(zhì)量影響最大，是回轉(zhuǎn)窯的自動(dòng)控制中最重要的參數(shù)。 冷卻帶：熟料燒成后繼續(xù)沿窯體向前移動(dòng)，溫度開(kāi)始下降，到窯頭的這段空間叫做冷卻帶。冷卻帶的冷卻介質(zhì)是來(lái)自冷卻機(jī)的二次空氣。6.1.1.3 煅燒(7) 冷卻機(jī)工藝過(guò)程 冷卻機(jī)是用低溫空氣使高溫物料驟冷的工藝設(shè)備。有多種類(lèi)型的冷卻機(jī)，本課程主要介紹的是推動(dòng)蓖式冷卻機(jī)（推冷機(jī)），它由蓖床、高壓風(fēng)管、中壓風(fēng)室、拉鏈機(jī)等主要部分組成。物料鋪放在

8、蓖床上，隨著蓖床的往復(fù)運(yùn)動(dòng)向前移動(dòng)，蓖床下沿物料移動(dòng)方向排列有若干個(gè)風(fēng)室，鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)高壓風(fēng)管、將高壓空氣送至各風(fēng)室，冷空氣由各風(fēng)室穿過(guò)蓖床和料層使物料很快冷卻到以下，同時(shí)空氣本身溫度上升，并進(jìn)入窯內(nèi)參與燃燒。6.1.1.4 熟料配料 煅燒成的熟料經(jīng)破碎，并加入一定比例的礦渣和石膏，經(jīng)水泥磨粉磨，就成為水泥，裝入水泥庫(kù)中儲(chǔ)存。 6.1.1.5 包裝 在水泥庫(kù)中的散裝水泥經(jīng)包裝工序按每袋一定的重量裝入水泥袋中，就成為袋裝水泥，可以出廠(chǎng)了。 6.2 配料控制系統(tǒng)(1) 在水泥生產(chǎn)中，生料混合料的成分波動(dòng)會(huì)直接給煅燒過(guò)程帶來(lái)困難進(jìn)而影響水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量，所以說(shuō)準(zhǔn)確地進(jìn)行生料配料是保證水泥高質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)

9、。因此，在水泥廠(chǎng)進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，首先開(kāi)發(fā)成功并應(yīng)用最廣泛的就是生料配料微機(jī)控制系統(tǒng)。水泥廠(chǎng)生料配料的主要原料有石灰石、粘土、鐵粉、煤粉、石膏、瑩石等，分別裝在個(gè)料倉(cāng)中，根據(jù)配料系統(tǒng)功能的不同，可分為以下兩種： 重量配料系統(tǒng) 成分配料系統(tǒng)6.2 配料控制系統(tǒng)(2) 重量配料系統(tǒng)是按化驗(yàn)室給出的生料配方自動(dòng)控制各種原料的流量，以保證原料之間成一定的比例，考核該系統(tǒng)的指標(biāo)是重量配比的精度。但由于原料成分的波動(dòng)，重量配料有時(shí)并不能保證混合料成分滿(mǎn)足要求。成分配料系統(tǒng)是在重量配料系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入出磨生料成分的自動(dòng)檢測(cè)，并根據(jù)出磨生料成分與給定值的偏差自動(dòng)修正原料重量配方，以提高出磨生料的合格率，考核該系

10、統(tǒng)的指標(biāo)是出磨生料的合格率。 6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(1)恒速單懸臂電子皮帶秤：這種電子皮帶秤結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單成本低，可以連續(xù)地檢測(cè)物料的重量流量。但壓力信號(hào)與物料壓在秤上的位置有關(guān)，即同樣重量的物料壓在秤上的不同位置，壓力信號(hào)就不同，所以它的測(cè)量精度較低。6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(2)恒速雙懸臂電子皮帶秤 這種電子皮帶秤結(jié)構(gòu)較單懸臂秤復(fù)雜，成本稍高，也可以連續(xù)地檢測(cè)物料的重量流量，壓力信號(hào)與物料壓在秤上的位置無(wú)關(guān)，即同樣重量的物料壓在秤上的不同位置，壓力信號(hào)不變，所以它的測(cè)量精度較高。 6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(3)核子秤：這種秤測(cè)量部分不與被測(cè)物料接觸，因而不受物料沖擊、物料粒度變化等因

11、素的影響，測(cè)量精度較高，維護(hù)量小，而且可用于高溫物料（如水泥熟料）的測(cè)量。但其有核輻射源，需要做好安全防護(hù)工作，它的成本也較高。6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(4)核子秤6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(5)調(diào)速電子皮帶秤：這種電子皮帶秤的速度調(diào)節(jié)，它在測(cè)量物料流量的同時(shí)，也可以通過(guò)調(diào)速來(lái)改變物料量。所以在使用調(diào)速電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)中一般不需要其它的給料裝置。調(diào)速電子皮帶秤配料時(shí)是通過(guò)皮帶的運(yùn)動(dòng)把物料從料倉(cāng)底部拉出來(lái)，不存在物料對(duì)皮帶秤的沖擊，所以信號(hào)較平穩(wěn)，但要求物料粒度要均勻、粘度要小。這種秤的自動(dòng)校零也很困難。6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(6)斗式秤：這種秤適用于間歇式配料系統(tǒng)中，配料時(shí)先由給

12、料裝置給料斗裝料，停止裝料后再進(jìn)行秤量，然后放料，屬于靜態(tài)秤量，重量信號(hào)不受物料沖擊、物料粒度的影響，所以秤量精度較高。另外，秤本身不需要?jiǎng)討B(tài)標(biāo)定，所以系統(tǒng)調(diào)試較簡(jiǎn)單，維護(hù)量較?。豢刂葡到y(tǒng)的操作也較簡(jiǎn)單；同時(shí)實(shí)際給料量的偏差也很容易地在下一斗下料時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，在一段時(shí)間內(nèi)的平均配料精度較高。這種配料系統(tǒng)的缺點(diǎn)是對(duì)給料裝置和物料傳送系統(tǒng)的能力要求較高，另外很難進(jìn)行手動(dòng)操作。6.2.1 物料量檢測(cè)儀表(7)斗式秤6.2.2 物料給料裝置(1) 當(dāng)采用恒速皮帶秤、斗式秤等沒(méi)有調(diào)節(jié)物料量大小功能的檢測(cè)裝置計(jì)量物料時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)物料流量的自動(dòng)控制，需要有合適的給料裝置。生料配料微機(jī)控制系統(tǒng)中所用的物料給料裝

13、置主要有以下兩種：圓盤(pán)給料機(jī)：以滑差調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)給料圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速越大，給出的物料流量越大。電振給料機(jī)：通過(guò)電磁震動(dòng)使物料下落，振幅越大，給出的物料流量越大。 6.2.2 物料給料裝置(2)電振給料機(jī)圓盤(pán)給料機(jī)6.2.3 配料系統(tǒng)主要問(wèn)題 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，粉塵大，檢測(cè)儀表經(jīng)常零點(diǎn)漂移，影響配料精度，需要定時(shí)自動(dòng)標(biāo)定。 給料裝置非線(xiàn)性，并由于物料粒度不均勻或含水量大造成堵料現(xiàn)象，影響配料系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需人工及時(shí)干預(yù)。 水泥廠(chǎng)原料來(lái)源復(fù)雜，成分變化大，使配料合格率降低，需及時(shí)調(diào)整生料配方。 6.2.4 配料控制算法6.2.4.1 典型配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)配比計(jì)算調(diào)節(jié)器1給料裝置1測(cè)量裝置1流

14、量對(duì)象1-Q1R1調(diào)節(jié)器n給料裝置n測(cè)量裝置n流量對(duì)象n-QnRnR總6.2.4.1 典型配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(2)一個(gè)回路的等效方塊圖PIDG0(s)-QR在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，不能保證配比一定6.2.4.2 按累計(jì)偏差控制算法(1) 如圖所示，它對(duì)瞬時(shí)流量的測(cè)量值進(jìn)行積分，并與流量設(shè)定值的積分相比較，然后通過(guò)控制器，按兩個(gè)積分值的偏差調(diào)整控制器，以改變下料量的大小，控制器的目的是保持兩個(gè)積分值的偏差為零，從而保證在一段時(shí)間內(nèi)物料配比的精度。PIDG0(s)-QRs1s1但是由于物料流量的給定值r0，其積分值將隨時(shí)間的增加趨向無(wú)窮大，所以這個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)際上是不能使用的。6.2.4.2 按累計(jì)偏差控制算法

15、(2) 經(jīng)過(guò)等效變換，可得下圖，它在PID控制器的前面加了一個(gè)積分器，也就是說(shuō)，該系統(tǒng)是對(duì)瞬時(shí)流量偏差e的積分值es進(jìn)行控制。我們把es叫做累計(jì)偏差。當(dāng)該系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，由于積分器的作用及P I D控制器的積分作用，必有 e=0 及 es=0，也就是說(shuō)瞬時(shí)流量的偏差為零，同時(shí)累計(jì)偏差也為零，所以它可以保證配料控制精度。因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)器中有積分環(huán)節(jié)，再加上一個(gè)積分器，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是二型的，閉環(huán)系統(tǒng)很難穩(wěn)定，需要改進(jìn)PID中的積分算法。PIDG0(s)-QRs1ees6.2.4.3 線(xiàn)性積分控制算法分析(1) 影響上述控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素是系統(tǒng)前向通道中的兩個(gè)積分環(huán)節(jié)。PID控制器前面的積分環(huán)節(jié)的作

16、用是對(duì)瞬時(shí)流量偏差e進(jìn)行積分以得到累計(jì)偏差es，它即不能被取消，也不能被改變。PID控制器中的積分環(huán)節(jié)的作用是調(diào)節(jié)控制量，使得在穩(wěn)態(tài)時(shí)，累計(jì)偏差es=0。它也不能被取消，但是可以改變其算法。6.2.4.3 線(xiàn)性積分控制算法分析(2)首先分析積分環(huán)節(jié)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因。 PID控制器中積分環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為：tsILdeKtu0)()(其中：uL(t)控制器積分項(xiàng)輸出 KI 積分增益 es(t)控制器輸入假設(shè)其輸入為：)sin()(ttes且初始條件為零，則它的輸出為：)cos(1 )(tKtuIL6.2.4.3 線(xiàn)性積分控制算法分析(3) 當(dāng)0t0，并且 0，控制作用的增加是對(duì)的。但當(dāng)T1t0

17、， 0，uL(t)已經(jīng)足以克服es(t)，它的繼續(xù)增加將造成系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩。 同理，當(dāng)T2tT3，es0，并且 0，控制作用的減小是對(duì)的。但當(dāng)T3t0， 0，uL(t)已經(jīng)足以克服es(t)，它的繼續(xù)減小將造成系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩。線(xiàn)性積分器輸出曲線(xiàn)dttdes)(dttdes)(dttdes)(dttdes)(6.2.4.4 非線(xiàn)性積分控制算法根據(jù)以上分析，可以設(shè)想采用如下的非線(xiàn)性積分算法來(lái)代替線(xiàn)性積分控制算法改善系統(tǒng)穩(wěn)定性：tsINdekKtu0)()(其中： uN非線(xiàn)性積分器輸出0)( 00)( 1dttde(t)edttde(t)ekssss6.2.4.5 描述函數(shù)法分析(1)假設(shè)：)s

18、in()(ttes則有：非線(xiàn)性積分器輸出曲線(xiàn) 2t23 0 23t )cos( t2 20 )cos(1 )(tKKttKtuIIIN6.2.4.5 描述函數(shù)法分析(2)寫(xiě)成以t為自變量的函數(shù)： 2t23 0 23t )cos( t2 K 20 )cos(1 )(ItKttKtUIIN6.2.4.5 描述函數(shù)法分析(3)UN(t)是以2 為周期的周期函數(shù)，它可以展開(kāi)為付氏級(jí)數(shù)：其中：描述函數(shù)中所關(guān)心的是付氏級(jí)數(shù)的一次分量10)sin()cos(2)(nnnNtnBtnAAtU)()sin()()()cos()(201201tdtntUBtdtntUANnNnININKtdttUBKtdttUA

19、)()sin()(5 . 0)()cos()(201120116.2.4.5 描述函數(shù)法分析(4)付氏級(jí)數(shù)的一次分量可寫(xiě)為：)sin()cos(5 . 0)sin()cos()(1111ttKtBtAtUI或：)52.57sin(59. 0)sin()(11121211tKBAtgtBAtUI非線(xiàn)性積分器的一次分量的相位滯后為57.52，比線(xiàn)性積分器的90相位滯后超前了32.48，這說(shuō)明這種算法可以增加系統(tǒng)的相位穩(wěn)定裕量，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到改善。6.2.5 配料控制系統(tǒng)的其它功能(1)自動(dòng)校零自動(dòng)校零 在配料控制系統(tǒng)運(yùn)行前要對(duì)電子皮帶秤進(jìn)行標(biāo)定，以使其對(duì)物料流量的測(cè)量精度滿(mǎn)足配料控制的要求。但

20、是在配料控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、粉塵較大、振動(dòng)較強(qiáng)烈，以及由于物料黏結(jié)在皮帶上等原因，經(jīng)常造成電子皮帶秤的零點(diǎn)漂移，給物料流量的測(cè)量帶來(lái)誤差，影響配料控制精度。所以要求控制系統(tǒng)能定時(shí)自動(dòng)校正電子皮帶秤的零點(diǎn)。其實(shí)現(xiàn)方法是：在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中定時(shí)地停止電振機(jī)下料，電子皮帶秤空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，使秤上沒(méi)有物料，然后秤量空秤的重量；在正常工作時(shí)，將所測(cè)得的重量值減去空秤的重量，得到實(shí)際物料重量，并轉(zhuǎn)換成物料的瞬時(shí)流量值作為控制回路的測(cè)量值反饋。6.2.5 配料控制系統(tǒng)的其它功能(2)堵料報(bào)警堵料報(bào)警 由于料倉(cāng)內(nèi)的原料含有水分及粒度不均勻等原因，經(jīng)常會(huì)在下料口處堵住，下不來(lái)料，造成堵料現(xiàn)象。這種現(xiàn)

21、象如果不及時(shí)處理，其他原料繼續(xù)下料，勢(shì)必造成混合料成分不合格。所以出現(xiàn)堵料現(xiàn)象時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)作出判斷并報(bào)警，以提醒操作人員及時(shí)處理。堵料現(xiàn)象是通過(guò)物料重量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行判斷的，當(dāng)某一控制回路的控制量不小于某一給定的值而測(cè)量值過(guò)小，就認(rèn)為發(fā)生了堵料現(xiàn)象，給出報(bào)警信號(hào)。6.2.6 采用調(diào)速電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)(1) 采用恒速電子皮帶秤的水泥生料配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于物料從給料裝置落下，對(duì)到電子皮帶秤沖擊帶來(lái)測(cè)量誤差，影響控制精度。為克服這一缺點(diǎn)，在很多水泥廠(chǎng)采用調(diào)速電子皮帶秤組成配料控制系統(tǒng)。 存儲(chǔ)于各料倉(cāng)中的各種原料由電子皮帶秤拉出，壓力傳感器把皮帶秤秤量段物料的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的

22、電信號(hào)，由傳感放大器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給控制器。由于調(diào)速電子皮帶秤的皮帶速度不是恒定的，物料流量與重量和皮帶速度的乘積成正比，所以還需要測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)并送入控制器，控制器計(jì)算物料重量信號(hào)與調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的乘積并將它轉(zhuǎn)換成物料瞬時(shí)流量信號(hào)，再把它們與相應(yīng)的設(shè)定值相比較，得到它們的偏差值，按PID控制規(guī)律調(diào)整電磁調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)下料量，使之與其給定值相等。6.2.6 采用調(diào)速電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)(2) 采用調(diào)速電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)由于物料是被皮帶秤從料倉(cāng)中拉出，不會(huì)對(duì)電子皮帶秤造成沖擊，所以工作過(guò)程較平穩(wěn)，配料控制精度也較高。但由于工作時(shí)秤上總有物料，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校零功能。6.2.7

23、 采用斗式秤的配料控制系統(tǒng)(1)4.2.7.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程 其原料下料量的控制回路中有裝料電振機(jī)、卸料電振機(jī)、斗式秤等裝置。與采用電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)不同，其配料過(guò)程是間歇式的。壓力傳感器把料斗內(nèi)物料與料斗的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，再由傳感放大器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行秤量。存儲(chǔ)于各料倉(cāng)中的各種原料通過(guò)裝料電振機(jī)裝入斗式秤的秤量斗內(nèi)，秤量后再通過(guò)卸料電振機(jī)卸出，然后再進(jìn)行秤量。計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算兩次秤量重量值的差值得到實(shí)際下料量，完成一次下料過(guò)程。6.2.7 采用斗式秤的配料控制系統(tǒng)(2)6.2.7.2 控制算法(1) 設(shè)物料給定流量為q，單位時(shí)間內(nèi)下料n次，則平均

24、每次下料重量期望值為：ws=q/n。 每次裝料時(shí)總是希望裝到某一足夠大的重量wh，然后卸料至重量wl，并滿(mǎn)足： wh-wl=ws 由于裝料、卸料過(guò)程的誤差，上式并不能被滿(mǎn)足，這就造成了配料控制過(guò)程的誤差，各下料過(guò)程誤差的累計(jì)值稱(chēng)為累計(jì)偏差es。為消除累計(jì)偏差，每次下料時(shí)將本次下料量給定值Ws(k)設(shè)為： Ws(k)=ws+Es(k) k=1,2,. 其中：k下料次數(shù) Es(k)累計(jì)偏差6.2.7.2 控制算法(2) 第k次裝料時(shí)，當(dāng)秤量重量w小于wh時(shí)使裝料電振機(jī)工作，繼續(xù)裝料，直到wwh，停止裝料電振機(jī)并等物料穩(wěn)定后，進(jìn)行秤量，得到本次滿(mǎn)料重量Wh(k)，希望的卸料后料倉(cāng)重量給定值Wls(k

25、)為： Wls(k)=Wh(k)-Ws(k) 此時(shí)啟動(dòng)卸料電振機(jī)卸料，直到秤量重量wWl s(k)時(shí)，關(guān)閉卸料電振機(jī)，等重量穩(wěn)定后秤量得卸料后實(shí)際重量Wl(k)，則本次實(shí)際下料量為： W(k)=Wh(k)-Wl(k) 下次累計(jì)偏差為： Es(k+1)=Ws(k)-W(k) 6.2.7.3 特點(diǎn) 采用斗式秤的配料控制系統(tǒng)由于采用靜態(tài)秤量，秤量結(jié)果不受物料沖擊、振動(dòng)等影響，其控制算法中較容易地實(shí)現(xiàn)了對(duì)累計(jì)偏差的控制。但由于是連同幾乎裝滿(mǎn)物料的料倉(cāng)一起秤量，每次下料量只占總秤量重量的一小部分，要求傳感器量程要大。另外由于是間歇下料，下料的時(shí)間利用率較低，要求物料傳輸設(shè)備容量要大。6.2.8 采用恒速

26、電子皮帶秤的間歇式配料控制系統(tǒng)(1) 為克服物料落下時(shí)對(duì)電子皮帶秤的沖擊造成測(cè)量誤差，采用恒速電子皮帶秤的配料控制系統(tǒng)中也可以借鑒斗式秤的思想，采用間歇式下料、間歇式秤量控制的方法。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與采用恒速電子皮帶秤的連續(xù)式配料控制系統(tǒng)相同，所不同的是控制算法。 采用恒速電子皮帶秤的間歇式配料控制過(guò)程是一個(gè)周期過(guò)程，周期時(shí)間T為電子皮帶秤皮帶速度v與皮帶長(zhǎng)度L的乘積，即： T=L/v 周期時(shí)間T被分為2部分：給料時(shí)間T1、稱(chēng)量時(shí)間T2，其中：T1=2T/3，T2=T/3。6.2.8 采用恒速電子皮帶秤的間歇式配料控制系統(tǒng)(2) 在第k個(gè)周期的開(kāi)始，設(shè)時(shí)間t=0。先使電振機(jī)工作，開(kāi)始向皮帶秤上下

27、料。直到稱(chēng)量重量wWs(k)或t T1，停止下料，等到tT1后開(kāi)始稱(chēng)量，得到本次實(shí)際下料量W(k)，最后再計(jì)算Es(k+1)= Ws(k) -W(k) 。等到t=T時(shí)，開(kāi)始第K+1個(gè)周期的下料過(guò)程，當(dāng)t=T+T1時(shí)，秤上第K次下的所有物料都已從秤上落下，秤上只有第K+1次下料的物料，開(kāi)始下一個(gè)周期的秤量。 設(shè)物料流量給定值為q，則平均每個(gè)周期下料重量的期望值為： ws=qT 在第k個(gè)周期(k-0,1。)，考慮到累計(jì)偏差ES(k)，實(shí)際下料重量的給定值為： Ws(k)ws+Es(k)6.2.8 采用恒速電子皮帶秤的間歇式配料控制系統(tǒng)(3) 在這種控制過(guò)程中由于兩次下料中間至少有T2時(shí)間間隔，秤量

28、時(shí)上一次下到皮帶秤上的物料都已落下，而下一次下料還沒(méi)開(kāi)始，所以秤量的重量是本次下料量；另外，秤量時(shí)電振機(jī)不工作，不會(huì)因?yàn)槲锪蠜_擊皮帶秤給秤量帶來(lái)誤差。6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(1) 上述幾種配料控制系統(tǒng)都是按物料重量配比進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它們的控制目的是保證各種物料在混合料中占一定比例，但水泥生產(chǎn)過(guò)程要求配料系統(tǒng)能夠做到使混合料中主要成分的含量穩(wěn)定在其給定值。由于原料成分波動(dòng)等原因，即使重量配比準(zhǔn)確，仍不能保證混合料成分滿(mǎn)足要求，所以需要按成分進(jìn)行控制的配料控制系統(tǒng)，即成分配料控制系統(tǒng)。6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(2) 考核混合料是否合格的標(biāo)準(zhǔn)是混合料中CaO和Fe的含量是否滿(mǎn)足要求，成分

29、配料控制系統(tǒng)是在上述重量配料控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加混合料在線(xiàn)成分分析儀實(shí)現(xiàn)的。混合料在線(xiàn)成分分析儀在線(xiàn)檢測(cè)混合料中鈣和鐵等主要成分的含量，并反饋給配料控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)其測(cè)量值自動(dòng)修正配料的重量配方，以保證混合料的合格率。6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(3) 在有石灰石、粘土、鐵粉、瑩石四種原料的配料系統(tǒng)中，設(shè)：2423222114131211aaaaaaaaATxxxxX4321TyyY21其中：a11、a12、 a13、a14分別是石灰石、粘土、鐵粉、瑩石的氧化鈣含量； a2l、a22、a23、 a24分別是石灰石、粘土、鐵粉、瑩石的氧化鐵含量； x1、x2、x3、x4分別是石灰石、粘土、

30、鐵粉、瑩石的重量配比； y1、y2分別是混合料中的氧化鈣、氧化鐵含量。6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(4) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析得A，并根據(jù)期望的Y值計(jì)算出配比X，則應(yīng)有： Y=AX x1+x2+x3+x4=1 按配比X進(jìn)行控制，一段時(shí)間后，檢測(cè)混合料成分，得混合料實(shí)際成分Y*：TyyY*2*1*由于原料成分波動(dòng)等原因，一般Y*Y，需要對(duì)配方進(jìn)行調(diào)整。6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(5) 為簡(jiǎn)化運(yùn)算，認(rèn)為y1*的偏誤差是由于石灰石中含鈣量a11的變化造成的，認(rèn)為y2*的偏誤差是由于鐵粉中含鐵量a23的變化造成的，既： A*X=Y* 其中：24*232221141312*11*aaaaaaaaA則有：34

31、24222121*2*231414313212*1*11)()(xxaxaxayaxxaxaxaya6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(6) 水泥配料中，瑩石的加入是為了滿(mǎn)足水泥的物理性能的要求，其配比一般不改變，即x4不變，而修正x1、x2、x3，修正后的配方為：TxxxxX4*3*2*1*應(yīng)滿(mǎn)足： A*X*=Y 及： x1*+x2*+x3*+x4=1 6.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(7)令：TxxxX*3*2*1111*2322211312*11aaaaaaATxxayxayY44242414116.2.9 成分配料控制系統(tǒng)(8)則應(yīng)有： Y=AX即： X=A-1Y 可求得x1*、x2*、x3*，

32、得到X*，做為修正后的配方進(jìn)行控制。6.3 煅燒控制系統(tǒng) 6.3.1回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 實(shí) 時(shí) 專(zhuān) 家 控 制 系 統(tǒng)PID水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程燃油流量給定燃油流量尾氣NOx含量尾氣O2含量尾氣CO含量燒成帶溫度橢圓齒輪流量計(jì)在線(xiàn)氣體成分分析儀光電比色高溫計(jì)窯轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速變送器窯轉(zhuǎn)速給定過(guò)程自動(dòng)化基 礎(chǔ) 自 動(dòng) 化回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)+-PID生料流量沖板流量計(jì)+-比值器回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)分為基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化兩個(gè)層次?；A(chǔ)自動(dòng)化部分完成過(guò)程參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)處理及一些參數(shù)的閉環(huán)控制功能；過(guò)程自動(dòng)化部分采用實(shí)時(shí)模糊專(zhuān)家控制系統(tǒng)得出基礎(chǔ)自動(dòng)化各控制回路的給定值實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制的目標(biāo)。6.3

33、.2 參數(shù)檢測(cè)(1)123456789101112回轉(zhuǎn)窯參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)示意圖 1 入窯生料流量 7燒成帶溫度 2窯尾氣溫度 8冷卻機(jī)速度 3窯尾壓力 9冷卻機(jī)蓖下壓力 4窯尾氣成分 10燃料流量 5窯轉(zhuǎn)矩 11二次風(fēng)溫度 6窯轉(zhuǎn)速 12各風(fēng)室風(fēng)量6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(2)、燒成帶溫度的檢測(cè) 燒成帶溫度是直接反映燒成工況的重要參數(shù)。對(duì)燒成帶溫度的檢測(cè)，主要有兩種方法：第一種方法是在窯壁上插入熱電偶進(jìn)行測(cè)量。這種方法主要有兩個(gè)難點(diǎn)，其一是由于窯體的旋轉(zhuǎn)，按裝在窯體上的熱電偶的信號(hào)不能直接引出來(lái)，人們通常采用滑環(huán)的辦法解決這個(gè)問(wèn)題，但由于熱電偶信號(hào)較弱、滑環(huán)接觸不良等原因，效果不好。其二是由于窯內(nèi)高溫物

34、料對(duì)熱電偶的沖刷，使熱電偶無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，所以熱電偶一般不插入窯內(nèi)，只是埋在窯壁中，對(duì)窯內(nèi)溫度進(jìn)行間接測(cè)量。但由于窯內(nèi)高溫物料沖刷窯壁或結(jié)塊，使得窯壁厚度發(fā)生變化，測(cè)量精度很差。6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(3) 第二種方法是采用輻射高溫計(jì)從窯頭對(duì)窯內(nèi)燒成帶溫度進(jìn)行測(cè)量。這種方法的難點(diǎn)是窯內(nèi)火焰及光路中灰塵等對(duì)測(cè)量的干擾以及窯頭環(huán)境溫度較高影響儀表的正常工作?？梢圆捎靡欢úㄩL(zhǎng)的光電比色高溫計(jì)以避開(kāi)火焰的干擾，采用高壓儀表風(fēng)反吹以清潔光路，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行水冷等方法解決以上問(wèn)題。 6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(4)、廢氣成分的在線(xiàn)檢測(cè) 窯尾廢氣中、含量直接反映燃料充分燃燒的程度及過(guò)?？諝饬?，含量在氧氣量供給充

35、足的條件下，隨燒成帶溫度變化然而迅速變化，故可用作控制窯煅燒的重要參數(shù)。廢氣成分的在線(xiàn)檢測(cè)主要是分析窯尾氣中2 、X 的含量，它的主要難點(diǎn)有兩點(diǎn)，其一是尾氣溫度較高，使取樣探桿難以長(zhǎng)期工作。解決這一問(wèn)題的辦法是水冷。其二是窯尾氣中灰塵較多，易造成取樣過(guò)濾器堵塞。一般通過(guò)用高壓氣體反吹來(lái)解決，但效果不理想，也有人用向尾氣中噴水霧的辦法，效果較好，但由于尾氣中一些氣體成分溶于水，對(duì)測(cè)量結(jié)果干擾較大。6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(5) 我們認(rèn)為解決廢氣成分的在線(xiàn)檢測(cè)問(wèn)題首先要正確選擇取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)要有代表性，取出的氣樣能正確反映尾氣的情況，同時(shí)取樣點(diǎn)的環(huán)境條件要好一些，灰塵盡量少、溫度也不太高，使得對(duì)取樣探

36、桿的要求不太苛刻。另外，在取樣裝置的設(shè)計(jì)上，改進(jìn)取樣口的形狀，使吸入的灰塵盡量少，改進(jìn)水冷、反吹裝置，以提高取樣裝置在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作的可靠性。 6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(6)、窯轉(zhuǎn)矩的檢測(cè) 窯轉(zhuǎn)矩是間接反映燒成工況的重要參數(shù)。直接檢測(cè)較困難，目前多采用間接測(cè)量，用窯傳動(dòng)馬達(dá)的功率或電流來(lái)近似地代替。當(dāng)燒成帶溫度下降時(shí)，窯轉(zhuǎn)矩增大，反之，窯轉(zhuǎn)矩減小，但滯后較大。6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(7)、胴體溫度的檢測(cè) 在水泥回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)窯胴體不至過(guò)熱損壞，并延長(zhǎng)耐火磚的壽命是很重要的，因此，需要對(duì)胴體溫度連續(xù)監(jiān)視。胴體溫度的檢測(cè)主要有三種方法： （）、采用高速紅外溫度掃描器連續(xù)地測(cè)量整個(gè)窯胴體的溫

37、度，用計(jì)算機(jī)采集溫帶信號(hào)，并在顯示器上以圖形、曲線(xiàn)的形式顯示整個(gè)溫場(chǎng)，對(duì)高溫情況進(jìn)行報(bào)警。國(guó)外有關(guān)產(chǎn)品可做到以每秒次的速度對(duì)整個(gè)窯沿長(zhǎng)度方向掃描，效果較好，但成本很高。6.3.2 參數(shù)檢測(cè)(8)（）、采用窯沿長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)的小車(chē)帶動(dòng)紅外紅外輻射溫度計(jì)對(duì)窯頭附近窯胴體溫度檢測(cè)，用記錄儀記錄溫度信號(hào)，對(duì)高溫情況進(jìn)行報(bào)警。這種方法掃描速度較低，一般只能對(duì)窯高溫帶檢測(cè)，但成本較低。 （）、采用紅外熱像儀連續(xù)地掃描整個(gè)窯胴體的溫度，用計(jì)算機(jī)對(duì)溫場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行處理、顯示溫場(chǎng)并報(bào)警。 6.3.3 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(1) 建立回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型首先要采集大量過(guò)程數(shù)據(jù)，并積累操作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)理論分析和對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的

38、分析，建立入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速、燃料量的關(guān)系，熟料游離氧化鈣含量、熟料立升重與燒成帶溫度、窯轉(zhuǎn)矩、窯尾廢氣X含量的關(guān)系，窯尾廢氣2、含量與空燃比的關(guān)系，并以此為依據(jù)，應(yīng)用模糊邏輯控制的原理，建立回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)操作的數(shù)學(xué)模型，它應(yīng)包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：6.3.3 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(2)、入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速、燃料量的協(xié)調(diào)動(dòng)作。、根據(jù)窯尾廢氣2、含量調(diào)整送風(fēng)量與燃料量的比值。、根據(jù)窯尾廢氣X含量、比色高溫計(jì)測(cè)量值、窯轉(zhuǎn)矩等判斷燒成帶溫度，并以此預(yù)估熟料立升重值，決定對(duì)入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速的比值及燃料量的調(diào)節(jié)。、根據(jù)由人工設(shè)入的實(shí)際的熟料立升重值修正熟料立升重與燒成帶溫度、窯轉(zhuǎn)矩、窯尾廢氣X含量的關(guān)系。6.3

39、.4 實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)的組成 實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)控制規(guī)則，推理機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制規(guī)則進(jìn)行推理，得出控制結(jié)論。 數(shù) 據(jù) 庫(kù)推 理 機(jī)知 識(shí) 庫(kù)實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)的組成基礎(chǔ)自動(dòng)化水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)6.3.5 知識(shí)的表示(1) 實(shí)時(shí)專(zhuān)家控制系統(tǒng)中，采用了基于規(guī)則表的知識(shí)表示形式。規(guī)則表由若干條控制規(guī)則組成，每條規(guī)則分為條件和結(jié)論兩部分，在規(guī)則表中占一行。條件由系統(tǒng)輸入變量組成，并表示它們的與、或關(guān)系；結(jié)論由系統(tǒng)控制變量組成，表示條件成立時(shí)系統(tǒng)應(yīng)采取的控制動(dòng)作。6.3.5 知識(shí)的表示(2) 每個(gè)輸入變量或輸出變量占一列

40、，規(guī)則中輸入變量的取值為其論域上的一個(gè)模糊子集，或幾個(gè)模糊子集的“或”。每個(gè)控制變量占一列，其在規(guī)則中的取值為其論域上的一個(gè)模糊子集。圖中所示規(guī)則表中表示的規(guī)則可敘述為： 規(guī)則1 IF NOx偏低 AND O2正常 AND CO正常 AND 溫度偏低 THEN 降低轉(zhuǎn)速 規(guī)則2 IF NOx偏高 AND O2正常 AND CO正常 AND 溫度偏高 THEN 提高轉(zhuǎn)速 規(guī)則3 IF NOx偏低 AND O2偏低 AND CO偏高 AND 溫度正常 THEN 減小燃料量 規(guī)則4 IF NOx偏低 AND O2偏高 AND CO很低 AND 溫度正常 THEN 增加燃料量6.3.5 知識(shí)的表示(3

41、) 在這種知識(shí)表示方式中，在任一條規(guī)則中都要包括所有的變量，而實(shí)際控制系統(tǒng)中，不同的規(guī)則可能由不同的變量組成，這給知識(shí)的表示帶來(lái)了困難。為解決這個(gè)問(wèn)題，RECS系統(tǒng)中預(yù)定義了“ ”和“ ”兩個(gè)模糊變量。其在任意變量X論域上的隸屬度函數(shù)為：ALWAYSxxX() 1 NEVERxxX() 0 當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸入變量取值為“ ”時(shí)，表示其總是匹配的，條件是否成立取決于該規(guī)則中其它輸入變量的匹配情況。當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸入變量取值為“ ”時(shí)，表示其總是不匹配的，條件不可能成立。當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸出變量取值為“ ”時(shí)，表示不管條件是否成立，其輸出不變化。輸出變量不可以取值為“ ”。 ALWAYSNEVERNEVE

42、RALWAYSALWAYSNEVER6.3.5 知識(shí)的表示(4) 規(guī)則表中列出了所有的輸入變量和控制變量，一條規(guī)則中的輸入變量集合是全體輸入變量集合的一個(gè)子集。一條規(guī)則中的輸出變量集合是全體輸出變量集合的一個(gè)子集。不屬于該規(guī)則的輸入變量在表中對(duì)應(yīng)位置取值為“ ”不屬于該規(guī)則的輸出變量在表中對(duì)應(yīng)位置取值為“ ”。 ALWAYSNEVER6.3.6 推理機(jī) 推理機(jī)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)的實(shí)時(shí)控制,首先將數(shù)據(jù)庫(kù)中的輸入變量的值模糊化，然后采用極大極小原理計(jì)算它們對(duì)各條規(guī)則條件的隸屬度。認(rèn)為隸屬度大于或等于組態(tài)時(shí)給出的的規(guī)則匹配成功，條件成立，該規(guī)則的輸出有效，并將它的隸屬度作為該規(guī)則的可信程度。當(dāng)有多條控制規(guī)則成

43、立時(shí)，按加權(quán)平均法進(jìn)行模糊決策，得到實(shí)際的控制量。如果所有規(guī)則的隸屬度都小于，認(rèn)所有規(guī)則都不成立，保持原有控制量不變。 6.4 冷卻機(jī)控制系統(tǒng) 6.4.1 工藝原理(1) 推冷機(jī)是回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)過(guò)程中的重要工藝設(shè)備，它的作用主要是通過(guò)空氣使出窯的高溫水泥熟料迅速冷卻至以下，以防止熟料的“粉化”現(xiàn)象發(fā)生，確保熟料質(zhì)量。同時(shí)，冷空氣被高溫熟料加熱，作為二次風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，即減少了熱損失，又保持了窯內(nèi)熱工制度的平衡。6.4.1 工藝原理(2) 從回轉(zhuǎn)窯中出來(lái)的水泥熟料落在蓖板上，蓖板由滑差調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)做循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使熟料向前運(yùn)動(dòng)，在蓖板下放有六個(gè)風(fēng)箱，鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)這六個(gè)風(fēng)箱向料層鼓風(fēng)，使熟料冷卻。冷空氣

44、通過(guò)料層時(shí)被加熱，進(jìn)入窯內(nèi)參加燃燒。圖1 推冷機(jī)工藝原理圖1.回轉(zhuǎn)窯 2.推冷電機(jī)4.2號(hào)風(fēng)機(jī)3.1號(hào)風(fēng)機(jī)5.3號(hào)風(fēng)機(jī)6.4號(hào)風(fēng)機(jī)7.5號(hào)風(fēng)機(jī) 8.6號(hào)風(fēng)機(jī)9.蓖板6.4.1 工藝原理(3) 推冷機(jī)蓖板上物料的料層厚度和二次風(fēng)溫度是回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)，為了提高水泥熟料的產(chǎn)量，希望蓖板上物料的料層厚度盡量厚些，但料層太厚又會(huì)使熟料冷卻速度降低，還會(huì)造成推冷電機(jī)超負(fù)合。從使熟料盡量快地降溫角度出發(fā)，希望各風(fēng)箱風(fēng)量盡量大一些，二次風(fēng)溫度盡量低一些；但二次風(fēng)溫度直接影響窯內(nèi)燒成帶溫度，它的變化會(huì)造成窯內(nèi)熱工制度的不穩(wěn)定，二次風(fēng)溫度太低會(huì)使得燒成帶溫度很難提高。使它保持在一個(gè)合理的溫度值對(duì)水

45、泥熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量有重要意義。6.4.2 二次風(fēng)溫度模糊控制系統(tǒng) 6.4.2.1 設(shè)計(jì)思想(1) 二次風(fēng)溫度的變化直接影響窯內(nèi)燒成帶溫度，熟料的質(zhì)量和產(chǎn)量，把它控制在一定的范圍內(nèi)對(duì)于穩(wěn)定窯內(nèi)煅燒制度，提高熟料的質(zhì)量和產(chǎn)量有重要意義。影響二次風(fēng)溫度的因數(shù)主要有以下幾種：熟料溫度料層厚度各室風(fēng)箱風(fēng)量6.4.2.1 設(shè)計(jì)思想(2) 二次風(fēng)溫度的控制手段主要是調(diào)節(jié)蓖板下六個(gè)風(fēng)箱閥門(mén)的開(kāi)度，從控制角度來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)多輸入單輸出對(duì)象，由于對(duì)象非線(xiàn)性較嚴(yán)重，干擾因素多，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，傳統(tǒng)的控制方法不適合于這種控制場(chǎng)合，所以要應(yīng)用模糊控制系統(tǒng)。6.4.2.2 模糊控制算法(1) 在推冷機(jī)二次風(fēng)溫度控

46、制系統(tǒng)中二次風(fēng)溫的檢測(cè)由熱電偶完成，并通過(guò)調(diào)節(jié)六個(gè)風(fēng)閥的開(kāi)度對(duì)其進(jìn)行控制，從被控對(duì)象出發(fā)，它是一個(gè)多輸入單輸出對(duì)象，一般應(yīng)采用多輸入多輸出系統(tǒng)進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)將很復(fù)雜。但是工藝上要求六個(gè)風(fēng)閥的開(kāi)度要有一定的關(guān)系，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，在正常工況下，1室風(fēng)閥應(yīng)保持最大開(kāi)度，5、6室風(fēng)閥開(kāi)度很小，主要調(diào)節(jié)2、3、4號(hào)風(fēng)閥的開(kāi)度，需要增大風(fēng)量時(shí)，先主要開(kāi)2號(hào)風(fēng)閥，3、4號(hào)風(fēng)閥隨之開(kāi)大，但幅度較小，2號(hào)風(fēng)閥開(kāi)到最大開(kāi)度后，如果需繼續(xù)增大風(fēng)量，就開(kāi)3、4號(hào)風(fēng)閥。需要減小風(fēng)量時(shí)，按上述相反的順序關(guān)風(fēng)閥，即先關(guān)4號(hào)風(fēng)閥，再關(guān)3、2號(hào)風(fēng)閥。因此，可以設(shè)計(jì)一個(gè)控制量u,根據(jù)u的大小改變各風(fēng)閥的開(kāi)度，把被控對(duì)象簡(jiǎn)

47、化為單輸入單輸出對(duì)象。 6.4.2.2 模糊控制算法(2) 二次風(fēng)溫T的測(cè)量范圍為0-1000，要求控制在65050范圍，以650為溫度給定值，并定義溫度偏差為e=T-650 (1) 則e的變化范圍為 -650350，把溫度偏差e轉(zhuǎn)化成取值為-7，5區(qū)間的變量E，E與e之間的關(guān)系如圖所示，為分段線(xiàn)性關(guān)系。EEEeeeeEiiiiii11()6.4.2.2 模糊控制算法(3) 例如，如果e的實(shí)際測(cè)量值為70，則 變量值 E溫度偏差 -7-650-6-250-2-5025041505350E 42150507050224().變量E賦值表6.4.2.2 模糊控制算法(4) 把變量E模糊化，其對(duì)應(yīng)的

48、模糊變量分為正大(PL)、正中(PM)、正小(PS)，零(ZE)、負(fù)小(NS)、負(fù)中(NM)、負(fù)大(NL)七個(gè)模糊子集，其隸屬度函數(shù)為 PLEEe()(.)5152PMEEe( )(.)3152PSEEe()(.)1152ZEEEe( )(.)1 32NSEEe()(.)1152NMEEe()()422NLEEe( )(.)62 52 (E -6)1.0 (E-6)當(dāng)上式計(jì)算結(jié)果小于0.1時(shí)，我們就取隸屬度為0。6.4.2.2 模糊控制算法(5)變量E隸屬度表 -7-6-5-4-3-2-1012345NL1.01.00.850.530.2400000000NM0.110.370.781.00.

49、780.370.11000000NS00000.170.641.00.640.170000ZE000000.10.551.00.550.1000PS0000000.170.641.00.640.1700PM000000000.170.641.00.640.17PL00000000000.170.641.0元素變量隸屬度6.4.2.2 模糊控制算法(6) 在二次風(fēng)溫的控制中，還必須考慮溫度偏差e的變化量，把連續(xù)兩次采樣得到的溫度偏差的變化量de(dei=ei-ei-1)用分段線(xiàn)性的方法轉(zhuǎn)換成在-3，3區(qū)間取值的變量 DE。DE對(duì)應(yīng)的模糊集合分為負(fù)大(NL)、負(fù)小(NS)、零(ZE)、正小(PS)

50、、正大(PL)五檔，其隸屬度為： 3)(DE 1.03) -3)1.0 (DE -3)6.4.2.2 模糊控制算法(7)變量DE隸屬度賦值表 元素變量隸屬度-3-2-10123NL1.00.500000NS00.51.00.5000ZE000.371.00.3700PS0000.51.00.50PL000000.51.0變量DE賦值表變量值 DE偏差變化值 -3-50-1-101103506.4.2.2 模糊控制算法(8) 根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，把控制量u分成在0，11區(qū)間取整數(shù)的變量U，對(duì)應(yīng)的模糊量分為負(fù)大(NL)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(O)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PL)七

51、檔： 012345678910111#405060801001001001001001001001002#0102040557080901001001001003#05103040556070801001001004#0000510204060801001005#000001020304050701006#00000102030405070100控制量u與閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系 6.4.2.2 模糊控制算法(9)控制量U隸屬度賦值表 01234567891011NL1.01.00.90.70.40.20.100000NM0.30.50.81.00.80.30.100000NS000.10.40.71

52、.00.70.20000O000000.81.00.90.50.200PS0000000.81.00.80.30.10PM00000000.2 0.71.00.80.2PL000000000.10.30.71.0元素變量隸屬度6.4.2.2 模糊控制算法(10) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得到以下形式控制規(guī)則（共18）條if E=NS and (DE=PS or DE=PL) then U=OPS=U then )PS=DEor ZE=DE( and PS=E ifPM=U then )ZE=DEor NS=DE( and PM=E ifPL=U then PL=E ifif E=PM and

53、 (DE=PS or DE=PL) then U=PL6.4.2.2 模糊控制算法(11) 控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中，計(jì)算機(jī)以10秒的周期對(duì)二次風(fēng)溫進(jìn)行采樣，將溫度偏差值及其變化量量化并通過(guò)式(3)、(4)、(6)對(duì)其模糊化，計(jì)算出各隸屬度值，然后通過(guò)以上各控制規(guī)則進(jìn)行推理，對(duì)于每一條控制規(guī)則i，根據(jù)E和DE的隸屬度，對(duì)應(yīng)or關(guān)系采用并邏輯運(yùn)算(取大)，對(duì)應(yīng)and關(guān)系采用交邏輯運(yùn)算(取小)推出對(duì)應(yīng)的控制量Ui 1234567iiiiiiiiUNLNMNSOPSPMPL(i=1,2,.18) 6.4.2.2 模糊控制算法(12)然后采用并邏輯運(yùn)算求出總的控制量U U181iiUU得到如下形式的控制量：

54、 3567124aaaaaaaUNLNMNSOPSPMPL其中 aijij 118(i=1,2,3,4,5,6,7) 6.4.2.2 模糊控制算法(13)由模糊推理得到的控制量U是一個(gè)模糊量，按重心法決策得到控制量U，設(shè) )(),.,(),(max)(721UaUaUaUxPLNMNL則 110110)()(dUUxdUUUxU最后通過(guò)查控制量u與閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系表，按插值的方法確定各閥門(mén)的開(kāi)度值，從而實(shí)現(xiàn)了二次風(fēng)溫度的模糊控制。6.4.3 料層厚度控制系統(tǒng)(1) 料層厚度控制系統(tǒng)由推冷速度窯轉(zhuǎn)速比值控制系統(tǒng)和二室壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)兩部分組成，推冷速度窯轉(zhuǎn)速比值控制系統(tǒng)在因窯轉(zhuǎn)速變化造成進(jìn)入推冷

55、機(jī)的熟料流量變化時(shí)自動(dòng)保持推冷速度與窯轉(zhuǎn)速成比例，從而使料層厚度保持穩(wěn)定，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，在料層厚度控制中起主要作用。二室壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)作為比值控制系統(tǒng)對(duì)料層厚度控制的補(bǔ)充，其控制器的靈敏度不宜太高，因而選用帶死區(qū)的PI控制規(guī)律，并且其比例度和積分時(shí)間都較大。 6.4.3 料層厚度控制系統(tǒng)(2)推冷機(jī)料層厚度控制系統(tǒng)方框圖料層厚度控制器推冷機(jī)滑差調(diào)速電機(jī)壓力變送器二室壓力給定值二室壓力測(cè)速電機(jī)比值器窯轉(zhuǎn)速+6.5 分解爐控制系統(tǒng)(1) 上個(gè)世紀(jì)七十年代初，出現(xiàn)了帶窯外分解爐的新型干法回轉(zhuǎn)窯。它的主要特點(diǎn)是把大量吸熱的碳酸鹽分解反應(yīng)由窯內(nèi)傳熱效率較低的區(qū)帶轉(zhuǎn)移到懸浮預(yù)熱器與窯之間的預(yù)分解爐中進(jìn)

56、行。懸浮預(yù)熱器利用窯廢氣熱將生料粉加熱至分解的臨界點(diǎn)，物料進(jìn)入分解爐后呈懸浮或沸騰狀態(tài)。發(fā)生分解反應(yīng)需要的熱量，靠分解爐中進(jìn)行的燃燒反應(yīng)供給，分解爐中需要加入一定的燃料，使燃料燃燒的放熱反應(yīng)與生料分解吸熱過(guò)程同時(shí)迅速的進(jìn)行。這樣，回轉(zhuǎn)窯只承擔(dān)放熱反應(yīng)和燒結(jié)任務(wù)，可以大大減輕回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷，從而使窯的生產(chǎn)能力成倍提高。6.5 分解爐控制系統(tǒng)(2) 窯外分解窯的主要優(yōu)點(diǎn)是：入窯生料溫度可達(dá)800850，碳酸鈣表現(xiàn)分解率提高到9095%，熟料的熱耗可降低到3200千焦/千克，比一般懸浮預(yù)熱器窯低36%，單位面積產(chǎn)量比預(yù)熱器窯高出一倍，為濕法長(zhǎng)窯的7倍。此外，還具有熟料質(zhì)量高、占地面積小、環(huán)境污染輕、對(duì)燃料的適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。6.5 分解爐控制系統(tǒng)(3) 入窯氣流由底部喉部高速進(jìn)入，將爐內(nèi)的流體、燃料和物料不斷裹挾進(jìn)來(lái)，造成許多渦流而形成噴騰層。燃料及經(jīng)預(yù)熱的物料則在爐的錐部及爐下部適當(dāng)?shù)胤郊尤?，由于爐噴騰層的作用使燃料、物料