智能粉磨站的改造與實(shí)踐

智能粉磨站的改造與實(shí)踐

中硅智能化與裝備理事中國水泥網(wǎng)高級(jí)顧問賈華平目錄

智能水泥廠的概念一

智能粉磨站的技術(shù)路線三

STEAGPiT在水泥磨的實(shí)踐

五

智能粉磨站的主體框架四

智能水泥廠的建設(shè)二一，智能水泥廠的概念第四次工業(yè)革命的浪潮已經(jīng)掀起，

中國的5G時(shí)代正在建設(shè)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將全面開啟，——必將為：以智能工廠、智能運(yùn)輸、智能物流為主題的工業(yè)4.0奠定基礎(chǔ)，智能工廠躍躍欲試。水泥行業(yè)也不甘落后，包括中國建材、海螺集團(tuán)等水泥龍頭企業(yè)，也開始了建設(shè)自己的智能工廠。一，智能水泥廠的概念1，什么是智能工廠？

——智能應(yīng)該具備的起碼能力：

①具有感知能力

②

具有記憶和思維能力

③

具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力

④具有行為決策能力一，智能水泥廠的概念所謂智能制造：并不單單是生產(chǎn)制造上的自動(dòng)化、智能化，準(zhǔn)確的說，自動(dòng)化、機(jī)器人、無人化都只是智能制造的一個(gè)基本的組成部分！更是應(yīng)用到從①數(shù)據(jù)層的機(jī)器視覺、射頻識(shí)別、傳感器等，到②網(wǎng)絡(luò)層的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等，再到③執(zhí)行層的智能裝備、機(jī)器人、3D打印等，——最后形成智能工廠的制造方案。一，智能水泥廠的概念根據(jù)工信部《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》對(duì)“智能制造”的定義，“智能工廠”涵蓋：

智能裝備集成、計(jì)算機(jī)輔助工具、生產(chǎn)管理、供銷系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算實(shí)現(xiàn)智能化互操互控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源、裝備運(yùn)行、工藝流程、業(yè)務(wù)流程、資金流程的動(dòng)態(tài)協(xié)同配置，總體構(gòu)成智能工廠。一，智能水泥廠的概念所謂智能裝備——屬于上游裝備制造廠的智能產(chǎn)品：對(duì)自身關(guān)鍵部位的關(guān)鍵參數(shù)，諸如油品、上油、過水、位移、溫度、振動(dòng)等，具有感知、分析、推理、決策、控制、外傳功能，

能方便接入智能工廠的集成系統(tǒng)、方便智能工廠的運(yùn)行管理和維護(hù)維修。一，智能水泥廠的概念智能工廠具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)廠通過物聯(lián)網(wǎng)獲取定制，通過物聯(lián)網(wǎng)把原料和生產(chǎn)設(shè)備聯(lián)接起來，根據(jù)用戶喜好的特性，適時(shí)多品種、小批量、定制生產(chǎn)，再通過智能物流系統(tǒng)發(fā)送給用戶；而且其產(chǎn)品也必須是智能的，可以收集用戶信息通過物聯(lián)網(wǎng)上傳給生產(chǎn)廠，方便生產(chǎn)廠提供售后服務(wù)，進(jìn)一步獲取附加值；而且生產(chǎn)設(shè)備也是智能的，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)反映自身狀況，方便生產(chǎn)廠調(diào)劑任務(wù)和檢修維護(hù)。一，智能水泥廠的概念智能工廠的廣義發(fā)展：每個(gè)智能工廠都可以通過物聯(lián)網(wǎng)，將它的上游生產(chǎn)廠和下游生產(chǎn)廠聯(lián)接起來，

——人類勞動(dòng)最終被人工智能取代。如果你的產(chǎn)品不是智能的：——將無法與上下游的智能工廠聯(lián)接；——因此，也無法在智能化時(shí)代銷售！二，智能水泥廠的建設(shè)中國水泥從1996年4.9億噸拿下世界第一后，就一路領(lǐng)先到現(xiàn)在，規(guī)模不可謂不大，但勞動(dòng)生產(chǎn)率還有待提高：國內(nèi)5000t/d單線用工多數(shù)還在200人左右，先進(jìn)水平的也在100人左右；而泰國同等規(guī)格的“老城堡”水泥廠，每班只有3個(gè)人，主要是應(yīng)付突發(fā)事件。其中：

中控室1人（而且包括化驗(yàn)室所有職能）、現(xiàn)場巡檢2人。二，智能水泥廠的建設(shè)如此高的生產(chǎn)效率，

一是要有可靠的裝備運(yùn)行，二是要有高度的自動(dòng)化和智能化。

可靠的裝備運(yùn)行，離不開智能裝備；高度的智能化，離不開大數(shù)據(jù)。二，智能水泥廠的建設(shè)智能水泥廠的建設(shè)——是一個(gè)龐大的工程，目前尚處于起步階段，控制原理尚需要突破、智能裝備需要逐漸開發(fā)、特別是大數(shù)據(jù)需要逐步積累。因此，不一定就要建設(shè)嚴(yán)格意義上的智能水泥廠，

不妨先行起步——建設(shè)智能化水泥廠。把目標(biāo)定的過高，只能坐失發(fā)展機(jī)會(huì)！二，智能水泥廠的建設(shè)裝備、工藝、監(jiān)測、計(jì)量、程控、可視、統(tǒng)計(jì)、分析、建檔、物聯(lián)，——等等，這些基礎(chǔ)的東西，不僅是智能水泥廠的必須，對(duì)提高現(xiàn)有企業(yè)的運(yùn)營水平也是卓有成效的。如果這些條件不具備，在建設(shè)真正的智能水泥廠以前，不妨先在這幾方面先行一步、給予完善提高，

——這就是智能化水泥廠。二，智能水泥廠的建設(shè)智能水泥廠建設(shè)不可能一步到位，特別是大數(shù)據(jù)需要自己逐步積累，別人替不了你，智能工廠的建設(shè)總是在逐步優(yōu)化中完成的。不完善不可怕、不到位不可怕，——可怕的是：一味的強(qiáng)調(diào)完美、到位，遲遲不肯起步！三，智能粉磨站的技術(shù)路線對(duì)于大工業(yè)生產(chǎn)，各種原燃材料以及各工序的工況，其波動(dòng)是難以避免的，各項(xiàng)生產(chǎn)控制參數(shù)的穩(wěn)定、以及過程產(chǎn)品和成品性能指標(biāo)的穩(wěn)定，都需要通過及時(shí)地操作調(diào)整才能得以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該說，我們?cè)谒嗄サ牟僮骺刂粕弦呀?jīng)下了不少功夫，水泥粉磨幾乎都采用了磨音自控系統(tǒng)

，而且都取得了一定的效果。三，智能粉磨站的技術(shù)路線磨音自控系統(tǒng)建立的調(diào)節(jié)模型為：

“水泥磨喂料量”＝＞“磨音信號(hào)”（注：A=>B為邏輯學(xué)符號(hào)，表示命題A與B的涵蓋關(guān)系，后同）。

實(shí)踐證明，這個(gè)回路在粉磨系統(tǒng)正常時(shí)有一定的作用，但在系統(tǒng)出現(xiàn)較大波動(dòng)、正是需要它發(fā)揮作用的時(shí)候，它卻“掉鏈子”了，

不但幾乎沒有作用，有時(shí)甚至起副作用。三，智能粉磨站的技術(shù)路線影響“磨音信號(hào)”的因素，并不只是一個(gè)“喂料量”，還與諸如“原料配比、原料水分、入磨粒度或細(xì)度、研磨體狀態(tài)、磨內(nèi)通風(fēng)、出磨細(xì)度”等有關(guān)。欲穩(wěn)定“磨音信號(hào)（磨內(nèi)填充率的特征信號(hào)）”，必須建立起符合現(xiàn)場實(shí)際的多變量控制模型；而且，水泥粉磨的最終目的并不是穩(wěn)定磨內(nèi)填充率，而是獲得理想細(xì)度的產(chǎn)品。三，智能粉磨站的技術(shù)路線實(shí)際上，水泥粉磨過程的控制目的，

在于保證水泥細(xì)度、溫度等指標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的最大化和電耗的最小化。在配料組分有效控制的情況下，水泥細(xì)度是控制系統(tǒng)調(diào)控的主要質(zhì)量指標(biāo)，調(diào)控細(xì)度的主要措施，都影響到粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量，產(chǎn)量的高低又影響到電耗。三，智能粉磨站的技術(shù)路線水泥細(xì)度是粉磨系統(tǒng)最重要的控制指標(biāo)，既影響到水泥的質(zhì)量（強(qiáng)度等）又影響到系統(tǒng)產(chǎn)量（電耗等），質(zhì)量和產(chǎn)量是系統(tǒng)操作中需要平衡的主要矛盾，這個(gè)平衡點(diǎn)就是一個(gè)合適且穩(wěn)定的細(xì)度。因此，水泥細(xì)度的穩(wěn)定能減少產(chǎn)能和電耗的浪費(fèi)，有效發(fā)揮粉磨系統(tǒng)的能力和降低粉磨電耗，

“水泥細(xì)度”就成為智控系統(tǒng)的關(guān)鍵變量。三，智能粉磨站的技術(shù)路線我們可以建立一個(gè)多變量調(diào)整模型：

水泥細(xì)度＝＞∑（水泥磨喂料量、原料配比、原料水分、入磨粒度或細(xì)度、研磨體狀態(tài)、磨內(nèi)通風(fēng)、出磨細(xì)度、循環(huán)負(fù)荷……）?？傊?，只要你能想到的因素就只管往涵蓋變量里加，然后進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)不同的相關(guān)系數(shù)給予各變量不同的調(diào)節(jié)權(quán)重，各變量對(duì)于水泥細(xì)度調(diào)節(jié)量的代數(shù)和，便是水泥細(xì)度的調(diào)節(jié)量。三，智能粉磨站的技術(shù)路線為了適應(yīng)各種因素的新情況、新變化，

設(shè)定按照“先入先出的原則”滾動(dòng)記錄最近7天的數(shù)據(jù)、并進(jìn)行相關(guān)性分析。

（可根據(jù)實(shí)際情況的異變速度和頻次，確定和調(diào)整滾動(dòng)天數(shù)）

根據(jù)最新的分析結(jié)果及時(shí)地調(diào)整調(diào)節(jié)權(quán)重的分配，使其在不斷的循環(huán)調(diào)整中趨于合理化，調(diào)節(jié)回路的效果就會(huì)越來越好。

——這就是我們追求的

自我學(xué)習(xí)、自我成長！四，智能粉磨站的主體框架我們可以捋一捋前面講過的內(nèi)容，一個(gè)好的智能化系統(tǒng)應(yīng)該具備三大特征：一要多變量調(diào)控、二不能拉掉關(guān)鍵變量的調(diào)控、三調(diào)控程序應(yīng)該不斷的滾動(dòng)優(yōu)化。

——這就是智能控制回路的主體框架

四，智能粉磨站的主體框架我在多年前使用過一個(gè)Polysius的球磨機(jī)自控系統(tǒng)，僅管這個(gè)系統(tǒng)還談不上智能化，但已經(jīng)采用了“多變量”控制，是今天搞智能化很好的“多變量”參考資料。不論是生料磨還是水泥磨，都感覺這個(gè)系統(tǒng)非常順手。除開磨初期需要人工干預(yù)，防止較長時(shí)間的調(diào)節(jié)震蕩外，正常運(yùn)行中幾乎不用操心，

可以達(dá)到幾天之內(nèi)不需要人工干預(yù)。四，智能粉磨站的主體框架Polysius的水泥磨控制系統(tǒng)中控畫面

四，智能粉磨站的主體框架Polysius的這個(gè)系統(tǒng)，引入了

比表面積、磨音、提升機(jī)電流、回粉量、磨內(nèi)噴水等多個(gè)應(yīng)變量，

對(duì)“喂料從變量”進(jìn)行主控和糾偏優(yōu)化，而且各因變量與從變量的相關(guān)性，對(duì)操作員開放調(diào)整。

對(duì)我們完善現(xiàn)有的自控回路、進(jìn)一步發(fā)展為“多變量優(yōu)化糾偏的智控回路”很有借鑒意義。四，智能粉磨站的主體框架水泥的粉磨細(xì)度是粉磨系統(tǒng)最重要的控制指標(biāo)，是智控系統(tǒng)“不能拉掉關(guān)鍵變量的調(diào)控”的關(guān)鍵變量。從早期主控80um篩余，逐步增加到比表面積、45μm篩余、顆粒級(jí)配和顆粒形狀的互補(bǔ)監(jiān)控，但人工取樣的時(shí)效性、代表性仍然是個(gè)問題，“水泥顆粒級(jí)配的在線監(jiān)控”，就成為粉磨智控的關(guān)鍵和必要。四，智能粉磨站的主體框架四，智能粉磨站的主體框架其中以Xoptix投入使用的最多

Xoptix是一套專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計(jì)的在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)，直接在生產(chǎn)管線中對(duì)水泥的顆粒級(jí)配和變化趨勢，進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)、快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測監(jiān)控，并將監(jiān)控結(jié)果及時(shí)傳送到中控室的DCS或PLC系統(tǒng)中，

從而為水泥粉磨系統(tǒng)的智能控制，及時(shí)提供重要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。四，智能粉磨站的主體框架Xoptix在線激光粒度儀的應(yīng)用示意圖：

四，智能粉磨站的主體框架Xoptix在線激光粒度儀的應(yīng)用示意圖：

五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐PiTNavigator系統(tǒng)，通常在球磨機(jī)的進(jìn)料端安裝兩個(gè)“磨音指示器”，其中一個(gè)裝于“有料側(cè)”、另一個(gè)裝于“無料側(cè)”，用以反應(yīng)磨內(nèi)物料的填充程度；在選粉機(jī)入口、回料和成品收集的相關(guān)部位，安裝有振動(dòng)傳感器，用以檢測反應(yīng)相關(guān)的物料量，繼而求得循環(huán)負(fù)荷、選粉機(jī)效率等參數(shù)。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐在上述硬件的基礎(chǔ)上，

系統(tǒng)配置有所謂“水泥磨導(dǎo)航器”，對(duì)水泥磨機(jī)和選粉機(jī)等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制。該“導(dǎo)航器”可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與分析，并通過自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的非線性模型預(yù)測控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥粉磨系統(tǒng)磨的智能控制。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐PiTNavigator水泥磨控制系統(tǒng)示意圖：五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐PiTNavigator水泥磨智控原理圖：五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐PIT系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，包括

實(shí)際喂料量、物料配比與水泥強(qiáng)度、顆粒級(jí)配與水泥強(qiáng)度、磨頭磨尾壓差與磨內(nèi)通風(fēng)、磨尾溫度與磨內(nèi)噴水、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量、回粉量大小、提升機(jī)電流、磨內(nèi)填充率（磨音、磨震），

綜合考慮實(shí)際工況和外部變量的影響，通過機(jī)理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉磨系統(tǒng)的自我實(shí)時(shí)優(yōu)化。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐PIT系統(tǒng)可基于系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算，自我設(shè)定系統(tǒng)喂料量、磨內(nèi)填充率、系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、選粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、物料配比、顆粒級(jí)配等被控變量的控制目標(biāo)，并持續(xù)優(yōu)化。從而在低電耗、低料耗（熟料）的情況下，實(shí)現(xiàn)較高的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、穩(wěn)定的水泥質(zhì)量。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統(tǒng)的實(shí)踐20180525日，在上海萬澄環(huán)保科技公司的主導(dǎo)下，該系統(tǒng)在南方水泥JL公司的2#水泥磨上投入運(yùn)行，我專程前往參與并見證了調(diào)試工作。我在20180529日離開，雖然調(diào)試尚未結(jié)束，但已經(jīng)看到了PiT對(duì)系統(tǒng)顯著的穩(wěn)定作用，以下三張圖顯示