基于磨音傳感的水泥粉磨系統(tǒng)的研究

基于磨音傳感的水泥粉磨系統(tǒng)的研究

1磨機負荷自動監(jiān)控過快水泥濃粉磨系統(tǒng)是水泥生產(chǎn)的最后過程，其運行直接影響到水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。近年來,微機自動配料系統(tǒng)在我國眾多水泥廠已得到廣泛應用,但磨機負荷的自動監(jiān)控仍處于較落后的狀態(tài),大多數(shù)水泥廠依然靠人工判斷、手動操作,致使磨機負荷不能保持在最佳狀態(tài),能耗大、產(chǎn)量低,質(zhì)量也難以保證。本文所提出的水泥磨負荷控制系統(tǒng),通過在線的自尋優(yōu)算法確定水泥磨的最佳負荷狀態(tài),繼而通過Fuzzy-采樣PI算法調(diào)整水泥磨的入料量,控制磨機長期穩(wěn)定運行在最佳的負荷狀態(tài),從而達到增產(chǎn)節(jié)能和穩(wěn)定水泥質(zhì)量的目的。2入料量和磨機運行問題以鄭州金龍水泥廠為例,該廠2號線的簡易工藝流程圖如圖1所示。從圖1中可以看出,水泥磨的入料有兩個來源:一是雙管螺旋輸送機和恒速皮帶秤送入水泥磨的細粉混合料;二是經(jīng)調(diào)速皮帶秤送入水泥磨的粉煤灰。細粉混合料的產(chǎn)量和打散分級機的轉(zhuǎn)速成正比關系,而粉煤灰又和細粉混合料保持一定的配比,故磨機入料量最終由打散分級機的轉(zhuǎn)速決定。該擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)在運行中存在以下幾點主要問題。①水泥磨負荷缺乏有效的檢測手段,人工憑經(jīng)驗判斷偏差較大。②打散分級機一直處于手動控制,無法保證水泥磨運行在最佳負荷。③人工調(diào)整的隨意性造成出磨水泥的細度不穩(wěn)定,合格率偏低。④粉煤灰和混合細料的配比采取按比例確定其設定值的方法,當某一物料因故障無法正常下料時,實際配比就無法得到保證。3磨機的運行特性水泥廠球磨機具有以下特點:①具有很強非線性特征和大慣性;②動態(tài)特性復雜,難以建立精確的數(shù)學模型;③具有較強的不確定性。運行過程中物料的特性,如濕度、粒度以及磨機本身的特性,如襯板和研磨介質(zhì)的磨損狀況等,都會對磨機的運行特性產(chǎn)生較大的影響。水泥磨機的運行規(guī)律可以通過其工作特性曲線直觀地反映出來,如圖2所示。從圖2中可以看出,水泥磨機在運行中存在一個最大功率料位t1和最大出力料位t2,且t1通常位于t2的左邊。磨機最大功率料位t1和最大出力料位t2將水泥磨機的運行區(qū)間分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ區(qū)。磨機在Ⅰ區(qū)運行時,出力較低,效率也不高,很不經(jīng)濟;在Ⅲ區(qū)間時,磨機的出力較小,且磨內(nèi)存料量較大,容易發(fā)生堵磨事故;而在Ⅱ區(qū)間時,磨機的出力最大,功率也比較低,運行效率最高。負荷控制系統(tǒng)的目標就是保證磨機在Ⅱ區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運行,達到增產(chǎn)降耗的目的。4計算最佳料位和轉(zhuǎn)速針對磨機的工作特性,通過對工藝流程的分析,磨機負荷的控制策略確定為以下幾點。①尋優(yōu)模塊對磨機的最佳料位進行在線自動尋優(yōu),確定磨機最佳料位設定值。②Fuzzy-采樣PI控制器根據(jù)磨音傳感變送器測得的磨機實際料位信號和最佳料位設定確定打散分級機的轉(zhuǎn)速設定值。③由恒速秤實際測得混合細料流量,結(jié)合粉煤灰和混合細料的理想配比值,確定輸送粉煤灰的調(diào)速皮帶秤的設定流量值。在以上控制策略中,粉煤灰量按配比跟蹤實際的混合細料量,而混合細料量的大小由打散分級機的轉(zhuǎn)速決定,故最佳料位的在線尋優(yōu)和打散分級機的轉(zhuǎn)速控制是水泥磨負荷控制的關鍵。1自尋優(yōu)模塊的設定在球磨機的運行過程中,環(huán)境的溫度、濕度、物料成分和細度的變化、磨機襯板和研磨介質(zhì)的磨損等因素都會使其最佳料位產(chǎn)生一定的漂移。針對磨機的時變特性,有必要采用自尋優(yōu)算法自動搜索其最佳料位和運行區(qū)間。圖2中磨機的出力曲線2存在著極值特性,但出力無法直接測量,因而只能用其他曲線的非線性特性來間接尋找最佳料位值。從經(jīng)過反相處理后磨音特性曲線4可以看出,在磨機出力達到最大出力點t2前,曲線4呈明顯的上升趨勢;在越過最大出力點t2后,曲線4趨于平穩(wěn)。因而可以將磨音信號的變化率作為依據(jù)尋找最佳料位。在自尋優(yōu)過程中,首先應給出磨音信號變化量范圍的整定值Δymin和Δymax以及尋優(yōu)步長λ。自尋優(yōu)模塊每隔λ周期計算磨音信號變化量的絕對值|Δy|。如果|Δy|大于Δymax,說明磨機當前運行在Ⅰ區(qū),應適當增加料位設定;如果|Δy|小于Δymax,說明磨機當前運行在Ⅲ區(qū),有滿磨的危險,應及時減小當前的料位設定;如果Δymin≤|Δy|≤Δymax,則說明磨機當前運行在Ⅱ區(qū)間內(nèi),已處于最佳狀態(tài),無需對料位設定進行調(diào)整。在系統(tǒng)進行若干個周期的自尋優(yōu)過程后,磨機就可以進入Ⅱ區(qū)間穩(wěn)定運行。2調(diào)整散濕料位打散分級機的轉(zhuǎn)速決定了進入水泥磨的混合細料量:打散分級機的轉(zhuǎn)速越高,分選粒徑越大,則其臺時產(chǎn)量越高,混合細料的入磨量也就越高。實驗表明,通過改變打散分級機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)混合細料的入磨量能夠滿足對磨機負荷進行調(diào)整的要求,但從改變打散機的轉(zhuǎn)速到磨機負荷出現(xiàn)明顯變化有20～30s的延遲。為保證磨機實際料位對自尋優(yōu)模塊確定的最佳料位有很好的跟蹤性能,同時又具有較好的穩(wěn)態(tài)特性,本文采用了分段控制的思想,對打散分級機轉(zhuǎn)速采用了Fuzzy-采樣PI控制算法,其轉(zhuǎn)速控制框圖如圖3所示。當料位偏差較大時,采用模糊控制算法調(diào)節(jié)打散分級機的轉(zhuǎn)速,使實際料位迅速接近給定;當偏差較小時,考慮到打散分級機-水泥磨系統(tǒng)的時滯,使用采樣PI算法控制打散分級機的轉(zhuǎn)速,使料位穩(wěn)定在最佳料位。3定值功能粉煤灰調(diào)速秤具有接受設定,并自動調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速,將粉煤灰量控制在設定值的功能。為保證粉煤灰和混合細料的配比,粉煤灰流量設定為:粉煤灰流量設定=混合細料實際流量×粉煤灰和混合細料設定比按混合細料的實際量確定粉煤灰量,既保證了兩種物料的配比,也使得入磨物料比較均勻。5研磨機負荷管理系統(tǒng)的硬件和軟件1負荷控制系統(tǒng)硬件框圖考慮到該水泥生產(chǎn)線已選用和利時公司的MACS集散控制系統(tǒng)進行了自動化改造,為充分利用DCS的可擴展性,節(jié)省投資,本文提出了如圖4所示的負荷控制系統(tǒng)硬件框圖,將水泥磨機負荷控制系統(tǒng)融入到MACS集散控制系統(tǒng)中。本系統(tǒng)所采用的磨音傳感變送器由西安交通大學工業(yè)自動化研究所研制,它通過對磨機噪音進行頻譜分析和處理,輸出正比于磨機料位的、符合DDZIII型儀表標準的直流電流信號。該磨音傳感變送器簡單可靠,靈敏度高,便于維護。2基于混凝土磨負荷自尋優(yōu)控制的數(shù)字視頻顯示綜合指揮調(diào)度磨機負荷控制系統(tǒng)的軟件編程及人機界面利用MACS系統(tǒng)的控制方案組態(tài)工具和圖形組態(tài)工具實現(xiàn)。在控制方案的組態(tài)中,根據(jù)所需完成的功能,靈活地選用了結(jié)構(gòu)化文本(ST)、功能塊圖(FBD)、和梯形圖(LD)等編程語言。在實現(xiàn)水泥磨負荷自尋優(yōu)控制的基礎上,軟件中還包括了磨機負荷實時趨勢顯示、磨機負荷歷史趨勢顯示、配料失調(diào)校正、手自動無擾切換、報警及處理等功能。水泥磨負荷控制系統(tǒng)人機界面友好,便于對水泥磨的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。6磨機負荷控制系統(tǒng)投運前后的運行效果水泥磨負荷控制系統(tǒng)自2002年5月在鄭州金龍水泥集團二號線投運以來,運行平穩(wěn)正常,達到了提高產(chǎn)量和質(zhì)量的預期效果。以2002年6月至8月磨機負荷控制系統(tǒng)投運后的運行效果與投運前的2月至4月相比