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(jī)負(fù)荷自動(dòng)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(yùn)行直接影響到水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量。近年來,微機(jī)自動(dòng)配料系統(tǒng)在我國(guó)眾多水泥廠已得到廣泛應(yīng)用,但磨機(jī)負(fù)荷的自動(dòng)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(dòng)操作,致使磨機(jī)負(fù)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(fù)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(fù)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(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行在最佳的負(fù)荷狀態(tài),從而達(dá)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(jī)運(yùn)行問題以鄭州金龍水泥廠為例,該廠2號(hào)線的簡(jiǎn)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(gè)來源:一是雙管螺旋輸送機(jī)和恒速皮帶秤送入水泥磨的細(xì)粉混合料;二是經(jīng)調(diào)速皮帶秤送入水泥磨的粉煤灰。細(xì)粉混合料的產(chǎn)量和打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系,而粉煤灰又和細(xì)粉混合料保持一定的配比,故磨機(jī)入料量最終由打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。該擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)在運(yùn)行中存在以下幾點(diǎn)主要問題。①水泥磨負(fù)荷缺乏有效的檢測(cè)手段,人工憑經(jīng)驗(yàn)判斷偏差較大。②打散分級(jí)機(jī)一直處于手動(dòng)控制,無法保證水泥磨運(yùn)行在最佳負(fù)荷。③人工調(diào)整的隨意性造成出磨水泥的細(xì)度不穩(wěn)定,合格率偏低。④粉煤灰和混合細(xì)料的配比采取按比例確定其設(shè)定值的方法,當(dāng)某一物料因故障無法正常下料時(shí),實(shí)際配比就無法得到保證。3磨機(jī)的運(yùn)行特性水泥廠球磨機(jī)具有以下特點(diǎn):①具有很強(qiáng)非線性特征和大慣性;②動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型;③具有較強(qiáng)的不確定性。運(yùn)行過程中物料的特性,如濕度、粒度以及磨機(jī)本身的特性,如襯板和研磨介質(zhì)的磨損狀況等,都會(huì)對(duì)磨機(jī)的運(yùn)行特性產(chǎn)生較大的影響。水泥磨機(jī)的運(yùn)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(jī)在運(yùn)行中存在一個(gè)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(jī)最大功率料位t1和最大出力料位t2將水泥磨機(jī)的運(yùn)行區(qū)間分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ區(qū)。磨機(jī)在Ⅰ區(qū)運(yùn)行時(shí),出力較低,效率也不高,很不經(jīng)濟(jì);在Ⅲ區(qū)間時(shí),磨機(jī)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(shí),磨機(jī)的出力最大,功率也比較低,運(yùn)行效率最高。負(fù)荷控制系統(tǒng)的目標(biāo)就是保證磨機(jī)在Ⅱ區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行,達(dá)到增產(chǎn)降耗的目的。4計(jì)算最佳料位和轉(zhuǎn)速針對(duì)磨機(jī)的工作特性,通過對(duì)工藝流程的分析,磨機(jī)負(fù)荷的控制策略確定為以下幾點(diǎn)。①尋優(yōu)模塊對(duì)磨機(jī)的最佳料位進(jìn)行在線自動(dòng)尋優(yōu),確定磨機(jī)最佳料位設(shè)定值。②Fuzzy-采樣PI控制器根據(jù)磨音傳感變送器測(cè)得的磨機(jī)實(shí)際料位信號(hào)和最佳料位設(shè)定確定打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定值。③由恒速秤實(shí)際測(cè)得混合細(xì)料流量,結(jié)合粉煤灰和混合細(xì)料的理想配比值,確定輸送粉煤灰的調(diào)速皮帶秤的設(shè)定流量值。在以上控制策略中,粉煤灰量按配比跟蹤實(shí)際的混合細(xì)料量,而混合細(xì)料量的大小由打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定,故最佳料位的在線尋優(yōu)和打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是水泥磨負(fù)荷控制的關(guān)鍵。1自尋優(yōu)模塊的設(shè)定在球磨機(jī)的運(yùn)行過程中,環(huán)境的溫度、濕度、物料成分和細(xì)度的變化、磨機(jī)襯板和研磨介質(zhì)的磨損等因素都會(huì)使其最佳料位產(chǎn)生一定的漂移。針對(duì)磨機(jī)的時(shí)變特性,有必要采用自尋優(yōu)算法自動(dòng)搜索其最佳料位和運(yùn)行區(qū)間。圖2中磨機(jī)的出力曲線2存在著極值特性,但出力無法直接測(cè)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(jī)出力達(dá)到最大出力點(diǎn)t2前,曲線4呈明顯的上升趨勢(shì);在越過最大出力點(diǎn)t2后,曲線4趨于平穩(wěn)。因而可以將磨音信號(hào)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(yīng)給出磨音信號(hào)變化量范圍的整定值Δymin和Δymax以及尋優(yōu)步長(zhǎng)λ。自尋優(yōu)模塊每隔λ周期計(jì)算磨音信號(hào)變化量的絕對(duì)值|Δy|。如果|Δy|大于Δymax,說明磨機(jī)當(dāng)前運(yùn)行在Ⅰ區(qū),應(yīng)適當(dāng)增加料位設(shè)定;如果|Δy|小于Δymax,說明磨機(jī)當(dāng)前運(yùn)行在Ⅲ區(qū),有滿磨的危險(xiǎn),應(yīng)及時(shí)減小當(dāng)前的料位設(shè)定;如果Δymin≤|Δy|≤Δymax,則說明磨機(jī)當(dāng)前運(yùn)行在Ⅱ區(qū)間內(nèi),已處于最佳狀態(tài),無需對(duì)料位設(shè)定進(jìn)行調(diào)整。在系統(tǒng)進(jìn)行若干個(gè)周期的自尋優(yōu)過程后,磨機(jī)就可以進(jìn)入Ⅱ區(qū)間穩(wěn)定運(yùn)行。2調(diào)整散濕料位打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了進(jìn)入水泥磨的混合細(xì)料量:打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高,分選粒徑越大,則其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量越高,混合細(xì)料的入磨量也就越高。實(shí)驗(yàn)表明,通過改變打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)混合細(xì)料的入磨量能夠滿足對(duì)磨機(jī)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整的要求,但從改變打散機(jī)的轉(zhuǎn)速到磨機(jī)負(fù)荷出現(xiàn)明顯變化有20～30s的延遲。為保證磨機(jī)實(shí)際料位對(duì)自尋優(yōu)模塊確定的最佳料位有很好的跟蹤性能,同時(shí)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(duì)打散分級(jí)機(jī)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(dāng)料位偏差較大時(shí),采用模糊控制算法調(diào)節(jié)打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使實(shí)際料位迅速接近給定;當(dāng)偏差較小時(shí),考慮到打散分級(jí)機(jī)-水泥磨系統(tǒng)的時(shí)滯,使用采樣PI算法控制打散分級(jí)機(jī)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(shè)定,并自動(dòng)調(diào)節(jié)皮帶轉(zhuǎn)速,將粉煤灰量控制在設(shè)定值的功能。為保證粉煤灰和混合細(xì)料的配比,粉煤灰流量設(shè)定為:粉煤灰流量設(shè)定=混合細(xì)料實(shí)際流量×粉煤灰和混合細(xì)料設(shè)定比按混合細(xì)料的實(shí)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(jī)負(fù)荷管理系統(tǒng)的硬件和軟件1負(fù)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(shí)公司的MACS集散控制系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造,為充分利用DCS的可擴(kuò)展性,節(jié)省投資,本文提出了如圖4所示的負(fù)荷控制系統(tǒng)硬件框圖,將水泥磨機(jī)負(fù)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(xué)工業(yè)自動(dòng)化研究所研制,它通過對(duì)磨機(jī)噪音進(jìn)行頻譜分析和處理,輸出正比于磨機(jī)料位的、符合DDZIII型儀表標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號(hào)。該磨音傳感變送器簡(jiǎn)單可靠,靈敏度高,便于維護(hù)。2基于混凝土磨負(fù)荷自尋優(yōu)控制的數(shù)字視頻顯示綜合指揮調(diào)度磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)的軟件編程及人機(jī)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(shí)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(shí)現(xiàn)水泥磨負(fù)荷自尋優(yōu)控制的基礎(chǔ)上,軟件中還包括了磨機(jī)負(fù)荷實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示、磨機(jī)負(fù)荷歷史趨勢(shì)顯示、配料失調(diào)校正、手自動(dòng)無擾切換、報(bào)警及處理等功能。水泥磨負(fù)荷控制系統(tǒng)人機(jī)界面友好,便于對(duì)水泥磨的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。6磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)投運(yùn)前后的運(yùn)行效果水泥磨負(fù)荷控制系統(tǒng)自2002年5月在鄭州金龍水泥集團(tuán)二號(hào)線投運(yùn)以來,運(yùn)行平穩(wěn)正常,達(dá)到了提高產(chǎn)量和質(zhì)量的預(yù)期效果。以2002年6月至8月磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)投運(yùn)后的運(yùn)行效果與投運(yùn)前的2月至4月相比