一種水泥廠粉磨過程優化控制方法
2023-05-07 16:14:21 3
專利名稱：一種水泥廠粉磨過程優化控制方法
技術領域：
本發明涉及自動控制技術領域，具體涉及水泥廠粉磨過程優化控制方法。
背景技術：
水泥生產過程需要控制產品的化學成分(鈣、鐵、硫等的含量)、控制產品 的細度(或比表面積)，同時在滿足質量的要求下提高粉磨生產過程的產量。
目前我國水泥廠採用的微機配料系統實現了對各路物料下料比例的控制， 使生產過程中化學成份達到合格的要求。但存在進行細度控制時，主要依靠操 作工人經驗控制餵料量，難以在質量合格的條件下達到產量最大化的缺陷。
發明內容
本發明的目的是提供一種針對水泥廠粉磨過程，以連續、穩定、安全、經 濟運行為目標，結構合理，操作、維護方便、運行可靠的一種水泥廠粉磨過程 優化控制方法。
為了克服現有技術的缺陷，本發明的技術方案是這樣解決的 一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特殊之處包括下述步驟
1) 、粉磨過程的先進控制模塊獲取粉磨過程歷史數據與實時數據；
2) 、粉磨過程的先進控制模塊通過獲取的粉磨過程歷史數據與實時數據進 行料位與各倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進行優化， 對通風量進行優化，並得出最佳料位與各倉料位分布設定，最佳循環負荷設定， 最佳物料流速設定和最佳通風量設定；
3) 、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程故障診斷與安全評估信息；
4) 、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程運行評價與操作建議信息；5)、以料位與各倉料位分布設定、循環負荷設定、物料流速設定和通風量 設定為目標，採用多變量解耦控制，得到控制輸出一餵料量、選粉機轉速和通 風量的風機轉速或風量擋板開度。
所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特殊之處在於粉磨過程先進 控制模塊具有目標優化功能，粉磨過程優化分為靜態優化與動態優化兩種方 式，其粉磨過程靜態優化方式通過獲取粉磨過程運行參數構建粉磨過程優化模 型，並根據運行數據不斷對模型進行更新，根據粉磨過程優化模型和運行狀態
進行粉磨過程優化；粉磨過程動態優化方式在粉磨過程運行時通過施加擾動， 根據結果確定優化方向，根據最佳目標函數對最佳運行狀態進行搜索，粉磨過 程優化目標的選擇可以根據實際需要來確定。
所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特殊之處在於所述料位與各 倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進行優化，對通風量 進行優化可以選擇其中一個、兩個或連個以上，所得到的最佳料位與各倉料位 分布設定，最佳循環負荷設定，最佳物料流速設定和最佳通風量設定，相應為 其中一個、兩個或連個以上。
所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特殊之處在於粉磨過程先進 控制模塊具有運行評價與操作建議功能，運行評價與操作建議給出當前操作運 行評價，並對粉磨過程的運行給出建議，其建議是指鋼球、鋼鍛添加，最佳的 選粉機轉速。
所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特殊之處在於粉磨過程先進 控制模塊具有故障診斷與安全評估功能， 一方面能夠對粉磨過程故障進行診 斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括斷料、堵料、磨機內異常；根據運行 數據對整個粉磨過程運行的安全性進行評估，給出安全評價結果。
本發明與現有技術相比，隨著水泥廠生產過程中對自動化水平要求的提高、 運行經濟性要求的提高和運行安全要求的提高，為了解決現有問題，根本出路在於提高粉磨系統的自動化水平，實施自動化改造，以安全經濟運行為目標， 針對粉磨系統的運行特點，先進控制算法與常規控制算法相結合的控制策略， 保證了粉磨統連續經濟穩定運行，保證了磨機始終能在保證細度指標的前提
下，運行在最大產量狀態；在運行過程中控制了鋼球和物料的比例穩定，從而 就使得產品細度穩定、均勻性得到改善，使粉塵汙染和噪聲汙染有所改善，對 水泥廠生產過程降低電耗，提高經濟效益具有十分重要的意義；同時，可有效 降低磨體震動，防止空磨及滿磨，減輕運行、勞動強度，減少維護費用，改善 工作環境，實現了整個粉磨過程的自動控制，並對整個粉磨過程進行優化， 具有結構合理，操作方便，節能降耗的優點。 一方面能夠提高磨機臺時產量， 提高出磨產品質量；另一方面能夠保證粉磨過程的連續、穩定、安全、經濟運 行；本發明的應用還能減輕運行人員勞動強度，降低粉磨過程維護量，廣泛用 於水泥生產行業或其它行業工藝相似粉磨過程。 本發明具有以下特點
*能夠適應各種類型粉磨過程。
*能夠給出切合實際的粉磨過程優化控制方案。
參保證粉磨過程連續穩定運行。
*能夠跟蹤預定目標最優點運行。
*保證粉磨過程安全經濟運行。
*能夠指導操作運行。 本發明所能達到的技術指標如下
*提高臺時產量^6%
*降低粉磨單耗^5%
*降低鋼球襯板消耗^8%
*自動投入率^95%
*完全杜絕飽磨、空磨。
圖1為粉磨過程優化控制結構框圖2為粉磨過程動態優化流程圖3為粉磨過程料位設定值動態優化流程圖4為粉磨過程測點與控制點示意圖5為粉磨過程優化控制框圖。
具體實施例方式
附圖為本發明的實施例。 下面結合附圖對發明內容作進一步說明
參照圖1所示，為粉磨過程優化控制結構框圖，描述了一種水泥廠粉磨過 程優化控制方法，包括下述步驟
1) 、粉磨過程的先進控制模塊獲取粉磨過程歷史數據與實時數據；
2) 、粉磨過程的先進控制模塊通過獲取的粉磨過程歷史數據與實時數據進 行料位與各倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進行優化，
對通風量進行優化，並得出最佳料位與各倉料位分布設定，最佳循環負荷設定， 最佳物料流速設定和最佳通風量設定；
3) 、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程故障診斷與安全評估信息；
4) 、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程運行評價與操作建議信息；
5) 、以料位與各倉料位分布設定、循環負荷設定、物料流速設定和通風量 設定為目標，採用多變量解耦控制，得到控制輸出——餵料量、選粉機轉速和 通風量的風機轉速或風量擋板開度。
粉磨過程的先進控制模塊具有目標優化功能，粉磨過程優化分為靜態優化 與動態優化兩種方式，其粉磨過程靜態優化方式通過獲取粉磨過程運行參數構 建粉磨過程優化模型，並根據運行數據不斷對模型進行更新，根據粉磨過程優 化模型和運行狀態進行粉磨過程優化；粉磨過程動態優化方式在粉磨過程運行時通過施加擾動，根據結果確定優化方向，根據最佳目標函數對最佳運行狀態 進行搜索，粉磨過程優化目標的選擇可以根據實際需要來確定。
所述料位與各倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進 行優化，對通風量進行優化可以選擇其中一個、兩個或兩個以上，所得到的最 佳料位與各倉料位分布設定，最佳循環負荷設定，最佳物料流速設定和最佳通 風量設定，相應為其中一個、兩個或兩個以上。
粉磨過程的先進控制模塊具有運行評價與操作建議功能，運行評價與操作 建議給出當前操作運行評價，並對粉磨過程的運行給出建議，其建議是指鋼球、 鋼鍛添加，最佳的選粉機轉速。
粉磨過程的先進控制模塊具有故障診斷與安全評估功能， 一方面能夠對粉 磨過程故障進行診斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括斷料、堵料、磨機
內異常；根據運行數據對整個粉磨過程運行的安全性進行評估，並給出安全評
價結果。
圖2所示為粉磨過程動態優化流程圖，在動態優化開始時，記錄此時的優 化目標值，可以選擇臺時產量最大或粉磨單耗最小，首先進行料位與料位分布 優化，在料位優化結束後進入循環負荷優化，在循環負荷優化結束後進入物料 流速優化，在物料流速優化結束後進入通風量優化，在物料流速優化結束後，
獲得此時的運行狀態料位與料位分布、循環負荷、物料流速和通風量，比較 此狀態下的優化目標值與本輪優化前的優化目標值，如果偏差大於設定偏差， 進入下一輪優化，如果偏差小於設定偏差優化結束，記錄此時的運行狀態，即 料位與料位分布、循環負荷、物料流速和通風量為最佳運行狀態，各運行值為 粉磨過程控制最佳設定值。
料位既物料在磨機筒體內的高度，表徵磨機內物料的多少；料位分布即各 倉料位。磨機內的物料多少與研磨效率存在直接關係，當磨機內物料較少時， 研磨成合格細度成品較少，既磨機臺時產量較小；極限情況，當磨機內被物料所充斥時，物料得不到研磨，形成滿磨，磨機臺時產量幾乎為零，因而存在對 應對最大臺時產量的最佳料位。水泥廠磨機大多為多倉磨，前倉物料經過隔倉 板篩選後的物料進入下一倉研磨，因而各個倉存在最佳料位，形成最佳料位分 布。
對於閉路磨(亦稱閉流磨)，不合格的磨機出料經過選粉機篩選後重新回到 磨機入料口，再次進入磨機研磨，這部分回料即循環負荷。循環負荷能夠延長 物料的研磨時常(一般無料在磨機內停留的時間愈長，研磨的細度越小)，同 時因為選粉機的存在，能夠有效降低過磨(物料研磨的細度已經達到要求指標 後，繼續研磨既過磨)，當過磨存在時，粉磨過程的能耗勢必較高，所以存在 最佳循環負荷。
物料流速，即物料在磨機內的流動速度。物料從進入磨機開始，到從磨機 出口流出，會在磨機內停留一段時間， 一般物料在磨機內停留的時間愈長，研 磨的細度越小，停留時間愈短，研磨的細度越大。物料流速與物料在磨機內停 留的時間成反比。無論對開路磨或閉路磨都會直接影響其產品細度和產量，因 而存在最佳物料速度，最佳物料速度即保證質量又能達到產量最大。
磨機內的通風量， 一方面能夠降低磨機內物料溫度，防止"包球"現象的 出現，另一方面能夠將磨機內的細粉帶出防止過磨，因而磨機內的通風量即影 響粉磨過程的穩定、安全運行，又對粉磨過程產量有一定影響，同樣存在最佳 值。
圖3所示為粉磨過程料位設定值動態優化流程圖，在料位設定值動態優化 開始時，記錄此時的優化目標值，可以選擇臺時產量最大或粉磨單耗最小，修 改料位與料位分布設定值，根據新的料位與料位分布設定值進行料位控制，判 斷粉磨系統是否達到穩定，在粉磨系統達到穩定後，得到此時的了料位與料位 分布狀態下的優化目標值，比較此狀態下的優化目標值與本輪優化前的優化目 標值，如果偏差大於設定偏差，進入下一輪優化，如果偏差小於設定偏差優化結束，記錄此時的料位與料位分布值，即為最佳料位與料位分布設定值。
對循環負荷優化、物料流速優化和通風量優化採用與料.位及料位分布優化 同樣的方法進行。
圖4所示為粉磨過程測點與控制點示意圖，圖中為閉路粉磨過程，包括入
料、磨機(為多倉磨)、出料提升機、選粉機，另外還包括主電機和磨機內通
風風機，如果為開路磨則省去選粉機。測點布置有餵料量、各倉料位、電機 電流、電機功率、出口風壓、提升機電流、選粉機轉速、回粉量。控制點包括 餵料控制點、風量控制點和選粉機轉速控制點。
各倉料位能夠反映料位分布；電機電流在空磨時用來分析磨機內鋼球、鋼 鍛裝載量，在運行時輔助分析磨機料位；提升機電流用來表徵物料流速；回粉 反應循環負荷；出口風壓反映通風量。
圖5所示為粉磨過程優化控制框圖，由左至右，首先選擇優化目標臺產 最大(用餵料量表徵)或制粉單耗最小(用餵料量除以電機功率來表徵)，根 據優化目標對粉磨過程的狀態量進行優化，得到1倉料位設定、2倉料位設定、 3倉料位設定、循環負荷設定(用回粉量表徵)、物料流速設定(用提升機電流 表徵)、通風量設定(用磨機出口風壓表徵)；通過與l倉料位測量值、2倉料 位測量值、3倉料位測量值、循環負荷測量值、物料流速測量值、通風量測量 值進行比較得到各個量偏差；將各個量偏差與設定值輸入多變量解耦控制器 中，經過多變量解耦控制後得到控制輸出——餵料量、選粉機轉速和風機轉速 控制量。
綜上所述，因為粉磨過程的控制方式有計算機集中控制方式、PLC控制方式 和DCS控制方式，針對具體控制方式選擇控制算法的實現方式，針對計算機集 中控制方式採用在計算機上實現的方式，可以對現有軟體改造或新軟體與現有 軟體數據動態共享；針對PLC控制方式，基本控制在PLC控制器上實現，先進 控制在上位機上實現；針對DCS控制方式，控制算法藉助DCS控制平臺實現，先進控制部分也可以通過通信方式在獨立優化站上實現。
水泥廠粉磨過程存在開路磨、閉路磨，磨機分為尾卸式、中卸式磨機，工 藝有幹法或溼法，對於其他工藝流程可以在現有算法理論基礎上來實現。例如 中卸式，可以通過料位最佳控制原理控制兩倉物料量，對於溼法生產根據入磨 物料量，控制入料水流量。
對於其他與水泥廠粉磨過程相似的金屬礦、非金屬礦粉磨過程，以磨機作 為核心設備的生產流程，本發明同樣有效。
最後，還需注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施例。顯然， 本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本 發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均認為是本發明的保護範圍。 實施例
某水泥廠水泥磨粉磨類型為閉路磨，磨機規格為3.2mX13m，兩倉磨， 設計出力為60t/h，最大裝球量為133噸，磨頭配有輥壓打散系統。其粉磨生產過 程工藝流程為配比好的物料經過提升機被輸送到輥壓機前端40t小料倉，物 料經輥壓機擠壓並被提升至打散機，經過打散後的物料有兩個流向，粗些的物 料被傳輸設備送到40t小料倉，合適物料進入磨頭倉，經轉子定量餵料秤送到 磨機進行研磨；出磨成品水泥經過選粉機進行粗粉分離和除塵流程，細度合格 的成品被送到水泥庫，不合格的被送到水泥磨進行再研磨。
由於該水泥磨已經通過ABB DCS系統實現了配料系統，且在已配物料的 小料倉後，輥壓機末端配有物料打散設備，轉子定量餵料秤用於控制入磨物料 總量，即臺時產量。所以甲」用ABBDCS系統組態語言對水泥磨粉磨過程優化控 制進行控制組態，採集磨機1倉料位信號、磨機2倉料位信號、磨機電流信號、 選粉機電流信號、磨尾提升機電流信號、磨機出入口壓差信號、選粉機轉速信 號、前後軸瓦油溫信號和回料量信號，控制餵料量(通過轉子定量餵料秤)、 選粉機轉速和弓I風機擋板開度。首先粉磨過程的先進控制模塊獲取粉磨過程歷史數據與實時數據，數據
包括磨機l倉料位信號(範圍0-100%)、磨機2倉料位信號(範圍0-100%)、 磨機電流信號(0-130A)、選粉機電流信號(0-280A)、磨尾提升機電流信號 (0-IOOA)、磨機出入口壓差信號(0-6000Pa)、選粉機轉速信號(0-1440轉/ 分)、前後軸瓦油溫信號(0-60°C )、回料量信號(0-300t/h)、餵料量信號(0-100 t/h)，引風機擋板開度信號(0-100%)。
粉磨過程的先進控制模塊進行料位與各倉料位分布進行優化，得到1倉 最佳料位78%， 2倉最佳料位80%;對循環負荷進行優化，得到最佳循環負荷 183t/h;對物料流速進行優化，得到對應最佳提速機電流86A;對通風量進行 優化得到最佳出入口壓差5200Pa，對應最大磨機臺時產量77t/h，此時的水泥 出磨細度2. 8±0. 2。
依據採集到的磨機1倉料位信號、磨機2倉料位信號、磨機電流信號、 選粉機電流信號、磨尾提升機電流信號、磨機出入口壓差信號、選粉機轉速信 號、前後軸瓦油溫信號、回料量信號、餵料量信號，引風機擋板開度信號，粉 磨過程先進控制模塊給出粉磨過程故障診斷與安全評估信息，包括磨機內是否 存在異常，通常有襯板脫落、隔倉板杜塞、"包球"、滿磨、斷料、軸瓦超溫等 報警信息。
依據採集到的磨機1倉料位信號、磨機2倉料位信號、磨機電流信號、 選粉機電流信號、磨尾提升機電流信號、磨機出入口壓差信號、選粉機轉速信 號、前後軸瓦油溫信號、回料量信號、餵料量信號，引風機擋板開度信號，粉 磨過程先進控制模塊給出粉磨過程運行評價與操作建議信息，包括1倉鋼球偏 多或偏少，2倉鋼球偏多或偏少；各班次運行結果對比，並給出相應的建議。 鋼球添加量按照建議添加最大直徑鋼球16噸;當各班次時產偏差超過1噸， 或與平均時產偏差超過1噸，建議優化投入運行，以保證粉磨系統最優運行。
依據優化結果最佳料位1倉最佳料位78%， 2倉最佳料位80%;最佳循環負荷183t/h;最佳提速機電流86A;最佳出入口壓差5200Pa，對應最大磨 機臺時產量77t/h，採用解耦控制算法得到此時的控制輸出餵料量為77士3t/h; 選粉機轉速為874±100轉/分；引風機擋板開度66±2%。
系統運行後，水泥產量從原來71t/h提高到77t/h，增產8.5%，降低粉 磨單耗7.8%，細度合格率由原來的80%提高到100%，細度的波動從原來土1.5 降低到±0.2，磨機連續經濟穩定運行，磨機始終能在保證細度指標的前提下， 運行在最大產量狀態；在運行過程中控制了鋼球和物料的比例穩定，從而使得 產品細度穩定、均勻性得到改善，保證質量、提高產量，改善了粉塵汙染和噪 聲汙染有所，降低水泥廠生產過程電耗，提高經濟效益具有十分重要的意義； 同時，防止空磨及滿磨，減輕運行、勞動強度，減少維護費用，改善工作環境， 具有顯著的經濟效益和良好的社會效益。
權利要求
1、一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特徵包括下述步驟1)、粉磨過程的先進控制模塊獲取粉磨過程歷史數據與實時數據；2)、粉磨過程的先進控制模塊通過獲取的粉磨過程歷史數據與實時數據進行料位與各倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進行優化，對通風量進行優化，並得出最佳料位與各倉料位分布設定，最佳循環負荷設定，最佳物料流速設定和最佳通風量設定；3)、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程故障診斷與安全評估信息；4)、粉磨過程的先進控制模塊給出粉磨過程運行評價與操作建議信息；5)、以料位與各倉料位分布設定、循環負荷設定、物料流速設定和通風量設定為目標，採用多變量解耦控制，得到控制輸出-餵料量、選粉機轉速和通風量的風機轉速或風量擋板開度。
2、 根據權利要求1所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特徵在 於粉磨過程的先進控制模塊具有目標優化功能，粉磨過程優化分為靜態優化與 動態優化兩種方式，其粉磨過程靜態優化方式通過獲取粉磨過程運行參數構建 粉磨過程優化模型，並根據運行數據不斷對模型進行更新，根據粉磨過程優化 模型和運行狀態進行粉磨過程優化；粉磨過程動態優化方式在粉磨過程運行時通過施加擾動，根據結果確定優化方向，根據最佳目標函數對最佳運行狀態進 行搜索，粉磨過程優化目標的選擇可以根據實際需要來確定。
3、 根據權利要求1所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特徵在 於所述料位與各倉料位分布進行優化，對循環負荷進行優化，對物料流速進行 優化，對通風量進行優化可以選擇其中一個、兩個或兩個以上，所得到的最佳 料位與各倉料位分布設定，最佳循環負荷設定，最佳物料流速設定和最佳通風 量設定，相應為其中一個、兩個或兩個以上。
4、 根據權利要求1所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特徵在於粉磨過程的先進控制模塊具有運行評價與操作建議功能，運行評價與操作建 議給出當前操作運行評價，並對粉磨過程的運行給出建議，其建議是指鋼球、 鋼鍛添加，最佳的選粉機轉速。、、 -
5、根據權利要求1所述的一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，其特徵在 於粉磨過程的先進控制模塊具有故障診斷與安全評估功能， 一方面能夠對粉磨 過程故障進行診斷，包括實時故障診斷，其故障診斷包括斷料、堵料、磨機內 異常；根據運行數據對整個粉磨過程運行的安全性進行評估，並給出安全評價 結果。
全文摘要
本發明公開了一種水泥廠粉磨過程優化控制方法，該方法通過採集粉磨過程信號，以先進控制為核心，實現了料位與料位分布自動控制、循環負荷自動控制和通風量自動控制，並實現了磨內各倉料位優化、物料流速優化、循環負荷優化和通風量優化，輸出控制餵料量、選粉機轉速和風機轉速。本發明對粉磨過程進行了整體優化，實現了粉磨過程最大時產運行或最低粉磨單耗運行。同時，對粉磨過程的故障進行診斷，對粉磨過程的安全性進行評估，對粉磨過程運行進行了評價與分析，對粉磨過程的操作給出合理建議，保證了粉磨過程連續、穩定、安全、經濟運行，廣泛應用於水泥廠粉磨過程或其它行業工藝相似粉磨過程。
文檔編號B02C25/00GK101318158SQ200810017719
公開日2008年12月10日 申請日期2008年3月17日 優先權日2008年3月17日
發明者張相利, 偉 陳 申請人:西安艾貝爾科技發展有限公司