水泥粉磨加工中如何優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)
水泥粉磨加工中如何優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)?
??水泥磨是水泥生產過程中的關鍵設備，能耗高，磨損大，水泥磨的自動化控制水平直接影響著水泥產品的質量、產量以及能耗。然而對于復雜的水泥磨控制系統(tǒng)，由于水泥磨本身具有的大時滯、多約束、多變量以及變量間的強耦合性等特點，準確的數(shù)學模型難以建立，控制精度難以保證。隨著計算機技術和控制理論的不斷發(fā)展，以PID控制為基本原理的自適應PID、模糊PID等不斷成熟，為水泥磨系統(tǒng)控制注入了新的活力。
??目前我國水泥廠采用的自動配料系統(tǒng)實現(xiàn)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，但在質量控制及產量方面存在如下問題：憑借操作工人經驗控制喂料量，產量調整主要依賴定時化驗結果進行，造成調節(jié)滯后；調節(jié)滯后容易造成細度（或比表面積）波動；沒有準確有效的磨機料位測量手段，無法判斷磨機內的料位及變化；難以在質量合格前提下實現(xiàn)產量及穩(wěn)定，因而粉磨過程電耗偏高；當磨機內物料過多時容易形成飽磨，會導致跑粉、磨內溫度增高、水泥細度跑粗等問題；當磨機內物料過少時，會造成鋼球、襯板磨損增大，產量急劇減少等問題。
??“水泥粉磨過程優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)”以安全經濟運行為目標，針對粉磨過程的運行特點，采用自尋優(yōu)、自適應等先進控制算法與常規(guī)控制算法相結合的控制策略，實現(xiàn)粉磨過程自動控制，保證了粉磨過程安全、連續(xù)、經濟、穩(wěn)定運行。適用于水泥廠生料粉磨過程和水泥粉磨過程。
??通過噪聲傳感器檢測磨機噪聲信號，經變送器處理后得到能夠準確反映磨機內存料量的標準信號，從而實現(xiàn)磨機內料位的準確測量；控制磨機喂料總量、磨內通風量、選粉機轉速等，調節(jié)磨機內物料量、物料流速和循環(huán)負荷，并對磨機內料位、物料流動速度和循環(huán)負荷進行優(yōu)化，保證磨機始終能在保證細度指標的前提下運行在狀態(tài)；粉磨過程狀態(tài)的穩(wěn)定，能夠使得產品細度穩(wěn)定、均勻性得到改善，保證質量、提高產量，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，控制系統(tǒng)投入后，能夠防止空磨及飽磨，減輕運行、勞動強度，減少維護費用，改善工作環(huán)境，具有顯著的經濟效益和良好的社會效益。
??2 水泥磨優(yōu)化控制原理
??2.1磨機內存料量測量
??磨機內鋼球、鋼段和襯板相互碰撞產生噪聲，磨機噪聲隨著磨機內料位（存料量）的變化而變化。在磨機料位低小時，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產生的噪聲大；在磨機料位增高時，因為物料的不斷填充，鋼球、鋼段和襯板碰撞的幾率減小、能量變小，產生的噪聲也減小。因而，用噪聲傳感器采集磨機噪聲信號，經由變送器對現(xiàn)場采集信號進行分析與處理，就可以檢測到磨機料位的大小和變化。
??經過在不同水泥廠、不同型號磨機上的實際應用，噪聲傳感器與料位變送器能夠準確、靈敏地測量磨機內存料量多少和存料量實際變化，而且通風量、原料品質的變化、原料的干濕對測量結果的影響都很小。磨機內料位的準確測量為整個粉磨過程的自動控制奠定了基礎。
??2.2料位優(yōu)化控制
??在一定工況下，磨機料位--產量特性曲線如圖1所示。從曲線可以看出，磨機的產量并不存料量的增加而持續(xù)增大，實際上磨機存在產量料位點，即工作點。雖然磨機的料位-產量特性曲線存在著極值特性，但是其無法用公式表達，而且會隨外界因素（例如物料、工況、機械磨損等）的變化而變化，特性曲線會發(fā)生漂移，但仍存在工作點。根據(jù)粉磨過程運行存在產量這一特性，采用優(yōu)化控制算法，對磨機的料位點進行搜索，以找到產量為方向，逐漸向料位點靠近。優(yōu)化控制屬于控制的上層，對下層控制回路的操作目標值進行設定，以保證系統(tǒng)運行在狀態(tài)。
??針對磨機大慣性、純滯后、參數(shù)時變的特點，采用自尋優(yōu)、自適應和智能PI控制相結合的控制策略，控制框圖如圖2所示。智能PI控制算法能夠保證穩(wěn)定工況下磨機料位的穩(wěn)定，并有較好動態(tài)和靜態(tài)控制性能；在粉磨過程工況發(fā)生變化時，對象參數(shù)隨之改變，采用自適應控制算法使得常規(guī)控制器參數(shù)能夠自動適應對象模型的變化，保證粉磨系統(tǒng)在工況變化時的控制性能。
??2.3物料流速與循環(huán)負荷控制
??物料在磨機內的停留時間主要由物料的流動速度來決定，停留時間過長容易造成過磨，停留時間過短容易造成細度或比表面積不合格，導致產品不合格或經選粉機后再次進入磨機進行二次或多次研磨。循環(huán)負荷同樣對磨機產量、質量有至關重要的作用，過大或過小的循環(huán)負荷都會導致磨機產量下降。物料流速依靠料位、料位分布及磨內通風進行控制；循環(huán)負荷通過物料流速、選粉機轉速進行控制。
??3 水泥磨優(yōu)化控制系統(tǒng)的應用
??3.1項目背景
??北京市琉璃河水泥有限公司2#水泥磨為閉路磨，磨機規(guī)格為￠4.2×11米，控制采用北京和利時控制系統(tǒng)公司的MACS分布式控制系統(tǒng)（DCS），水泥磨的設計產量為90-110T/h，目前42.5#水泥的實際產量為90-100T/h，水泥磨單耗40KWh/T。DCS系統(tǒng)可以為每套粉磨系統(tǒng)提供一組AI點（0-20mA信號）。在實現(xiàn)磨機內物料量的準確測量的基礎上，結合現(xiàn)有運行參數(shù)，自動控制磨機喂料量；根據(jù)比表質量調節(jié)選粉機轉速；在水泥磨喂料、排風機、選粉機、磨機、提升機電流故障情況能夠進行自動處理，在保證質量的前提下，保證水泥磨自動、穩(wěn)定、經濟運行。
??3.2系統(tǒng)構成
??針對DCS系統(tǒng)的水泥廠粉磨過程優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)構成如圖4所示。新增CMOCS站（內置兩塊網卡），CMOCS上運行ifix組態(tài)軟件，ifix作為OPC 服務器運行，服務區(qū)A、B訪問CMOCS 中的ifix OPC服務器。硬件配置如表1所示。
桂林鴻程是專業(yè)的水泥磨粉機廠家，HLM系列立式磨粉機是桂林鴻程通過學習引進國外先進技術，經歷二十多年潛心研究開發(fā)出的一款高效節(jié)能、烘干兼磨粉功能的系列化先進粉磨設備。
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