CN101318158A - 一种水泥厂粉磨过程优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，该方法通过采集粉磨过程信号，以先进控制为核心，实现了料位与料位分布自动控制、循环负荷自动控制和通风量自动控制，并实现了磨内各仓料位优化、物料流速优化、循环负荷优化和通风量优化，输出控制喂料量、选粉机转速和风机转速。本发明对粉磨过程进行了整体优化，实现了粉磨过程最大时产运行或最低粉磨单耗运行。同时，对粉磨过程的故障进行诊断，对粉磨过程的安全性进行评估，对粉磨过程运行进行了评价与分析，对粉磨过程的操作给出合理建议，保证了粉磨过程连续、稳定、安全、经济运行，广泛应用于水泥厂粉磨过程或其它行业工艺相似粉磨过程。

Description

一种水泥厂粉磨过程优化控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及水泥厂粉磨过程优化控制方法。

背景技术

水泥生产过程需要控制产品的化学成分(钙、铁、硫等的含量)、控制产品的细度(或比表面积)，同时在满足质量的要求下提高粉磨生产过程的产量。

目前我国水泥厂采用的微机配料***实现了对各路物料下料比例的控制，使生产过程中化学成份达到合格的要求。但存在进行细度控制时，主要依靠操作工人经验控制喂料量，难以在质量合格的条件下达到产量最大化的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对水泥厂粉磨过程，以连续、稳定、安全、经济运行为目标，结构合理，操作、维护方便、运行可靠的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法。

为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案是这样解决的：

一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特殊之处包括下述步骤：

1)、粉磨过程的先进控制模块获取粉磨过程历史数据与实时数据；

2)、粉磨过程的先进控制模块通过获取的粉磨过程历史数据与实时数据进行料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化，并得出最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定；

3)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程故障诊断与安全评估信息；

4)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程运行评价与操作建议信息；

5)、以料位与各仓料位分布设定、循环负荷设定、物料流速设定和通风量设定为目标，采用多变量解耦控制，得到控制输出-喂料量、选粉机转速和通风量的风机转速或风量挡板开度。

所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特殊之处在于粉磨过程先进控制模块具有目标优化功能，粉磨过程优化分为静态优化与动态优化两种方式，其粉磨过程静态优化方式通过获取粉磨过程运行参数构建粉磨过程优化模型，并根据运行数据不断对模型进行更新，根据粉磨过程优化模型和运行状态进行粉磨过程优化；粉磨过程动态优化方式在粉磨过程运行时通过施加扰动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最佳运行状态进行搜索，粉磨过程优化目标的选择可以根据实际需要来确定。

所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特殊之处在于所述料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化可以选择其中一个、两个或连个以上，所得到的最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定，相应为其中一个、两个或连个以上。

所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特殊之处在于粉磨过程先进控制模块具有运行评价与操作建议功能，运行评价与操作建议给出当前操作运行评价，并对粉磨过程的运行给出建议，其建议是指钢球、钢锻添加，最佳的选粉机转速。

所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特殊之处在于粉磨过程先进控制模块具有故障诊断与安全评估功能，一方面能够对粉磨过程故障进行诊断，包括实时故障诊断，其故障诊断包括断料、堵料、磨机内异常；根据运行数据对整个粉磨过程运行的安全性进行评估，给出安全评价结果。

本发明与现有技术相比，随着水泥厂生产过程中对自动化水平要求的提高、运行经济性要求的提高和运行安全要求的提高，为了解决现有问题，根本出路在于提高粉磨***的自动化水平，实施自动化改造，以安全经济运行为目标，针对粉磨***的运行特点，先进控制算法与常规控制算法相结合的控制策略，保证了粉磨统连续经济稳定运行，保证了磨机始终能在保证细度指标的前提下，运行在最大产量状态；在运行过程中控制了钢球和物料的比例稳定，从而就使得产品细度稳定、均匀性得到改善，使粉尘污染和噪声污染有所改善，对水泥厂生产过程降低电耗，提高经济效益具有十分重要的意义；同时，可有效降低磨体震动，防止空磨及满磨，减轻运行、劳动强度，减少维护费用，改善工作环境，实现了整个粉磨过程的自动控制，并对整个粉磨过程进行优化，具有结构合理，操作方便，节能降耗的优点。一方面能够提高磨机台时产量，提高出磨产品质量；另一方面能够保证粉磨过程的连续、稳定、安全、经济运行；本发明的应用还能减轻运行人员劳动强度，降低粉磨过程维护量，广泛用于水泥生产行业或其它行业工艺相似粉磨过程。

本发明具有以下特点：

●能够适应各种类型粉磨过程。

●能够给出切合实际的粉磨过程优化控制方案。

●保证粉磨过程连续稳定运行。

●能够跟踪预定目标最优点运行。

●保证粉磨过程安全经济运行。

●能够指导操作运行。

本发明所能达到的技术指标如下：

●提高台时产量：≥6％

●降低粉磨单耗：≥5％

●降低钢球衬板消耗：≥8％

●自动投入率：≥95％

●完全杜绝饱磨、空磨。

附图说明

图1为粉磨过程优化控制结构框图；

图2为粉磨过程动态优化流程图；

图3为粉磨过程料位设定值动态优化流程图；

图4为粉磨过程测点与控制点示意图；

图5为粉磨过程优化控制框图。

具体实施方式

附图为本发明的实施例。

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

参照图1所示，为粉磨过程优化控制结构框图，描述了一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，包括下述步骤：

1)、粉磨过程的先进控制模块获取粉磨过程历史数据与实时数据；

2)、粉磨过程的先进控制模块通过获取的粉磨过程历史数据与实时数据进行料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化，并得出最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定；

3)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程故障诊断与安全评估信息；

4)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程运行评价与操作建议信息；

5)、以料位与各仓料位分布设定、循环负荷设定、物料流速设定和通风量设定为目标，采用多变量解耦控制，得到控制输出——喂料量、选粉机转速和通风量的风机转速或风量挡板开度。

粉磨过程的先进控制模块具有目标优化功能，粉磨过程优化分为静态优化与动态优化两种方式，其粉磨过程静态优化方式通过获取粉磨过程运行参数构建粉磨过程优化模型，并根据运行数据不断对模型进行更新，根据粉磨过程优化模型和运行状态进行粉磨过程优化；粉磨过程动态优化方式在粉磨过程运行时通过施加扰动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最佳运行状态进行搜索，粉磨过程优化目标的选择可以根据实际需要来确定。

所述料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化可以选择其中一个、两个或两个以上，所得到的最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定，相应为其中一个、两个或两个以上。

粉磨过程的先进控制模块具有运行评价与操作建议功能，运行评价与操作建议给出当前操作运行评价，并对粉磨过程的运行给出建议，其建议是指钢球、钢锻添加，最佳的选粉机转速。

粉磨过程的先进控制模块具有故障诊断与安全评估功能，一方面能够对粉磨过程故障进行诊断，包括实时故障诊断，其故障诊断包括断料、堵料、磨机内异常；根据运行数据对整个粉磨过程运行的安全性进行评估，并给出安全评价结果。

图2所示为粉磨过程动态优化流程图，在动态优化开始时，记录此时的优化目标值，可以选择台时产量最大或粉磨单耗最小，首先进行料位与料位分布优化，在料位优化结束后进入循环负荷优化，在循环负荷优化结束后进入物料流速优化，在物料流速优化结束后进入通风量优化，在物料流速优化结束后，获得此时的运行状态：料位与料位分布、循环负荷、物料流速和通风量，比较此状态下的优化目标值与本轮优化前的优化目标值，如果偏差大于设定偏差，进入下一轮优化，如果偏差小于设定偏差优化结束，记录此时的运行状态，即料位与料位分布、循环负荷、物料流速和通风量为最佳运行状态，各运行值为粉磨过程控制最佳设定值。

料位既物料在磨机筒体内的高度，表征磨机内物料的多少；料位分布即各仓料位。磨机内的物料多少与研磨效率存在直接关系，当磨机内物料较少时，研磨成合格细度成品较少，既磨机台时产量较小；极限情况，当磨机内被物料所充斥时，物料得不到研磨，形成满磨，磨机台时产量几乎为零，因而存在对应对最大台时产量的最佳料位。水泥厂磨机大多为多仓磨，前仓物料经过隔仓板筛选后的物料进入下一仓研磨，因而各个仓存在最佳料位，形成最佳料位分布。

对于闭路磨(亦称闭流磨)，不合格的磨机出料经过选粉机筛选后重新回到磨机入料口，再次进入磨机研磨，这部分回料即循环负荷。循环负荷能够延长物料的研磨时常(一般无料在磨机内停留的时间愈长，研磨的细度越小)，同时因为选粉机的存在，能够有效降低过磨(物料研磨的细度已经达到要求指标后，继续研磨既过磨)，当过磨存在时，粉磨过程的能耗势必较高，所以存在最佳循环负荷。

物料流速，即物料在磨机内的流动速度。物料从进入磨机开始，到从磨机出口流出，会在磨机内停留一段时间，一般物料在磨机内停留的时间愈长，研磨的细度越小，停留时间愈短，研磨的细度越大。物料流速与物料在磨机内停留的时间成反比。无论对开路磨或闭路磨都会直接影响其产品细度和产量，因而存在最佳物料速度，最佳物料速度即保证质量又能达到产量最大。

磨机内的通风量，一方面能够降低磨机内物料温度，防止“包球”现象的出现，另一方面能够将磨机内的细粉带出防止过磨，因而磨机内的通风量即影响粉磨过程的稳定、安全运行，又对粉磨过程产量有一定影响，同样存在最佳值。

图3所示为粉磨过程料位设定值动态优化流程图，在料位设定值动态优化开始时，记录此时的优化目标值，可以选择台时产量最大或粉磨单耗最小，修改料位与料位分布设定值，根据新的料位与料位分布设定值进行料位控制，判断粉磨***是否达到稳定，在粉磨***达到稳定后，得到此时的了料位与料位分布状态下的优化目标值，比较此状态下的优化目标值与本轮优化前的优化目标值，如果偏差大于设定偏差，进入下一轮优化，如果偏差小于设定偏差优化结束，记录此时的料位与料位分布值，即为最佳料位与料位分布设定值。

对循环负荷优化、物料流速优化和通风量优化采用与料位及料位分布优化同样的方法进行。

图4所示为粉磨过程测点与控制点示意图，图中为闭路粉磨过程，包括入料、磨机(为多仓磨)、出料提升机、选粉机，另外还包括主电机和磨机内通风风机，如果为开路磨则省去选粉机。测点布置有：喂料量、各仓料位、电机电流、电机功率、出口风压、提升机电流、选粉机转速、回粉量。控制点包括：喂料控制点、风量控制点和选粉机转速控制点。

各仓料位能够反映料位分布；电机电流在空磨时用来分析磨机内钢球、钢锻装载量，在运行时辅助分析磨机料位；提升机电流用来表征物料流速；回粉反应循环负荷；出口风压反映通风量。

图5所示为粉磨过程优化控制框图，由左至右，首先选择优化目标：台产最大(用喂料量表征)或制粉单耗最小(用喂料量除以电机功率来表征)，根据优化目标对粉磨过程的状态量进行优化，得到1仓料位设定、2仓料位设定、3仓料位设定、循环负荷设定(用回粉量表征)、物料流速设定(用提升机电流表征)、通风量设定(用磨机出口风压表征)；通过与1仓料位测量值、2仓料位测量值、3仓料位测量值、循环负荷测量值、物料流速测量值、通风量测量值进行比较得到各个量偏差；将各个量偏差与设定值输入多变量解耦控制器中，经过多变量解耦控制后得到控制输出——喂料量、选粉机转速和风机转速控制量。

综上所述，因为粉磨过程的控制方式有计算机集中控制方式、PLC控制方式和DCS控制方式，针对具体控制方式选择控制算法的实现方式，针对计算机集中控制方式采用在计算机上实现的方式，可以对现有软件改造或新软件与现有软件数据动态共享；针对PLC控制方式，基本控制在PLC控制器上实现，先进控制在上位机上实现；针对DCS控制方式，控制算法借助DCS控制平台实现，先进控制部分也可以通过通信方式在独立优化站上实现。

水泥厂粉磨过程存在开路磨、闭路磨，磨机分为尾卸式、中卸式磨机，工艺有干法或湿法，对于其他工艺流程可以在现有算法理论基础上来实现。例如中卸式，可以通过料位最佳控制原理控制两仓物料量，对于湿法生产根据入磨物料量，控制入料水流量。

对于其他与水泥厂粉磨过程相似的金属矿、非金属矿粉磨过程，以磨机作为核心设备的生产流程，本发明同样有效。

最后，还需注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均认为是本发明的保护范围。

实施例

某水泥厂水泥磨粉磨类型为闭路磨，磨机规格为：3.2m×13m，两仓磨，设计出力为60t/h，最大装球量为133吨，磨头配有辊压打散***。其粉磨生产过程工艺流程为：配比好的物料经过提升机被输送到辊压机前端40t小料仓，物料经辊压机挤压并被提升至打散机，经过打散后的物料有两个流向，粗些的物料被传输设备送到40t小料仓，合适物料进入磨头仓，经转子定量喂料秤送到磨机进行研磨；出磨成品水泥经过选粉机进行粗粉分离和除尘流程，细度合格的成品被送到水泥库，不合格的被送到水泥磨进行再研磨。

由于该水泥磨已经通过ABB DCS***实现了配料***，且在已配物料的小料仓后，辊压机末端配有物料打散设备，转子定量喂料秤用于控制入磨物料总量，即台时产量。所以利用ABB DCS***组态语言对水泥磨粉磨过程优化控制进行控制组态，采集磨机1仓料位信号、磨机2仓料位信号、磨机电流信号、选粉机电流信号、磨尾提升机电流信号、磨机出入口压差信号、选粉机转速信号、前后轴瓦油温信号和回料量信号，控制喂料量(通过转子定量喂料秤)、选粉机转速和引风机挡板开度。

首先粉磨过程的先进控制模块获取粉磨过程历史数据与实时数据，数据包括：磨机1仓料位信号(范围0-100％)、磨机2仓料位信号(范围0-100％)、磨机电流信号(0-130A)、选粉机电流信号(0-280A)、磨尾提升机电流信号(0-100A)、磨机出入口压差信号(0-6000Pa)、选粉机转速信号(0-1440转/分)、前后轴瓦油温信号(0-60℃)、回料量信号(0-300t/h)、喂料量信号(0-100t/h)，引风机挡板开度信号(0-100％)。

粉磨过程的先进控制模块进行料位与各仓料位分布进行优化，得到1仓最佳料位78％，2仓最佳料位80％；对循环负荷进行优化，得到最佳循环负荷183t/h；对物料流速进行优化，得到对应最佳提速机电流86A；对通风量进行优化得到最佳出入口压差5200Pa，对应最大磨机台时产量77t/h，此时的水泥出磨细度2.8±0.2。

依据采集到的磨机1仓料位信号、磨机2仓料位信号、磨机电流信号、选粉机电流信号、磨尾提升机电流信号、磨机出入口压差信号、选粉机转速信号、前后轴瓦油温信号、回料量信号、喂料量信号，引风机挡板开度信号，粉磨过程先进控制模块给出粉磨过程故障诊断与安全评估信息，包括磨机内是否存在异常，通常有衬板脱落、隔仓板杜塞、“包球”、满磨、断料、轴瓦超温等报警信息。

依据采集到的磨机1仓料位信号、磨机2仓料位信号、磨机电流信号、选粉机电流信号、磨尾提升机电流信号、磨机出入口压差信号、选粉机转速信号、前后轴瓦油温信号、回料量信号、喂料量信号，引风机挡板开度信号，粉磨过程先进控制模块给出粉磨过程运行评价与操作建议信息，包括1仓钢球偏多或偏少，2仓钢球偏多或偏少；各班次运行结果对比，并给出相应的建议。钢球添加量按照建议添加最大直径钢球16吨；当各班次时产偏差超过1吨，或与平均时产偏差超过1吨，建议优化投入运行，以保证粉磨***最优运行。

依据优化结果：最佳料位：1仓最佳料位78％，2仓最佳料位80％；最佳循环负荷183t/h；最佳提速机电流86A；最佳出入口压差5200Pa，对应最大磨机台时产量77t/h，采用解耦控制算法得到此时的控制输出喂料量为77±3t/h；选粉机转速为874±100转/分；引风机挡板开度66±2％。

***运行后，水泥产量从原来71t/h提高到77t/h，增产8.5％，降低粉磨单耗7.8％，细度合格率由原来的80％提高到100％，细度的波动从原来±1.5降低到±0.2，磨机连续经济稳定运行，磨机始终能在保证细度指标的前提下，运行在最大产量状态；在运行过程中控制了钢球和物料的比例稳定，从而使得产品细度稳定、均匀性得到改善，保证质量、提高产量，改善了粉尘污染和噪声污染有所，降低水泥厂生产过程电耗，提高经济效益具有十分重要的意义；同时，防止空磨及满磨，减轻运行、劳动强度，减少维护费用，改善工作环境，具有显著的经济效益和良好的社会效益。

Claims (5)

1、一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特征包括下述步骤：

1)、粉磨过程的先进控制模块获取粉磨过程历史数据与实时数据；

2)、粉磨过程的先进控制模块通过获取的粉磨过程历史数据与实时数据进行料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化，并得出最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定；

3)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程故障诊断与安全评估信息；

4)、粉磨过程的先进控制模块给出粉磨过程运行评价与操作建议信息；

5)、以料位与各仓料位分布设定、循环负荷设定、物料流速设定和通风量设定为目标，采用多变量解耦控制，得到控制输出-喂料量、选粉机转速和通风量的风机转速或风量挡板开度。

2、根据权利要求1所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特征在于粉磨过程的先进控制模块具有目标优化功能，粉磨过程优化分为静态优化与动态优化两种方式，其粉磨过程静态优化方式通过获取粉磨过程运行参数构建粉磨过程优化模型，并根据运行数据不断对模型进行更新，根据粉磨过程优化模型和运行状态进行粉磨过程优化；粉磨过程动态优化方式在粉磨过程运行时通过施加扰动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最佳运行状态进行搜索，粉磨过程优化目标的选择可以根据实际需要来确定。

3、根据权利要求1所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特征在于所述料位与各仓料位分布进行优化，对循环负荷进行优化，对物料流速进行优化，对通风量进行优化可以选择其中一个、两个或两个以上，所得到的最佳料位与各仓料位分布设定，最佳循环负荷设定，最佳物料流速设定和最佳通风量设定，相应为其中一个、两个或两个以上。

4、根据权利要求1所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特征在于粉磨过程的先进控制模块具有运行评价与操作建议功能，运行评价与操作建议给出当前操作运行评价，并对粉磨过程的运行给出建议，其建议是指钢球、钢锻添加，最佳的选粉机转速。

5、根据权利要求1所述的一种水泥厂粉磨过程优化控制方法，其特征在于粉磨过程的先进控制模块具有故障诊断与安全评估功能，一方面能够对粉磨过程故障进行诊断，包括实时故障诊断，其故障诊断包括断料、堵料、磨机内异常；根据运行数据对整个粉磨过程运行的安全性进行评估，并给出安全评价结果。

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