《水泥厂磨机负荷优化控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水泥厂磨机负荷优化控制系统（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、水泥厂磨机负荷优化水泥厂磨机负荷优化控制系统控制系统一、概述l磨机是水泥厂主要的生产设备之一，同磨机是水泥厂主要的生产设备之一，同时也是主要的电能消耗设备。它的稳定时也是主要的电能消耗设备。它的稳定运行直接影响到水泥产品的质量，它的运行直接影响到水泥产品的质量，它的经济运行直接影响到整个水泥生产的效经济运行直接影响到整个水泥生产的效率。率。l由于磨机系统是一个大惯性、纯滞后、由于磨机系统是一个大惯性、纯滞后、时变的控制对象，磨机的控制便成为众时变的控制对象，磨机的控制便成为众多科研机构一个长期研究的课题。多科研机构一个长期研究的课题。二、我国水泥企业球磨机运行现状l目前，球磨机在我国水泥企业中
2、广泛应目前，球磨机在我国水泥企业中广泛应用，大部分磨机是通过操作人员根据磨用，大部分磨机是通过操作人员根据磨音判断磨机运行情况后通过手动调整给音判断磨机运行情况后通过手动调整给料量来进行磨机负荷控制；一部分企业料量来进行磨机负荷控制；一部分企业利用利用DCSDCS系统进行生产管理，但磨机部分系统进行生产管理，但磨机部分仍由人工手动控制。仍由人工手动控制。l由于依赖人为经验进行判断，加之人工由于依赖人为经验进行判断，加之人工控制的随意性，通常无法使磨机运行在控制的随意性，通常无法使磨机运行在 一个高效、稳定的状态下，一个高效、稳定的状态下，致使磨机出致使磨机出力低，生产运行不经济，产品质量不稳力
3、低，生产运行不经济，产品质量不稳定，难以实现稳产、高产。定，难以实现稳产、高产。三、造成这种现象的原因l磨机是一个多变量藕合的复杂系统，其磨机是一个多变量藕合的复杂系统，其数学模型目前尚未建立。数学模型目前尚未建立。l磨机是一个大惯性、纯滞后、时变的系磨机是一个大惯性、纯滞后、时变的系统，对其有效的控制策略很少。统，对其有效的控制策略很少。四、我们的解决之道l西安交通大学历时西安交通大学历时十年十年之久，通过之久，通过十几十几位位专家教授和数届研究生的努力，在多专家教授和数届研究生的努力，在多种变量中，将对结果影响最大的变量种变量中，将对结果影响最大的变量磨机料位解藕出来。并采用磨机料位解藕出
4、来。并采用自寻优自寻优- -采采样样PIPI的控制策略，对磨机系统进行有效的控制策略，对磨机系统进行有效控制。从而解决了这一难题。控制。从而解决了这一难题。五、磨机的运行分析l长期的生产实践表明，在磨机的其它因长期的生产实践表明，在磨机的其它因素一定时素一定时( (钢球装载量一定、入磨料品质钢球装载量一定、入磨料品质一定等），磨机具有一个最佳的存料量，一定等），磨机具有一个最佳的存料量，当磨机运行在这个状态下时为最佳运行当磨机运行在这个状态下时为最佳运行状态。具体表现为磨机出力最大，电耗状态。具体表现为磨机出力最大，电耗最小，产品的各项质量指标也都达到最最小，产品的各项质量指标也都达到最佳值。
5、磨机的工作特性曲线如图佳值。磨机的工作特性曲线如图1 1所示：所示：图图1 1 磨机运行特性曲线磨机运行特性曲线通过分析表明 ：l对磨机的控制应当谋求使其能够稳定运对磨机的控制应当谋求使其能够稳定运行在最大处理点行在最大处理点f2f2附近。这时磨机出力附近。这时磨机出力最大、功率较小、电耗也最小。系统运最大、功率较小、电耗也最小。系统运行状况良好，产品品质最佳。行状况良好，产品品质最佳。六、负荷的检测l磨机内的存料量是一个比较难测的量，磨机内的存料量是一个比较难测的量，这也是长期以来水泥厂磨机负荷控制一这也是长期以来水泥厂磨机负荷控制一直未能在生产实际中成功应用的主要原直未能在生产实际中成功应
6、用的主要原因之一。因此，能否找到一种可以及时、因之一。因此，能否找到一种可以及时、准确地反映磨机负荷（存料量）变化的准确地反映磨机负荷（存料量）变化的信号便成为磨机负荷控制中首先要解决信号便成为磨机负荷控制中首先要解决的难点和关键技术。的难点和关键技术。在众多方案中，有两种方案较受关注l1 1、利用磨机的轴振动信号来反映磨机负、利用磨机的轴振动信号来反映磨机负荷的变化荷的变化l2 2、利用磨机噪音信号来反映磨机负荷的、利用磨机噪音信号来反映磨机负荷的变化变化1、利用磨机的轴振动信号来反映磨机负荷的变化l当磨机工作时，磨机内的各种碰撞会引当磨机工作时，磨机内的各种碰撞会引起磨机产生复杂的振动。振
7、动会沿着磨起磨机产生复杂的振动。振动会沿着磨机鼓筒金属壳体和磨机轴承传播开来。机鼓筒金属壳体和磨机轴承传播开来。我们在磨机轴承上可以检测出磨机鼓筒我们在磨机轴承上可以检测出磨机鼓筒振动的频率特性。磨机轴承振动的频率振动的频率特性。磨机轴承振动的频率包括包括3 3部分：轴承振动位移频谱特性、轴部分：轴承振动位移频谱特性、轴承振动速度频谱特性、轴承振动加速度承振动速度频谱特性、轴承振动加速度频谱特性。频谱特性。l实验表明：在磨机负荷变化时，轴承振实验表明：在磨机负荷变化时，轴承振动位移频谱特性始终不变，而轴承振动动位移频谱特性始终不变，而轴承振动垂直分量的加速度频谱特性比轴承振动垂直分量的加速度频
8、谱特性比轴承振动速度频谱特性反映更灵敏。由此看来，速度频谱特性反映更灵敏。由此看来，利用轴承振动垂直分量的加速度信号来利用轴承振动垂直分量的加速度信号来反映磨机负荷的变化是比较合适的。反映磨机负荷的变化是比较合适的。l据此，我们利用压电式加速度传感器和据此，我们利用压电式加速度传感器和专用的振动变送器组成了磨机轴振动检专用的振动变送器组成了磨机轴振动检测装置。这种装置基本上能有效反映磨测装置。这种装置基本上能有效反映磨机内存料量的大小。机内存料量的大小。这种装置的不足l在实际运行中发现：当磨机料位低于某在实际运行中发现：当磨机料位低于某一定值时，检测出来的料位信号可以比一定值时，检测出来的料位
9、信号可以比较真实地跟随磨机内存料量的变化。但较真实地跟随磨机内存料量的变化。但当存料量达到某一定值时，检测出来的当存料量达到某一定值时，检测出来的料位信号会发生一个突变。在物料比较料位信号会发生一个突变。在物料比较干燥时，这个突变会引起系统的激烈振干燥时，这个突变会引起系统的激烈振荡，使系统无法稳定工作。荡，使系统无法稳定工作。l这一问题目前无法解决这一问题目前无法解决。2、利用磨机噪音信号来反映磨机负荷的变化l磨机运行中，当磨机内的存料量较小时，磨机运行中，当磨机内的存料量较小时，因钢球之间的相互碰撞剧烈而发出的声因钢球之间的相互碰撞剧烈而发出的声音较大；反之，磨音较小。因此，我们音较大；反
10、之，磨音较小。因此，我们可以利用磨音的变化来反映磨机的负荷可以利用磨音的变化来反映磨机的负荷变化。根据这一原理人们发明了变化。根据这一原理人们发明了电耳电耳。电耳存在的问题l由于磨机工作环境中声音源十分复杂，电耳经常会因受到过度的干扰而无法正常工作。我们的突破l为了解决电耳存在的问题，西安交通大为了解决电耳存在的问题，西安交通大学汇集了声学、测量学、频谱学、电子学汇集了声学、测量学、频谱学、电子学等多学科科技人员，通过大量的频谱学等多学科科技人员，通过大量的频谱分析，利用先进的滤波技术，研制出了分析，利用先进的滤波技术，研制出了能够及时、准确地反映磨机内存料量变能够及时、准确地反映磨机内存料量
11、变化的化的磨音传感器磨音传感器和和磨音变送器磨音变送器。七、系统的控制策略lPIDPID控制是最早发展起来的控制策略之控制是最早发展起来的控制策略之 一，在工业生产过程控制中已有几十年一，在工业生产过程控制中已有几十年的使用历史。因此，曾有许多研究者试的使用历史。因此，曾有许多研究者试图将其应用于磨机负荷控制，但最终都图将其应用于磨机负荷控制，但最终都以失败而告终。造成失败的原因是由磨以失败而告终。造成失败的原因是由磨机系统的大惯性、纯滞后造成的。机系统的大惯性、纯滞后造成的。l对于大惯性、纯滞后的对象，比较成熟对于大惯性、纯滞后的对象，比较成熟的算法有的算法有SmithSmith预估控制算法
12、预估控制算法DalinDalin算法。算法。但这两种算法都因为需要知道被控对象但这两种算法都因为需要知道被控对象的数学模型而无法在磨机负荷控制系统的数学模型而无法在磨机负荷控制系统中应用。中应用。l经过多次尝试和充分论证后，我们选择经过多次尝试和充分论证后，我们选择了了采样采样PIPI的控制算法。的控制算法。采样PI控制原理l采样采样PIPI是近几年发展起来的一种改进型是近几年发展起来的一种改进型PIDPID算法。这种算法在每次改变调节器的算法。这种算法在每次改变调节器的输出量时，要等待一段足够长的时间，输出量时，要等待一段足够长的时间，让控制作用得到充分的反应后再决定下让控制作用得到充分的反
13、应后再决定下一步的动作。因此，这种算法可以有效一步的动作。因此，这种算法可以有效地消除纯滞后对系统调节品质的不良影地消除纯滞后对系统调节品质的不良影响。其控制原理如图响。其控制原理如图2 2所示：所示：图2 采样PI的控制原理采样PI控制参数选择的大致标准如下lT=L+（23）To T为采样周期lTs=T/10 Ts为控制时间l式中L被控对象的纯滞后时间 To被控对象惯性时间常数事实证明：采用采样PI控制算法具有调节速度快、超调小、系统稳定性高等优点八、系统的优化策略l磨机控制中的另外一个难题是磨机运行磨机控制中的另外一个难题是磨机运行特性受其它因素的变化（如钢球级配、特性受其它因素的变化（如
14、钢球级配、入磨粒度的变化）的影响很大。也就是入磨粒度的变化）的影响很大。也就是说，磨机的最佳工作点会因为外界因素说，磨机的最佳工作点会因为外界因素的变化而发生漂移。为了解决这一问题，的变化而发生漂移。为了解决这一问题，我们引进了我们引进了自寻优控制算法自寻优控制算法。自寻优控制的原理l当控制对象特性发生漂移时，自寻优控当控制对象特性发生漂移时，自寻优控制系统能够通过在运行中不断地测量而制系统能够通过在运行中不断地测量而自动察觉，并进行自动修正，使被控对自动察觉，并进行自动修正，使被控对象始终运行在一个最优的工作状态。象始终运行在一个最优的工作状态。l其工作过程如图其工作过程如图3 3所示：所示
15、：图3 自寻优控制的工作过程图4 自寻优控制结构九、该系统实现的功能九、该系统实现的功能 l适合于失重称、皮带称、核子称等各种配料系统 l使用补偿式下料，使配料更准确l可对原有的微机配料系统进行改造，也可提供集微机配料与负荷控制于一体的全新解决方案l可实现与DCS系统的无缝对接，也可自成系统 l可设置为手动或自动任一种工作方式可设置为手动或自动任一种工作方式l可工作于定值、跟踪或自寻优任一种工可工作于定值、跟踪或自寻优任一种工作模式作模式 l可对系统异常自动报警并进行报警记录可对系统异常自动报警并进行报警记录l可实现强大的信息管理功能（如：各种可实现强大的信息管理功能（如：各种报表的生成、存储
16、和打印；多种数据的报表的生成、存储和打印；多种数据的记录、存储和曲线显示等）记录、存储和曲线显示等）十、系统可实现的技术指标十、系统可实现的技术指标 l磨机产量提高磨机产量提高8%以上以上l磨机电耗降低磨机电耗降低8%以上以上l产品细度合格率提高产品细度合格率提高8%以上以上l还可以节约研磨体，提高设备运转率，还可以节约研磨体，提高设备运转率，使企业的综合效益大幅提高使企业的综合效益大幅提高 十一、效益分析十一、效益分析 l以一台时产量为以一台时产量为170吨吨/小时生料磨机为例：小时生料磨机为例：l改造前台时产量改造前台时产量170吨吨/小时，改造后提高小时，改造后提高 了了7% l改造后台
17、时产量的提高量为：改造后台时产量的提高量为：170*7%=11.9吨吨 l每每年年增增加加的的产产量量为为：11.9*24*328=93676.8吨吨（每每年年正正常常生生产产时间按时间按328天计）天计）l增增产产带带来来的的利利润润为为： 93676.8/1.45*45=2907211.1元元（生生料料到到熟熟料料的的转转化化率率按按1.45:1计计，利利润润按按45元元/吨吨计）计）l每年节约生产时间：93676.8/170=551.04小时l每年节约电能：551.04*4800=2644992度（整个磨机系统总负荷按4800千瓦计）l节电带来的效益为：2644992*0.4=10579
18、96.8元（电费按0.4元/度计）l两项合计：2907211.1+1057996.8=3965207.9元仅此两项，每年即可创造效益仅此两项，每年即可创造效益约约400万元。其它方面如：因万元。其它方面如：因产品质量的提高所带来的效益，产品质量的提高所带来的效益，研磨体（包括衬板和钢球等）研磨体（包括衬板和钢球等）的节约，检修时间的延长，人的节约，检修时间的延长，人力的节约等方面所带来的效益力的节约等方面所带来的效益尚未计算在内，熟练磨效益更尚未计算在内，熟练磨效益更高。高。 大量实际应用证明：该系统总体性能处于国内领先地位，在磨机负荷检测、控制策略和控制结构研究方面达到了国际先进水平。 九、磨机系统实施负荷优化控制的必要性l生产企业如果不能维持高额的利润就必须有较低的生产成本。否则，就很难在市场竞争中立于不败之地。为此，增产降耗就成为微利企业争相效仿的制胜法宝。l就国内众多水泥企业的磨机运行情况来看，磨机单耗、出磨细度和均匀度等指标都未达到最佳。因此，对水泥企业磨机系统实施负荷优化控制，对于企业提高产品质量，增产降耗，提高经济效益具有十分重要的意义。 谢 谢 大 家 ！联系信息： 苏州市新瑞奇节电科技有限公司 宋剑 电话：0512-66870499手机：13906206242邮箱：
