前言
本文主要解決目前水泥生產(chǎn)控制嚴(yán)重依賴中控操作員，大部分回路通過手動操作、部分回路波動過大等問題，在生產(chǎn)過程中主要通過人為經(jīng)驗(yàn)操作，存在操作人員操作經(jīng)驗(yàn)參差不齊、處理及時性差、操作方式不一等情況，還有對于運(yùn)行狀態(tài)的判斷依據(jù)不一，無法使粉磨工藝參數(shù)全時運(yùn)行在最佳狀態(tài)，最終通過應(yīng)用智能控制解決以上難題。
第一章 工藝流程
蘇州天山水泥工藝流程示意圖
蘇州天山水泥生產(chǎn)工藝流程配置為4.2*13M管磨機(jī)+180*120輥壓機(jī)+TS4500雙轉(zhuǎn)籠選粉機(jī)，首先將各原材料按照一定配比通過電子皮帶秤計(jì)量混合后送至配料提升機(jī),除鐵后進(jìn)入循環(huán)提升機(jī)，提升至V型選粉機(jī)進(jìn)行選粉，粗顆粒回恒重倉緩沖后進(jìn)入輥壓機(jī)中碾壓，碾壓擠碎后通過循環(huán)提升機(jī)帶至V型選粉機(jī)，V型選粉機(jī)粗選出的較細(xì)物料進(jìn)入TS4500選粉下轉(zhuǎn)籠初選，200um以上的顆粒通過下轉(zhuǎn)籠選粉后回恒重倉，小于200um的顆粒進(jìn)入TS4500選粉機(jī)上轉(zhuǎn)籠再次進(jìn)行選粉，合格品通過旋風(fēng)筒收集送入成品斜槽與磨機(jī)成品進(jìn)行混合，不合格品進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，球磨機(jī)粉磨后的物料通過出磨提升機(jī)提升至TS5000選粉機(jī)選粉,合格品通過系統(tǒng)風(fēng)機(jī)帶入收塵系統(tǒng)收集后進(jìn)入成品斜槽與TS4500成品混合，最終送入水泥庫作為水泥成品儲存，不合格品回球磨機(jī)進(jìn)行再次粉磨。
蘇州天山水泥廠區(qū)
第二章 關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新
1.基于大數(shù)據(jù)、人工智能、知識圖譜等信息技術(shù)，融合現(xiàn)場操作規(guī)則，開發(fā)了包含先進(jìn)控制技術(shù)、在線優(yōu)化技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的成熟智能控制系統(tǒng)。
2.解決了部分應(yīng)用在現(xiàn)場的系統(tǒng)對儀表精度過于依賴、工況適應(yīng)性不佳等難題，實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化系統(tǒng)可用率始終在90%以上。
3.創(chuàng)造性地在水泥生產(chǎn)過程中采用了“自尋優(yōu)”算法，結(jié)合機(jī)理模型、數(shù)據(jù)模型和專家經(jīng)驗(yàn)三者進(jìn)行變步長、變周期尋優(yōu)，使系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳工況，控制主界面如下圖：
第3章 智能控制方案
水泥磨智能控制系統(tǒng)基于RASO系統(tǒng)、水泥磨生產(chǎn)工藝以及資深操作專家的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了整體的智能控制思路，從而實(shí)現(xiàn)多變量之間的協(xié)調(diào)控制和全局優(yōu)化。具體包含以下幾個方面的控制單元，輥壓機(jī)負(fù)荷優(yōu)化控制單元、水泥磨負(fù)荷優(yōu)化控制單元、水泥質(zhì)量優(yōu)化控制單元等。通過對這些控制單元的協(xié)調(diào)，智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對整體水泥磨系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)化操作。
1 輥壓機(jī)負(fù)荷優(yōu)化控制單元
輥壓機(jī)負(fù)荷控制是根據(jù)輥壓機(jī)電流目標(biāo)值自動調(diào)節(jié)喂料擋板，以保證輥壓機(jī)電流在正常范圍內(nèi)。輥壓機(jī)電流反映輥壓機(jī)碾壓物料的多少，輥壓機(jī)電流不能過高。通過輥壓機(jī)喂料擋板自動控制穩(wěn)定輥壓機(jī)滾壓物料量，從而穩(wěn)定輥壓質(zhì)量和產(chǎn)量，并且保證輥壓機(jī)電流不超過設(shè)定限值。
控制示意圖如下：
2 水泥磨負(fù)荷優(yōu)化控制單元
干凈整潔的磨機(jī)車間
出磨提升機(jī)電流及穩(wěn)流倉倉重的平穩(wěn)控制是水泥磨平穩(wěn)生產(chǎn)的核心，但這兩個指標(biāo)存在較多的共同影響因素，單一的設(shè)定值有可能導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)上述回路的常規(guī)控制后，形成內(nèi)部持續(xù)波動，在此需要對兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)。同時，穩(wěn)流倉倉重控制的主要目的是使進(jìn)入喂料倉的物料與進(jìn)入輥壓機(jī)的物料達(dá)到一個相對平衡的狀態(tài)，以便輥壓機(jī)能夠工作在最佳狀態(tài)并且不會對輥壓機(jī)造成太大的沖擊，既可以使輥壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)、利用率提高，也可以延長其使用壽命。
控制示意圖如下：
3 水泥質(zhì)量優(yōu)化控制單元
水泥成品粒度是水泥質(zhì)量的核心指標(biāo)，主要依托在線粒度儀實(shí)時測量(或化驗(yàn)室數(shù)據(jù))的粒度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對選粉機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)的實(shí)時控制。粒度控制主要以先進(jìn)預(yù)測控制方法為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對選粉機(jī)進(jìn)行自動控制，控制框圖如下：
4 協(xié)調(diào)控制單元
出磨提升機(jī)電流以及喂料倉倉重的平穩(wěn)控制是水泥磨平穩(wěn)生產(chǎn)的核心，但這兩個指標(biāo)存在較多的共同影響因素，單一的設(shè)定值有可能導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制后，形成內(nèi)部持續(xù)波動。在此需要對兩者進(jìn)行協(xié)調(diào)，采用智能設(shè)定調(diào)節(jié)死區(qū)的方式來避免兩個控制模型的干擾所導(dǎo)致的發(fā)散。
主要采用循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、總喂料量與稱重倉下料開度等參數(shù)進(jìn)行參考，對兩者調(diào)節(jié)靈敏度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，如下圖所示：
5 大數(shù)據(jù)挖掘與處理技術(shù)應(yīng)用
在先進(jìn)控制與自尋優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)后，可基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場準(zhǔn)無人化操作、生產(chǎn)過程平穩(wěn)可靠運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)中所關(guān)注的焦點(diǎn)集中在對控制品質(zhì)的進(jìn)一步提升以及在能耗降低上的需求。為此，將大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法等新技術(shù)應(yīng)用到水泥磨生產(chǎn)智能控制系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)最優(yōu)化，體現(xiàn)出節(jié)能、質(zhì)量、臺時等多方先效益。智能控制系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)挖掘與處理技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：
1)軟測量
區(qū)別于傳統(tǒng)的基于公式的軟測量，RASO系統(tǒng)中的軟測量采用基于大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方式，解決了傳統(tǒng)軟測量對單一測點(diǎn)與閥門死區(qū)極為敏感、受條件影響存在不一致、非線性性能差等缺陷。
2)佳值統(tǒng)計(jì)優(yōu)化
由于水泥生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)(主要是粒度數(shù)據(jù))與實(shí)時數(shù)據(jù)相比，滯后較大，傳統(tǒng)分析過程無法準(zhǔn)確得出最終質(zhì)量指標(biāo)。RASO系統(tǒng)采用時間序列自動調(diào)整的方式，將游離氧化鈣化驗(yàn)值、7天強(qiáng)度、28天強(qiáng)度數(shù)據(jù)與實(shí)時測點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合。對較好的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)(佳值統(tǒng)計(jì))，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以此分析結(jié)果來修正設(shè)定點(diǎn)。
3)智能安全限幅與快速響應(yīng)
大數(shù)據(jù)當(dāng)前分析結(jié)果用于直接閥門輸出等控制過程時，考慮其安全性與可靠性，RASO系統(tǒng)中將其運(yùn)算結(jié)果的±20%范圍作為調(diào)節(jié)安全限幅20%為舉例，系統(tǒng)進(jìn)行智能修正)，確保工藝安全。同時對傳統(tǒng)反饋控制進(jìn)行快速響應(yīng)修正，減少傳統(tǒng)算法的穩(wěn)定過程。
4)模型參數(shù)自學(xué)習(xí)與智能自更新
由于生產(chǎn)現(xiàn)場原料、設(shè)備、工況均處于動態(tài)過程中，模型參數(shù)的適應(yīng)性會隨著時間的推移產(chǎn)生變化。在RASO系統(tǒng)中，進(jìn)行完調(diào)參工作后，模型參數(shù)可以自身進(jìn)行自學(xué)習(xí)，并采用定期+不定期方式進(jìn)行自更新，以完全適應(yīng)現(xiàn)場工況的變化。
5)智能語音報警功能
優(yōu)化系統(tǒng)將生產(chǎn)裝置的主要運(yùn)行故障都納進(jìn)了智能語音報警模型，當(dāng)某種故障發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生，優(yōu)化系統(tǒng)會以不同的模仿真人聲音進(jìn)行報警，直接定位到點(diǎn)，如“XX溫度異常，請注意!”
第四章 應(yīng)用效果
1、智能控制系統(tǒng)投運(yùn)至今，實(shí)現(xiàn)自控率大于95%，輥壓機(jī)循環(huán)系統(tǒng)和磨機(jī)系統(tǒng)始終保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)，各參數(shù)波動幅度大幅度降低，水泥生產(chǎn)全智能、準(zhǔn)無人化運(yùn)行，可靠實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)行，下圖為恒重倉倉位和出磨提升機(jī)電流手動控制和自動控制趨勢對比圖。
2、通過故障預(yù)警、真人語音報警，實(shí)現(xiàn)多起故障提前預(yù)警，大幅度降低了操作員勞動強(qiáng)度，全面提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和管控性，下圖為語音智能報警畫面。
3、通過對29個班次臺產(chǎn)、電耗、質(zhì)量控制對比，智能控制實(shí)現(xiàn)水泥粉磨工序電耗降低平均降低2.66%，TS4500選粉機(jī)成品合格率提升11%。
綜上，蘇州天山水泥近年來通過不斷努力，廠區(qū)環(huán)境持續(xù)亮化、生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)持續(xù)改進(jìn)，競爭力持續(xù)增強(qiáng)，經(jīng)營指標(biāo)在區(qū)域同類企業(yè)中遙遙領(lǐng)先，值得廣大粉磨企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒。
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