水泥生料调配运行工况识别

1、水泥生料调配运行工况识别1、数据处理1.1数据滤波水泥生料配料过程主要是依据在线分析仪与荧光分析仪两种分析仪的数据来改变配比使得生料质量稳定。由于水泥生料的制备过程中由于在线分析仪检测模型问题引起检测到的水泥生料成分数据会有一定的噪声存在，并且这些噪声何时发生并不能提前预知，因此产生了随机误差，仅根据原始数据进行控制会生产出大量的质量不合格的水泥生料。这些随机误差是不可避免且数值不正确的，因此要采用合适的数字滤波的方式来消除。经过一系列的仿真实验，证明限幅滤波可以把错误信息剔除保留有用信息，因此该方法对数据的处理能够满足工况识别要求。以对水泥生料成分中的硅为例，在线分析仪对硅的成分检测会在一定

2、范围内波动，其干扰一般为随机干扰。因此采用限幅滤波法进行数据预处理。限幅滤波是对连续采样值进行判断，如若采样值在允许最大偏差范围内则保留，若大于最大允许最大范围则采用上一个采样值进行代替，最后再对数据滚动求平均。由于实际生产过程中si的波动较小一般在11.3%-12.3%之间波动，仅少数情况下较低或较高，大于13%或者小于10.5%的数则不符合实际情况为错误值，在多次尝试后滤波上下限设在10.5%,13%，并且si的扰动较大滞后时间较长根据实验和现场应用得出滤波均值平滑时间采用十五分钟滚动求平均较好，平滑公式如下：由图2可以看出Ca的扰动较小波动较为稳定一般在40%上下波动经过实验以及现场应用

3、得出Ca含量的在线滤波上下限为42%,44%，均值滤波时间为5分钟，滚动进行。平滑公式为：由于Al,Fe的成分含量很低并且在断料时会出现为的零况发生，且几乎没有噪声存在，因此不需要对这两种成分进行限幅，仅做了平滑滤波，时间为五分钟样本数图1在线分析仪S数据滤波曲j2111111fB-L.111-样即UJVU删冲习木图3在线分析仪Fe数据滤波图4在线分析仪Al数据滤波由以上滤波效果图以及实际应用结果来看在水泥生料配料过程中采用限幅滤波的方法处理现场数据效果较好。1.2在线分析仪数据修正本文所研究所依托的项目主要是依靠在线分析仪所测的的数据进行研究。由于荧光分析仪和在线分析仪两种仪器采样点相距很近

4、可以看作是在固定的时间内检测的水泥生料是同一个样本。图5所示的曲线为在线分析仪和荧光分析仪监测样本变化曲线，红色的为在线分析仪检测的成分变化，蓝色曲线为荧光分析仪检测的成分变化，从中可以看出尽管两种仪器所测量的数值上有所差异，但是所反映水泥生料成分变化的趋势是一致的。图5荧光分析仪在线分析仪对水泥生料四种成分检测对比图化验室在对水泥生料化验时使用荧光分析仪进行化验，给出的生料控制质量指标也是根据荧光分析仪化验出的结果计算得出，因此要找出一种补偿方法使在线分析仪的数据尽可能的和荧光分析仪一致。这样才可以保证水泥生料的正常生产。经过对两种数据的对比研究最后得出了一种补偿方法，控制软件根据补偿后的数

5、据来对进行控制。由于荧光分析仪为一个小时一个样本所以在补偿时是一个小时补偿一次，补偿公式如下：X=0.4*(xrt1(i)sf(i)-i-0,6*(xrf(j)sf(j)+sf其中x为补偿后的数，为上一个小时荧光分析仪（连续/瞬时样）结果，为上一个小时在线分析仪对应的（连续/瞬时样）结果；为当前小时的时荧光分析仪（连续/瞬时样）结果，sf（j）为当前小时在线分析仪对应的（连续/瞬时样）结果，sf为在线分析仪实时检测到的数。可以从下图图6所示三条曲线绿色曲线（即最上面的曲线）为在线分析仪经过滤波处理后的石灰石饱和系数原始数据，蓝色曲线（中间曲线）为荧光分析仪检测的石灰石饱和系数数据，红色曲线（最

6、下面）为在线分析仪经过补偿修正后的石灰石饱和系数数图6石灰石饱和系数荧光值在线分析仪值补偿后值对比2调配运行工况2.1趋势分析技术及其相关定义尺度的唯一性三种特性。Janusz禾口Venkatasubramanian在1991年7所示，具体包括趋势分析指的趋势是属于过程的趋势，反映特征值的变化过程即出发时刻，发展速度。趋势应有(1)存在性；(2)特征的稳定性；(3)A,B,C,D,E,F,基于解释过程趋势的定性趋势分析法是由提出的，并给出了趋势的等级化的描述，如图G七种基元。图7趋势变化七种基元图生料配料过程趋势分析对于水泥生料配料过程，要想实现水泥生料的自动化的生产，仅凭几个主要的工艺参数进

7、行数字分析，或者对某些过程参数做简单的判断，并不能满足水泥生料配料自动化生产的要求。对于生料配料这样具有大滞后特性的生产环节，水泥生料三率值在绝大多数情况下在一定时间内不会有急剧变化的情况发生。而在一定的时间内，可以观察石灰石饱和系数、硅率、铝氧率的趋势变化，这些趋势特征可以为操作人员或水泥生料自动配料程序提供正确的参考信息。在水泥生料配料过程参数进行定量分析的基础上，对大量的过程数据中提取有益于工况识别的信息，融入了趋势分析法，以便生产高质量的水泥生料。实现水泥生料配料生料三率值的趋势变化的识别和提取还要考虑下面两个问题：1. 噪声影响在工业实际生产必然存在噪声，近红外线在线分析仪安装在生料

8、运输斜槽上，内部干扰因素较多，也不容易判别，因此分析仪检测到的数据存在较多的“毛刺”。噪声的存在会使趋势的特征提取造成一定影响，可能会使提取到的趋势特征不能反映实际情况，因此对噪声的处理要在使趋势不失真的前提下进行。结合现场实际情况和仿真得出采用限幅滤波法然后进行均值滤波处理的方法较为合理。2. 时间窗口宽度时间窗的宽度是指趋势分析中需要用到的每个变量的时间窗宽度。比较大的时间窗宽度能够反映整体的变化趋势，但时间窗过大数据量就会多使得计算复杂，而且可能一些具有意义的趋势会被忽略。水泥生料配料反应过程较长，生料三率值在短时间内变化较为缓慢，因此时间窗的长度选取至为重要。根据水泥生料配料过程的工艺

9、特性和总结人工经验得出由于石灰石饱和系数的趋势变化较为频繁，而硅率和铝氧率则变化缓慢长期较为稳定，本文所依托的水泥生料生产线采用辊压磨经过对数据分析和现场总结得知在配比改变五分钟左右开始变化十多分钟后反应结束，因此对水泥生料三率值系数趋势识别采用的时间窗宽度为五分钟。而且五分钟能够表征整体变化趋势，还能够对突变的情况进行表征。本文主要是对水泥生料三率值的趋势提取，即将三率值的定性趋势从含有噪声的过程数据中准确无误的提取出来，并用定义出趋势。趋势提取的方法包括基于多尺度趋势提取方法，多项式拟合趋势提取方法，知识库法等。定性趋势包含3个方面的特性：(1) 存在性，即这个趋势是存在的，对于实际水泥生

10、料制备过程中，趋势是在线分析仪检测出的水泥生料成份变化的描述。(2) 特征的稳定性，在较小的扰动干扰下，趋势应该是相对稳定的状态。如若没有稳定性，那么这个过程只能被认为是一个随机的过程。(3) 尺度唯一性，趋势分析的结果由观测尺度及数据空间组织的不同而不同。但如果观测尺度固定，时间间隔也固定那么在固定的时间内变量的趋势是唯一的。图8为现场实际运行数据，可以看出实际运行中硅率和铁率的波动情况很小基本趋于稳定易于调节；主要是石灰石饱和系数波动较大，其原因是因为石灰石饱和系数允许波动误差为士0.02所以波动较大。实际生产中要结合其趋势和指标的相对位臵进行调节，经验证建立模型的方法无法满足生产要求，在

11、水泥生料生产过程中结合操作员的人工经验以及实际情况，得出水泥生料配料过程适合采用特征知识库这一方法对趋势进行识别文献针对生料控制系统建立了专家控制系统，但是仅是根据三率值与指标的差来做出调节方案。但是仅根据这一点进行调节并不能使用任何情况，例如：石灰石饱和系数偏大但其趋势是下降的，如若减少石灰石配比极有可能会造成石灰石饱和系数偏低。因此其专家系统不太完善，还应把当时的三率值趋势与其值结合起来考虑。2.3趋势识别及应用结合现场实际情况以及水泥生料三率值的允许波动范围，针对三率值趋势情况和其与指标的相对位臵做了水泥生料三率值趋势情况划分，见表1。表1水泥生料三率值趋势情况划分工也帖iiE工况罪别旳

12、时,J=L划轻'严宦伉KH”5M-FE的狛j勺加叮总性口.吃召卜岂旳土龙SMFIZ旳仇対KH旳Ml好狂“IL腔站均沟平雜SMkm旳tn旳叫址-、FE旳tfl刈“ft".11.吃始旳刈屮務莒HFE的航为"优S5-M的战内”视”.H站弟旳血中甩工说SIMFE鞘讪旳”优"-KH的的対”良"”U血坍为"”j't,P-'PSMKH的讥旳”冊、FEmtri沿“良11蛙到旳“+”迪K卜!ferrjffL/j-ft-.SM的ItL为“R-.11.也松刘“十”或、”KH-SM-rE的傥旳IL匕側平E?KH的<Jtt为刊优Sh4h.F

13、F的ifL为"EtL，J=L©第均屮桧的蚀为帀优",KMFE的g沁"Hr上LZ対垃屮桧FEgffl羽-优SKM,SMfTJat为"耳"”上L©势垃屮桧ICHSMferrj<ii旳“酿".J1L也第为f口瓷SM的口:旳帀七亡碎卜KHfcn<ifn上L=sm钙刘”令“我FE帕恆刘n.KH甲smwjinjaj”elr.匸L出韬刘“瞥秆我“严SM,FE的廿L为“忧"旦趟龄十悽;KH的位対4趋診珀SM,FW的也.为"老"上L兰给吓丰皂；的左L*J屮“趋豹为“SM上也轴下程1；FE.K

14、H的恤为屮、洛鱼给为"+-1-严£21R1(ft沖”良-型”忧“.上L趋豹平年总；FF.KH邯忸为+、g曲九”+曲P屮FFJ±趋將、严fS；32tKH的世1为+“上L超轻为"*fefrjfn-咸”良”.±1rts；sM序“伍为电”uhrmn况>粽”一h.超丹決j“*“承Z_"SMFE的位刘"彳：1£".bKta；KHfTJfltL>Jw_,iSS9-HEPE(fliE5."M.iiWKfeiSMWs<nIP*fl-.KH扩Mil.加k.ij故曲Kh-Sm-FE的債驾人*

15、5;"+J-LZ*W*_M冲况KH-SIM,FE的偵邸刘"¥"+JLQ御亠卢色SM的佰，三“龙”屮实“比“ll.A?竭型.KH-FE的伯Ayr龙-l-l.7y*KH-SIVI-FE的俏丄勺IL匕吗平锤KH-5M-FE的脩.1勺妁"中".丨L匕妁対”+S世生料三率值的波动是围绕指标进行的因此根据三率值与指标的位臵进行了等级划分，三率值的“优”，“良”，“中”，“差”的评价等级划分。因为石灰石饱和系数允许波动范围为士0.02，硅率铁率允许波动范围为士0.1，经过对大量数据分析研究以及询问现场操作人员，经过仿真测试得出划分评价标准如表2所示

16、。表2参数范围对应的评价等级优良中差KH实吋勲与指林：0-0.010.02-0.03或>0.03或-0.01-0<-0.030.05”0.1臥丨(1.2>0.2咸或或川血-01“-0.05I-E实时蠡与指揃0”(1.0S0.05-0.10.1-仏2>0.2戒或或-0.05-0.2-n,|<-0.2针对趋势的识别采用了特征知识库识别的方法，首先判断时间窗内三率值和指标的相对位，以判断石灰石饱和系数为例一个集合规则的例子如下：当前时间窗内每分钟的石灰石饱和系数值和指标的差在一灰石饱和系数值为优在指标附近EndifIf当前时间窗内每分钟的石灰石饱和系数值和指标的差在输出

17、当前时间窗内石灰石饱和系数值为良，在指标上方EndifIf当前时间窗内每分钟的石灰石饱和系数值和指标的差在一输出当前时间窗内石灰石饱和系数值为良，在指标下方0.01和0.01内Then输出当前时间窗内石0.01和0.02内Then0.01和一0.02内ThenEndif以此类推分别判断三率值和指标的相对位臵评价等级。然后再判断时间窗内的趋势，其趋势可分为:平稳，上升，下降，先上升后下降，先下降后上升，不连续上升，不连续下降其中的一个规则集合如下：If时间窗内的结束值一初始值在一0.01和0.01内Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势平稳EndifIf时间窗内的结束值一初始值大于0.01内

18、ThenIf时间窗内的值连续递增Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势连续上升Elseif时间窗的极大值时间窗初始值And时间窗的极大值时间窗结束值Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势先上升后下降Elseif时间窗的极大值时间窗初始值And时间窗的极大值=时间窗结束值Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势不连续上升EndifEndifIf时间窗内的结束值一初始值小于一0.01内ThenIf时间窗内的值连续递减Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势连续下降Elseif时间窗的极小值时间窗初始值And时间窗的极小值时间窗结束值。Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势先下降后上

19、升Elseif时间窗的极小值时间窗初始值And时间窗的极小值=时间窗结束值Then输出当前时间窗内石灰石饱和系数趋势不连续下降EndifEndif对硅率和铁率判断平稳上升标准时经过仿真测试得出波动范围在0.03内可认为波动趋势为稳定，大于0.03则认为上升或者下降。把三种率值的情况综合起来就是表1划分出来的趋势模版。但是当识别出时间窗内三率值的趋势和值后并不能为水泥生料配料自动配料过程给出较好的调节指导，因而在趋势识别的基础上进一步的对趋势和率值进行分析计算以及结合人工经验给出调节初步策，判断出是调节两种配比还是三种或者四种配比。把各种情况综合起来建立规则集如表3列举了部分规则，其中0为不需要

20、对相应的原材料继续配比进行调节，当为1时应对相应的原材料进行配比调节（完整的调节策略见附录）。表3识别结果调节策略三*粘孙以屋其世的评倚野拔怙况比砂朴配比比怏应溃冏L匕KH,SM,Fc值为优趙菇不必苇世000OKU.SM00OOKH,SM,FE丨SM.KU偏周I杯00O位KH.SM,FEfflZiE.KSM-F託平dKH鞭近U标00OfflKH,SM,FFISM.Kill平相”Fe偏离口标000OifiKHSM,FE血为山JIKEiT3，SM萍亠打杯tn.000OKH,SM,FE血为陆且KHSM偏滞口标肌.n0noFe靠近目标傭KH*SX1.FEin>j曲且SMKII.Fe僞馬口标n0o

21、o他KH.SM,FE值为住ii.SMKH，Fe菲近日标n0oofl1!KH,SM,FE<&?JHL1LSMKU偏禺码标m.n00oI<'i'lH柿、J|'|KH,SM,FE11SMV,Kri車砸切标.Fc000ofa离目标愷KHSM,FE讥为巾耳平能1I11KH,SMFEfiJ*中FLEM.FETftKI1恼肉H*尸1111fitKli.Shi.FEWL为中.H.SM.FE平IBKI1岸近H札1111ffLtnKII，SM，1-1liJ'l1IISM，KIII"橙心桝近冃标flK.IISM；口悄.为1冃一JCIIm.re仇为优芯孙不

22、必：号曲：KH,SM:,'i-JJL11栩値it伯:対仇枱松十必狞垃；it伯:対仇枱松十必狞垃；SMft诚圣Jl.fiHe仙为优血列平必曲谄；KJ2X1.帝虹曰标iiLi,sM临离曰标iilf.1址伯:旳优越始不必芳也：SM伯.旳IP疋徒SM俯离口】上值対优趋必号也；KU,SMHi>J|I'LjKKU怖肉E枸;伉“菲近II标垃偵为优画钊不，姑号龙；KIL.住伯珀1迤塔II郴辎I近冃标fiTSM优體第不必考宓、KHFcft为中或帶冃柳偏L為B标伯：擁讥根捌芯約和配比时节帥粪划分汨厂II况樓版z34水泥丨料调配応行T况创竹1:洵11祝2KiS31:况4需讷卩閱种扯比馬调疔二种

23、嘲比需调沾贝1种"比如表所示将工况类别分为四种分别为调节两种，三种四种配比以及不调节配比。根据趋势识别得出配比调节种类后，控制算法可以选取不同的模型进行控制。配比调节的主要依据公式为其中C.S.A.F介别表小-水泥!一料中传Ca、Si.Al.I-e的禽r：+匚I一匚I、舟一町、叫一丹.|、J|一./.|介别表小:四种原材料中CaSiARFc的含量*兀一兀分别表示四种原材料的配比+以上的单位均为r|分比”求出水泥£士料成分后可以根据公式(2.1)(2.2)(2.3)计算出水泥生料ZZ率值“判断原材料配比改变策略是结合人工经验以及根据此i-f算步骤逆推岀来的结呆Rd时"

24、;2.4仿真验证选取50组历史数据三率值三个指标分别设为0.95,2.55,2.1进行识别仿真数据和识别结果如表4表5仿真运行结果图KHSHFeKII位置0.9612.552AS0.9532,542J40.9552.5斗2J4优指标附近0.9422542J50»412.542.15KH趋勞別付鬼闕超嗚F<?位置卜k趋势下降优抬标附近平庄0.9412.542150.9512,542,150.9522.542.140.9552.552.130.9532.562.13优指标附近平稳优指标附近平葩黑标附平稳近0.9552.562.130.9522.572.120.9562.5623优捋标附近0.9632.562.130.9652552A2不连续上升忧指标附近平稳捫标附平稳近0.9632562.120r9742.572J00/)7?2.572.10中指标上