基于磨音传感的水泥粉磨系统的研究

基于磨音传感的水泥粉磨系统的研究

1磨机负荷自动监控过快水泥浓粉磨系统是水泥生产的最后过程，其运行直接影响到水泥的产量和质量。近年来,微机自动配料系统在我国众多水泥厂已得到广泛应用,但磨机负荷的自动监控仍处于较落后的状态,大多数水泥厂依然靠人工判断、手动操作,致使磨机负荷不能保持在最佳状态,能耗大、产量低,质量也难以保证。本文所提出的水泥磨负荷控制系统,通过在线的自寻优算法确定水泥磨的最佳负荷状态,继而通过Fuzzy-采样PI算法调整水泥磨的入料量,控制磨机长期稳定运行在最佳的负荷状态,从而达到增产节能和稳定水泥质量的目的。2入料量和磨机运行问题以郑州金龙水泥厂为例,该厂2号线的简易工艺流程图如图1所示。从图1中可以看出,水泥磨的入料有两个来源:一是双管螺旋输送机和恒速皮带秤送入水泥磨的细粉混合料;二是经调速皮带秤送入水泥磨的粉煤灰。细粉混合料的产量和打散分级机的转速成正比关系,而粉煤灰又和细粉混合料保持一定的配比,故磨机入料量最终由打散分级机的转速决定。该挤压联合粉磨系统在运行中存在以下几点主要问题。①水泥磨负荷缺乏有效的检测手段,人工凭经验判断偏差较大。②打散分级机一直处于手动控制,无法保证水泥磨运行在最佳负荷。③人工调整的随意性造成出磨水泥的细度不稳定,合格率偏低。④粉煤灰和混合细料的配比采取按比例确定其设定值的方法,当某一物料因故障无法正常下料时,实际配比就无法得到保证。3磨机的运行特性水泥厂球磨机具有以下特点:①具有很强非线性特征和大惯性;②动态特性复杂,难以建立精确的数学模型;③具有较强的不确定性。运行过程中物料的特性,如湿度、粒度以及磨机本身的特性,如衬板和研磨介质的磨损状况等,都会对磨机的运行特性产生较大的影响。水泥磨机的运行规律可以通过其工作特性曲线直观地反映出来,如图2所示。从图2中可以看出,水泥磨机在运行中存在一个最大功率料位t1和最大出力料位t2,且t1通常位于t2的左边。磨机最大功率料位t1和最大出力料位t2将水泥磨机的运行区间分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ区。磨机在Ⅰ区运行时,出力较低,效率也不高,很不经济;在Ⅲ区间时,磨机的出力较小,且磨内存料量较大,容易发生堵磨事故;而在Ⅱ区间时,磨机的出力最大,功率也比较低,运行效率最高。负荷控制系统的目标就是保证磨机在Ⅱ区间内稳定运行,达到增产降耗的目的。4计算最佳料位和转速针对磨机的工作特性,通过对工艺流程的分析,磨机负荷的控制策略确定为以下几点。①寻优模块对磨机的最佳料位进行在线自动寻优,确定磨机最佳料位设定值。②Fuzzy-采样PI控制器根据磨音传感变送器测得的磨机实际料位信号和最佳料位设定确定打散分级机的转速设定值。③由恒速秤实际测得混合细料流量,结合粉煤灰和混合细料的理想配比值,确定输送粉煤灰的调速皮带秤的设定流量值。在以上控制策略中,粉煤灰量按配比跟踪实际的混合细料量,而混合细料量的大小由打散分级机的转速决定,故最佳料位的在线寻优和打散分级机的转速控制是水泥磨负荷控制的关键。1自寻优模块的设定在球磨机的运行过程中,环境的温度、湿度、物料成分和细度的变化、磨机衬板和研磨介质的磨损等因素都会使其最佳料位产生一定的漂移。针对磨机的时变特性,有必要采用自寻优算法自动搜索其最佳料位和运行区间。图2中磨机的出力曲线2存在着极值特性,但出力无法直接测量,因而只能用其他曲线的非线性特性来间接寻找最佳料位值。从经过反相处理后磨音特性曲线4可以看出,在磨机出力达到最大出力点t2前,曲线4呈明显的上升趋势;在越过最大出力点t2后,曲线4趋于平稳。因而可以将磨音信号的变化率作为依据寻找最佳料位。在自寻优过程中,首先应给出磨音信号变化量范围的整定值Δymin和Δymax以及寻优步长λ。自寻优模块每隔λ周期计算磨音信号变化量的绝对值|Δy|。如果|Δy|大于Δymax,说明磨机当前运行在Ⅰ区,应适当增加料位设定;如果|Δy|小于Δymax,说明磨机当前运行在Ⅲ区,有满磨的危险,应及时减小当前的料位设定;如果Δymin≤|Δy|≤Δymax,则说明磨机当前运行在Ⅱ区间内,已处于最佳状态,无需对料位设定进行调整。在系统进行若干个周期的自寻优过程后,磨机就可以进入Ⅱ区间稳定运行。2调整散湿料位打散分级机的转速决定了进入水泥磨的混合细料量:打散分级机的转速越高,分选粒径越大,则其台时产量越高,混合细料的入磨量也就越高。实验表明,通过改变打散分级机的转速来调节混合细料的入磨量能够满足对磨机负荷进行调整的要求,但从改变打散机的转速到磨机负荷出现明显变化有20～30s的延迟。为保证磨机实际料位对自寻优模块确定的最佳料位有很好的跟踪性能,同时又具有较好的稳态特性,本文采用了分段控制的思想,对打散分级机转速采用了Fuzzy-采样PI控制算法,其转速控制框图如图3所示。当料位偏差较大时,采用模糊控制算法调节打散分级机的转速,使实际料位迅速接近给定;当偏差较小时,考虑到打散分级机-水泥磨系统的时滞,使用采样PI算法控制打散分级机的转速,使料位稳定在最佳料位。3定值功能粉煤灰调速秤具有接受设定,并自动调节皮带转速,将粉煤灰量控制在设定值的功能。为保证粉煤灰和混合细料的配比,粉煤灰流量设定为:粉煤灰流量设定=混合细料实际流量×粉煤灰和混合细料设定比按混合细料的实际量确定粉煤灰量,既保证了两种物料的配比,也使得入磨物料比较均匀。5研磨机负荷管理系统的硬件和软件1负荷控制系统硬件框图考虑到该水泥生产线已选用和利时公司的MACS集散控制系统进行了自动化改造,为充分利用DCS的可扩展性,节省投资,本文提出了如图4所示的负荷控制系统硬件框图,将水泥磨机负荷控制系统融入到MACS集散控制系统中。本系统所采用的磨音传感变送器由西安交通大学工业自动化研究所研制,它通过对磨机噪音进行频谱分析和处理,输出正比于磨机料位的、符合DDZIII型仪表标准的直流电流信号。该磨音传感变送器简单可靠,灵敏度高,便于维护。2基于混凝土磨负荷自寻优控制的数字视频显示综合指挥调度磨机负荷控制系统的软件编程及人机界面利用MACS系统的控制方案组态工具和图形组态工具实现。在控制方案的组态中,根据所需完成的功能,灵活地选用了结构化文本(ST)、功能块图(FBD)、和梯形图(LD)等编程语言。在实现水泥磨负荷自寻优控制的基础上,软件中还包括了磨机负荷实时趋势显示、磨机负荷历史趋势显示、配料失调校正、手自动无扰切换、报警及处理等功能。水泥磨负荷控制系统人机界面友好,便于对水泥磨的运行状态进行实时监控。6磨机负荷控制系统投运前后的运行效果水泥磨负荷控制系统自2002年5月在郑州金龙水泥集团二号线投运以来,运行平稳正常,达到了提高产量和质量的预期效果。以2002年6月至8月磨机负荷控制系统投运后的运行效果与投运前的2月至4月相比