智能粉磨站的改造与实践

智能粉磨站的改造与实践

中硅智能化与装备理事中国水泥网高级顾问贾华平目录

智能水泥厂的概念一

智能粉磨站的技术路线三

STEAGPiT在水泥磨的实践

五

智能粉磨站的主体框架四

智能水泥厂的建设二一，智能水泥厂的概念第四次工业革命的浪潮已经掀起，

中国的5G时代正在建设，工业物联网时代即将全面开启，——必将为：以智能工厂、智能运输、智能物流为主题的工业4.0奠定基础，智能工厂跃跃欲试。水泥行业也不甘落后，包括中国建材、海螺集团等水泥龙头企业，也开始了建设自己的智能工厂。一，智能水泥厂的概念1，什么是智能工厂？

——智能应该具备的起码能力：

①具有感知能力

②

具有记忆和思维能力

③

具有学习和自适应能力

④具有行为决策能力一，智能水泥厂的概念所谓智能制造：并不单单是生产制造上的自动化、智能化，准确的说，自动化、机器人、无人化都只是智能制造的一个基本的组成部分！更是应用到从①数据层的机器视觉、射频识别、传感器等，到②网络层的物联网、大数据、云计算等，再到③执行层的智能装备、机器人、3D打印等，——最后形成智能工厂的制造方案。一，智能水泥厂的概念根据工信部《智能制造发展规划（2016-2020年）》对“智能制造”的定义，“智能工厂”涵盖：

智能装备集成、计算机辅助工具、生产管理、供销系统，通过大数据、物联网、云计算实现智能化互操互控，进而实现生产资源、装备运行、工艺流程、业务流程、资金流程的动态协同配置，总体构成智能工厂。一，智能水泥厂的概念所谓智能装备——属于上游装备制造厂的智能产品：对自身关键部位的关键参数，诸如油品、上油、过水、位移、温度、振动等，具有感知、分析、推理、决策、控制、外传功能，

能方便接入智能工厂的集成系统、方便智能工厂的运行管理和维护维修。一，智能水泥厂的概念智能工厂具有如下特点：生产厂通过物联网获取定制，通过物联网把原料和生产设备联接起来，根据用户喜好的特性，适时多品种、小批量、定制生产，再通过智能物流系统发送给用户；而且其产品也必须是智能的，可以收集用户信息通过物联网上传给生产厂，方便生产厂提供售后服务，进一步获取附加值；而且生产设备也是智能的，通过物联网实时上传数据反映自身状况，方便生产厂调剂任务和检修维护。一，智能水泥厂的概念智能工厂的广义发展：每个智能工厂都可以通过物联网，将它的上游生产厂和下游生产厂联接起来，

——人类劳动最终被人工智能取代。如果你的产品不是智能的：——将无法与上下游的智能工厂联接；——因此，也无法在智能化时代销售！二，智能水泥厂的建设中国水泥从1996年4.9亿吨拿下世界第一后，就一路领先到现在，规模不可谓不大，但劳动生产率还有待提高：国内5000t/d单线用工多数还在200人左右，先进水平的也在100人左右；而泰国同等规格的“老城堡”水泥厂，每班只有3个人，主要是应付突发事件。其中：

中控室1人（而且包括化验室所有职能）、现场巡检2人。二，智能水泥厂的建设如此高的生产效率，

一是要有可靠的装备运行，二是要有高度的自动化和智能化。

可靠的装备运行，离不开智能装备；高度的智能化，离不开大数据。二，智能水泥厂的建设智能水泥厂的建设——是一个庞大的工程，目前尚处于起步阶段，控制原理尚需要突破、智能装备需要逐渐开发、特别是大数据需要逐步积累。因此，不一定就要建设严格意义上的智能水泥厂，

不妨先行起步——建设智能化水泥厂。把目标定的过高，只能坐失发展机会！二，智能水泥厂的建设装备、工艺、监测、计量、程控、可视、统计、分析、建档、物联，——等等，这些基础的东西，不仅是智能水泥厂的必须，对提高现有企业的运营水平也是卓有成效的。如果这些条件不具备，在建设真正的智能水泥厂以前，不妨先在这几方面先行一步、给予完善提高，

——这就是智能化水泥厂。二，智能水泥厂的建设智能水泥厂建设不可能一步到位，特别是大数据需要自己逐步积累，别人替不了你，智能工厂的建设总是在逐步优化中完成的。不完善不可怕、不到位不可怕，——可怕的是：一味的强调完美、到位，迟迟不肯起步！三，智能粉磨站的技术路线对于大工业生产，各种原燃材料以及各工序的工况，其波动是难以避免的，各项生产控制参数的稳定、以及过程产品和成品性能指标的稳定，都需要通过及时地操作调整才能得以实现。应该说，我们在水泥磨的操作控制上已经下了不少功夫，水泥粉磨几乎都采用了磨音自控系统

，而且都取得了一定的效果。三，智能粉磨站的技术路线磨音自控系统建立的调节模型为：

“水泥磨喂料量”＝＞“磨音信号”（注：A=>B为逻辑学符号，表示命题A与B的涵盖关系，后同）。

实践证明，这个回路在粉磨系统正常时有一定的作用，但在系统出现较大波动、正是需要它发挥作用的时候，它却“掉链子”了，

不但几乎没有作用，有时甚至起副作用。三，智能粉磨站的技术路线影响“磨音信号”的因素，并不只是一个“喂料量”，还与诸如“原料配比、原料水分、入磨粒度或细度、研磨体状态、磨内通风、出磨细度”等有关。欲稳定“磨音信号（磨内填充率的特征信号）”，必须建立起符合现场实际的多变量控制模型；而且，水泥粉磨的最终目的并不是稳定磨内填充率，而是获得理想细度的产品。三，智能粉磨站的技术路线实际上，水泥粉磨过程的控制目的，

在于保证水泥细度、温度等指标的前提下，实现产量的最大化和电耗的最小化。在配料组分有效控制的情况下，水泥细度是控制系统调控的主要质量指标，调控细度的主要措施，都影响到粉磨系统的产量，产量的高低又影响到电耗。三，智能粉磨站的技术路线水泥细度是粉磨系统最重要的控制指标，既影响到水泥的质量（强度等）又影响到系统产量（电耗等），质量和产量是系统操作中需要平衡的主要矛盾，这个平衡点就是一个合适且稳定的细度。因此，水泥细度的稳定能减少产能和电耗的浪费，有效发挥粉磨系统的能力和降低粉磨电耗，

“水泥细度”就成为智控系统的关键变量。三，智能粉磨站的技术路线我们可以建立一个多变量调整模型：

水泥细度＝＞∑（水泥磨喂料量、原料配比、原料水分、入磨粒度或细度、研磨体状态、磨内通风、出磨细度、循环负荷……）。总之，只要你能想到的因素就只管往涵盖变量里加，然后进行相关性统计分析。

根据不同的相关系数给予各变量不同的调节权重，各变量对于水泥细度调节量的代数和，便是水泥细度的调节量。三，智能粉磨站的技术路线为了适应各种因素的新情况、新变化，

设定按照“先入先出的原则”滚动记录最近7天的数据、并进行相关性分析。

（可根据实际情况的异变速度和频次，确定和调整滚动天数）

根据最新的分析结果及时地调整调节权重的分配，使其在不断的循环调整中趋于合理化，调节回路的效果就会越来越好。

——这就是我们追求的

自我学习、自我成长！四，智能粉磨站的主体框架我们可以捋一捋前面讲过的内容，一个好的智能化系统应该具备三大特征：一要多变量调控、二不能拉掉关键变量的调控、三调控程序应该不断的滚动优化。

——这就是智能控制回路的主体框架

四，智能粉磨站的主体框架我在多年前使用过一个Polysius的球磨机自控系统，仅管这个系统还谈不上智能化，但已经采用了“多变量”控制，是今天搞智能化很好的“多变量”参考资料。不论是生料磨还是水泥磨，都感觉这个系统非常顺手。除开磨初期需要人工干预，防止较长时间的调节震荡外，正常运行中几乎不用操心，

可以达到几天之内不需要人工干预。四，智能粉磨站的主体框架Polysius的水泥磨控制系统中控画面

四，智能粉磨站的主体框架Polysius的这个系统，引入了

比表面积、磨音、提升机电流、回粉量、磨内喷水等多个应变量，

对“喂料从变量”进行主控和纠偏优化，而且各因变量与从变量的相关性，对操作员开放调整。

对我们完善现有的自控回路、进一步发展为“多变量优化纠偏的智控回路”很有借鉴意义。四，智能粉磨站的主体框架水泥的粉磨细度是粉磨系统最重要的控制指标，是智控系统“不能拉掉关键变量的调控”的关键变量。从早期主控80um筛余，逐步增加到比表面积、45μm筛余、颗粒级配和颗粒形状的互补监控，但人工取样的时效性、代表性仍然是个问题，“水泥颗粒级配的在线监控”，就成为粉磨智控的关键和必要。四，智能粉磨站的主体框架四，智能粉磨站的主体框架其中以Xoptix投入使用的最多

Xoptix是一套专门针对工业现场设计的在线粒度监控系统，直接在生产管线中对水泥的颗粒级配和变化趋势，进行24小时连续、快速、及时、准确的检测监控，并将监控结果及时传送到中控室的DCS或PLC系统中，

从而为水泥粉磨系统的智能控制，及时提供重要的关键数据支撑。四，智能粉磨站的主体框架Xoptix在线激光粒度仪的应用示意图：

四，智能粉磨站的主体框架Xoptix在线激光粒度仪的应用示意图：

五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践PiTNavigator系统，通常在球磨机的进料端安装两个“磨音指示器”，其中一个装于“有料侧”、另一个装于“无料侧”，用以反应磨内物料的填充程度；在选粉机入口、回料和成品收集的相关部位，安装有振动传感器，用以检测反应相关的物料量，继而求得循环负荷、选粉机效率等参数。五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践在上述硬件的基础上，

系统配置有所谓“水泥磨导航器”，对水泥磨机和选粉机等设备进行优化控制。该“导航器”可实现相关数据的自动采集与分析，并通过自适应、自学习的非线性模型预测控制，实现对水泥粉磨系统磨的智能控制。五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践PiTNavigator水泥磨控制系统示意图：五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践PiTNavigator水泥磨智控原理图：五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践PIT系统根据生产过程数据，包括

实际喂料量、物料配比与水泥强度、颗粒级配与水泥强度、磨头磨尾压差与磨内通风、磨尾温度与磨内喷水、选粉机转速与风量、回粉量大小、提升机电流、磨内填充率（磨音、磨震），

综合考虑实际工况和外部变量的影响，通过机理模型，实现对粉磨系统的自我实时优化。五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践PIT系统可基于系统的优化计算，自我设定系统喂料量、磨内填充率、系统风机转速、选粉机转数、循环风机转速、物料配比、颗粒级配等被控变量的控制目标，并持续优化。从而在低电耗、低料耗（熟料）的情况下，实现较高的台时产量、稳定的水泥质量。五，STEAGPiT在水泥粉磨系统的实践20180525日，在上海万澄环保科技公司的主导下，该系统在南方水泥JL公司的2#水泥磨上投入运行，我专程前往参与并见证了调试工作。我在20180529日离开，虽然调试尚未结束，但已经看到了PiT对系统显著的稳定作用，以下三张图显示