現(xiàn)代過(guò)程控制基礎(chǔ)水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)

6水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)信息學(xué)院·楊為民二○一一年九月當(dāng)代過(guò)程控制基礎(chǔ)第1頁(yè)第2頁(yè)6.1

水泥生產(chǎn)過(guò)程概述

6.1.1工藝流程

水泥生產(chǎn)過(guò)程主要分為回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程和機(jī)械立窯（機(jī)立窯）生產(chǎn)過(guò)程。這兩種生產(chǎn)過(guò)程所使用工藝設(shè)備不完全相同，但其生產(chǎn)工序基本相同，都是以石灰石、粘土、鐵粉等為原料，經(jīng)過(guò)生料配料、生料粉磨、煅燒、熟料配料、水泥粉磨、包裝等工序生產(chǎn)出水泥過(guò)程。原料進(jìn)廠后經(jīng)過(guò)預(yù)處理，由化驗(yàn)室對(duì)原料進(jìn)行化驗(yàn)分析，經(jīng)過(guò)計(jì)算給出生料配方，生料配料工序依據(jù)化驗(yàn)室給出配方百分比對(duì)生料進(jìn)行配料得到混合料，混合料經(jīng)過(guò)生料磨磨成粉狀入生料庫(kù)，生料經(jīng)煅燒成為熟料，熟料與礦渣、礦化劑按一定百分比混合后，經(jīng)過(guò)水泥磨磨成粉狀入水泥庫(kù)，最終經(jīng)過(guò)包裝出廠。

原料預(yù)處理生料配料原料粉磨原料預(yù)均化煅燒熟料配料水泥粉磨包裝第3頁(yè)6.1.1.1原料預(yù)處理

水泥生產(chǎn)主要原料是石灰石、粘土、鐵粉。原料入廠后，首先要對(duì)它們進(jìn)行處理，以使它們符合生產(chǎn)需要。原料預(yù)處理主要完成以下工作：１原料石破碎將入廠大塊狀石灰石等原料破碎成符合入生料磨要求碎塊，為配料和粉磨做好準(zhǔn)備。２原料烘干入廠粘土、鐵粉、煤粉等原料中水份改變直接影響生料混和料成份，另外粉狀物料在水份較多時(shí)輕易結(jié)塊，影響配料及粉磨順利進(jìn)行，所以要把它烘干。普通要求烘干后粘土水份不超出２％。

第4頁(yè)6.1.1.2生料配料化驗(yàn)室對(duì)入廠各種原料進(jìn)行化驗(yàn)，并計(jì)算生料配方。生料配方計(jì)算是依據(jù)熟料質(zhì)量要求推算生料混合料化學(xué)成份，再依據(jù)原材料化學(xué)成份計(jì)算出符合混合料化學(xué)成份生料配方。原料工序依據(jù)配方對(duì)生料進(jìn)行配料。配好混合料經(jīng)過(guò)生料磨進(jìn)行粉磨。化驗(yàn)室定時(shí)對(duì)出磨生料取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果反饋到原料工序，并依據(jù)它對(duì)原料配方進(jìn)行調(diào)整。出磨混合料被送入原料庫(kù)儲(chǔ)存．并經(jīng)過(guò)預(yù)均化后，就能夠進(jìn)行煅燒。

第5頁(yè)6.1.1.3煅燒(1)

水泥煅燒過(guò)程是對(duì)水泥生料連續(xù)加熱，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使其變成熟料，再進(jìn)行冷卻過(guò)程。水泥煅燒過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜熱工過(guò)程，相關(guān)主要工藝設(shè)備有分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)等。生料混合料一部分或全部進(jìn)入分解爐，完成碳酸鹽分解過(guò)程，然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，與直接入回轉(zhuǎn)窯原料一起完成固相反應(yīng)和燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程后，進(jìn)入冷卻機(jī)驟冷，成為熟料。第6頁(yè)6.1.1.3煅燒(2)⑴分解爐工藝過(guò)程分解爐是利用窯尾煙氣和燃料對(duì)生料加熱，使其碳酸鹽分解工藝設(shè)備，它由上旋流室、下旋流室和分解室組成，分解室下部設(shè)有燃料噴嘴和料粉喂入口，入窯空氣由下旋流室進(jìn)入反應(yīng)室，將燃料及生料粉懸浮，供燃料燃燒、放熱，同時(shí)供生料粉分解、吸熱，然后氣流攜帶料粉由上旋流室被引出，進(jìn)入下級(jí)旋風(fēng)筒后再入回轉(zhuǎn)窯。分解爐生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是分解率，普通要求分解率盡可能高，影響分解率主要參數(shù)是分解溫度，分解溫度越高，分解率越高，但普通分解溫度不許超出９５０℃，不然將使設(shè)備輕易損壞。第7頁(yè)6.1.1.3煅燒(3)⑵回轉(zhuǎn)窯工藝過(guò)程回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)傾斜放置臥式回轉(zhuǎn)圓筒，生料由圓筒高端（普通稱(chēng)為窯尾）加入，因?yàn)楦G體有一定斜度且不停旋轉(zhuǎn)，物料由高端向低端（普通稱(chēng)為窯頭）逐步運(yùn)動(dòng)，燃料和空氣由窯頭噴入燃燒，熱空氣向窯尾流動(dòng)，對(duì)物料加熱，物料與高溫氣體相向運(yùn)動(dòng)，接收高溫氣體和火焰?zhèn)鹘o熱量，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)改變，被煅燒成熟料，再經(jīng)冷卻設(shè)備輸送到窯外。燃燒用空氣由兩部分組成，一部分和燃料一起噴入窯內(nèi)，叫做“一次空氣”，另一部分經(jīng)過(guò)冷卻機(jī)將熟料冷卻，同時(shí)本身被加熱到一定溫度，進(jìn)入窯內(nèi)，叫做“二次空氣”。燃料與空氣燃燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生ＳＯ2、ＮＯx(chóng)等氣體，廢氣中ＮＯx(chóng)含量與燃燒溫度相關(guān)，在氧供給充分時(shí)，燃燒溫度越高，ＮＯx(chóng)含量越大。第8頁(yè)6.1.1.3煅燒(4)物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后，在高溫作用下，進(jìn)行一系列物理化學(xué)反應(yīng)，按照不一樣反應(yīng)在窯內(nèi)所占空間，劃分為若干個(gè)“帶”。干燥帶：物料溫度逐步升高到１５０℃，水份全部蒸發(fā)過(guò)程稱(chēng)為干燥過(guò)程，在回轉(zhuǎn)窯中所占空間叫做干燥帶。預(yù)熱帶：物料溫度很快升高到４５０～４６０℃，完成粘土質(zhì)原料脫水過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占空間叫做預(yù)熱帶。第9頁(yè)6.1.1.3煅燒(5)分解帶：物料溫度繼續(xù)升高到６００℃以上，完成碳酸鹽分解過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占空間叫做分解帶。分解帶長(zhǎng)度占回轉(zhuǎn)窯筒體長(zhǎng)度百分比較大，消耗熱量最多。放熱反應(yīng)帶：完成固相反應(yīng)過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占空間叫做放熱反應(yīng)帶。因?yàn)榉艧岱磻?yīng)，物料溫度上升很快，使該帶物料與分解帶物料有較大溫差，從窯頭看去，與分解帶有明暗界限。該帶長(zhǎng)度較短，但對(duì)回轉(zhuǎn)窯操作控制起著很主要作用。第10頁(yè)6.1.1.3煅燒(6)燒成帶：完成硅酸三鈣形成和燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程在回轉(zhuǎn)窯中所占空間叫做燒成帶。燒成帶溫度對(duì)熟料質(zhì)量影響最大，是回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制中最主要參數(shù)。

冷卻帶：熟料燒成后繼續(xù)沿窯體向前移動(dòng)，溫度開(kāi)始下降，到窯頭這段空間叫做冷卻帶。冷卻帶冷卻介質(zhì)是來(lái)自冷卻機(jī)二次空氣。第11頁(yè)6.1.1.3煅燒(7)⑶冷卻機(jī)工藝過(guò)程冷卻機(jī)是用低溫空氣使高溫物料驟冷工藝設(shè)備。有各種類(lèi)型冷卻機(jī)，本課程主要介紹是推進(jìn)蓖式冷卻機(jī)（推冷機(jī)），它由蓖床、高壓風(fēng)管、中壓風(fēng)室、拉鏈機(jī)等主要部分組成。物料鋪放在蓖床上，伴隨蓖床往復(fù)運(yùn)動(dòng)向前移動(dòng)，蓖床下沿物料移動(dòng)方向排列有若干個(gè)風(fēng)室，鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)高壓風(fēng)管、將高壓空氣送至各風(fēng)室，冷空氣由各風(fēng)室穿過(guò)蓖床和料層使物料很快冷卻到１００℃以下，同時(shí)空氣本身溫度上升，并進(jìn)入窯內(nèi)參加燃燒。第12頁(yè)6.1.1.4熟料配料煅燒成熟料經(jīng)破碎，并加入一定百分比礦渣和石膏，經(jīng)水泥磨粉磨，就成為水泥，裝入水泥庫(kù)中儲(chǔ)存。

第13頁(yè)6.1.1.5包裝在水泥庫(kù)中散裝水泥經(jīng)包裝工序按每袋一定重量裝入水泥袋中，就成為袋裝水泥，能夠出廠了。

第14頁(yè)6.2

配料控制系統(tǒng)(1)

在水泥生產(chǎn)中，生料混合料成份波動(dòng)會(huì)直接給煅燒過(guò)程帶來(lái)困難進(jìn)而影響水泥產(chǎn)量和質(zhì)量，所以說(shuō)準(zhǔn)確地進(jìn)行生料配料是確保水泥高質(zhì)高產(chǎn)基礎(chǔ)。所以，在水泥廠進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，首先開(kāi)發(fā)成功并應(yīng)用最廣泛就是生料配料微機(jī)控制系統(tǒng)。水泥廠生料配料主要原料有石灰石、粘土、鐵粉、煤粉、石膏、瑩石等，分別裝在６～８?jìng)€(gè)料倉(cāng)中，依據(jù)配料系統(tǒng)功效不一樣，可分為以下兩種：重量配料系統(tǒng)成份配料系統(tǒng)第15頁(yè)6.2

配料控制系統(tǒng)(2)重量配料系統(tǒng)是按化驗(yàn)室給出生料配方自動(dòng)控制各種原料流量，以確保原料之間成一定百分比，考評(píng)該系統(tǒng)指標(biāo)是重量配比精度。但因?yàn)樵铣煞莶▌?dòng)，重量配料有時(shí)并不能確保混合料成份滿(mǎn)足要求。成份配料系統(tǒng)是在重量配料系統(tǒng)基礎(chǔ)上引入出磨生料成份自動(dòng)檢測(cè)，并依據(jù)出磨生料成份與給定值偏差自動(dòng)修正原料重量配方，以提升出磨生料合格率，考評(píng)該系統(tǒng)指標(biāo)是出磨生料合格率。

第16頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(1)①恒速單懸臂電子皮帶秤：這種電子皮帶秤結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單．成本低，能夠連續(xù)地檢測(cè)物料重量流量。但壓力信號(hào)與物料壓在秤上位置相關(guān)，即一樣重量物料壓在秤上不一樣位置，壓力信號(hào)就不一樣，所以它測(cè)量精度較低。第17頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(2)②恒速雙懸臂電子皮帶秤這種電子皮帶秤結(jié)構(gòu)較單懸臂秤復(fù)雜，成本稍高，也能夠連續(xù)地檢測(cè)物料重量流量，壓力信號(hào)與物料壓在秤上位置無(wú)關(guān)，即一樣重量物料壓在秤上不一樣位置，壓力信號(hào)不變，所以它測(cè)量精度較高。

第18頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(3)③核子秤：這種秤測(cè)量部分不與被測(cè)物料接觸，因而不受物料沖擊、物料粒度改變等原因影響，測(cè)量精度較高，維護(hù)量小，而且可用于高溫物料（如水泥熟料）測(cè)量。但其有核輻射源，需要做好安全防護(hù)工作，它成本也較高。第19頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(4)核子秤第20頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(5)④調(diào)速電子皮帶秤：這種電子皮帶秤速度調(diào)整，它在測(cè)量物料流量同時(shí)，也能夠經(jīng)過(guò)調(diào)速來(lái)改變物料量。所以在使用調(diào)速電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)中普通不需要其它給料裝置。調(diào)速電子皮帶秤配料時(shí)是經(jīng)過(guò)皮帶運(yùn)動(dòng)把物料從料倉(cāng)底部拉出來(lái)，不存在物料對(duì)皮帶秤沖擊，所以信號(hào)較平穩(wěn)，但要求物料粒度要均勻、粘度要小。這種秤自動(dòng)校零也很困難。第21頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(6)⑤斗式秤：這種秤適合用于間歇式配料系統(tǒng)中，配料時(shí)先由給料裝置給料斗裝料，停頓裝料后再進(jìn)行秤量，然后放料，屬于靜態(tài)秤量，重量信號(hào)不受物料沖擊、物料粒度影響，所以秤量精度較高。另外，秤本身不需要?jiǎng)討B(tài)標(biāo)定，所以系統(tǒng)調(diào)試較簡(jiǎn)單，維護(hù)量較?。豢刂葡到y(tǒng)操作也較簡(jiǎn)單；同時(shí)實(shí)際給料量偏差也很輕易地在下一斗下料時(shí)進(jìn)行賠償，在一段時(shí)間內(nèi)平均配料精度較高。這種配料系統(tǒng)缺點(diǎn)是對(duì)給料裝置和物料傳送系統(tǒng)能力要求較高，另外極難進(jìn)行手動(dòng)操作。第22頁(yè)6.2.1物料量檢測(cè)儀表(7)斗式秤第23頁(yè)6.2.2物料給料裝置(1)當(dāng)采取恒速皮帶秤、斗式秤等沒(méi)有調(diào)整物料量大小功效檢測(cè)裝置計(jì)量物料時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)物料流量自動(dòng)控制，需要有適當(dāng)給料裝置。生料配料微機(jī)控制系統(tǒng)中所用物料給料裝置主要有以下兩種：①圓盤(pán)給料機(jī)：以滑差調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)給料圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速越大，給出物料流量越大。②電振給料機(jī)：經(jīng)過(guò)電磁震動(dòng)使物料下落，振幅越大，給出物料流量越大。

第24頁(yè)6.2.2物料給料裝置(2)電振給料機(jī)圓盤(pán)給料機(jī)第25頁(yè)6.2.3配料系統(tǒng)主要問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，粉塵大，檢測(cè)儀表經(jīng)常零點(diǎn)漂移，影響配料精度，需要定時(shí)自動(dòng)標(biāo)定。給料裝置非線性，并因?yàn)槲锪狭６炔痪鶆蚧蚝看笤斐啥铝犀F(xiàn)象，影響配料系統(tǒng)正常運(yùn)行，需人工及時(shí)干預(yù)。水泥廠原料起源復(fù)雜，成份改變大，使配料合格率降低，需及時(shí)調(diào)整生料配方。第26頁(yè)6.2.4配料控制算法6.2.4.1經(jīng)典配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)配比計(jì)算調(diào)整器1給料裝置1測(cè)量裝置1流量對(duì)象1-Q1R1調(diào)整器n給料裝置n測(cè)量裝置n流量對(duì)象n-QnRn……R總第27頁(yè)6.2.4.1經(jīng)典配料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(2)一個(gè)回路等效方塊圖PIDG0(s)-QR在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，不能確保配比一定第28頁(yè)6.2.4.2按累計(jì)偏差控制算法(1)

如圖所表示，它對(duì)瞬時(shí)流量測(cè)量值進(jìn)行積分，并與流量設(shè)定值積分相比較，然后經(jīng)過(guò)控制器，按兩個(gè)積分值偏差調(diào)整控制器，以改變下料量大小，控制器目標(biāo)是保持兩個(gè)積分值偏差為零，從而確保在一段時(shí)間內(nèi)物料配比精度。PIDG0(s)-QR不過(guò)因?yàn)槲锪狭髁拷o定值r>0，其積分值將隨時(shí)間增加趨向無(wú)窮大，所以這個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)際上是不能使用。第29頁(yè)6.2.4.2按累計(jì)偏差控制算法(2)

經(jīng)過(guò)等效變換，可得下列圖，它在PID控制器前面加了一個(gè)積分器，也就是說(shuō)，該系統(tǒng)是對(duì)瞬時(shí)流量偏差e積分值es進(jìn)行控制。我們把es叫做累計(jì)偏差。當(dāng)該系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)，因?yàn)榉e分器作用及PID控制器積分作用，必有e=0及es=0，也就是說(shuō)瞬時(shí)流量偏差為零，同時(shí)累計(jì)偏差也為零，所以它能夠確保配料控制精度。因?yàn)镻ID調(diào)整器中有積分步驟，再加上一個(gè)積分器，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)是二型，閉環(huán)系統(tǒng)極難穩(wěn)定，需要改進(jìn)PID中積分算法。PIDG0(s)-QRees第30頁(yè)6.2.4.3線性積分控制算法分析(1)影響上述控制系統(tǒng)穩(wěn)定性主要原因是系統(tǒng)前向通道中兩個(gè)積分步驟。PID控制器前面積分步驟作用是對(duì)瞬時(shí)流量偏差e進(jìn)行積分以得到累計(jì)偏差es，它即不能被取消，也不能被改變。PID控制器中積分步驟作用是調(diào)整控制量，使得在穩(wěn)態(tài)時(shí)，累計(jì)偏差es=0。它也不能被取消，不過(guò)能夠改變其算法。第31頁(yè)6.2.4.3線性積分控制算法分析(2)首先分析積分步驟影響系統(tǒng)穩(wěn)定性原因。PID控制器中積分步驟數(shù)學(xué)模型為：其中：uL(t)－控制器積分項(xiàng)輸出KI－積分增益es(t)－控制器輸入假設(shè)其輸入為：且初始條件為零，則它輸出為：第32頁(yè)6.2.4.3線性積分控制算法分析(3)當(dāng)0<t<T1，es>0，而且>0，控制作用增加是正確。但當(dāng)T1<t<T2，es>0，<0，uL(t)已經(jīng)足以克服es(t)，它繼續(xù)增加將造成系統(tǒng)超調(diào)和振蕩。同理，當(dāng)T2<t<T3，es<0，而且<0，控制作用減小是正確。但當(dāng)T3<t<T4，es>0，>0，uL(t)已經(jīng)足以克服es(t)，它繼續(xù)減小將造成系統(tǒng)超調(diào)和振蕩。線性積分器輸出曲線第33頁(yè)6.2.4.4非線性積分控制算法依據(jù)以上分析，能夠構(gòu)想采取以下非線性積分算法來(lái)代替線性積分控制算法改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性：其中：uN－非線性積分器輸出第34頁(yè)6.2.4.5描述函數(shù)法分析(1)假設(shè)：則有：非線性積分器輸出曲線第35頁(yè)6.2.4.5描述函數(shù)法分析(2)寫(xiě)成以ωt為自變量函數(shù)：第36頁(yè)6.2.4.5描述函數(shù)法分析(3)UN(ωt)是以2π為周期周期函數(shù)，它能夠展開(kāi)為付氏級(jí)數(shù)：其中：描述函數(shù)中所關(guān)心是付氏級(jí)數(shù)一次分量第37頁(yè)6.2.4.5描述函數(shù)法分析(4)付氏級(jí)數(shù)一次分量可寫(xiě)為：或：非線性積分器一次分量相位滯后為57.52o，比線性積分器90o相位滯后超前了32.48o，這說(shuō)明這種算法能夠增加系統(tǒng)相位穩(wěn)定裕量，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改進(jìn)。第38頁(yè)6.2.5配料控制系統(tǒng)其它功效(1)自動(dòng)校零在配料控制系統(tǒng)運(yùn)行前要對(duì)電子皮帶秤進(jìn)行標(biāo)定，以使其對(duì)物料流量測(cè)量精度滿(mǎn)足配料控制要求。不過(guò)在配料控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、粉塵較大、振動(dòng)較強(qiáng)烈，以及因?yàn)槲锪橡そY(jié)在皮帶上等原因，經(jīng)常造成電子皮帶秤零點(diǎn)漂移，給物料流量測(cè)量帶來(lái)誤差，影響配料控制精度。所以要求控制系統(tǒng)能定時(shí)自動(dòng)校正電子皮帶秤零點(diǎn)。其實(shí)現(xiàn)方法是：在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中定時(shí)地停頓電振機(jī)下料，電子皮帶秤空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，使秤上沒(méi)有物料，然后秤量空秤重量；在正常工作時(shí)，將所測(cè)得重量值減去空秤重量，得到實(shí)際物料重量，并轉(zhuǎn)換成物料瞬時(shí)流量值作為控制回路測(cè)量值反饋。第39頁(yè)6.2.5配料控制系統(tǒng)其它功效(2)堵料報(bào)警因?yàn)榱蟼}(cāng)內(nèi)原料含有水分及粒度不均勻等原因，經(jīng)常會(huì)在下料口處堵住，下不來(lái)料，造成堵料現(xiàn)象。這種現(xiàn)象假如不及時(shí)處理，其它原料繼續(xù)下料，勢(shì)必造成混合料成份不合格。所以出現(xiàn)堵料現(xiàn)象時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)作出判斷并報(bào)警，以提醒操作人員及時(shí)處理。堵料現(xiàn)象是經(jīng)過(guò)物料重量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)某一控制回路控制量大于某一給定值而測(cè)量值過(guò)小，就認(rèn)為發(fā)生了堵料現(xiàn)象，給出報(bào)警信號(hào)。第40頁(yè)6.2.6采取調(diào)速電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)(1)采取恒速電子皮帶秤水泥生料配料計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)因?yàn)槲锪蠌慕o料裝置落下，對(duì)到電子皮帶秤沖擊帶來(lái)測(cè)量誤差，影響控制精度。為克服這一缺點(diǎn)，在很多水泥廠采取調(diào)速電子皮帶秤組成配料控制系統(tǒng)。存放于各料倉(cāng)中各種原料由電子皮帶秤拉出，壓力傳感器把皮帶秤秤量段物料重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)電信號(hào)，由傳感放大器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給控制器。因?yàn)檎{(diào)速電子皮帶秤皮帶速度不是恒定，物料流量與重量和皮帶速度乘積成正比，所以還需要測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)并送入控制器，控制器計(jì)算物料重量信號(hào)與調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)乘積并將它轉(zhuǎn)換成物料瞬時(shí)流量信號(hào)，再把它們與對(duì)應(yīng)設(shè)定值相比較，得到它們偏差值，按PID控制規(guī)律調(diào)整電磁調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)整下料量，使之與其給定值相等。第41頁(yè)6.2.6采取調(diào)速電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)(2)采取調(diào)速電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)因?yàn)槲锪鲜潜黄С訌牧蟼}(cāng)中拉出，不會(huì)對(duì)電子皮帶秤造成沖擊，所以工作過(guò)程較平穩(wěn)，配料控制精度也較高。但因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)秤上總有物料，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校零功效。第42頁(yè)6.2.7采取斗式秤配料控制系統(tǒng)(1)4.2.7.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

其原料下料量控制回路中有裝料電振機(jī)、卸料電振機(jī)、斗式秤等裝置。與采取電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)不一樣，其配料過(guò)程是間歇式。壓力傳感器把料斗內(nèi)物料與料斗重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)電信號(hào)，再由傳感放大器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行秤量。存放于各料倉(cāng)中各種原料經(jīng)過(guò)裝料電振機(jī)裝入斗式秤秤量斗內(nèi)，秤量后再經(jīng)過(guò)卸料電振機(jī)卸出，然后再進(jìn)行秤量。計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算兩次秤量重量值差值得到實(shí)際下料量，完成一次下料過(guò)程。第43頁(yè)6.2.7采取斗式秤配料控制系統(tǒng)(2)第44頁(yè)6.2.7.2控制算法(1)

設(shè)物料給定流量為q，單位時(shí)間內(nèi)下料n次，則平均每次下料重量期望值為：ws=q/n。每次裝料時(shí)總是希望裝到某一足夠大重量wh，然后卸料至重量wl，并滿(mǎn)足：

wh-wl=ws因?yàn)檠b料、卸料過(guò)程誤差，上式并不能被滿(mǎn)足，這就造成了配料控制過(guò)程誤差，各下料過(guò)程誤差累計(jì)值稱(chēng)為累計(jì)偏差es。為消除累計(jì)偏差，每次下料時(shí)將此次下料量給定值Ws(k)設(shè)為：Ws(k)=ws+Es(k)k=1,2,…..其中：k－下料次數(shù)

Es(k)－累計(jì)偏差第45頁(yè)6.2.7.2控制算法(2)

第k次裝料時(shí)，當(dāng)秤量重量w小于wh時(shí)使裝料電振機(jī)工作，繼續(xù)裝料，直到w>wh，停頓裝料電振機(jī)并等物料穩(wěn)定后，進(jìn)行秤量，得到此次滿(mǎn)料重量Wh(k)，希望卸料后料倉(cāng)重量給定值Wls(k)為：Wls(k)=Wh(k)-Ws(k)此時(shí)開(kāi)啟卸料電振機(jī)卸料，直到秤量重量w≤Wl

s(k)時(shí)，關(guān)閉卸料電振機(jī)，等重量穩(wěn)定后秤量得卸料后實(shí)際重量Wl(k)，則此次實(shí)際下料量為：

W(k)=Wh(k)-Wl(k)

下次累計(jì)偏差為：

Es(k+1)=Ws(k)-W(k)第46頁(yè)6.2.7.3特點(diǎn)采取斗式秤配料控制系統(tǒng)因?yàn)椴扇§o態(tài)秤量，秤量結(jié)果不受物料沖擊、振動(dòng)等影響，其控制算法中較輕易地實(shí)現(xiàn)了對(duì)累計(jì)偏差控制。但因?yàn)槭沁B同幾乎裝滿(mǎn)物料料倉(cāng)一起秤量，每次下料量只占總秤量重量一小部分，要求傳感器量程要大。另外因?yàn)槭情g歇下料，下料時(shí)間利用率較低，要求物料傳輸設(shè)備容量要大。第47頁(yè)6.2.8

采取恒速電子皮帶秤間歇式配料控制系統(tǒng)(1)為克服物料落下時(shí)對(duì)電子皮帶秤沖擊造成測(cè)量誤差，采取恒速電子皮帶秤配料控制系統(tǒng)中也能夠借鑒斗式秤思想，采取間歇式下料、間歇式秤量控制方法。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與采取恒速電子皮帶秤連續(xù)式配料控制系統(tǒng)相同，所不一樣是控制算法。采取恒速電子皮帶秤間歇式配料控制過(guò)程是一個(gè)周期過(guò)程，周期時(shí)間T為電子皮帶秤皮帶速度v與皮帶長(zhǎng)度L乘積，即：

T=L/v周期時(shí)間T被分為2部分：給料時(shí)間T1、稱(chēng)量時(shí)間T2，其中：T1=2T/3，T2=T/3。第48頁(yè)6.2.8

采取恒速電子皮帶秤間歇式配料控制系統(tǒng)(2)在第k個(gè)周期開(kāi)始，設(shè)時(shí)間t=0。先使電振機(jī)工作，開(kāi)始向皮帶秤上下料。直到稱(chēng)量重量w≧Ws(k)或t≧T1，停頓下料，等到t>T1后開(kāi)始稱(chēng)量，得到此次實(shí)際下料量W(k)，最終再計(jì)算Es(k+1)=Ws(k)-W(k)。等到t=T時(shí)，開(kāi)始第K+1個(gè)周期下料過(guò)程，當(dāng)t=T+T1時(shí)，秤上第K次下全部物料都已從秤上落下，秤上只有第K+1次下料物料，開(kāi)始下一個(gè)周期秤量。設(shè)物料流量給定值為q，則平均每個(gè)周期下料重量期望值為：

ws=qT在第k個(gè)周期(k--0,1。…)，考慮到累計(jì)偏差ES(k)，實(shí)際下料重量給定值為：

Ws(k)＝ws+Es(k)第49頁(yè)6.2.8

采取恒速電子皮帶秤間歇式配料控制系統(tǒng)(3)在這種控制過(guò)程中因?yàn)閮纱蜗铝现虚g最少有T2時(shí)間間隔，秤量時(shí)上一次下到皮帶秤上物料都已落下，而下一次下料還沒(méi)開(kāi)始，所以秤量重量是此次下料量；另外，秤量時(shí)電振機(jī)不工作，不會(huì)因?yàn)槲锪蠜_擊皮帶秤給秤量帶來(lái)誤差。第50頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(1)上述幾個(gè)配料控制系統(tǒng)都是按物料重量配比進(jìn)行控制系統(tǒng)，它們控制目標(biāo)是確保各種物料在混合料中占一定百分比，但水泥生產(chǎn)過(guò)程要求配料系統(tǒng)能夠做到使混合料中主要成份含量穩(wěn)定在其給定值。因?yàn)樵铣煞莶▌?dòng)等原因，即使重量配比準(zhǔn)確，仍不能確保混合料成份滿(mǎn)足要求，所以需要按成份進(jìn)行控制配料控制系統(tǒng)，即成份配料控制系統(tǒng)。第51頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(2)考評(píng)混合料是否合格標(biāo)準(zhǔn)是混合料中CaO和Fe含量是否滿(mǎn)足要求，成份配料控制系統(tǒng)是在上述重量配料控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加混合料在線成份分析儀實(shí)現(xiàn)?；旌狭显诰€成份分析儀在線檢測(cè)混合料中鈣和鐵等主要成份含量，并反饋給配料控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)依據(jù)其測(cè)量值自動(dòng)修正配料重量配方，以確?；旌狭虾细衤省５?2頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(3)

在有石灰石、粘土、鐵粉、瑩石四種原料配料系統(tǒng)中，設(shè)：其中：a11、a12、a13、a14分別是石灰石、粘土、鐵粉、瑩石氧化鈣含量；

a2l、a22、a23、a24分別是石灰石、粘土、鐵粉、瑩石氧化鐵含量；

x1、x2、x3、x4分別是石灰石、粘土、鐵粉、瑩石重量配比；y1、y2分別是混合料中氧化鈣、氧化鐵含量。第53頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(4)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室分析得A，并依據(jù)期望Y值計(jì)算出配比X，則應(yīng)有：

Y=AXx1+x2+x3+x4=1按配比X進(jìn)行控制，一段時(shí)間后，檢測(cè)混合料成份，得混合料實(shí)際成份Y*：因?yàn)樵铣煞莶▌?dòng)等原因，普通Y*≠Y，需要對(duì)配方進(jìn)行調(diào)整。第54頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(5)為簡(jiǎn)化運(yùn)算，認(rèn)為y1*偏誤差是因?yàn)槭沂泻}量a11改變?cè)斐?，認(rèn)為y2*偏誤差是因?yàn)殍F粉中含鐵量a23改變?cè)斐?，既?/p>

A*X=Y*其中：則有：第55頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(6)水泥配料中，瑩石加入是為了滿(mǎn)足水泥物理性能要求，其配比普通不改變，即x4不變，而修正x1、x2、x3，修正后配方為：應(yīng)滿(mǎn)足：

A*X*=Y

及：

x1*+x2*+x3*+x4=1

第56頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(7)令：第57頁(yè)6.2.9成份配料控制系統(tǒng)(8)則應(yīng)有：

Y’=A’X’即：

X’=A’-1Y’可求得x1*、x2*、x3*，得到X*，做為修正后配方進(jìn)行控制。第58頁(yè)6.3煅燒控制系統(tǒng)

6.3.1回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)

時(shí)

專(zhuān)

家

控

制

系

統(tǒng)PID水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程燃油流量給定燃油流量尾氣NOx含量尾氣O2含量尾氣CO含量燒成帶溫度橢圓齒輪番量計(jì)在線氣體成份分析儀光電比色高溫計(jì)窯轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速變送器窯轉(zhuǎn)速給定過(guò)程自動(dòng)化基礎(chǔ)自動(dòng)化回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)+-PID生料流量沖板流量計(jì)+-比值器回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制系統(tǒng)分為基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化兩個(gè)層次。基礎(chǔ)自動(dòng)化部分完成過(guò)程參數(shù)采集、數(shù)據(jù)處理及一些參數(shù)閉環(huán)控制功效；過(guò)程自動(dòng)化部分采取實(shí)時(shí)含糊教授控制系統(tǒng)得出基礎(chǔ)自動(dòng)化各控制回路給定值實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制目標(biāo)。第59頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(1)123456789101112回轉(zhuǎn)窯參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)示意圖1入窯生料流量7燒成帶溫度2窯尾氣溫度8冷卻機(jī)速度3窯尾壓力9冷卻機(jī)蓖下壓力4窯尾氣成份10燃料流量5窯轉(zhuǎn)矩11二次風(fēng)溫度6窯轉(zhuǎn)速12各風(fēng)室風(fēng)量第60頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(2)１、燒成帶溫度檢測(cè)燒成帶溫度是直接反應(yīng)燒成工況主要參數(shù)。對(duì)燒成帶溫度檢測(cè)，主要有兩種方法：第一個(gè)方法是在窯壁上插入熱電偶進(jìn)行測(cè)量。這種方法主要有兩個(gè)難點(diǎn)，其一是因?yàn)楦G體旋轉(zhuǎn)，按裝在窯體上熱電偶信號(hào)不能直接引出來(lái)，人們通常采取滑環(huán)方法處理這個(gè)問(wèn)題，但因?yàn)闊犭娕夹盘?hào)較弱、滑環(huán)接觸不良等原因，效果不好。其二是因?yàn)楦G內(nèi)高溫物料對(duì)熱電偶沖刷，使熱電偶無(wú)法長(zhǎng)久穩(wěn)定工作，所以熱電偶普通不插入窯內(nèi)，只是埋在窯壁中，對(duì)窯內(nèi)溫度進(jìn)行間接測(cè)量。但因?yàn)楦G內(nèi)高溫物料沖刷窯壁或結(jié)塊，使得窯壁厚度發(fā)生改變，測(cè)量精度很差。第61頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(3)第二種方法是采取輻射高溫計(jì)從窯頭對(duì)窯內(nèi)燒成帶溫度進(jìn)行測(cè)量。這種方法難點(diǎn)是窯內(nèi)火焰及光路中灰塵等對(duì)測(cè)量干擾以及窯頭環(huán)境溫度較高影響儀表正常工作。能夠采取一定波長(zhǎng)光電比色高溫計(jì)以避開(kāi)火焰干擾，采取高壓儀表風(fēng)反吹以清潔光路，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行水冷等方法處理以上問(wèn)題。

第62頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(4)２、廢氣成份在線檢測(cè)窯尾廢氣中ＣＯ、Ｏ２含量直接反應(yīng)燃料充分燃燒程度及過(guò)剩空氣量，ＮＯＸ含量在氧氣量供給充分條件下，隨燒成帶溫度改變?nèi)欢焖俑淖?，故可用作控制窯煅燒主要參數(shù)。廢氣成份在線檢測(cè)主要是分析窯尾氣中Ｏ2、ＣＯ、ＮＯX

含量，它主要難點(diǎn)有兩點(diǎn)，其一是尾氣溫度較高，使取樣探桿難以長(zhǎng)久工作。處理這一問(wèn)題方法是水冷。其二是窯尾氣中灰塵較多，易造成取樣過(guò)濾器堵塞。普通經(jīng)過(guò)用高壓氣體反吹來(lái)處理，但效果不理想，也有些人用向尾氣中噴水霧方法，效果很好，但因?yàn)槲矚庵幸恍怏w成份溶于水，對(duì)測(cè)量結(jié)果干擾較大。第63頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(5)我們認(rèn)為處理廢氣成份在線檢測(cè)問(wèn)題首先要正確選擇取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)要有代表性，取出氣樣能正確反應(yīng)尾氣情況，同時(shí)取樣點(diǎn)環(huán)境條件要好一些，灰塵盡可能少、溫度也不太高，使得對(duì)取樣探桿要求不太苛刻。另外，在取樣裝置設(shè)計(jì)上，改進(jìn)取樣口形狀，使吸入灰塵盡可能少，改進(jìn)水冷、反吹裝置，以提升取樣裝置在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)久工作可靠性。

第64頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(6)３、窯轉(zhuǎn)矩檢測(cè)窯轉(zhuǎn)矩是間接反應(yīng)燒成工況主要參數(shù)。直接檢測(cè)較困難，當(dāng)前多采取間接測(cè)量，用窯傳動(dòng)馬達(dá)功率或電流來(lái)近似地代替。當(dāng)燒成帶溫度下降時(shí)，窯轉(zhuǎn)矩增大，反之，窯轉(zhuǎn)矩減小，但滯后較大。第65頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(7)４、胴體溫度檢測(cè)在水泥回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過(guò)程中，保護(hù)窯胴體不至過(guò)熱損壞，并延長(zhǎng)耐火磚壽命是很主要，所以，需要對(duì)胴體溫度連續(xù)監(jiān)視。胴體溫度檢測(cè)主要有三種方法：（１）、采取高速紅外溫度掃描器連續(xù)地測(cè)量整個(gè)窯胴體溫度，用計(jì)算機(jī)采集溫帶信號(hào)，并在顯示器上以圖形、曲線形式顯示整個(gè)溫場(chǎng)，對(duì)高溫情況進(jìn)行報(bào)警。國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品可做到以每秒１６次速度對(duì)整個(gè)窯沿長(zhǎng)度方向掃描，效果很好，但成本很高。第66頁(yè)6.3.2參數(shù)檢測(cè)(8)（２）、采取窯沿長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)小車(chē)帶動(dòng)紅外紅外輻射溫度計(jì)對(duì)窯頭附近窯胴體溫度檢測(cè)，用統(tǒng)計(jì)儀統(tǒng)計(jì)溫度信號(hào)，對(duì)高溫情況進(jìn)行報(bào)警。這種方法掃描速度較低，普通只能對(duì)窯高溫帶檢測(cè)，但成本較低。

（３）、采取紅外熱像儀連續(xù)地掃描整個(gè)窯胴體溫度，用計(jì)算機(jī)對(duì)溫場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行處理、顯示溫場(chǎng)并報(bào)警。

第67頁(yè)6.3.3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(1)

建立回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型首先要采集大量過(guò)程數(shù)據(jù)，并積累操作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)理論分析和對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)分析，建立入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速、燃料量關(guān)系，熟料游離氧化鈣含量、熟料立升重與燒成帶溫度、窯轉(zhuǎn)矩、窯尾廢氣ＮＯX含量關(guān)系，窯尾廢氣Ｏ2、ＣＯ含量與空燃比關(guān)系，并以此為依據(jù)，應(yīng)用含糊邏輯控制原理，建立回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)操作數(shù)學(xué)模型，它應(yīng)包含以下幾個(gè)方面內(nèi)容：第68頁(yè)6.3.3控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(2)１、入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速、燃料量協(xié)調(diào)動(dòng)作。２、依據(jù)窯尾廢氣Ｏ2、ＣＯ含量調(diào)整送風(fēng)量與燃料量比值。３、依據(jù)窯尾廢氣ＮＯX含量、比色高溫計(jì)測(cè)量值、窯轉(zhuǎn)矩等判斷燒成帶溫度，并以此預(yù)估熟料立升重值，決定對(duì)入窯生料量與窯轉(zhuǎn)速比值及燃料量調(diào)整。４、依據(jù)由人工設(shè)入實(shí)際熟料立升重值修正熟料立升重與燒成帶溫度、窯轉(zhuǎn)矩、窯尾廢氣ＮＯX含量關(guān)系。第69頁(yè)6.3.4實(shí)時(shí)教授控制系統(tǒng)組成

實(shí)時(shí)教授控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)存放生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，知識(shí)庫(kù)存放控制規(guī)則，推理機(jī)依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制規(guī)則進(jìn)行推理，得出控制結(jié)論。

數(shù)據(jù)庫(kù)推理機(jī)知識(shí)庫(kù)實(shí)時(shí)教授控制系統(tǒng)組成基礎(chǔ)自動(dòng)化水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)教授控制系統(tǒng)第70頁(yè)6.3.5知識(shí)表示(1)實(shí)時(shí)教授控制系統(tǒng)中，采取了基于規(guī)則表知識(shí)表示形式。規(guī)則表由若干條控制規(guī)則組成，每條規(guī)則分為條件和結(jié)論兩部分，在規(guī)則表中占一行。條件由系統(tǒng)輸入變量組成，并表示它們與、或關(guān)系；結(jié)論由系統(tǒng)控制變量組成，表示條件成立時(shí)系統(tǒng)應(yīng)采取控制動(dòng)作。第71頁(yè)6.3.5知識(shí)表示(2)每個(gè)輸入變量或輸出變量占一列，規(guī)則中輸入變量取值為其論域上一個(gè)含糊子集，或幾個(gè)含糊子集“或”。每個(gè)控制變量占一列，其在規(guī)則中取值為其論域上一個(gè)含糊子集。圖中所表示規(guī)則表中表示規(guī)則可敘述為：規(guī)則1IFNOx偏低ANDO2正常ANDCO正常AND溫度偏低THEN降低轉(zhuǎn)速規(guī)則2IFNOx偏高ANDO2正常ANDCO正常AND溫度偏高THEN提升轉(zhuǎn)速規(guī)則3IFNOx偏低ANDO2偏低ANDCO偏高AND溫度正常THEN減小燃料量規(guī)則4IFNOx偏低ANDO2偏高ANDCO很低AND溫度正常THEN增加燃料量第72頁(yè)6.3.5知識(shí)表示(3)在這種知識(shí)表示方式中，在任一條規(guī)則中都要包含全部變量，而實(shí)際控制系統(tǒng)中，不一樣規(guī)則可能由不一樣變量組成，這給知識(shí)表示帶來(lái)了困難。為處理這個(gè)問(wèn)題，RECS系統(tǒng)中預(yù)定義了“”和“”兩個(gè)含糊變量。其在任意變量X論域上隸屬度函數(shù)為：當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸入變量取值為“”時(shí)，表示其總是匹配，條件是否成立取決于該規(guī)則中其它輸入變量匹配情況。當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸入變量取值為“”時(shí)，表示其總是不匹配，條件不可能成立。當(dāng)規(guī)則中某個(gè)輸出變量取值為“”時(shí)，表示不論條件是否成立，其輸出不改變。輸出變量不能夠取值為“”。

第73頁(yè)6.3.5知識(shí)表示(4)規(guī)則表中列出了全部輸入變量和控制變量，一條規(guī)則中輸入變量集合是全體輸入變量集合一個(gè)子集。一條規(guī)則中輸出變量集合是全體輸出變量集合一個(gè)子集。不屬于該規(guī)則輸入變量在表中對(duì)應(yīng)位置取值為“”不屬于該規(guī)則輸出變量在表中對(duì)應(yīng)位置取值為“”。

第74頁(yè)6.3.6推理機(jī)推理機(jī)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)控制,首先將數(shù)據(jù)庫(kù)中輸入變量值含糊化，然后采取極大極小原理計(jì)算它們對(duì)各條規(guī)則條件隸屬度。認(rèn)為隸屬度大于或等于組態(tài)時(shí)給出λ規(guī)則匹配成功，條件成立，該規(guī)則輸出有效，并將它隸屬度作為該規(guī)則可信程度。當(dāng)有多條控制規(guī)則成立時(shí)，按加權(quán)平均法進(jìn)行含糊決議，得到實(shí)際控制量。假如全部規(guī)則隸屬度都小于λ，認(rèn)全部規(guī)則都不成立，保持原有控制量不變。

第75頁(yè)6.4冷卻機(jī)控制系統(tǒng)

6.4.1工藝原理(1)推冷機(jī)是回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)過(guò)程中主要工藝設(shè)備，它作用主要是經(jīng)過(guò)空氣使出窯高溫水泥熟料快速冷卻至１００℃以下，以預(yù)防熟料“粉化”現(xiàn)象發(fā)生，確保熟料質(zhì)量。同時(shí)，冷空氣被高溫熟料加熱，作為二次風(fēng)進(jìn)入窯內(nèi)，即降低了熱損失，又保持了窯內(nèi)熱工制度平衡。第76頁(yè)6.4.1工藝原理(2)從回轉(zhuǎn)窯中出來(lái)水泥熟料落在蓖板上，蓖板由滑差調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)做循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使熟料向前運(yùn)動(dòng)，在蓖板下放有六個(gè)風(fēng)箱，鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)這六個(gè)風(fēng)箱向料層鼓風(fēng)，使熟料冷卻。冷空氣經(jīng)過(guò)料層時(shí)被加熱，進(jìn)入窯內(nèi)參加燃燒。第77頁(yè)6.4.1工藝原理(3)

推冷機(jī)蓖板上物料料層厚度和二次風(fēng)溫度是回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)過(guò)程中主要參數(shù)，為了提升水泥熟料產(chǎn)量，希望蓖板上物料料層厚度盡可能厚些，但料層太厚又會(huì)使熟料冷卻速度降低，還會(huì)造成推冷電機(jī)超負(fù)合。從使熟料盡可能快地降溫角度出發(fā)，希望各風(fēng)箱風(fēng)量盡可能大一些，二次風(fēng)溫度盡可能低一些；但二次風(fēng)溫度直接影響窯內(nèi)燒成帶溫度，它改變會(huì)造成窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，二次風(fēng)溫度太低會(huì)使得燒成帶溫度極難提升。使它保持在一個(gè)合理溫度值對(duì)水泥熟料產(chǎn)量和質(zhì)量有主要意義。第78頁(yè)6.4.2二次風(fēng)溫度含糊控制系統(tǒng)

6.4.2.1設(shè)計(jì)思想(1)

二次風(fēng)溫度改變直接影響窯內(nèi)燒成帶溫度，熟料質(zhì)量和產(chǎn)量，把它控制在一定范圍內(nèi)對(duì)于穩(wěn)定窯內(nèi)煅燒制度，提升熟料質(zhì)量和產(chǎn)量有主要意義。影響二次風(fēng)溫度因數(shù)主要有以下幾個(gè)：熟料溫度料層厚度各室風(fēng)箱風(fēng)量第79頁(yè)6.4.2.1設(shè)計(jì)思想(2)

二次風(fēng)溫度控制伎倆主要是調(diào)整蓖板下六個(gè)風(fēng)箱閥門(mén)開(kāi)度，從控制角度來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)多輸入單輸出對(duì)象，因?yàn)閷?duì)象非線性較嚴(yán)重，干擾原因多，難以建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，傳統(tǒng)ＰＩＤ控制方法不適合于這種控制場(chǎng)所，所以要應(yīng)用含糊控制系統(tǒng)。第80頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(1)

在推冷機(jī)二次風(fēng)溫度控制系統(tǒng)中二次風(fēng)溫檢測(cè)由熱電偶完成，并經(jīng)過(guò)調(diào)整六個(gè)風(fēng)閥開(kāi)度對(duì)其進(jìn)行控制，從被控對(duì)象出發(fā)，它是一個(gè)多輸入單輸出對(duì)象，普通應(yīng)采取多輸入多輸出系統(tǒng)進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)將很復(fù)雜。不過(guò)工藝上要求六個(gè)風(fēng)閥開(kāi)度要有一定關(guān)系，依據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，在正常工況下，1室風(fēng)閥應(yīng)保持最大開(kāi)度，5、6室風(fēng)閥開(kāi)度很小，主要調(diào)整2、3、4號(hào)風(fēng)閥開(kāi)度，需要增大風(fēng)量時(shí)，先主要開(kāi)2號(hào)風(fēng)閥，3、4號(hào)風(fēng)閥隨之開(kāi)大，但幅度較小，2號(hào)風(fēng)閥開(kāi)到最大開(kāi)度后，假如需繼續(xù)增大風(fēng)量，就開(kāi)3、4號(hào)風(fēng)閥。需要減小風(fēng)量時(shí)，按上述相反次序關(guān)風(fēng)閥，即先關(guān)4號(hào)風(fēng)閥，再關(guān)3、2號(hào)風(fēng)閥。所以，能夠設(shè)計(jì)一個(gè)控制量u,依據(jù)u大小改變各風(fēng)閥開(kāi)度，把被控對(duì)象簡(jiǎn)化為單輸入單輸出對(duì)象。

第81頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(2)

二次風(fēng)溫T測(cè)量范圍為0--1000℃，要求控制在650℃±50℃范圍，以650℃為溫度給定值，并定義溫度偏差為∶e=T-650(1)則e改變范圍為-650～350℃，把溫度偏差e轉(zhuǎn)化成取值為〔-7，5〕區(qū)間變量E，E與e之間關(guān)系如圖所表示，為分段線性關(guān)系。第82頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(3)比如，假如e實(shí)際測(cè)量值為70℃，則∶

變量值E溫度偏差℃-7-650-6-250-2-5025041505350變量E賦值表第83頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(4)把變量E含糊化，其對(duì)應(yīng)含糊變量分為正大(PL)、正中(PM)、正小(PS)，零(ZE)、負(fù)小(NS)、負(fù)中(NM)、負(fù)大(NL)七個(gè)含糊子集，其隸屬度函數(shù)為∶

當(dāng)上式計(jì)算結(jié)果小于0.1時(shí)，我們就取隸屬度為0。第84頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(5)變量E隸屬度表

-7-6-5-4-3-2-1012345NL1.01.00.850.530.2400000000NM0.110.370.781.00.780.370.11000000NS00000.170.641.00.640.170000ZE000000.10.551.00.550.1000PS0000000.170.641.00.640.1700PM000000000.170.641.00.640.17PL00000000000.170.641.0第85頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(6)在二次風(fēng)溫控制中，還必須考慮溫度偏差e改變量，把連續(xù)兩次采樣得到溫度偏差改變量de(dei=ei-ei-1)用分段線性方法轉(zhuǎn)換成在〔-3，3〕區(qū)間取值變量DE。DE對(duì)應(yīng)含糊集合分為負(fù)大(NL)、負(fù)小(NS)、零(ZE)、正小(PS)、正大(PL)五檔，其隸屬度為：第86頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(7)變量DE隸屬度賦值表

-3-2-10123NL1.00.500000NS00.51.00.5000ZE000.371.00.3700PS0000.51.00.50PL000000.51.0變量DE賦值表變量值DE偏差改變值℃-3-50-1-10110350第87頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(8)依據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，把控制量u分成在〔0，11〕區(qū)間取整數(shù)變量U，對(duì)應(yīng)含糊量分為負(fù)大(NL)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(O)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PL)七檔：

012345678910111#405060801001001001001001001001002#0102040557080901001001001003#05103040556070801001001004#0000510204060801001005#000001020304050701006#00000102030405070100控制量u與閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系

第88頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(9)控制量U隸屬度賦值表

01234567891011NL1.01.00.90.70.40.20.100000NM0.30.50.81.00.80.30.100000NS000.10.40.71.00.70.20000O000000.81.00.90.50.200PS0000000.81.00.80.30.10PM00000000.20.71.00.80.2PL000000000.10.30.71.0第89頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(10)

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得到以下形式控制規(guī)則（共18）條∶第90頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(11)

控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中，計(jì)算機(jī)以10秒周期對(duì)二次風(fēng)溫進(jìn)行采樣，將溫度偏差值及其改變量量化并經(jīng)過(guò)式(3)、(4)、(6)對(duì)其含糊化，計(jì)算出各隸屬度值，然后經(jīng)過(guò)以上各控制規(guī)則進(jìn)行推理，對(duì)于每一條控制規(guī)則i，依據(jù)E和DE隸屬度，對(duì)應(yīng)or關(guān)系采取并邏輯運(yùn)算(取大)，對(duì)應(yīng)and關(guān)系采取交邏輯運(yùn)算(取小)推出對(duì)應(yīng)控制量Ui∶

(i=1,2,...18)

第91頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(12)然后采取并邏輯運(yùn)算求出總控制量U∶

得到以下形式控制量：

其中∶

(i=1,2,3,4,5,6,7)

第92頁(yè)6.4.2.2含糊控制算法(13)由含糊推理得到控制量U是一個(gè)含糊量，按重心法決議得到控制量U，設(shè)∶

則∶

最終經(jīng)過(guò)查控制量u與閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)關(guān)系表，按插值方法確定各閥門(mén)開(kāi)度值，從而實(shí)現(xiàn)了二次風(fēng)溫度含糊控制。第93頁(yè)6.4.3料層厚度控制系統(tǒng)(1)料層厚度控制系統(tǒng)由推冷速度—窯轉(zhuǎn)速比值控制系統(tǒng)和二室壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)兩部分組成，推冷速度—窯轉(zhuǎn)速比值控制系統(tǒng)在因窯轉(zhuǎn)速改變?cè)斐蛇M(jìn)入推冷機(jī)熟料流量改變時(shí)自動(dòng)保持推冷速度與窯轉(zhuǎn)速成百分比，從而使料層厚度保持穩(wěn)定，該系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，在料層厚度控制中起主要作用。二室壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)作為比值控制系統(tǒng)對(duì)料層厚度控制補(bǔ)充，其控制器靈敏度不宜太高，因而選取帶死區(qū)PI控制規(guī)律，而且其百分比度和積分時(shí)間都較大。

第94頁(yè)6.4.3料層厚度控制系統(tǒng)(2)推冷機(jī)料層厚度控制系統(tǒng)方框圖料層厚度控制器推冷機(jī)滑差調(diào)速電機(jī)壓力變送器二室壓力給定值二室壓力測(cè)速電機(jī)比值器窯轉(zhuǎn)速++—+第95頁(yè)6.5分解爐控制系統(tǒng)(1)上個(gè)世紀(jì)七十年代初，出現(xiàn)了帶窯外分解爐新型干法回轉(zhuǎn)窯。它主要特點(diǎn)是把大量吸熱碳酸鹽分解反應(yīng)由窯內(nèi)傳熱效率較低區(qū)帶轉(zhuǎn)移到懸浮預(yù)熱器與窯之間預(yù)分解爐中進(jìn)行。懸浮預(yù)熱器利用窯廢氣熱將生料粉加熱至分解臨界點(diǎn)，物料進(jìn)入分解爐后呈懸浮或沸騰狀態(tài)。發(fā)生分解反應(yīng)需要熱量，靠分解爐中進(jìn)行燃燒反應(yīng)供給，分解爐中需要加入一定燃料，使燃料燃燒放熱反應(yīng)與生料分解吸熱過(guò)程同時(shí)快速進(jìn)行。這么，回轉(zhuǎn)窯只負(fù)擔(dān)放熱反應(yīng)和燒結(jié)任務(wù)，能夠大大減輕回轉(zhuǎn)窯熱負(fù)荷，從而使窯生產(chǎn)能力成倍提升。第96頁(yè)6.5分解爐控制系統(tǒng)(2)窯外分解窯主要優(yōu)點(diǎn)是：入窯生料溫度可達(dá)800℃—850℃，碳酸鈣表現(xiàn)分解率提升到90—95%，熟料熱耗可降低到3200千焦/千克，比普通懸浮預(yù)熱器窯低3—6%，單位面積產(chǎn)量比預(yù)熱器窯高出一倍，為濕法長(zhǎng)窯7倍。另外，還含有熟料質(zhì)量高、占地面積小、環(huán)境污染輕、對(duì)燃料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。第97頁(yè)6.5分解爐控制系統(tǒng)(3)

入窯氣流由底部喉部高速進(jìn)入，將爐內(nèi)流體、燃料和物料不停裹挾進(jìn)來(lái)，造成許多渦流而形成噴騰層。燃料及經(jīng)預(yù)熱物料則在爐錐部及爐下部適當(dāng)?shù)胤郊尤?，因?yàn)闋t噴