水泥回轉窯分解爐溫度的模糊控制

1、    水泥回轉窯分解爐溫度的模糊控制        姚 維 時間:2009年07月20日     字 體: 大 中 小        關鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>回轉窯<"cblue" " target='_blank&#

2、39;>模糊控制<"cblue" " target='_blank'>控制策略<"cblue" " target='_blank'>電機轉速<"cblue" " target='_blank'>模糊控制技術            摘要： 介紹了<"cblue" "

3、 title="模糊控制">模糊控制技術在水泥<"cblue" " title="回轉窯">回轉窯分解爐溫度控制中的成功應用，并討論了水泥回轉窯生產(chǎn)過程DCS系統(tǒng)的總體結構和應用軟件開發(fā)。實際運行結果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制效果良好、滿足了生產(chǎn)工藝要求。關鍵詞： 模糊控制 DCS 水泥回轉窯 分解爐溫度?水泥生產(chǎn)過程是一個理化反應過程，具有大慣性、純滯后、非線性等特點，系統(tǒng)工況復雜多變，難以建立精確的數(shù)學模型。因此，采用傳統(tǒng)的<"cblue" " title="

4、控制策略">控制策略往往難以獲得令人滿意的控制品質。為了達到進一步穩(wěn)定操作工藝、優(yōu)化技術參數(shù)、節(jié)能降耗、提高運轉率之目的，目前世界各大水泥制造商和計算機公司除了注重DCS系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線的應用外，還特別開發(fā)了一些應用于水泥生產(chǎn)工藝各主要環(huán)節(jié)的先進控制策略，其中<"cblue" " title="模糊控制技術">模糊控制技術在提高產(chǎn)量和質量、節(jié)能以及穩(wěn)定工況等方面，具有顯著的效果。自1965年L. A. Zadeh教授提出模糊集理論后，1973年E. H. Mamdani教授首次成功地將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機的控制

5、中，獲得了比PID控制更好的控制效果；1979年丹麥工程師Ostergaard成功地將模糊控制技術應用于石灰窯生產(chǎn)過程的控制中，揭開了模糊控制技術工業(yè)化應用的新篇章。模糊控制規(guī)則是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機控制系統(tǒng)，是一種從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的智能控制方法，是模糊數(shù)學與控制理論相結合的產(chǎn)物，能夠解決許多復雜而無法建立精確對象模型的系統(tǒng)的控制問題。它先將操作人員或專家的經(jīng)驗歸結為模糊控制規(guī)則，然后把傳感器信號模糊化，并用此模糊輸入去適配控制規(guī)則，完成模糊邏輯推理，最后將模糊輸出量進行解模糊判決，變?yōu)槟M量或數(shù)字量后送到執(zhí)行器上。杭州水泥廠新型干法水泥

6、生產(chǎn)線采用Honeywell 最新推出的PlantScape DCS系統(tǒng)，應用模糊控制技術，實現(xiàn)了水泥回轉窯生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。1 分解爐溫度的模糊控制杭州水泥廠新型干法水泥生產(chǎn)線采用了目前廣泛使用的“五級旋風窯外預熱分解”技術，整個生產(chǎn)工藝過程包括窯外預熱分解、窯內煅燒、熟料冷卻、廢氣處理和煤粉制備等工序。其中，窯尾分解爐溫度是一個重要的工藝參數(shù)，它的穩(wěn)定對整條水泥生產(chǎn)線的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和節(jié)能具有重大影響。根據(jù)對生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析以及操作人員經(jīng)驗的總結，可以發(fā)現(xiàn)：(1)如果增加喂煤滑差<"cblue" " title="電機轉速"&g

7、t;電機轉速，則增大了入分解爐的煤粉流量，這將加劇分解爐內的反應，使分解爐溫度升高。轉速越高，則溫度上升的速度越快。(2)如果增加生料滑差電機轉速，則增大了入窯生料流量，這將增加分解爐內反應物料數(shù)量，使分解爐溫度升高。但生料流量增大到一定程度后，由于物料未能充分反應，分解爐溫度反而會下降。事實上，入窯生料流量與入分解爐煤粉流量之間應維持一定的比例關系，以便進行充分反應。(3)如果增大回轉窯轉速，則分解爐溫度略有下降，但兩者之間的關系不是很明顯。正常情況下，回轉窯轉速基本保持不變。由此可見，影響分解爐溫度的因素很多，但喂煤滑差電機的轉速是一個主要因素，而其它因素諸如生料滑差電機的轉速和回轉窯的轉

8、速也對分解爐溫度有一定影響，且各因素之間存在耦合關系，但它們的作用不是線性的，難以建立一個準確的數(shù)學模型來描述該過程。如果采用傳統(tǒng)的控制方法，即通過建立對象模型來實現(xiàn)對分解爐溫度的控制則非常困難，為此我們采用模糊控制技術實現(xiàn)對分解爐溫度的自動調節(jié)。模糊控制器的輸入變量為分解爐溫度偏差E和溫度偏差的變化EC，輸出變量為喂煤滑差電機轉速增量n，將回轉窯轉速和生料滑差電機轉速作為干擾因素處理。輸入變量E的論域為50，50，語言值為負大，負中，負小，負零，零，正零，正小，正中，正大，記作NB，NM，NS，NZ，ZO，PZ，PS，PM，PB，隸屬度函數(shù)如圖1所示。EC的論域為25，25，語言值為負大，負

9、小，零，正小，正大，記作NB，NS，ZO，PS，PB，隸屬度函數(shù)采用三角形函數(shù)，值為25，10，0，10，25。輸出變量n的論域為15%，15%，語言值為負大，負中，負小，零，正小，正中，正大，記作NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB，值為15，10，5，0，5，10，15。其中，控制滑差電機轉速的輸出以百分數(shù)形式表示，即當控制滑差電機全速運行時，輸出控制量為100，停止時為0。設計模糊控制器的核心是模糊規(guī)則庫的建立。建立模糊規(guī)則庫常用的方法是根據(jù)工藝操作規(guī)程及對操作人員經(jīng)驗的總結，抽取相應的模糊規(guī)則，這種方法較為簡便，但獲得的規(guī)則較為粗糙，且因操作人員經(jīng)驗的不同而帶有一定的主觀性。另一種

10、方法是應用系統(tǒng)辨識技術，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)建立對象的模糊模型，再根據(jù)模糊模型提取相應的模糊控制規(guī)則。在此，我們采用了先建立對象的模糊模型，再提取模糊控制規(guī)則，同時借鑒操作人員的經(jīng)驗和現(xiàn)場控制情況對控制規(guī)則作適當修改的方法，最后所得的規(guī)則如表1所示。采用了Zadeh推理方法、單點模糊化方法和加權平均解模糊方法的分解爐溫度模糊控制器于1998年5月在現(xiàn)場一次投運成功，取得了良好的控制效果。圖2為采用模糊控制策略的分解爐溫度12小時變化曲線，圖3為采用PID控制策略的溫度變化曲線。由此可見，采用模糊控制策略后，分解爐的溫度基本控制在850左右，與采用PID控制策略的溫度變化曲線對比，控制效果非常明顯。

11、? 2 計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)杭州水泥廠回轉窯計算機控制系統(tǒng)選用了Honeywell公司新近推出的基于C/S結構的PlantScape DCS系統(tǒng)，組成圖4所示的總體結構。系統(tǒng)采用兩臺Dell 6200/OP GXPRO 200計算機作為監(jiān)控站，其中一個作為PlantScape系統(tǒng)服務器并兼窯頭工作站，承擔總體網(wǎng)絡系統(tǒng)的服務器功能，處理整個系統(tǒng)的通訊、數(shù)據(jù)庫的管理和控制，又作為工作站管理和控制窯頭、窯中和煤粉制備部分的主要設備；另一個工作站主要負責窯尾及廢氣處理部分的數(shù)據(jù)采集和設備控制。系統(tǒng)軟件除具備編程、組態(tài)、系統(tǒng)生成功能外，還具備了操作站的所有操作及顯示功能?，F(xiàn)場控制級的PlantScape復

12、合控制器由控制模塊、通信模塊、電源模塊及相應I/O模塊組成，具備數(shù)據(jù)采集、通信和控制功能。為使設備運行得安全可靠，系統(tǒng)對所控設備分別設置了計算機控制和現(xiàn)場控制兩種操作功能，各主要設備在現(xiàn)場都配有手操器和啟/停開關。由于水泥生產(chǎn)線現(xiàn)場設備較多，故系統(tǒng)對設備的聯(lián)鎖、順序啟/停以及故障停車順序等都編制了相應軟件，避免事故發(fā)生。針對實際生產(chǎn)過程開發(fā)的基于模糊控制技術的DCS系統(tǒng)應用軟件主要由控制組態(tài)軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件兩大部分組成。其中控制組態(tài)軟件主要包括Quick Build、Control Build和Station，監(jiān)控組態(tài)軟件包括工藝流程圖、控制回路圖、順序控制圖、歷史趨勢圖、報警系統(tǒng)圖和參數(shù)報表等。該系統(tǒng)已于1998年5月在杭州水泥廠成功投運，實際