水泥生料調配運行工況識別

1、水泥生料調配運行工況識別1、數據處理1.1數據濾波水泥生料配料過程主要是依據在線分析儀與熒光分析儀兩種分析儀的數據來改變配比使得生料質量穩(wěn)定。由于水泥生料的制備過程中由于在線分析儀檢測模型問題引起檢測到的水泥生料成分數據會有一定的噪聲存在，并且這些噪聲何時發(fā)生并不能提前預知，因此產生了隨機誤差，僅根據原始數據進行控制會生產出大量的質量不合格的水泥生料。這些隨機誤差是不可避免且數值不正確的，因此要采用合適的數字濾波的方式來消除。經過一系列的仿真實驗，證明限幅濾波可以把錯誤信息剔除保留有用信息，因此該方法對數據的處理能夠滿足工況識別要求。以對水泥生料成分中的硅為例，在線分析儀對硅的成分檢測會在一定

2、范圍內波動，其干擾一般為隨機干擾。因此采用限幅濾波法進行數據預處理。限幅濾波是對連續(xù)采樣值進行判斷，如若采樣值在允許最大偏差范圍內則保留，若大于最大允許最大范圍則采用上一個采樣值進行代替，最后再對數據滾動求平均。由于實際生產過程中si的波動較小一般在11.3%-12.3%之間波動，僅少數情況下較低或較高，大于13%或者小于10.5%的數則不符合實際情況為錯誤值，在多次嘗試后濾波上下限設在10.5%,13%，并且si的擾動較大滯后時間較長根據實驗和現(xiàn)場應用得出濾波均值平滑時間采用十五分鐘滾動求平均較好，平滑公式如下：由圖2可以看出Ca的擾動較小波動較為穩(wěn)定一般在40%上下波動經過實驗以及現(xiàn)場應用

3、得出Ca含量的在線濾波上下限為42%,44%，均值濾波時間為5分鐘，滾動進行。平滑公式為：由于Al,Fe的成分含量很低并且在斷料時會出現(xiàn)為的零況發(fā)生，且?guī)缀鯖]有噪聲存在，因此不需要對這兩種成分進行限幅，僅做了平滑濾波，時間為五分鐘樣本數圖1在線分析儀S數據濾波曲j2111111fB-L.111-樣即UJVU刪沖習木圖3在線分析儀Fe數據濾波圖4在線分析儀Al數據濾波由以上濾波效果圖以及實際應用結果來看在水泥生料配料過程中采用限幅濾波的方法處理現(xiàn)場數據效果較好。1.2在線分析儀數據修正本文所研究所依托的項目主要是依靠在線分析儀所測的的數據進行研究。由于熒光分析儀和在線分析儀兩種儀器采樣點相距很近

4、可以看作是在固定的時間內檢測的水泥生料是同一個樣本。圖5所示的曲線為在線分析儀和熒光分析儀監(jiān)測樣本變化曲線，紅色的為在線分析儀檢測的成分變化，藍色曲線為熒光分析儀檢測的成分變化，從中可以看出盡管兩種儀器所測量的數值上有所差異，但是所反映水泥生料成分變化的趨勢是一致的。圖5熒光分析儀在線分析儀對水泥生料四種成分檢測對比圖化驗室在對水泥生料化驗時使用熒光分析儀進行化驗，給出的生料控制質量指標也是根據熒光分析儀化驗出的結果計算得出，因此要找出一種補償方法使在線分析儀的數據盡可能的和熒光分析儀一致。這樣才可以保證水泥生料的正常生產。經過對兩種數據的對比研究最后得出了一種補償方法，控制軟件根據補償后的數

5、據來對進行控制。由于熒光分析儀為一個小時一個樣本所以在補償時是一個小時補償一次，補償公式如下：X=0.4*(xrt1(i)sf(i)-i-0,6*(xrf(j)sf(j)+sf其中x為補償后的數，為上一個小時熒光分析儀（連續(xù)/瞬時樣）結果，為上一個小時在線分析儀對應的（連續(xù)/瞬時樣）結果；為當前小時的時熒光分析儀（連續(xù)/瞬時樣）結果，sf（j）為當前小時在線分析儀對應的（連續(xù)/瞬時樣）結果，sf為在線分析儀實時檢測到的數?？梢詮南聢D圖6所示三條曲線綠色曲線（即最上面的曲線）為在線分析儀經過濾波處理后的石灰石飽和系數原始數據，藍色曲線（中間曲線）為熒光分析儀檢測的石灰石飽和系數數據，紅色曲線（最

6、下面）為在線分析儀經過補償修正后的石灰石飽和系數數圖6石灰石飽和系數熒光值在線分析儀值補償后值對比2調配運行工況2.1趨勢分析技術及其相關定義尺度的唯一性三種特性。Janusz禾口Venkatasubramanian在1991年7所示，具體包括趨勢分析指的趨勢是屬于過程的趨勢，反映特征值的變化過程即出發(fā)時刻，發(fā)展速度。趨勢應有(1)存在性；(2)特征的穩(wěn)定性；(3)A,B,C,D,E,F,基于解釋過程趨勢的定性趨勢分析法是由提出的，并給出了趨勢的等級化的描述，如圖G七種基元。圖7趨勢變化七種基元圖生料配料過程趨勢分析對于水泥生料配料過程，要想實現(xiàn)水泥生料的自動化的生產，僅憑幾個主要的工藝參數進

7、行數字分析，或者對某些過程參數做簡單的判斷，并不能滿足水泥生料配料自動化生產的要求。對于生料配料這樣具有大滯后特性的生產環(huán)節(jié)，水泥生料三率值在絕大多數情況下在一定時間內不會有急劇變化的情況發(fā)生。而在一定的時間內，可以觀察石灰石飽和系數、硅率、鋁氧率的趨勢變化，這些趨勢特征可以為操作人員或水泥生料自動配料程序提供正確的參考信息。在水泥生料配料過程參數進行定量分析的基礎上，對大量的過程數據中提取有益于工況識別的信息，融入了趨勢分析法，以便生產高質量的水泥生料。實現(xiàn)水泥生料配料生料三率值的趨勢變化的識別和提取還要考慮下面兩個問題：1. 噪聲影響在工業(yè)實際生產必然存在噪聲，近紅外線在線分析儀安裝在生料

8、運輸斜槽上，內部干擾因素較多，也不容易判別，因此分析儀檢測到的數據存在較多的“毛刺”。噪聲的存在會使趨勢的特征提取造成一定影響，可能會使提取到的趨勢特征不能反映實際情況，因此對噪聲的處理要在使趨勢不失真的前提下進行。結合現(xiàn)場實際情況和仿真得出采用限幅濾波法然后進行均值濾波處理的方法較為合理。2. 時間窗口寬度時間窗的寬度是指趨勢分析中需要用到的每個變量的時間窗寬度。比較大的時間窗寬度能夠反映整體的變化趨勢，但時間窗過大數據量就會多使得計算復雜，而且可能一些具有意義的趨勢會被忽略。水泥生料配料反應過程較長，生料三率值在短時間內變化較為緩慢，因此時間窗的長度選取至為重要。根據水泥生料配料過程的工藝

9、特性和總結人工經驗得出由于石灰石飽和系數的趨勢變化較為頻繁，而硅率和鋁氧率則變化緩慢長期較為穩(wěn)定，本文所依托的水泥生料生產線采用輥壓磨經過對數據分析和現(xiàn)場總結得知在配比改變五分鐘左右開始變化十多分鐘后反應結束，因此對水泥生料三率值系數趨勢識別采用的時間窗寬度為五分鐘。而且五分鐘能夠表征整體變化趨勢，還能夠對突變的情況進行表征。本文主要是對水泥生料三率值的趨勢提取，即將三率值的定性趨勢從含有噪聲的過程數據中準確無誤的提取出來，并用定義出趨勢。趨勢提取的方法包括基于多尺度趨勢提取方法，多項式擬合趨勢提取方法，知識庫法等。定性趨勢包含3個方面的特性：(1) 存在性，即這個趨勢是存在的，對于實際水泥生

10、料制備過程中，趨勢是在線分析儀檢測出的水泥生料成份變化的描述。(2) 特征的穩(wěn)定性，在較小的擾動干擾下，趨勢應該是相對穩(wěn)定的狀態(tài)。如若沒有穩(wěn)定性，那么這個過程只能被認為是一個隨機的過程。(3) 尺度唯一性，趨勢分析的結果由觀測尺度及數據空間組織的不同而不同。但如果觀測尺度固定，時間間隔也固定那么在固定的時間內變量的趨勢是唯一的。圖8為現(xiàn)場實際運行數據，可以看出實際運行中硅率和鐵率的波動情況很小基本趨于穩(wěn)定易于調節(jié)；主要是石灰石飽和系數波動較大，其原因是因為石灰石飽和系數允許波動誤差為士0.02所以波動較大。實際生產中要結合其趨勢和指標的相對位臵進行調節(jié)，經驗證建立模型的方法無法滿足生產要求，在

11、水泥生料生產過程中結合操作員的人工經驗以及實際情況，得出水泥生料配料過程適合采用特征知識庫這一方法對趨勢進行識別文獻針對生料控制系統(tǒng)建立了專家控制系統(tǒng)，但是僅是根據三率值與指標的差來做出調節(jié)方案。但是僅根據這一點進行調節(jié)并不能使用任何情況，例如：石灰石飽和系數偏大但其趨勢是下降的，如若減少石灰石配比極有可能會造成石灰石飽和系數偏低。因此其專家系統(tǒng)不太完善，還應把當時的三率值趨勢與其值結合起來考慮。2.3趨勢識別及應用結合現(xiàn)場實際情況以及水泥生料三率值的允許波動范圍，針對三率值趨勢情況和其與指標的相對位臵做了水泥生料三率值趨勢情況劃分，見表1。表1水泥生料三率值趨勢情況劃分工也帖iiE工況罪別旳

12、時,J=L劃輕'嚴宦伉KH”5M-FE的狛j勺加?？傂钥?吃召卜豈旳土龍SMFIZ旳仇対KH旳Ml好狂“IL腔站均溝平雜SMkm旳tn旳叫址-、FE旳tfl刈“ft".11.吃始旳刈屮務莒HFE的航為"優(yōu)S5-M的戰(zhàn)內”視”.H站弟旳血中甩工說SIMFE鞘訕旳”優(yōu)"-KH的的対”良"”U血坍為"”j't,P-'PSMKH的譏旳”冊、FEmtri沿“良11蛙到旳“+”迪K卜!ferrjffL/j-ft-.SM的ItL為“R-.11.也松劉“十”或、”KH-SM-rE的儻旳IL匕側平E?KH的<Jtt為刊優(yōu)Sh4h.F

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14、H的恤為屮、洛魚給為"+-1-嚴£21R1(ft沖”良-型”憂“.上L趨豹平年總；FF.KH邯忸為+、g曲九”+曲P屮FFJ±趨將、嚴fS；32tKH的世1為+“上L超輕為"*fefrjfn-咸”良”.±1rts；sM序“伍為電”uhrmn況>粽”一h.超丹決j“*“承Z_"SMFE的位劉"彳：1£".bKta；KHfTJfltL>Jw_,iSS9-HEPE(fliE5."M.iiWKfeiSMWs<nIP*fl-.KH擴Mil.加k.ij故曲Kh-Sm-FE的債駕人*

15、5;"+J-LZ*W*_M沖況KH-SIM,FE的偵邸劉"¥"+JLQ御亠盧色SM的佰，三“龍”屮實“比“l(fā)l.A?竭型.KH-FE的伯Ayr龍-l-l.7y*KH-SIVI-FE的俏丄勺IL匕嗎平錘KH-5M-FE的脩.1勺妁"中".丨L匕妁対”+S世生料三率值的波動是圍繞指標進行的因此根據三率值與指標的位臵進行了等級劃分，三率值的“優(yōu)”，“良”，“中”，“差”的評價等級劃分。因為石灰石飽和系數允許波動范圍為士0.02，硅率鐵率允許波動范圍為士0.1，經過對大量數據分析研究以及詢問現(xiàn)場操作人員，經過仿真測試得出劃分評價標準如表2所示

16、。表2參數范圍對應的評價等級優(yōu)良中差KH實吋勲與指林：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實時蠡與指揃0”(1.0S0.05-0.10.1-仏2>0.2戒或或-0.05-0.2-n,|<-0.2針對趨勢的識別采用了特征知識庫識別的方法，首先判斷時間窗內三率值和指標的相對位，以判斷石灰石飽和系數為例一個集合規(guī)則的例子如下：當前時間窗內每分鐘的石灰石飽和系數值和指標的差在一灰石飽和系數值為優(yōu)在指標附近EndifIf當前時間窗內每分鐘的石灰石飽和系數值和指標的差在輸出

17、當前時間窗內石灰石飽和系數值為良，在指標上方EndifIf當前時間窗內每分鐘的石灰石飽和系數值和指標的差在一輸出當前時間窗內石灰石飽和系數值為良，在指標下方0.01和0.01內Then輸出當前時間窗內石0.01和0.02內Then0.01和一0.02內ThenEndif以此類推分別判斷三率值和指標的相對位臵評價等級。然后再判斷時間窗內的趨勢，其趨勢可分為:平穩(wěn)，上升，下降，先上升后下降，先下降后上升，不連續(xù)上升，不連續(xù)下降其中的一個規(guī)則集合如下：If時間窗內的結束值一初始值在一0.01和0.01內Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢平穩(wěn)EndifIf時間窗內的結束值一初始值大于0.01內

18、ThenIf時間窗內的值連續(xù)遞增Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢連續(xù)上升Elseif時間窗的極大值時間窗初始值And時間窗的極大值時間窗結束值Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢先上升后下降Elseif時間窗的極大值時間窗初始值And時間窗的極大值=時間窗結束值Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢不連續(xù)上升EndifEndifIf時間窗內的結束值一初始值小于一0.01內ThenIf時間窗內的值連續(xù)遞減Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢連續(xù)下降Elseif時間窗的極小值時間窗初始值And時間窗的極小值時間窗結束值。Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢先下降后上

19、升Elseif時間窗的極小值時間窗初始值And時間窗的極小值=時間窗結束值Then輸出當前時間窗內石灰石飽和系數趨勢不連續(xù)下降EndifEndif對硅率和鐵率判斷平穩(wěn)上升標準時經過仿真測試得出波動范圍在0.03內可認為波動趨勢為穩(wěn)定，大于0.03則認為上升或者下降。把三種率值的情況綜合起來就是表1劃分出來的趨勢模版。但是當識別出時間窗內三率值的趨勢和值后并不能為水泥生料配料自動配料過程給出較好的調節(jié)指導，因而在趨勢識別的基礎上進一步的對趨勢和率值進行分析計算以及結合人工經驗給出調節(jié)初步策，判斷出是調節(jié)兩種配比還是三種或者四種配比。把各種情況綜合起來建立規(guī)則集如表3列舉了部分規(guī)則，其中0為不需要

20、對相應的原材料繼續(xù)配比進行調節(jié)，當為1時應對相應的原材料進行配比調節(jié)（完整的調節(jié)策略見附錄）。表3識別結果調節(jié)策略三*粘孫以屋其世的評倚野拔怙況比砂樸配比比怏應潰冏L匕KH,SM,Fc值為優(yōu)趙菇不必葦世000OKU.SM00OOKH,SM,FE丨SM.KU偏周I杯00O位KH.SM,FEfflZiE.KSM-F託平dKH鞭近U標00OfflKH,SM,FFISM.Kill平相”Fe偏離口標000OifiKHSM,FE血為山JIKEiT3，SM萍亠打杯tn.000OKH,SM,FE血為陸且KHSM偏滯口標肌.n0noFe靠近目標傭KH*SX1.FEin>j曲且SMKII.Fe僞馬口標n0o

21、o他KH.SM,FE值為住ii.SMKH，F(xiàn)e菲近日標n0oofl1!KH,SM,FE<&?JHL1LSMKU偏禺碼標m.n00oI<'i'lH柿、J|'|KH,SM,FE11SMV,Kri車砸切標.Fc000ofa離目標愷KHSM,FE譏為巾耳平能1I11KH,SMFEfiJ*中FLEM.FETftKI1惱肉H*尸1111fitKli.Shi.FEWL為中.H.SM.FE平IBKI1岸近H札1111ffLtnKII，SM，1-1liJ'l1IISM，KIII"橙心桝近冃標flK.IISM；口悄.為1冃一JCIIm.re仇為優(yōu)芯孫不

22、必：號曲：KH,SM:,'i-JJL11栩値it伯:対仇枱松十必獰垃；it伯:対仇枱松十必獰垃；SMft誠圣Jl.fiHe仙為優(yōu)血列平必曲諂；KJ2X1.帝虹曰標iiLi,sM臨離曰標iilf.1址伯:旳優(yōu)越始不必芳也：SM伯.旳IP疋徒SM俯離口】上值対優(yōu)趨必號也；KU,SMHi>J|I'LjKKU怖肉E枸;伉“菲近II標垃偵為優(yōu)畫釗不，姑號龍；KIL.住伯珀1迤塔II郴輜I近冃標fiTSM優(yōu)體第不必考宓、KHFcft為中或帶冃柳偏L為B標伯：擁譏根捌芯約和配比時節(jié)帥糞劃分汨廠II況樓版z34水泥丨料調配応行T況創(chuàng)竹1:洵11祝2KiS31:況4需訥卩閱種扯比馬調疔二種

23、嘲比需調沾貝1種"比如表所示將工況類別分為四種分別為調節(jié)兩種，三種四種配比以及不調節(jié)配比。根據趨勢識別得出配比調節(jié)種類后，控制算法可以選取不同的模型進行控制。配比調節(jié)的主要依據公式為其中C.S.A.F介別表小-水泥!一料中傳Ca、Si.Al.I-e的禽r：+匚I一匚I、舟一町、叫一丹.|、J|一./.|介別表小:四種原材料中CaSiARFc的含量*兀一兀分別表示四種原材料的配比+以上的單位均為r|分比”求出水泥£士料成分后可以根據公式(2.1)(2.2)(2.3)計算出水泥生料ZZ率值“判斷原材料配比改變策略是結合人工經驗以及根據此i-f算步驟逆推岀來的結呆Rd時"

24、;2.4仿真驗證選取50組歷史數據三率值三個指標分別設為0.95,2.55,2.1進行識別仿真數據和識別結果如表4表5仿真運行結果圖KHSHFeKII位置0.9612.552AS0.9532,542J40.9552.5斗2J4優(yōu)指標附近0.9422542J50»412.542.15KH趨勞別付鬼闕超嗚F<?位置卜k趨勢下降優(yōu)抬標附近平莊0.9412.542150.9512,542,150.9522.542.140.9552.552.130.9532.562.13優(yōu)指標附近平穩(wěn)優(yōu)指標附近平葩黑標附平穩(wěn)近0.9552.562.130.9522.572.120.9562.5623優(yōu)捋標附近0.9632.562.130.9652552A2不連續(xù)上升憂指標附近平穩(wěn)捫標附平穩(wěn)近0.9632562.120r9742.572J00/)7?2.572.10中指標上