前言
本文主要解決目前水泥生產(chǎn)控制嚴重依賴中控操作員，大部分回路通過手動操作、部分回路波動過大等問題，在生產(chǎn)過程中主要通過人為經(jīng)驗操作，存在操作人員操作經(jīng)驗參差不齊、處理及時性差、操作方式不一等情況，還有對于運行狀態(tài)的判斷依據(jù)不一，無法使粉磨工藝參數(shù)全時運行在最佳狀態(tài)，最終通過應用智能控制解決以上難題。
第一章 工藝流程
蘇州天山水泥工藝流程示意圖
蘇州天山水泥生產(chǎn)工藝流程配置為4.2*13M管磨機+180*120輥壓機+TS4500雙轉籠選粉機，首先將各原材料按照一定配比通過電子皮帶秤計量混合后送至配料提升機,除鐵后進入循環(huán)提升機，提升至V型選粉機進行選粉，粗顆?；睾阒貍}緩沖后進入輥壓機中碾壓，碾壓擠碎后通過循環(huán)提升機帶至V型選粉機，V型選粉機粗選出的較細物料進入TS4500選粉下轉籠初選，200um以上的顆粒通過下轉籠選粉后回恒重倉，小于200um的顆粒進入TS4500選粉機上轉籠再次進行選粉，合格品通過旋風筒收集送入成品斜槽與磨機成品進行混合，不合格品進入球磨機進行粉磨，球磨機粉磨后的物料通過出磨提升機提升至TS5000選粉機選粉,合格品通過系統(tǒng)風機帶入收塵系統(tǒng)收集后進入成品斜槽與TS4500成品混合，最終送入水泥庫作為水泥成品儲存，不合格品回球磨機進行再次粉磨。
蘇州天山水泥廠區(qū)
第二章 關鍵技術與創(chuàng)新
1.基于大數(shù)據(jù)、人工智能、知識圖譜等信息技術，融合現(xiàn)場操作規(guī)則，開發(fā)了包含先進控制技術、在線優(yōu)化技術及大數(shù)據(jù)分析技術的成熟智能控制系統(tǒng)。
2.解決了部分應用在現(xiàn)場的系統(tǒng)對儀表精度過于依賴、工況適應性不佳等難題，實現(xiàn)智能優(yōu)化系統(tǒng)可用率始終在90%以上。
3.創(chuàng)造性地在水泥生產(chǎn)過程中采用了“自尋優(yōu)”算法，結合機理模型、數(shù)據(jù)模型和專家經(jīng)驗三者進行變步長、變周期尋優(yōu)，使系統(tǒng)始終運行在最佳工況，控制主界面如下圖：
第3章 智能控制方案
水泥磨智能控制系統(tǒng)基于RASO系統(tǒng)、水泥磨生產(chǎn)工藝以及資深操作專家的經(jīng)驗，設計了整體的智能控制思路，從而實現(xiàn)多變量之間的協(xié)調(diào)控制和全局優(yōu)化。具體包含以下幾個方面的控制單元，輥壓機負荷優(yōu)化控制單元、水泥磨負荷優(yōu)化控制單元、水泥質量優(yōu)化控制單元等。通過對這些控制單元的協(xié)調(diào)，智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對整體水泥磨系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)化操作。
1 輥壓機負荷優(yōu)化控制單元
輥壓機負荷控制是根據(jù)輥壓機電流目標值自動調(diào)節(jié)喂料擋板，以保證輥壓機電流在正常范圍內(nèi)。輥壓機電流反映輥壓機碾壓物料的多少，輥壓機電流不能過高。通過輥壓機喂料擋板自動控制穩(wěn)定輥壓機滾壓物料量，從而穩(wěn)定輥壓質量和產(chǎn)量，并且保證輥壓機電流不超過設定限值。
控制示意圖如下：
2 水泥磨負荷優(yōu)化控制單元
干凈整潔的磨機車間
出磨提升機電流及穩(wěn)流倉倉重的平穩(wěn)控制是水泥磨平穩(wěn)生產(chǎn)的核心，但這兩個指標存在較多的共同影響因素，單一的設定值有可能導致在實現(xiàn)上述回路的常規(guī)控制后，形成內(nèi)部持續(xù)波動，在此需要對兩者進行協(xié)調(diào)。同時，穩(wěn)流倉倉重控制的主要目的是使進入喂料倉的物料與進入輥壓機的物料達到一個相對平衡的狀態(tài)，以便輥壓機能夠工作在最佳狀態(tài)并且不會對輥壓機造成太大的沖擊，既可以使輥壓機運轉穩(wěn)、利用率提高，也可以延長其使用壽命。
控制示意圖如下：
3 水泥質量優(yōu)化控制單元
水泥成品粒度是水泥質量的核心指標，主要依托在線粒度儀實時測量(或化驗室數(shù)據(jù))的粒度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對選粉機轉速設的實時控制。粒度控制主要以先進預測控制方法為基礎，實現(xiàn)對選粉機進行自動控制，控制框圖如下：
4 協(xié)調(diào)控制單元
出磨提升機電流以及喂料倉倉重的平穩(wěn)控制是水泥磨平穩(wěn)生產(chǎn)的核心，但這兩個指標存在較多的共同影響因素，單一的設定值有可能導致在實現(xiàn)常規(guī)控制后，形成內(nèi)部持續(xù)波動。在此需要對兩者進行協(xié)調(diào)，采用智能設定調(diào)節(jié)死區(qū)的方式來避免兩個控制模型的干擾所導致的發(fā)散。
主要采用循環(huán)風機轉速、選粉機轉速、總喂料量與稱重倉下料開度等參數(shù)進行參考，對兩者調(diào)節(jié)靈敏度進行動態(tài)調(diào)整，如下圖所示：
5 大數(shù)據(jù)挖掘與處理技術應用
在先進控制與自尋優(yōu)算法實現(xiàn)后，可基本實現(xiàn)現(xiàn)場準無人化操作、生產(chǎn)過程平穩(wěn)可靠運行。在此基礎上，生產(chǎn)中所關注的焦點集中在對控制品質的進一步提升以及在能耗降低上的需求。為此，將大數(shù)據(jù)與機器學習算法等新技術應用到水泥磨生產(chǎn)智能控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)工藝參數(shù)最優(yōu)化，體現(xiàn)出節(jié)能、質量、臺時等多方先效益。智能控制系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)挖掘與處理技術應用主要體現(xiàn)在以下方面：
1)軟測量
區(qū)別于傳統(tǒng)的基于公式的軟測量，RASO系統(tǒng)中的軟測量采用基于大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡結構的方式，解決了傳統(tǒng)軟測量對單一測點與閥門死區(qū)極為敏感、受條件影響存在不一致、非線性性能差等缺陷。
2)佳值統(tǒng)計優(yōu)化
由于水泥生產(chǎn)質量數(shù)據(jù)(主要是粒度數(shù)據(jù))與實時數(shù)據(jù)相比，滯后較大，傳統(tǒng)分析過程無法準確得出最終質量指標。RASO系統(tǒng)采用時間序列自動調(diào)整的方式，將游離氧化鈣化驗值、7天強度、28天強度數(shù)據(jù)與實時測點數(shù)據(jù)相結合。對較好的運行狀態(tài)進行收集、統(tǒng)計(佳值統(tǒng)計)，運用機器學習算法，以此分析結果來修正設定點。
3)智能安全限幅與快速響應
大數(shù)據(jù)當前分析結果用于直接閥門輸出等控制過程時，考慮其安全性與可靠性，RASO系統(tǒng)中將其運算結果的±20%范圍作為調(diào)節(jié)安全限幅20%為舉例，系統(tǒng)進行智能修正)，確保工藝安全。同時對傳統(tǒng)反饋控制進行快速響應修正，減少傳統(tǒng)算法的穩(wěn)定過程。
4)模型參數(shù)自學習與智能自更新
由于生產(chǎn)現(xiàn)場原料、設備、工況均處于動態(tài)過程中，模型參數(shù)的適應性會隨著時間的推移產(chǎn)生變化。在RASO系統(tǒng)中，進行完調(diào)參工作后，模型參數(shù)可以自身進行自學習，并采用定期+不定期方式進行自更新，以完全適應現(xiàn)場工況的變化。
5)智能語音報警功能
優(yōu)化系統(tǒng)將生產(chǎn)裝置的主要運行故障都納進了智能語音報警模型，當某種故障發(fā)生或將要發(fā)生，優(yōu)化系統(tǒng)會以不同的模仿真人聲音進行報警，直接定位到點，如“XX溫度異常，請注意!”
第四章 應用效果
1、智能控制系統(tǒng)投運至今，實現(xiàn)自控率大于95%，輥壓機循環(huán)系統(tǒng)和磨機系統(tǒng)始終保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)，各參數(shù)波動幅度大幅度降低，水泥生產(chǎn)全智能、準無人化運行，可靠實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的連續(xù)、平穩(wěn)運行，下圖為恒重倉倉位和出磨提升機電流手動控制和自動控制趨勢對比圖。
2、通過故障預警、真人語音報警，實現(xiàn)多起故障提前預警，大幅度降低了操作員勞動強度，全面提高系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和管控性，下圖為語音智能報警畫面。
3、通過對29個班次臺產(chǎn)、電耗、質量控制對比，智能控制實現(xiàn)水泥粉磨工序電耗降低平均降低2.66%，TS4500選粉機成品合格率提升11%。
綜上，蘇州天山水泥近年來通過不斷努力，廠區(qū)環(huán)境持續(xù)亮化、生產(chǎn)技術指標持續(xù)改進，競爭力持續(xù)增強，經(jīng)營指標在區(qū)域同類企業(yè)中遙遙領先，值得廣大粉磨企業(yè)學習借鑒。
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