一种高在线率开放型水泥磨控制系统及方法

技术领域

本发明属于水泥磨粉操作系统技术领域，具体地涉及一种高在线率开放型水泥磨控制系统及方法。

背景技术

水泥粉磨系统由水泥粉磨调配站供料，调配站共有四个库，分别用于储存熟料、石灰石、石膏、页岩。来自水泥粉磨调配站的混合料按设定的配比及喂料总量，由定量给料机从库中卸出，经混合料胶带输送机送至水泥粉磨系统。在调配库库顶设有袋收尘器，净化库内及库底各下料点的含尘气体。在混合料胶带输送机上设有电磁除铁器，以除去混合料中的铁件，从而保护粉磨系统中的辊压机设备。设粉煤灰库一个，储存及计量粉煤灰，使用科氏力秤作为粉煤灰计量，计量后粉煤灰用空气输送斜槽及提升机等送至水泥磨。

水泥粉磨系统是一个典型的大滞后、多变量之间存在耦合的工艺系统。在水泥磨的操作过程中，对任意变量进行调节时，必须考量它对其他工艺变量的影响。这也从侧面反映了系统变量之间的耦合作用。对于这样的工艺系统，常规基于单入单出的PID回路控制，无法胜任。而依靠操作员经验进行调节，往往由于人为因素的限制，如操作员经验不同、操作员操作手法不同，无法保证装置的平稳操作，更无从谈及对于水泥磨系统的优化操作。

发明内容

为了解决现有方法现有水泥粉磨系统工艺中多变量之间耦合导致工艺系统的控制对人员经验性要求极高的问题，本发明提供一种高在线率开放型水泥磨控制系统及方法，可实现对水泥粉磨系统的自动平稳控制，从而保证水泥产品质量的稳定性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种高在线率开放型水泥磨控制系统，包括：

辊压机侧回路数据采集单元，所述辊压机侧回路数据采集单元用于采集辊压机侧磨侧回路的运行数据；

磨侧回路数据采集单元，所述磨侧回路数据采集单元用于采集磨侧回路的运行数据；

预测单元，所述预测单元用于将所述辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据输入已训练完成的预测模型中得到当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量走势；

优化单元，所述优化单元用于响应于所述预测单元输出的结果在一预设阈值范围之外，确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式，以使当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量在预设阈值范围内；

辊压机侧回路控制单元，所述辊压机侧回路控制单元用于根据优化单元输出的设备控制方式对辊压机侧回路的设备进行控制；

磨侧回路控制单元，所述磨侧回路控制单元用于根据优化单元输出的设备控制方式对磨侧回路的设备进行控制。

本方案通过数据采集单元分别采集辊压机侧回路侧和磨侧回路侧的运行数据，采用以训练完成的预测模型对水泥产品的质量走势进行预测，并根据预测结果实现辊压机侧回路侧和磨侧回路侧设备的控制，其不需要依靠有经验的技术人员来完成，且通过反馈控制技术，实现设备的稳定运行，保证水泥产品的质量稳定性。

在一种可能的设计中，所述预测单元包括状态空间模型、有限脉冲响应模型FIR、传递函数模型、卷积神经网络模型中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述优化单元采用带约束的线性规划或者是非线性规划确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式。

在一种可能的设计中，所述辊压机侧回路数据采集单元包括辊压机数据采集设备、V型选粉机数据采集设备和冷风阀数据采集设备。

在一种可能的设计中，所述辊压机数据采集设备包括辊压机辊缝数据采集单元。

在一种可能的设计中，所述磨侧回路数据采集单元包括动态选粉机数据采集设备、系统风机数据采集单元、磨尾排风机数据采集设备。

本发明第二方面提供一种一种高在线率开放型水泥磨控制方法，包括以下步骤：

采辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据；

将辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据输入已训练完成的预测模型中，得到当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量走势；

响应于所述预测单元输出的结果在一预设阈值范围之外，确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式，所述控制方式可使当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量在预设阈值范围内；

根据所述控制方式分别对辊压机侧回路、磨侧回路的设备进行控制。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：

通过数据采集单元分别采集辊压机侧回路侧和磨侧回路侧的运行数据，采用以训练完成的预测模型对水泥产品的质量走势进行预测，并根据预测结果实现辊压机侧回路侧和磨侧回路侧设备的控制，其不需要依靠有经验的技术人员来完成，且通过反馈控制技术，实现设备的稳定运行，保证水泥产品的质量稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为本发明系统的原料框图；

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明第一方面提供一种高在线率开放型水泥磨控制系统，包括：辊压机侧回路数据采集单元、磨侧回路数据采集单元、预测单元、优化单元、辊压机侧回路控制单元和磨侧回路控制单元。

所述辊压机侧回路数据采集单元用于采集辊压机侧磨侧回路的运行数据。所述磨侧回路数据采集单元用于采集磨侧回路的运行数据。

水泥磨系统采用辊压机加球磨的联合粉磨系统。该系统由两部分组成：一部分由辊压机侧闭合回路，另一部分为磨侧闭合回路。辊压机回路侧，通过V型选粉机，将细物料送入磨机侧，而粗物料则返回辊压机继续进行挤压；磨侧回路侧，通过选粉机（转速可调节），将满足细度要求的物料送入成品收尘，粗物料一部分返回磨机，另一部分通过冷风阀返回辊压机侧。辊压机回路和磨回路均是闭路系统，即“自平衡系统”，只有满足细度要求的物料才可通过选粉机进入下游流程，粗物料则一直会在回路中循环。而冷风阀则可协调辊压机回路和磨回路的负荷分配情况。

基于此，辊压机侧回路数据采集单元包括辊压机数据采集设备、V型选粉机数据采集设备和冷风阀数据采集设备。辊压机数据采集设备包括辊压机辊缝数据采集单元。辊缝的调节，不仅决定者辊压机本身做功的大小，同时也决定了辊压机回路和磨回路之间的负荷分配。辊缝减少，辊压机侧承担更多负荷，磨侧承担负荷变少；反之，则磨侧负荷增加。专家系统，将根据辊压机和磨的负荷情况，优化辊压机辊缝控制，从而优化系统的工作效率，减少能耗。通过调节V型选粉机转速，维持成品物料的细度，提高细度的控制品质，减少质量波动，实现水泥成品细度的精细化控制。冷风阀则可协调辊压机回路和磨回路的负荷分配情况，实现功率协同。

所述磨侧回路数据采集单元包括动态选粉机数据采集设备、系统风机数据采集单元、磨尾排风机数据采集设备。磨尾排风机主要负责磨内的通风及维持磨内压差。当前操作中，磨尾排风机挡板开度调节并未同磨尾出口压力关联（且现场未安装磨头压力测量，无法获得磨压差大小）。专家系统将利用磨尾排风机，维持磨系统的相关压力，保证磨正常工作。系统风机主要负责维持整个系统的压力，满足工艺要求。当前操作中，系统风机的转速未同任何工艺压力相关联。专家系统将通过调节系统风机转速，维持相关的压力（如选粉机出口负压等），保证系统的正常生产。

预测单元用于将所述辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据输入已训练完成的预测模型中得到当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量走势。辊压机侧回路数据采集单元和辊压机数据采集单元采集的数据均为同一时刻的设备运行数据，将当同一时刻的设备运行数据输入至已训练完成的预测模型中时，预测模型输出该时间点之后一段时间该水泥磨系统成品水泥的质量走势。模型预测控制是一种多变量高级控制技术，以先前的程序动态的行为基础来产生一个数学模型，预测控过程序的将来行为。模型预测能在实际的限制下计算出最佳作动，使实际和所希望的程序行为间的误差减到最少。此外，能够用模型来计算程序操作点的最佳点，并将过程控制最优化。模型预测控制对于带有大滞后的复杂动态工艺过程，以及在过程中有若干变量交互作用的工艺控制特别有用。而对于上述条件的工艺过程，使用常规控制方法很难达到精确控制。预测模型预测单元包括状态空间模型、有限脉冲响应模型FIR、传递函数模型、卷积神经网络模型中的至少一种。基于卷积神经网络的预测模型的训练数据集需与辊压机侧回路数据采集单元和辊压机数据采集单元的数据一致，其数据集数据越多，数据预测越准确。

所述优化单元用于响应于所述预测单元输出的结果在一预设阈值范围之外，确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式，以使当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量在预设阈值范围内。优化单元通过制定经济目标函数，采用带约束的线性规划或者是非线性规划，求解出使装置经济利益最大化的操作条件，确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式。以保证每一个控制周期，均将装置向最优操作点推进。

通常操作员喜欢将装置运行在较大的运行区域内，远离各种约束/限制条件，从而可以保证装置的平稳运行。而装置运行的最优点则位于各种约束边界上，如下图中红色圈出的区域。最优化模块通过最优化技术（带约束的线性规划或者是非线性规划）找到装置的最优操作点，利用模型预测控制模块将装置稳定在最优点运行，从而使企业的经济利益最大化。最优化操作的实现是建立在提高控制品质的基础上的。只有减少了变量的波动，才可使装置在约束条件的边界上运行（卡边操作），而不会由于大波动，使装置操作“飞”出正常的操作区域，威胁安全生产。因此稳定装置操作是优化生产的前提所在。

所述辊压机侧回路控制单元用于根据优化单元输出的设备控制方式对辊压机侧回路的设备进行控制。所述磨侧回路控制单元用于根据优化单元输出的设备控制方式对磨侧回路的设备进行控制。辊压机侧回路控制单元、磨侧回路控制单元与回路中的阀门开度、变频器转速、磨头磨尾的压力点、温度控制、压力控制、辊缝控制等单元连接，实现阀门开度、变频器转速、磨头磨尾的压力、温度、压力、辊缝等的控制。

本发明第二方面提供一种一种高在线率开放型水泥磨控制方法，如图2所示，包括以下步骤S01至步骤S04。

步骤S01、采辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据；

步骤S02、将辊压机侧磨侧回路的运行数据和磨侧回路的运行数据输入已训练完成的预测模型中，得到当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量走势；

步骤S03、响应于所述预测单元输出的结果在一预设阈值范围之外，确定辊压机侧回路和磨侧回路的设备控制方式，所述控制方式可使当前时间点之后一段时间的水泥产品的质量在预设阈值范围内；

步骤S04、根据所述控制方式分别对辊压机侧回路、磨侧回路的设备进行控制。

本方法中各步骤的具体实现方式，详见第一方面中的详述，在此不做赘述。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。