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水泥磨优化控制系统(二)

1 引言

钢球球磨机是水泥生产制粉的主要设备,能耗高,磨损大。水泥磨的自动化控制水平直接影响着水泥产品的质量、产量以及能耗。对于复杂的水泥磨系统,由于水泥磨控制本身具有的大时滞、多约束、多变量以及变量间的强耦合性等特点,数学模型难以建立,控制精度难以保证。随着DCS技术和控制理论的不断发展,研究开发以PID控制为基本原理的自适应PID、模糊PID等控制策略,成为水泥磨系统控制的必然选择。

目前水泥厂的自动配料系统实现了对各路物料下料比例的控制,使生产过程中化学成份达到合格的要求,但在质量控制及产量方面存在如下问题:凭借操作员经验控制喂料量,质量的调整主要依赖定时的化验结果进行,造成调节滞后;调节滞后容易造成细度(或比表面积)波动;没有准确有效的磨机料位测量手段,无法判断磨机内的料位及变化;难以在质量合格前提下实现产量最大化及稳定,因而粉磨过程电耗偏高;当磨机内物料过多时容易形成饱磨,会导致跑粉、磨内温度增高、水泥细度跑粗等问题;当磨机内物料过少时,会造成钢球、衬板磨损增大,产量急剧减少等问题。为了避免磨机发生饱磨等影响磨机运行的事故发生,大多数情况下水泥磨机系统均在比较保守的工况下运行,很大程度降低了水泥磨机的工作效率,导致制粉系统长期处于低效率、高耗电的工况。

2、水泥磨优化控制系统

2、1磨机料位与产量的关系

在一定工况下,磨机料位--产量特性曲线如下图所示。从曲线可以看出,磨机的产量并不随存料量的增加而持续增大,实际上磨机存在最大产量料位点,即最佳工作点。虽然磨机的料位-产量特性曲线存在着极值特性,但是其无法用公式表达,而且会随外界因素(例如物料、工况、机械磨损等)的变化而变化,特性曲线会发生漂移,但仍存在最佳工作点。根据粉磨过程运行存在最大产量这一特性,采用优化控制算法,对磨机的最佳料位点进行搜索,以找到最大产量为方向,逐渐向最佳料位点靠近。

图 磨机料位-产量特性曲线


2.2水泥磨机噪声测量原理分析

水泥磨机研磨物料时,磨机筒体转动带动筒内钢球、物料运动,当钢球与物料上升至一定高度时,开始做抛物运动。磨机内钢球与衬板、钢球与物料、钢球与钢球相互碰撞产生噪声,磨机噪声随着磨机料位的变化而变化。在水泥磨机料位较少或空磨运行时,钢球与衬板、钢球与钢球碰撞的几率大释放的能量高,产生的噪声大、频率高,测量信号以中高频为主;在磨机料位增大时,钢球与衬板、钢球与钢球碰撞的几率减小释放的能量减小,产生的噪声低沉,噪声频率小。噪声传感器安装于磨机钢球抛落一侧,便于最大程度的采集磨机研磨物料产生的噪声,减小相邻磨机干扰的采集。噪声信号传送至磨音检测仪后得到能够反映磨机内存料量的标准信号,从而实现磨机内料位的准确测量。为水泥磨优化控制提供了控制手段。优化控制系统属于控制的上层,对下层控制回路的操作目标值进行设定,以保证系统运行在最佳状态。


3.、 水泥磨优化控制系统的设计方案;

   水泥磨优化控制系统设计的基本原则是安全,稳定,节能降耗。

通过分析水泥磨运行参数,水泥磨优化控制系统设计了 2个负荷控制主线 。辊压机负荷控制主线和磨机负荷控制主线,两者相互之间设置了相应的连带关系,目的是达到对磨机实行整体协调控制。

3.1.辊压机小仓仓重优化控制:(上图中绿色圈定部分)

   通过自动加减喂料总量,自动完成小仓料料重的自动控制。稳定的仓重,对辊压机的进料形成稳定的料压,从而自动稳定了辊压机的负荷,提高了辊压机的辊压效率。对辊压机料仓仓重实行自动控制,通过控制喂料总量,使其稳定在20+2.0吨左右(操作员可根据实际情况设定)。

3.2.磨机负荷控制上图中红色圈定部分)

通过对水泥磨一仓磨音的自动控制,自动控制辊压机下的分料阀,调控磨机喂料量,完成磨机负荷的控制运行,以实现磨机电流、磨机功率、出磨斗提电流、入库斗提电流等稳定运行。对电流过流作了相应的安全处理,参照出磨负压(反映磨内通风量、磨内流速)的变化趋势,实施微调磨尾斗提电流的设定值。优化控制系统的组成,以磨音为主控制对象,用于控制磨机一仓的料位,使其处于最佳负荷状态,作为优化控制系统的主控制回路;以磨尾斗提电流为付控制对象,用于自动调节主控制回路磨音的设定值,来稳定磨尾斗提电流,在不超出磨音最佳设定限定值的情况下,最大限度的提升磨尾斗提电流,使磨机达到稳定高效运行。

   注:下图:自动控制投入后,绿色曲线为磨音给定,蓝色曲线为磨音反馈,外环控制使得两者并不重合。深兰色为磨尾提升机电流曲线,白色曲线是外环控制给定系数,黄色曲线为辊压机下分料阀的自动给定,粉色曲线为辊压机下分料阀的开度反馈。

4、水泥磨优化控制系统的实施

自2015年5月以来, 3#水泥磨增加了磨音检测仪,与DCS系统的模糊算法和PID控制程序组成了磨机优化控制系统,以磨音、磨机主电机电流、磨尾斗提电流、磨尾负压共同参与磨机负荷控制,控制效果稳定,已经达到了预期效果。磨机负荷控制的稳定,使得辊压机小仓仓重的控制更加稳定,达到控制目标值22+2.0吨左右。反过来,辊压机小仓仓重的稳定,也使得磨机负荷控制更容易稳定。


5水泥磨优化控制系统的效果

5.1、水泥磨应用优化控制技术;实现了水泥磨的自动化、精细化、标准化运行。

自动化运行

磨机的主要关键控制参数实现了自动调整,如喂料量、辊压机出料分料阀、辊压机上部小仓料位、磨机电流、出辊压机斗提电流、出磨斗提电流实现了实时在线自动控制调整。

精细化运行

优化控制系统对水泥磨机系统的调整控制是不知疲劳,是实时在线连续监控调整,力求磨机产能最大化,达到提高运转效率的目的。

标准化运行

由于水泥磨优化控制系统使用的是统一的整体的操作思想去操作,不会因操作者的操作水平差异,责任心不同,影响磨系统的运行,减少了人为因素对磨系统运行产生的扰动。

投入自动后,首先改变了水泥操作员多年习惯的不正确的操作方式。

  以前的操作方式:开机正常磨机处于稳态后,限定磨机喂料量在一定的产量,由于熟料易磨性和粒度的变化,辊压机称重仓往往会有较大波动,为了保住辊压机称重仓的稳定,操作员的处理办法往往就是调整辊压机下面的分料阀,这样料仓保住了,但是磨机负荷的稳态被打破了,再调整辊压机下面的分料阀,增加磨机负荷直到稳态,问题又来了,料仓又保不住了,又要调整分料阀保料仓。通过分料阀同时控制两个变量:料仓和磨机负荷,顾此失彼,恶性循环,要想达到稳产高产,难上加难。

现在投入自动后的操作方式:开机正常磨机处于稳态后,调整辊压机下面的分料阀,增加磨机负荷直到稳态。通过调整磨机总喂料量,保住辊压机称重仓的稳定。现在的操作方式控制对象明确,比较容易达到磨机稳定。投入自动后,操作员在一个班时间内,给定值只做一两次的微调即可。


5.2提高了磨机运行的稳定性,保护了设备安全性,提高了设备运转率。

1)辊压机上部料仓仓位长期可以控制在22+2.0t范围内,95%时间运行在22+1.0t范围内。

2)出磨斗提电流长期可以控制在设定值+3.0A范围内。手动时为+6.0A。

3)设计了入库斗提电流过高,出磨斗提电流过高,出辊压机斗提电流过高的自动保护功 能。

  通过水泥磨优化控制系统调整,磨机的主要关键控制参数如辊压机上部料仓料位、出辊压机斗提电流、出磨斗提电流、入库斗提电流的波动大幅下降,运行稳定性提高。

5.3.使用磨机优化控制系统后,提高了系统的反应速度。

1)避免了由于操作员的疲劳造成的磨机效率降低的情况;

2)避免了手动操作的调整不及时的情况;

3)实时的调整磨机各项参数,不断把磨机向最优化方向调整;

5.4.减轻操作员的劳动强度50%以上,提高了劳动效率。

磨投入自动运行后,减少了操作员日常的、繁琐的、重复的、必须做的工作量,这样操作员能够有时间学习、思考、监控更多更深层的技术,尽而提高了生产效率;                      

5.5.  水泥磨优化控制系统使用后,平均投入率达到95%,从使用率上也可以得出,优化控制系统达到了优化磨机生产的目的。

5.6. 能够有效降低水泥质量标准偏差。

5.7. 提高台时产量在5%以上。

系统的稳定性增强,提高系统的反应速度,磨机精细化、标准化运行,都可以做到提高产量;保护了设备安全性,减少系统止料次数,减少主机停机次数,可以做到提高产量;

5.8.节约电耗2%上。

系统的稳定性增强,电机电流波动减少,台时产量增加,提高磨机效率,都能够节电;


6..优化控制系统,在水泥磨上使用后的经济效益分析:

(台时年产量75万吨)

6.1水泥磨优化控制系统的投入,扣除其他因素,可以提高台时产量在5%以上,按单位产品收益20元算,1台水泥磨将年多创造经济效益75万元;

6.2根据节约电耗2%以上,按平电电价0.60元计算,年节电49.6万度 1台水泥磨将年多创造经济效益29.76万元。

6.3通过使用水泥磨优化控制系统,能够降低水泥质量标准偏差,提高水泥强度。提高了水泥强度可以参加更多的混合材,其效益也可观。

7、该系统适用于各种类型的球磨机。

8、投用该系统后,3个月收回投资成本。


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