[发明专利]一种水泥生料立磨压差的智能控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥生产过程控制领域，尤其涉及一种水泥生料立磨压差的智能控制方法。

背景技术

立磨辊磨机(简称立磨)是新型干法水泥生产过程中的关键生料粉磨设备，承担着粉磨和烘干物料的作用。因此，有效地控制立磨磨内压差和出磨气体温度，对整条生料生产线的稳定运行至关重要。

水泥生料粉磨工艺流程如图1所示。石灰石、铁粉、砂岩和粘土经配料站配料后，由皮带输送机送至磨内。物料通过磨盘与磨辊之间的相对运动被碾碎粉磨。由窑尾(或热风炉)送来的热气流从磨机喷口环吹入，作用于物料，粉碎后的物料被热气流吹起，同时物料被烘干；大颗粒落回磨盘上继续粉磨，不能被风环热风吹起的特大颗粒经排渣口排出磨外(外循环)，其余物料被带入磨上部的分离器进行粗细分离，满足产品要求的颗粒随气流排出磨外，不合格的颗粒返回磨盘继续粉磨(内循环)，直至合格。

磨内压差的大小直接反应磨内物料量的多少，当压差上升，磨内料层变厚，导致磨机振动；当压差下降，磨内料层变薄，磨盘与磨辊产生线性接触，也会导致磨机振动。为保证原料烘干良好，出磨温度一般控制在80～90℃。若出磨气体温度太高，物料被迅速烘干，使得料层不稳，会导致磨机振动，当出磨气体温度达到120℃时磨机跳停；若出磨气体温度太低，说明烘干不足，成品的含水率大，系统的粉磨效率降低，严重影响产量。出磨气体温度主要通过调节入磨的热风量和冷风量进行控制，通过热平衡方程建立出磨气体温度与冷、热风量的数学模型，然后利用动态矩阵控制算法(DMC)进行控制，控制效果完全能满足工艺要求；而磨内压差的控制是立磨系统的控制难点。物料在磨内粉磨的过程是一个非线性、大滞后、多扰动的过程。经现场试验测定，过程的滞后时间与时间常数之比大于3，此外，压差还受到物料特性、系统风量等诸多因素的干扰，这给磨内压差的控制带来了很大的困难。

目前，国内大多数水泥生产厂采用手动调节喂料量来控制磨内压差，个别厂家采用了PID控制。研究表明，当过程的滞后时间与时间常数之比大于3时，PID控制就难以获得好的控制效果。手动调节不仅增加了操作员的劳动强度，而且压差的控制效果也不够平稳，经常出现波动，难以达到工艺要求。因此，有必要从立磨对象自身特点出发寻找一种新的控制方法，既要减轻操作员的工作负担，又能提高生料粉磨系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术对水泥生料立磨压差控制存在的不足，提供一种有效克服粉磨过程的非线性、大滞后、大惯性和多扰动的影响，实现磨内压差的平稳控制的基于广义预测PID的自适应控制方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种水泥生料立磨压差的智能控制方法，其特征在于，选取磨内压差为主要被控变量，外循环电流为辅助被控变量，喂料量为主要控制变量，喷水量为辅助控制变量；根据磨内压差和外循环电流信息采用产生式规则方法判断当前的生产工况；在正常工况下，采用GPC-PID控制磨内压差；

所述GPC-PID控制方法为：

A模型辨识：压差与喂料量之间的模型可表示成如下形式：

A(z^-1)＝z^-dB(z^-1)u(k-1)+C(z^-1)ξ(k)/Δ    (2)

其中

A(z^-1)＝1+a₁z^-1+…a_naz^-na

B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1+…+b_nbz^-nb

C(z^-1)＝c₀+c₁z^-1+…+c_ncz^-nc

式中，A(z^-1)、B(z^-1)、C(z^-1)分别是na、nb和na阶的z^-1的多项式，Δ＝1-z^-1；y(k)为磨内压差，u(k)为喂料量，ξ(k)为随机干扰，d为滞后时间；

针对喂料量与磨内压差之间的控制通道，基于递推最小二乘辨识方法，利用试验数据得到喂料量与磨内压差的脉冲传递函数模型；