用计算机控制水泥回转窑的熟料煅烧过程恒温槽

用计算机控制水泥回转窑的熟料煅烧过程

用计算机控制水泥回转窑的熟料煅烧过程 2011年12月09日 来源： 摘要 本文针对我国中小水泥厂的现状,提出了对回转窑进行计算机控制的方法和建立控制模型的指导思想。并介绍了整个控制系统。 关键词 水泥回转窑 动态实验 数据组 相关公式 控制模型 控制系统 1 引言

在水泥回转窑内进行的熟料煅烧过程是一个十分复杂的物理化学反应过程。影响窑内热工制度的因素很多,再加上有些检测手段和仪器上的困难,使某些参数无法检测,因此,回转窑的计算机控制是十分困难的。 对水泥回转窑进行计算机控制,国外是从1961年开始研究的。经过30年的艰苦努力,现已达到了实用阶段。对其控制方法研究,大体上有两种。一种是试图建立一个能精确反映窑内物理化学变化的纯数学模型；另一种方法被称为“应用近似法”,这是总结人工控制经验的基础上发展起来的。前一种方法至今还没有一个满意的结果。后一种方法却取得较大进展。 国内的研究起步较晚。特别是国内中小水泥厂在生料的配料和均化方面工艺比较落后,造成生料的化学成分变化较大。有的水泥厂煤的发热量又经常大幅度变化,这就给回转窑的计算机控制带来了比国外更大的困难。 笔者从1986年开始参与了对黑龙江省五常县拉林水泥厂二级旋风立筒预热回转窑的计算机控制的研究,历时7年,现已通过了由黑龙江省微机办公室和建材局主持的专家鉴定,其主要技术参数如下: (1)系统控制时间占整个窑运行时间的70%以上。 (2)自动控制窑头喂煤量立筒预热喂煤量,生料下料量、窑转速和排风机开度。 (3)烧成带温度控制在的时间占系统控制时间的95%以上。 (4)窑尾烟室温度控制在850±50℃。 2 建立控制模型的指导思想

我们从水泥厂生产工艺和拉林水泥厂的生产实践中了解到,回转窑的烧成带温度、窑尾烟室温度和窑尾废气含氧量稳定地保持在一定的范围内,才能保证回转窑内热工制度的稳定,保证水泥熟料的产量和质量,保证较大幅度地节省能源。所以,我们把烧成带温度、窑尾烟室温度和窑尾废气含氧量这三个重要工艺参数做为控制量,而把能显著影响以上三个工艺参数的窑转速、窑头弹性叶轮喂煤机转速、立筒预热弹性叶轮喂煤机转速、表示入窑生料多少的入窑生料提升泵压力及排风机开度和一次风开度做为控制量。 设计控制模型的实质就是找出控制量和被控制量之间的动态关系,并用数学表达式加以描述。建立控制模型的步骤如下: 2.1 进行物料平衡和热平衡的计算 我们选取回转窑为热平衡范围。计算的原始数据主要是通过热工测定取得的。 物料平衡和热平衡计算的目的在于从理论上用数学表达式来描述控制量和被控制量之间的关系。 2.2 采集系统控制量和被控制量的数据组 虽然通过理论计算可以找出控制量和被控制量之间的关系,但理论和实践还是有很大差距的。我们把工作重点放在回转窑煅烧过程的动态实验上。通过实验,获取了许多被控制量随控制量变化而改变的数据组。这些数据组有的是改变一个控制量后造成被控量变化的数据,有的是改变两个或多个控制量造成被控制量变化的数据。 2.3 测量数据组的滤波处理 所测得的大量数据组,其中某些数据肯定会受到噪声(包括过程噪声及测量噪声)污染。为此,必须进行滤波处理。 2.4 应用对比和推理法建立控制模型 由理论计算得出的控制量和被控制量关系的数学表达式,只能定性的看出两者之间的关系。所以,必须对该表达式进行归纳、整理、修改,以便将实际测得的数据组代入表达式后,能定量的符合实际测得的控制量和被控制量之间的关系。 2.5 由计算法实时算出某些难于测量的参数 在回转窑的熟料煅烧过程中,某些参数目前还难于在线直接测量。如煤的发热量和生料的化学成分等。而这些参数在熟料煅烧过程中又甚为重要。为此,我们根据化验室化验的结果设置有关参数,并置于控制模型中,随着这些参数的变化计算出有关参数的修改系数,并及时对这些参数进行修改。 2.6 通过试验对控制模型进行修改 通过以上方法设计的控制模型,必须在对窑的实际控制的实践中逐步修改,直到满意时为止。 采用该设计的控制模型控制回转窑,需要在开机后键入六个初始数据,以实现手控转为自控时的无扰动切换。同时,做为初始条件,置入控制模型中,经过分析、运算,逐渐把窑的主要参数调整到能满足工艺要求的范围中来。 (1)表示入窑生料量的提升泵压力的基数; (2)表示入窑生料量的提升泵压力; (3)窑头弹性叶轮喂煤机转速; (4)立筒预热弹性叶轮喂煤机转速; (5)窑转速; (6)窑尾排风机开度。 3 控制系统简介

主机采用多功能、高可靠性、高性能价格比的CMCM180超级八位微机系统。其中MPU为HD64180,主频为6MHz,指令为Z80指令组,再补加12条新指令,直接寻址能力为512K,I/O资源包括两个异步串行口,两个DMA通道,两个可编程定时器。结构是整体大板结构,最大限度地避免了接插件可能造成的故障。 该微机的作用是完成对话、优化控制、报警和管理等。以CMCM180微型计算机为中心的控制系统的总体框图见附图。其中FUC

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