水泥熟料烧成系统优化控制研究

摘 要

水泥熟料烧成具有强耦合、非线性和大滞后的特点，从而导致水泥生产无法得到有效的控制。而水泥熟料烧成系统的应用目前的效率依然比较低下，无法达成提高水泥熟料烧成质量和效率的目的。因此，基于这种认识，本文在分析水泥熟料烧成系统工作及其优化问题的基础上，对系统的优化控制问题展开了研究，从而为关注这一话题的人们提供参考。

【关键词】水泥熟料 烧成系统 优化控制

随着科学技术的发展，水泥熟料烧成系统在各大水泥生产企业中得到了推广应用，从而在一定程度上提高了水泥生产过程的自动化水平，并且降低了水泥生产能耗。但是，这些企业大多注重系统的硬件设施配置，却忽视了系统软件的设计应用问题，从而导致系统的功能没能得到充分发挥。因此，有必要对水泥熟料烧成系统优化控制问题展开研究，从而更好的促进水泥行业的发展。

1 水泥熟料烧成系统及其优化问题分析

随着科学技术的发展，目前水泥熟料烧成普遍使用DCS分散控制系统。从系统工作流程上来看，系统控制部分主要分成预热器、回转窑和冷却机这三个部分。在系统工作的过程中，来自原料制备系统的生料将进入系统的第二级预热器，然后将会在预热器和回转窑中与燃烧的高温气体进行热交换。而经过窑内烧成的熟料最终会进入冷却机，然后完成水泥熟料的烧制。从水泥熟料烧成系统的使用情况来看，国内水泥熟料生产设备水平都比较成熟，但是软件的重要性却没能得到重视。在这种情况下，大多数水泥熟料烧成系统并没有发挥其应有效能，系统控制仍然停留在PID调节反馈控制阶段，从而导致回转窑等设备的控制仍然处在人工操作水平。所以，想要实现水泥熟料生产的优质高效发展，还需要进行水泥熟料烧成系统的优化控制。

2 水泥熟料烧成系统的优化控制

2.1 优化控制算法

在进行系统的优化控制时，可以使用预测控制算法。具体来讲，就是在控制器与控制对象之间进行执行器的设计，然后利用执行器进行控制器决策的执行。在这一过程中，还需要利用传感器进行控制对象的信息的采集。在进行控制器设计时，还需要使用基于模型的方法，以便利用控制对象模型完成控制对象的准确设计。使用该方法，可以利用现场调试和计算机仿真进行控制器参数的确定，所以能够实现对各种控制对象的准确控制。在建立的预测控制模型中，将含有预测模型、滚动优化和反馈校正三个部分。根据被控制对象的历史信息和输入参数，就可以利用预测模型对系统的未来输出进行预测。利用滚动优化设计，将能够随着时间的推移进行模型的反复在线优化，所以能够实现对控制全过程的动态优化。而反馈校正部分是利用实际输出对模型预测进行校正，所以能够使模型的不精准性和系统不确定性得到克服。

2.2 系统优化控制实现

2.2.1 系统数据采集

在实现系统优化控制时，还需要先进行系统数据的采集。而利用OPC标准，就可以实现标准数据的采集。就目前来看，OPC是工业控制领域的数据通讯标准，其建立在微软OLE/COM/DCOM技术的基础上，使用的是客户/服务器模式，可以为工业自动化软件开发提供统一标准。应用OPC服务器，可以进行现场设备的数据信息的收集，然后利用标准接受传递给客户端。而通过这一接口，OPC客户端也将完成数据信息的接收。在设计的过程中，可以将优化控制软件设计成系统框架的OPC客户端，并且从OPC服务器进行数据的获取。而利用特定的设备驱动程序，就可以使现场设备和DCS系统将数据传递给OPC数据服务器。由于OPC服务一直是以应用程序形式分布在以太网的计算机中，所以优化控制软件也将分布在各计算机内。利用COM/DCOM技术，就可以实现服务器与客户端的无缝连接。因此，操作者不仅可以在同一台计算机上进行服务器和客户端的运行，同时还能利用不同的计算机进行二者的运行，从而满足优化控制软件的远程访问要求。利用OPC技术进行数据获取时，需要进行接口的实现，从而完成服务器和客户程序的交互。在这一过程中，需要进行OPC服务对象的创建，然后针对对象进行唯一的入口和实例化点的提供。而在整个过程中，操作者不需要进行服务器内部设计的理解，只需要按照格式要求进行方法、属性和事件等内容的调用。

2.2.2 系统数据的预处理

完成系统数据采集后，由于大多数系统数据都含有噪声，并且一些数据实际上是失效数据，所以还需要通过调整数据格式和检测数据显著误差进行数据的有效性检测和识别。具体来讲，就是先进行数据格式的统一调整，从而防止系统误读数据。例如，针对时间数据，就需要调整成“月/日/年/时/分/秒”的形式。而想要进行失效数据的剔除，则只需要进行数据上下限的设置。其次，针对随机误差和显著误差，还需要进行数据的校正。

在实际进行系统数据的预处理时，系统可能没能完成重要变量的检测。此时，还需要使用软测量技术进行不可测量变量的估计和推断，从而实现对系统生产过程的优化控制。具体来讲，就是通过建立经验模型、机理模型借助一些容易测量的变量和某种数学关系进行变量的推算。而机理模型就是主导变量与可测变量之间的数学模型，经验模型则为根据测量对象外部特征进行对象动态行为描述的模型。在工业生产中，通常使用回归分析法和人工智能法进行模型的建立。

2.2.3 控制系统模型获取

在实现系统优化控制的过程中，还要使对象输入如何影响对象输出的过程进行定量分析。所以，还需进行描述系统控制动态特性的数学模型的建立。而该模型的建立，将有助于系统进行输入输出信息的辨识，并且对系统进行工程生产控制、优化和诊断起到了重要的作用。通常的情况下，需要使用阶跃响应法、相关分析法和频率法进行非参数模型的建立。同时，还要使用极小化模型和过程误差准则函数进行参数模型的确定。在水泥熟料烧成系统控制中，可以根据长期观察和操作经验对系统变量之间的相互作用关系进行描述，然后据此进行系统优化控制模型的建立。而模型确立之后，就只需要利用系统辨识方法进行操纵变量的获取。

3 结论

总而言之，在水泥生产的过程中，水泥熟料烧成起到了至关重要的作用。但就目前来看，水泥熟料烧成系统的应用效率低下，并不利于提高水泥生产的生产效率和质量。而使用优化控制软件进行系统的优化控制，则能够使系统的安全性和稳定性得到提高，继而达成提高水泥烧制质量和效率的目的。因此，相信随着相关技术的发展，水泥熟料烧成系统必将得到优化设计。

参考文献

[1]郭红军，万彬，崔海波等.浅谈先进烧成系统的技术特征和性能[J].新世纪水泥导报，2016，01：24-29.

作者单位

武汉科技大学 湖北省武汉市 430081