智能控制策略在濕磨干燒水泥生產(chǎn)線DCS中的應(yīng)用

　　［摘　要］　本文介紹了先進的DCS系統(tǒng)在濕磨干燒水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用及實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時監(jiān)控的軟硬件總體方案，并提出了一種具有自學(xué)習(xí)、前饋功能的智能控制算法在DCS系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)。
［關(guān)鍵詞］　DCS；濕磨干燒；水泥回轉(zhuǎn)窯；多值邏輯；分解爐
1　引言
　　目前，我國水泥工業(yè)多數(shù)工廠采用傳統(tǒng)濕法水泥生產(chǎn)線，設(shè)備落后，生產(chǎn)效率不高，自動化程度低，能耗大，環(huán)保問題嚴重；全干法水泥生產(chǎn)線，一次性投資過大，難以符合我國國情。濕磨干燒水泥生產(chǎn)線吸取濕法、干法二者的優(yōu)點，在傳統(tǒng)的水泥行業(yè)改造方面有很好的發(fā)展前景。
　　我們采用Honeywell C200型DCSPlantScape系統(tǒng)研制開發(fā)了浙江某水泥廠濕磨干燒水泥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上利用底層具有運算功能的控制器，實現(xiàn)了具有自學(xué)習(xí)、前饋功能的智能控制算法，并成功用于實際生產(chǎn)過程中，取得顯著的經(jīng)濟效益。
2　濕磨干燒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)
2．1　DCSPlantScape系統(tǒng)簡介
　　PlactScape C200型DCS系統(tǒng)是美國Honeywell公司新推出的一套功能完備、技術(shù)先進DCS系統(tǒng)。它的軟件開發(fā)系統(tǒng)由Display Build、Control Build和Quick Build構(gòu)成。Display Build用于開發(fā)操作站控制界面；Control Build用于編制設(shè)備控制程序，下載到底層控制器對現(xiàn)場設(shè)備進行控制；Quick Build用于系統(tǒng)管理組態(tài)。
　　由于系統(tǒng)提供了較為豐富的圖庫，用DisplayBuild開發(fā)的用戶界面簡潔、實用美觀、立體感強，并支持動態(tài)圖象功能。與傳統(tǒng)的梯形圖相比，ControlBuild采用最先進的功能邏輯圖形式，組態(tài)功能強大，操作與調(diào)試簡便。該系統(tǒng)可靠性高，軟件具有很強的自診斷、冗余、校驗、互鎖、糾錯等功能，通訊設(shè)備檢錯、容錯能力強；擴展性好，標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)TCP／IP協(xié)議和ACCESS數(shù)據(jù)庫利于系統(tǒng)高層互連；開放的網(wǎng)絡(luò)Client／Server結(jié)構(gòu)，支持系統(tǒng)遠程工程、冗余服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE），強大的報表功能和通用的數(shù)據(jù)格式，有利于辦公自動化的實現(xiàn)；開放略。
2．2　系統(tǒng)硬件構(gòu)成與冗余
　　整個控制系統(tǒng)分為中央控制室和窯頭、窯尾兩個現(xiàn)場控制站。如圖2—1所示。

　　其中窯頭現(xiàn)場控制站用于控制窯頭設(shè)備，包括窯頭電收塵、蓖冷機、噴煤裝置、一次風(fēng)機等；窯尾控制站用于控制窯尾設(shè)備，包括料漿過濾、烘干破碎機、回轉(zhuǎn)窯主傳、輔傳電機、高溫風(fēng)機、窯尾電收塵、烘干破噴水降溫系統(tǒng)等。整個控制系統(tǒng)的規(guī)模為714點。
2．3　系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　在Windows NT4．0平臺上，根據(jù)工藝、設(shè)備的控制要求，我們利用控制組態(tài)軟件Control Builder開發(fā)了窯頭，窯尾各設(shè)備的CM（Control Module）和SCM（Sequence Control Module）控制模塊，包括單機啟停、設(shè)備組連鎖啟停、設(shè)備互鎖、閉環(huán)回路控制、重要AI／AO參數(shù)監(jiān)控、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視等。利用Dis－play Builder開發(fā)了一系列操作站界面，包括系統(tǒng)總圖、窯頭工藝流程圖、窯尾工藝流程圖、燒成窯中、料漿過濾、喂煤系統(tǒng)、窯頭窯尾電收塵、輔助翻窯、回路控制等。每幅頁面除含有必需的信息之外，還設(shè)有快捷按鈕，以便實現(xiàn)頁面之間的快速切換。
　　另外，基于PlantScape提供的基本功能，我們還開發(fā)了報表打印、歷史曲線顯示、交接班日記、緊急事件報警、對設(shè)備操作或其它操作觸發(fā)的事件記錄等功能。
3　先進控制策略的軟件實現(xiàn)
　　整條生產(chǎn)線有窯頭罩負壓、窯頭噴水、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、蓖冷機沖程、分解爐溫度等控制回路。通過現(xiàn)場調(diào)試，我們發(fā)現(xiàn)除分解爐溫度外，其它控制回路利用系統(tǒng)提供的常規(guī)PID模塊即可滿足工藝要求。分解爐是一個具有時變、滯后，且嚴重非線性特點的控制對象，溫度要求控制在870±30℃內(nèi)，溫度過高，分解爐出口易出現(xiàn)燒結(jié)堵塞現(xiàn)象；溫度過低，生料分解不充分，影響水泥質(zhì)量。采用PID的控制效果很不理想，控制誤差有870±50℃，而且經(jīng)常出現(xiàn)失控現(xiàn)象。實際上，分解爐的溫度受諸多因素的影響，其中生料流量、煤粉流量和風(fēng)量影響最為顯著。在產(chǎn)量一定時，風(fēng)量一般變化不大，但由于在濕磨干燒水泥生產(chǎn)工藝中，生料是以料餅的形式非連續(xù)的進入烘干破碎機，從而造成生料流量的波動，成為分解爐溫度失控的主要因素。
　　針對分解爐受控對象的特點，我們采用了多控制器集成的智能控制策略：在分　　解爐設(shè)定值附近用自學(xué)習(xí)PID控制器；若因大的擾動使溫度偏離設(shè)定值較大，用多值邏輯控制器；由于分解爐爐中溫度能夠反映分解爐出口溫度變化的趨勢，因此取分解爐爐中溫度為前饋控制變量，具體實現(xiàn)算法如下：
3．1　自學(xué)習(xí)PID控制器
　　取誤差e（k）＝Tsp（k）－T1（k）；誤差變化量Δe（k）＝e（k）－e（k－1）；二次誤差變化量Δ2e（k）＝e（k）－2e（k－1）＋e（k－2）。其中Tsp（k）為分解爐出口溫度設(shè)定值，T1（k）為分解爐出口溫度測量值。有：

　　w1、w2、w3為歸一化權(quán)值。利用Hebb－Delta學(xué)習(xí)規(guī)則進行權(quán)值修正，