水泥生产联合粉磨标准工况模板及建模研究

发布时间：2020-10-01 14:43

　　水泥是我国房屋建设的主要建筑原材料之一,生产量位居世界前列。由于水泥生产粉磨系统高耗能低效率,其节能降耗成为近年来日益关注的热点。由辊压机和球磨机组合成的联合粉磨系统因其挤压力高、粉磨能力强等特点在我国被广泛采用,其生产过程呈现出的工艺参数波动范围大、工况过程多变、操作手段复杂等特点,并且生产环境使得其具有大滞后、多变量、非线性等特性,所以联合粉磨系统生产过程的平稳高效控制研究意义重大。围绕这一难题,本文在联合粉磨系统的工况模板划分、建模研究与控制应用方面开展了深入的研究工作,主要内容如下:(1)针对不同水泥厂的粉磨系统工艺不同,本文从联合粉磨系统工艺分为开路磨粉磨系统和闭路磨粉磨系统两类,并对其工艺特征进行了分析。考虑到不同工艺的粉磨生产系统工况划分区间不同,给出了单变量表征和多变量表征的工况模板基本构建方法。为提高操作员高效操作水平,本文参考水泥工厂设计规范(GB 50295-2008),借鉴现场优秀操作经验,结合两种粉磨生产实例数据分析,分别选取了各环节关键参数,建立了各自带有操作建议的工况模板。对于开路磨粉磨系统工艺设备少,建立了辊压机环节稳流仓料位和球磨机环节出磨提升机电流单变量表征的工况模板。对于闭路磨粉磨系统工况参数变化范围小,建立了多变量表征球磨机负荷的工况模板。通过工况在线显示实例的操作建议和工人操作对比,验证了工况模板的合理性与有效性。此部分内容为后续T-S模糊建模及典型工况模型拟合奠定基础。(2)考虑到开路磨联合粉磨系统工艺设备少和相邻参数影响大的工况特点,基于工况模板的T-S模糊建模方法建立了开路粉磨系统分环节模型。根据开路磨粉磨系统的两个环节三种工况模板,辊压机环节选取喂料量作为输入变量,稳流仓料位作为输出变量,球磨机环节选取收尘风机转速作为输入变量,出磨提升机电流作为输出变量。采集现场参数数据后进行均值滤波处理得到建模样本数据,利用最小二乘方法辨识T-S模糊子模型参数,通过隶属度函数将子模型组合得到最终T-S模糊模型。随机选取涵盖全部工况的数据进行了仿真验证,结果显示所建模型精度高,为自动控制设计提供依据。(3)考虑到闭路磨联合粉磨系统闭环稳定和工况参数波动不频繁的工况特点,在一种典型工况(出磨提升机电流在125~130A)下,基于最小二乘支持向量机(Least-square support vector machine,LS-SVM)建立了闭路磨粉系统整体模型。该方法选取循环风机转速、选粉机转速和收尘风机转速作为输入变量,出磨提升机电流作为输出变量,采集典型工况的历史数据并均值滤波处理后得到样本数据,通过仿真训练与测试建立了闭路磨粉磨系统三入一出的整体模型。通过与神经网络建模方法仿真比较,说明了所建LS-SVM模型具有更有效、更准确、更快速的拟合能力。(4)本课题结合开路磨粉磨系统实际工程项目,参考工况模板特征和模型特点,提出了出磨提升机电流Bang-Bang控制和模糊PID控制相结合的控制方案,完成了一种水泥联合粉磨系统自动控制应用软件包及DCS接口程序开发。运行效果说明了控制方案能够加速被控量的跟踪误差收敛速度,验证了其有效性与实用性。此工程应用提高了粉磨生产自动化水平,使联合粉磨系统生产过程长期处在一个负荷较高、电流波动小、平稳高效的状态,进而实现了水泥粉磨系统的节能降耗,在实际工程中具有一定程度上的应用价值。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ172.63
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 研究目的与意义
    1.3 课题相关研究现状
        1.3.1 联合粉磨系统工况研究现状
        1.3.2 联合粉磨系统建模研究现状
    1.4 课题研究难点及解决方案
    1.5 本文主要工作
    1.6 本章小结
第二章联合粉磨系统的工况模板研究
    2.1 水泥生产工艺
    2.2 水泥生产联合粉磨系统工艺分析
        2.2.1 开路磨系统工艺
        2.2.2 闭路磨系统工艺
    2.3 联合粉磨系统工况模板基本构建方法
    2.4 开路磨联合粉磨系统及其工况模板
        2.4.1 实际系统工艺及特征
        2.4.2 开路磨联合粉磨系统工况模板
    2.5 闭路磨联合粉磨系统及其工况模板
        2.5.1 实际系统工艺及特征
        2.5.2 闭路磨联合粉磨系统工况模板
    2.6 工况在线显示实例
    2.7 本章小结
第三章基于工况模板的开路磨联合粉磨系统T-S模糊建模
    3.1 T-S模糊建模理论
    3.2 数据采集与处理
    3.3 基于T-S模糊的辊压机环节建模
        3.3.1 模型结构与实验数据分类
        3.3.2 T-S模糊子模型参数最小二乘辨识
        3.3.3 辊压机环节T-S模糊模型
    3.4 基于T-S模糊的球磨机环节建模
        3.4.1 模型结构与实验数据分类
        3.4.2 T-S模糊子模型参数最小二乘辨识
        3.4.3 球磨机环节T-S模糊模型
    3.5 模型仿真验证
    3.6 本章小结
第四章基于LS-SVM的闭路磨粉磨系统典型工况建模
    4.1 最小二乘支持向量机建模理论
    4.2 建模数据准备
        4.2.1 关键工艺变量选取
        4.2.2 数据采集与处理
    4.3 基于LS-SVM的闭路磨粉磨系统典型工况建模仿真与分析
    4.4 LS-SVM建模方法与神经网络建模方法的比较
    4.5 本章小结
第五章联合粉磨系统控制与工程应用
    5.1 联合粉磨系统的控制方案
    5.2 工程应用的软件实现方案
    5.3 一种水泥联合粉磨系统自动控制软件
    5.4 现场应用效果及分析
    5.5 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录A
附录B

【参考文献】