基于神经网络PID的水泥回转窑温度控制研究
发布时间：2020-12-01 18:46
水泥是基础设施建设以及社会经济发展不可或缺的材料,回转窑作为熟料煅烧的装置,在水泥生产工艺流程中占有重要地位。对水泥回转窑的温度进行合理控制使其窑内热量达到适合的平衡是保证水泥产量、质量的关键。传统的控制方法难以适应水泥回转窑的生产过程中参数变化多、惯性大的特点,不能对回转窑温度进行精细的控制。本研究对水泥回转窑生产过程中与温度控制相关因素进行了详细分析,研究了转速、物料运动、燃料燃烧、气体流动等对回转窑炉温度的影响,明确了这些因素对水泥回转窑的温度的影响机理,并据此最确定了将喷煤量、生料喂料量、通风量、窑转速作为水泥回转窑温度控制参量基于此,结合神经网络和PID,开发回转窑温度自动控制系统采用二次权值确定法给出了其权值确定方法。采用自适应学习率确定学习率,从而实现了对BP神经网络PID控制系统进行了优化。并根据实际的生产过程中温度控制因素,对控制系统进行了仿真分析,对比常规PID控制技术,基于BP神经网络PID控制系统具有比较优良的控制效果。本研究同时设计了用于控制水泥回转窑的PLC系统,给出了基于神经网络的PID控制系统的PLC系统的具体选型和设计程序图。在此基础上,给出了水泥回转...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国2009-2018年水泥产量及新增生产能力水泥窑是水泥厂最重要的部分，用于完成水泥的热加工阶段，碳酸钙与含二氧化硅
2水泥回转窑温度控制的影响因素分析72水泥回转窑温度控制的影响因素分析2.1水泥回转窑的概述水泥产品作为基础设施建设的关键要素之一对于经济的发展具有举足轻重的作用，得益于经济的不断增长，世界水泥产量在过去的五十年间一直呈现不断增长的态势。在水泥的生产过程中，影响其产品质量、能源消耗、安全性和成本控制的关键因素之一是水泥回转窑的运行情况。由于水泥市场产品差异化非常小，企业必须投资于过程创新和先进的控制技术，以提高盈利能力和在这个行业中生存。生产水泥的主要原料是石灰石以及其他材料，通过高温加热，在水泥回转窑中大量的石灰石被磨碎，与粘土等其他材料一起送到大型旋转窑中。水泥生产是一个复杂的化学和物理过程，需要很高的温度才能引起化学反应，使其主要成分石灰石与粘土等其他材料发生反应形成水泥。图2.1新型干法水泥烧成系统生产流程图如图2.1所示，回转窑本质上是一个绕轴旋转的长圆柱体。由于旋转和重力，石灰泥从上升的冷端进入窑内，其在窑内的停留时间为2~3小时。熟料的形成是整个水泥生产过程的核心。由于需要较高的温度，该工艺是高能量的，其优化可以产生显著的效益。在熟料生产和所有水泥生产中，存在着生产最大化、成本最小化和效率最大化的矛盾控制目标，同时又要保证质量指标。回转窑煅烧区温度是确定水泥回转窑运行状态的一个重要参数。煅烧区温度影响着水泥产品的质量，同时影响着石灰回转窑安全稳定运行。
西安科技大学工程硕士学位论文102.1.2水泥回转窑的生产流程水泥的生产可分为三部分：①原材料准备；②热处理；③熟料的加工、储存和运输。其中热处理环节通过对原料的热处理获得水泥熟料。这个过程一般在在预热器、煅烧器、回转窑和冷却器中进行。这个部分通常被称为窑系统。（1）回转窑系统作为水泥生产工艺中核心设备，水泥回转窑是生料发生化学反应形成熟料地方。如图2.2所示，回转窑是由一个外钢壳和一个内耐火衬组成的长圆柱形管。现代回转炉的典型长度为40~100m，直径为3~6m。回转窑倾斜一般为1~3°，旋转速度为1~5r/min。其生产能力通常是每天2000~4000t熟料，部分回转窑可以达到12000t。（a）回转窑外部俯视图（b）回转窑内部视图图2.2回转窑外部及内部视图回转窑的物料出口设有燃烧器。燃烧器的主要功能是各种燃料进行燃烧的场所，从而形成高温火焰，为熟料反应提供能量。在早期的水泥厂，回转窑系统仅由一个回转窑组成。原材料在经过回转窑的过程中被干燥、预热、煅烧和烧成熟料。采用此种工艺通常对回转窑的长度要求比较高，一般需要超过100多米。由于这类水泥厂的运营成本非常高，能源利用率低，目前已经很少建设。回转窑由外部的钢壳和内部的隔热耐火层组成。隔热耐火层起到保持内部高温，防止回转窑外壳被高温损坏的作用。在回转窑中，耐火材料通常由特殊成分和尺寸的砖组成，能够承受高温。耐火衬砌受回转窑的机械动力学、水泥熟料的化学过程和所用燃料的类型等多种因素的影响。由于燃烧区温度较高，燃烧区耐火材料层的磨损最严重。因此一般在燃烧区内层设有涂层进行保护，可以有效延长了耐火层的使用寿命。这类涂层一般是大量的熟料或灰尘颗粒。水泥工业中替代燃料使用量的增加可能导致窑系统中循环碱金属和硫的水平升高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]电梯控制系统中PLC的应用设计研究[J]. 曾桂森. 轻工科技. 2019(07)
[2]三种用于加工特征识别的神经网络方法综述[J]. 石叶楠,郑国磊. 航空学报. 2019(09)
[3]改革开放四十年行业发展纪略[J]. 张建新. 中国水泥. 2019(02)
[4]PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J]. 赵家欣. 电子技术与软件工程. 2018(07)
[5]2017年建材机械行业热点盘点[J]. 东朝莉. 中国建材. 2018(04)
[6]浅论PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析[J]. 刘渝. 当代教育实践与教学研究. 2018(11)
[7]BP神经网络的发展现状综述[J]. 周政. 山西电子技术. 2008(02)
[8]神经网络发展综述[J]. 谢承泮. 科技情报开发与经济. 2006(12)
[9]可编程控制器发展综述[J]. 郝战存. 河北工业科技. 2004(02)
[10]神经网络综述[J]. 巫影,陈定方,唐小兵,朱石坚,黄映云,李庆. 科技进步与对策. 2002(06)
[1]水泥煅烧系统先进控制技术的应用研究[D]. 申帅.浙江工业大学 2018
[2]水泥回转窑温度控制方法的研究[D]. 夏永丰.长春工业大学 2018
[3]水泥回转窑控制系统的设计[D]. 王俊伟.浙江工业大学 2018
[4]水泥回转窑温度控制研究[D]. 杨中强.济南大学 2017
[5]水泥回转窑温度建模及控制研究[D]. 王煜.天津理工大学 2017
[6]水泥回转窑系统的建模与控制研究[D]. 赵洁.郑州大学 2014
[7]水泥回转窑烧成系统的节能控制[D]. 张永强.内蒙古工业大学 2010
[8]水泥回转窑煅烧系统温度模糊控制算法研究[D]. 李冬生.燕山大学 2010
[9]预测控制在水泥回转窑温度控制中的应用研究[D]. 粘坤.兰州理工大学 2009
[10]基于改进BP神经网络的PID控制方法的研究[D]. 刘益民.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
硕士论文
[1]电梯控制系统中PLC的应用设计研究[J]. 曾桂森. 轻工科技. 2019(07)
[2]三种用于加工特征识别的神经网络方法综述[J]. 石叶楠,郑国磊. 航空学报. 2019(09)
[3]改革开放四十年行业发展纪略[J]. 张建新. 中国水泥. 2019(02)
[4]PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J]. 赵家欣. 电子技术与软件工程. 2018(07)
[5]2017年建材机械行业热点盘点[J]. 东朝莉. 中国建材. 2018(04)
[6]浅论PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析[J]. 刘渝. 当代教育实践与教学研究. 2018(11)
[7]BP神经网络的发展现状综述[J]. 周政. 山西电子技术. 2008(02)
[8]神经网络发展综述[J]. 谢承泮. 科技情报开发与经济. 2006(12)
[9]可编程控制器发展综述[J]. 郝战存. 河北工业科技. 2004(02)
[10]神经网络综述[J]. 巫影,陈定方,唐小兵,朱石坚,黄映云,李庆. 科技进步与对策. 2002(06)
[1]水泥煅烧系统先进控制技术的应用研究[D]. 申帅.浙江工业大学 2018
[2]水泥回转窑温度控制方法的研究[D]. 夏永丰.长春工业大学 2018
[3]水泥回转窑控制系统的设计[D]. 王俊伟.浙江工业大学 2018
[4]水泥回转窑温度控制研究[D]. 杨中强.济南大学 2017
[5]水泥回转窑温度建模及控制研究[D]. 王煜.天津理工大学 2017
[6]水泥回转窑系统的建模与控制研究[D]. 赵洁.郑州大学 2014
[7]水泥回转窑烧成系统的节能控制[D]. 张永强.内蒙古工业大学 2010
[8]水泥回转窑煅烧系统温度模糊控制算法研究[D]. 李冬生.燕山大学 2010
[9]预测控制在水泥回转窑温度控制中的应用研究[D]. 粘坤.兰州理工大学 2009
[10]基于改进BP神经网络的PID控制方法的研究[D]. 刘益民.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：2894978
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国2009-2018年水泥产量及新增生产能力水泥窑是水泥厂最重要的部分，用于完成水泥的热加工阶段，碳酸钙与含二氧化硅
2水泥回转窑温度控制的影响因素分析72水泥回转窑温度控制的影响因素分析2.1水泥回转窑的概述水泥产品作为基础设施建设的关键要素之一对于经济的发展具有举足轻重的作用，得益于经济的不断增长，世界水泥产量在过去的五十年间一直呈现不断增长的态势。在水泥的生产过程中，影响其产品质量、能源消耗、安全性和成本控制的关键因素之一是水泥回转窑的运行情况。由于水泥市场产品差异化非常小，企业必须投资于过程创新和先进的控制技术，以提高盈利能力和在这个行业中生存。生产水泥的主要原料是石灰石以及其他材料，通过高温加热，在水泥回转窑中大量的石灰石被磨碎，与粘土等其他材料一起送到大型旋转窑中。水泥生产是一个复杂的化学和物理过程，需要很高的温度才能引起化学反应，使其主要成分石灰石与粘土等其他材料发生反应形成水泥。图2.1新型干法水泥烧成系统生产流程图如图2.1所示，回转窑本质上是一个绕轴旋转的长圆柱体。由于旋转和重力，石灰泥从上升的冷端进入窑内，其在窑内的停留时间为2~3小时。熟料的形成是整个水泥生产过程的核心。由于需要较高的温度，该工艺是高能量的，其优化可以产生显著的效益。在熟料生产和所有水泥生产中，存在着生产最大化、成本最小化和效率最大化的矛盾控制目标，同时又要保证质量指标。回转窑煅烧区温度是确定水泥回转窑运行状态的一个重要参数。煅烧区温度影响着水泥产品的质量，同时影响着石灰回转窑安全稳定运行。
西安科技大学工程硕士学位论文102.1.2水泥回转窑的生产流程水泥的生产可分为三部分：①原材料准备；②热处理；③熟料的加工、储存和运输。其中热处理环节通过对原料的热处理获得水泥熟料。这个过程一般在在预热器、煅烧器、回转窑和冷却器中进行。这个部分通常被称为窑系统。（1）回转窑系统作为水泥生产工艺中核心设备，水泥回转窑是生料发生化学反应形成熟料地方。如图2.2所示，回转窑是由一个外钢壳和一个内耐火衬组成的长圆柱形管。现代回转炉的典型长度为40~100m，直径为3~6m。回转窑倾斜一般为1~3°，旋转速度为1~5r/min。其生产能力通常是每天2000~4000t熟料，部分回转窑可以达到12000t。（a）回转窑外部俯视图（b）回转窑内部视图图2.2回转窑外部及内部视图回转窑的物料出口设有燃烧器。燃烧器的主要功能是各种燃料进行燃烧的场所，从而形成高温火焰，为熟料反应提供能量。在早期的水泥厂，回转窑系统仅由一个回转窑组成。原材料在经过回转窑的过程中被干燥、预热、煅烧和烧成熟料。采用此种工艺通常对回转窑的长度要求比较高，一般需要超过100多米。由于这类水泥厂的运营成本非常高，能源利用率低，目前已经很少建设。回转窑由外部的钢壳和内部的隔热耐火层组成。隔热耐火层起到保持内部高温，防止回转窑外壳被高温损坏的作用。在回转窑中，耐火材料通常由特殊成分和尺寸的砖组成，能够承受高温。耐火衬砌受回转窑的机械动力学、水泥熟料的化学过程和所用燃料的类型等多种因素的影响。由于燃烧区温度较高，燃烧区耐火材料层的磨损最严重。因此一般在燃烧区内层设有涂层进行保护，可以有效延长了耐火层的使用寿命。这类涂层一般是大量的熟料或灰尘颗粒。水泥工业中替代燃料使用量的增加可能导致窑系统中循环碱金属和硫的水平升高?
【参考文献】：
期刊论文
[1]电梯控制系统中PLC的应用设计研究[J]. 曾桂森. 轻工科技. 2019(07)
[2]三种用于加工特征识别的神经网络方法综述[J]. 石叶楠,郑国磊. 航空学报. 2019(09)
[3]改革开放四十年行业发展纪略[J]. 张建新. 中国水泥. 2019(02)
[4]PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J]. 赵家欣. 电子技术与软件工程. 2018(07)
[5]2017年建材机械行业热点盘点[J]. 东朝莉. 中国建材. 2018(04)
[6]浅论PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析[J]. 刘渝. 当代教育实践与教学研究. 2018(11)
[7]BP神经网络的发展现状综述[J]. 周政. 山西电子技术. 2008(02)
[8]神经网络发展综述[J]. 谢承泮. 科技情报开发与经济. 2006(12)
[9]可编程控制器发展综述[J]. 郝战存. 河北工业科技. 2004(02)
[10]神经网络综述[J]. 巫影,陈定方,唐小兵,朱石坚,黄映云,李庆. 科技进步与对策. 2002(06)
[1]水泥煅烧系统先进控制技术的应用研究[D]. 申帅.浙江工业大学 2018
[2]水泥回转窑温度控制方法的研究[D]. 夏永丰.长春工业大学 2018
[3]水泥回转窑控制系统的设计[D]. 王俊伟.浙江工业大学 2018
[4]水泥回转窑温度控制研究[D]. 杨中强.济南大学 2017
[5]水泥回转窑温度建模及控制研究[D]. 王煜.天津理工大学 2017
[6]水泥回转窑系统的建模与控制研究[D]. 赵洁.郑州大学 2014
[7]水泥回转窑烧成系统的节能控制[D]. 张永强.内蒙古工业大学 2010
[8]水泥回转窑煅烧系统温度模糊控制算法研究[D]. 李冬生.燕山大学 2010
[9]预测控制在水泥回转窑温度控制中的应用研究[D]. 粘坤.兰州理工大学 2009
[10]基于改进BP神经网络的PID控制方法的研究[D]. 刘益民.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
硕士论文
[1]电梯控制系统中PLC的应用设计研究[J]. 曾桂森. 轻工科技. 2019(07)
[2]三种用于加工特征识别的神经网络方法综述[J]. 石叶楠,郑国磊. 航空学报. 2019(09)
[3]改革开放四十年行业发展纪略[J]. 张建新. 中国水泥. 2019(02)
[4]PLC技术在电气工程自动化控制中的应用[J]. 赵家欣. 电子技术与软件工程. 2018(07)
[5]2017年建材机械行业热点盘点[J]. 东朝莉. 中国建材. 2018(04)
[6]浅论PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析[J]. 刘渝. 当代教育实践与教学研究. 2018(11)
[7]BP神经网络的发展现状综述[J]. 周政. 山西电子技术. 2008(02)
[8]神经网络发展综述[J]. 谢承泮. 科技情报开发与经济. 2006(12)
[9]可编程控制器发展综述[J]. 郝战存. 河北工业科技. 2004(02)
[10]神经网络综述[J]. 巫影,陈定方,唐小兵,朱石坚,黄映云,李庆. 科技进步与对策. 2002(06)
[1]水泥煅烧系统先进控制技术的应用研究[D]. 申帅.浙江工业大学 2018
[2]水泥回转窑温度控制方法的研究[D]. 夏永丰.长春工业大学 2018
[3]水泥回转窑控制系统的设计[D]. 王俊伟.浙江工业大学 2018
[4]水泥回转窑温度控制研究[D]. 杨中强.济南大学 2017
[5]水泥回转窑温度建模及控制研究[D]. 王煜.天津理工大学 2017
[6]水泥回转窑系统的建模与控制研究[D]. 赵洁.郑州大学 2014
[7]水泥回转窑烧成系统的节能控制[D]. 张永强.内蒙古工业大学 2010
[8]水泥回转窑煅烧系统温度模糊控制算法研究[D]. 李冬生.燕山大学 2010
[9]预测控制在水泥回转窑温度控制中的应用研究[D]. 粘坤.兰州理工大学 2009
[10]基于改进BP神经网络的PID控制方法的研究[D]. 刘益民.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
本文编号：2894978
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