论文摘要
分解炉是新型干法水泥生产工艺的标志性设备,其作用是对生料物料中的碳酸盐进行预分解,使入窑的物料中碳酸盐的分解率达到工艺要求。分解炉的生料分解率是分解炉的主要工艺指标,分解率控制精度的高低对于回转窑烧结过程稳定、稳定熟料质量具有重要影响,而且关系着设备的安全运行。由于分解炉与回转窑和预热器直接相连,设备关联严重,不确定干扰因素众多,炉内燃烧、传热、分解等过程机理复杂,温度过程存在着不确定性、纯滞后、非线性、难以建立精确模型等特点,传统的控制方法难以达到较好的控制效果。目前,我国大多数水泥生产分解炉均是采取人工控制的方式,存在熟料质量不稳定、设备运转率低、产量低、能耗大、操作人员劳动强度大等一系列问题。因此,研究分解炉自动控制技术对于稳定熟料质量、提高产量和设备运转率具有重要意义。本文依托国家“863”高技术研究课题,以酒钢集团宏达建材公司2000t/d水泥熟料生产线自动化工程为背景,完成计算机控制系统的设计和开发。本文的主要工作如下:(1)在对分解炉过程控制控制目标和控制难点分析的基础上,提出了基于仿人智能控制加规则推理前馈控制的分解炉温度控制策略。控制器由仿人智能控制器和前馈控制器组成,在仿人控制器中引入温度过程Smith预估补偿模型,以克服被控过程的纯滞后特性,实现基于特征的多模态控制。提出了生料下料阀、生料秤、塔架提升机的逻辑联锁控制策略;提出了基于规则推理方法的分解炉和预热器故障预测策略,通过对各处温度、压力的分析,按照专家的经验预测可能出现故障的设备。对分解炉温度智能控制策略进行了仿真研究。仿真结果表明,仿人智能控制方法控制性能优于传统的控制方法,能够适用于具有不确定性干扰、大滞后、难以建立精确模型等特点的分解炉温度过程,具有实际应用价值。(2)基于上述控制策略的基础上,对控制系统进行体系结构设计和功能设计。控制系统的体系结构分成运行监控层和过程控制层。过程控制层完成生产过程的控制功能,包括逻辑控制和回路控制。具有逻辑联锁功能、分解炉温度自动控制功能、增湿塔出口温度自动控制功能等。运行监控层主要包括操作画面、故障预测、数据归档和系统管理等功能。系统的平台选择德国西门子公司的PCS7集散控制系统。(3)在PCS7系统平台上对输入输出数据处理程序、设备逻辑联锁控制程序、分解炉温度仿人智能控制程序、增湿塔出口温度PI控制程序进行开发,完成分解炉生产过程监控画面的绘制、报警信息显示和故障预测功能。