水泥粉磨系統(tǒng)的智能控制

賈華平

（中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)工程技術(shù)分會(huì)，北京 100831）

當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向，美國(guó)提出了工業(yè)互聯(lián)、德國(guó)提出了工業(yè)4.0、中國(guó)提出了兩化深度融合。但無論提法有何不同，其本質(zhì)是一樣的，自動(dòng)化的范圍向上發(fā)展到智能化，向下擴(kuò)展到整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的全方位、全過程。

這里，僅局限在水泥生產(chǎn)的粉磨系統(tǒng)，探討一下智能化的發(fā)展。有兩個(gè)概念需要注意，“智能化工廠”并不完全等同于“智能工廠”，這要看你“化”到什么程度，智能工廠都是逐漸“化”過來的。

1 關(guān)于智能化概念與智能水泥廠

什么是智能化？我們先用現(xiàn)代語言探討一下“智能”的概念。所謂的“人類智慧”，是從感知（信息的檢測(cè)與傳遞）到記憶（信息的儲(chǔ)存）再到思維（對(duì)信息的邏輯化處理、對(duì)已有邏輯的因果類比），這一過程被稱為“智慧”；智慧的結(jié)果（因果類比的導(dǎo)向作用）產(chǎn)生了行為和語言，將行為和語言的表達(dá)過程稱為“能力”；將智慧和能力合在一起就是“智能”。

智能化并不簡(jiǎn)單等同于自動(dòng)化，這是智能化發(fā)展中必須突破的思維概念，也是目前國(guó)內(nèi)智能化開發(fā)中的一個(gè)主要問題。智能化是自動(dòng)化的高級(jí)發(fā)展，自動(dòng)化是智能化的基礎(chǔ)部分；智能化是在自動(dòng)化基礎(chǔ)上，通過引入“數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化”，實(shí)現(xiàn)了一些智慧和能力的高級(jí)發(fā)展。

一般的自動(dòng)化系統(tǒng)或裝置，能夠根據(jù)既定指令進(jìn)行操作調(diào)整實(shí)現(xiàn)無人控制，但一般會(huì)出現(xiàn)對(duì)于不同情況作出相同反應(yīng)的結(jié)果，就像所有的生物具有一定的遺傳本能一樣，多用于重復(fù)性的工作或工程中。

而智能化是在自動(dòng)化基礎(chǔ)上又加入了類似于人類的智慧程序，具有一定的學(xué)習(xí)能力，能根據(jù)外界的信息豐富自己，自主產(chǎn)生新的指令，一般能根據(jù)多種不同情況作出不同的反應(yīng)，就像高等動(dòng)物除了本能以外還具有一定的自適應(yīng)能力。

智能化的工作過程包括：信息的檢測(cè)、采集、傳輸、處理與儲(chǔ)存，指令的形成、調(diào)整與發(fā)出，指令的執(zhí)行與結(jié)果的反饋。這些過程都離不開工業(yè)化、自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化這些基礎(chǔ)，所以說智能化是一個(gè)系統(tǒng)工程。

類比于人類，我們講一個(gè)人非常“聰明”，本意是說他的腦子好用，但“聰明”的具體指向是“耳聰目明”，可見及時(shí)、準(zhǔn)確、甚至量化的信息對(duì)“大腦”的作用是多么重要；我們說這個(gè)人“心靈手巧”，又是在強(qiáng)調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要性，沒有理想的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，再好用的腦子又有什么用呢、而且沒有“巧手”的實(shí)踐又如何演化出“心靈”的大腦呢？

于2015年1月30日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《原材料工業(yè)兩化深度融合推進(jìn)計(jì)劃（2015-2018年）》，基本給出了一個(gè)智能水泥廠的概念。智能水泥廠不僅包括如下內(nèi)容：

（1）基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進(jìn)技術(shù)，利用智能儀器儀表、工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)仿真、移動(dòng)應(yīng)用等信息系統(tǒng)與專用裝備，進(jìn)一步突出實(shí)時(shí)控制、運(yùn)行優(yōu)化和綜合集成，基本實(shí)現(xiàn)礦山開采、配料管控、窯爐燒成、水泥粉磨全系統(tǒng)全過程的智能優(yōu)化。

（2）應(yīng)用機(jī)器人等技術(shù)，在礦山爆破排險(xiǎn)、窯爐運(yùn)行維護(hù)、投料裝車作業(yè)、高溫高塵搶修等，危害、危險(xiǎn)、重復(fù)作業(yè)的環(huán)節(jié)，基本實(shí)現(xiàn)無人值守或機(jī)器人替代人工作業(yè)。

（3）建設(shè)信息物理融合系統(tǒng)（CPS），實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化、數(shù)字化、模型化、可視化、集成化，提高企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率、安全運(yùn)行能力、應(yīng)急響應(yīng)能力、風(fēng)險(xiǎn)防范能力和科學(xué)決策能力。

（4）在生產(chǎn)管控和經(jīng)營(yíng)決策中，通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，應(yīng)用商業(yè)智能系統(tǒng)（BI）和產(chǎn)品生命周期管理（PLM），建立對(duì)采購(gòu)、生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售、運(yùn)輸、質(zhì)量、資源、能源和財(cái)務(wù)等全方位的智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、市場(chǎng)和效益的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警，提升各環(huán)節(jié)的資源優(yōu)化配置能力和智能決策水平。

（5）建立與供應(yīng)商和用戶的上下游協(xié)作管理系統(tǒng)，按照供應(yīng)商提前介入（EVI）、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)（JIT）等模式，統(tǒng)一企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）等企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間信息交換接口、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，通過信息共享和實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)物料協(xié)同、儲(chǔ)運(yùn)協(xié)同、訂貨業(yè)務(wù)協(xié)同以及財(cái)務(wù)結(jié)算協(xié)同。

根據(jù)“推進(jìn)計(jì)劃”要求，智能水泥廠涵蓋生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全面智能，生產(chǎn)線的智能控制是水泥智能工廠的基礎(chǔ)，沒有這個(gè)基礎(chǔ)，所謂的“智能工廠”就只能是一個(gè)“智能化工廠”。不過，這也沒關(guān)系，這有一個(gè)發(fā)展完善的過程，我們可以先做智能化水泥廠，能做多少是多少，逐步向智能水泥廠趨近。

2 走向智能水泥廠的技術(shù)路線

看似簡(jiǎn)單的水泥工藝，其過程中包含有大量的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)以及物理化學(xué)反應(yīng)，囊括了地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖相學(xué)、流體學(xué)、燃燒學(xué)、熱傳導(dǎo)、結(jié)晶學(xué)等等學(xué)科，要使整個(gè)過程處于受控狀態(tài)，按照我們?cè)O(shè)計(jì)的P-T-t軌跡（礦物學(xué)術(shù)語）運(yùn)行，不但需要維持物料的量和質(zhì)的均衡穩(wěn)定，而且必須維持好各系統(tǒng)各工序各個(gè)特征參數(shù)的穩(wěn)定。

對(duì)于大工業(yè)生產(chǎn)，各種原燃材料以及各工序的工況，其波動(dòng)是難以避免的，各項(xiàng)生產(chǎn)控制參數(shù)的穩(wěn)定、以及過程產(chǎn)品和成品性能指標(biāo)的穩(wěn)定，都需要通過及時(shí)地操作調(diào)整才能得以實(shí)現(xiàn)。

水泥生產(chǎn)中的控制操作，可以是人工手動(dòng)的，也可以是儀表自控的，但最好是智能程控的。因?yàn)樽兓療o時(shí)不在，調(diào)節(jié)無時(shí)不需，而人的精力和經(jīng)驗(yàn)是有限的。所以，從預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝誕生的第一天起，人們就在謀求生產(chǎn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，在整個(gè)水泥的生產(chǎn)控制中，從原料開采直到水泥出廠，引入了幾十個(gè)儀表自控調(diào)節(jié)回路。

遺憾的是，對(duì)于如此艱巨的任務(wù)，自動(dòng)化實(shí)在是力不從心。其主要原因是自動(dòng)化控制一般為單變量自控調(diào)節(jié)模型，而實(shí)際上影響某個(gè)從變量的應(yīng)變量不止一個(gè)，而且這些應(yīng)變量本身及其之間的關(guān)系是隨時(shí)而變的。

以這幾年大家非常重視的、已經(jīng)做了不少工作的“預(yù)熱器C5旋風(fēng)筒出口溫度自控調(diào)節(jié)回路”為例，建立的數(shù)學(xué)模型為：“分解爐的喂煤量”＝＞“C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度”，（注：A=＞B為邏輯學(xué)符號(hào)，表示命題A與B的蘊(yùn)涵關(guān)系，后同）。實(shí)踐證明，這個(gè)回路在燒成系統(tǒng)正常時(shí)有一定的作用，但在燒成系統(tǒng)出現(xiàn)較大波動(dòng)、正是需要它發(fā)揮作用的時(shí)候，它卻“掉鏈子”了，不但幾乎是沒有作用，有時(shí)甚至起副作用。

仔細(xì)分析便會(huì)發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)模型建立得過于簡(jiǎn)單。影響“C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度”的因素，并不只是一個(gè)“分解爐的喂煤量”，還有諸如系統(tǒng)的喂料量、物料的易燒性、系統(tǒng)的通風(fēng)量、分解爐的燃燒情況、煤質(zhì)的變化、窯內(nèi)的喂煤量、窯內(nèi)的燃燒情況、窯的轉(zhuǎn)速、篦冷機(jī)的冷卻情況，甚至系統(tǒng)的漏風(fēng)、環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)散熱的影響等因素有關(guān)。欲穩(wěn)定“C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度”，必須建立起符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的控制模型。

我們可以建立一個(gè)多變量調(diào)整模型：分解爐的喂煤量＝＞∑（C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度，系統(tǒng)生料喂料量，生料KH、SM、細(xì)度，窯灰喂入量，C1出口的溫度、壓力、O2、CO、NOx，分解爐出口的溫度、壓力、O2、CO、NOx，煤粉的熱值、揮發(fā)份、細(xì)度、水分，后窯口的溫度、壓力、O2、CO、NOx，二次風(fēng)溫度、三次風(fēng)溫度、三次風(fēng)閘板開度……）。

總之，只要你能想到的因素就只管往蘊(yùn)含變量里加，然后進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)不同的相關(guān)系數(shù)給予各變量不同的調(diào)節(jié)權(quán)重，各變量對(duì)于喂煤調(diào)節(jié)量的代數(shù)和，便是分解爐喂煤量的調(diào)節(jié)量。

相關(guān)性分析并不復(fù)雜，用計(jì)算機(jī)程序來做相關(guān)性分析更是小菜一碟。不僅可以從初始的統(tǒng)計(jì)分析開始，設(shè)定初始的調(diào)節(jié)權(quán)重，而且要每時(shí)、每天、每月、每年的一直做下去，以適應(yīng)各種因素的變化。

為了適應(yīng)各種因素的新情況、新變化，設(shè)定按照“先入先出的原則”滾動(dòng)記錄最近10天（可根據(jù)實(shí)際情況的異變速度和頻次，確定和調(diào)整滾動(dòng)天數(shù)）的數(shù)據(jù)、并進(jìn)行相關(guān)性分析。根據(jù)最新的分析結(jié)果及時(shí)地調(diào)整調(diào)節(jié)權(quán)重的分配，使其在不斷地循環(huán)調(diào)整中趨于合理化，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路（已經(jīng)是智能調(diào)節(jié)回路）的效果就會(huì)越來越好。

3 粉磨系統(tǒng)智能化的國(guó)際概覽

3.1 生料粉磨智能化

與熟料燒成和水泥粉磨相比，對(duì)生料粉磨智能控制的研究和應(yīng)用明顯偏少，主要是其大部分控制參數(shù)可通過傳統(tǒng)的PID實(shí)現(xiàn)一對(duì)一控制，而基于生料細(xì)度、水分等復(fù)雜控制則由于重視程度不夠、測(cè)量過程滯后等原因進(jìn)展緩慢。

對(duì)生料粉磨過程中較為簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如磨的入口壓力與循環(huán)風(fēng)門開度，系統(tǒng)風(fēng)量與循環(huán)風(fēng)機(jī)閥門開度等，均可通過基本的PID調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)；而針對(duì)自動(dòng)喂料、自動(dòng)調(diào)節(jié)研磨壓力等具有非線性、長(zhǎng)時(shí)滯特性的過程，可基于新型PID控制、模糊預(yù)測(cè)等方法，建立相關(guān)控制模型實(shí)現(xiàn)智能控制。

所謂新型PID控制算法的控制，包括磨內(nèi)壓差、出口溫度、磨內(nèi)通風(fēng)和磨機(jī)入口負(fù)壓等。如基于模糊PID控制通過考察磨內(nèi)壓差實(shí)際值與控制值的誤差和誤差變化率，在基于模糊控制規(guī)則的情況下，在線對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行修改，從而使磨內(nèi)壓差的控制具有響應(yīng)速度快、到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。

生料粉磨的主要智控目標(biāo)是以最低的耗電量、最高的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，獲得需要的生料細(xì)度。生料粉磨的主要控制平衡是質(zhì)量與電耗的平衡，進(jìn)一步細(xì)化就是細(xì)度與臺(tái)時(shí)的平衡，要想比較精準(zhǔn)的把握平衡點(diǎn)，獲得對(duì)整個(gè)粉磨系統(tǒng)的優(yōu)化操作，就必須有適時(shí)的量化數(shù)據(jù)作支撐，特別是粉磨能力、粉磨電耗、粉磨細(xì)度3個(gè)主要指標(biāo)。

實(shí)際上，就現(xiàn)有生料粉磨系統(tǒng)而言，粉磨能力（臺(tái)時(shí)產(chǎn)量）已有適時(shí)的配料秤給出，粉磨耗電（總耗電量）也有相關(guān)的電表隨時(shí)提供，而且都已經(jīng)進(jìn)入DCS系統(tǒng)，唯一缺乏的只是生料細(xì)度的適時(shí)數(shù)據(jù)。生料細(xì)度，雖然也有具體的抽檢指標(biāo)，但不是全檢存在代表性問題，不夠適時(shí)一般要滯后1個(gè)小時(shí)左右，難以滿足智能控制的需求。

生料粉磨系統(tǒng)（以立磨為例）智能控制模型的建立，需要確立如喂料量與磨內(nèi)壓差、磨機(jī)出口溫度與噴水量、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速與生料細(xì)度等幾個(gè)主要因子的關(guān)聯(lián)性，需要一系列在線的適時(shí)數(shù)據(jù)。其中，喂料量、噴水量、振動(dòng)值、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，均可通過現(xiàn)有傳感器或計(jì)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)得，唯有生料細(xì)度的測(cè)定具有嚴(yán)重的滯后性，生料細(xì)度的在線監(jiān)測(cè)就成為實(shí)現(xiàn)粉磨系統(tǒng)智能控制的關(guān)鍵。實(shí)際上，生料細(xì)度的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)獲得突破，以下就此作一簡(jiǎn)單介紹。

生料細(xì)度的在線檢測(cè)，目前已有軟測(cè)量與實(shí)測(cè)量?jī)煞N方法。前者指應(yīng)用易測(cè)過程變量（輔助變量）和待測(cè)過程變量（主導(dǎo)變量）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，建立細(xì)度軟測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)細(xì)度在線檢測(cè)；后者指采用激光衍射儀等裝置，在線實(shí)測(cè)與細(xì)度相關(guān)的變量，繼而通過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)細(xì)度的在線測(cè)量。

軟測(cè)量技術(shù)，是基于最小二乘支持向量機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，利用DCS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)和相應(yīng)時(shí)刻化驗(yàn)室離線分析值，基于生料喂料量、研磨壓力、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和磨內(nèi)壓差四個(gè)參數(shù)來預(yù)測(cè)生料細(xì)度，獲得生料細(xì)度軟測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生料粒度的在線檢測(cè)。當(dāng)然，除了基于最小二乘支持向量機(jī)的模型外，還可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊預(yù)測(cè)、專家規(guī)則等方式實(shí)現(xiàn)生料細(xì)度的在線軟檢測(cè)。

實(shí)測(cè)量技術(shù)，是應(yīng)用激光衍射儀等裝置，直接對(duì)物料粒度進(jìn)行在線檢測(cè)。其原理是激光在傳播過程中，遇到顆粒時(shí)會(huì)發(fā)生一定的衍射和散射，其光能的空間（角度）分布與顆粒粒徑有關(guān)，通過測(cè)量各特定角光能量即可反映顆粒粒徑分布情況。實(shí)際上，早在20世紀(jì)90年代，日本就已將激光衍射用于水泥粒度的在線檢測(cè)了，目前這一技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且國(guó)內(nèi)也有丹東百特、東方測(cè)控等在線粒度檢測(cè)儀推向市場(chǎng)。

激光衍射儀，目前用于水泥粒度在線檢測(cè)的業(yè)績(jī)比較多，而用于生料粒度在線檢測(cè)的業(yè)績(jī)尚未見報(bào)道，這有兩方面的原因。從技術(shù)角度上看，是因?yàn)樯现泻幸欢ǖ酿ね?，給激光衍射儀的檢測(cè)增加了難度；而更主要的原因在于粒度的在線檢測(cè)還未上升為制約生料粉磨的主要矛盾。

無論是軟測(cè)量還是激光衍射儀，目前對(duì)生料細(xì)度的在線檢測(cè)相比水泥其應(yīng)用并不廣泛，因?yàn)樯戏勰ィ⒛ィ┫到y(tǒng)的操作難點(diǎn)在于避免立磨振動(dòng)過大發(fā)生跳停，對(duì)生料細(xì)度對(duì)粉磨電耗、煅燒能耗的影響認(rèn)識(shí)還不到位，對(duì)該技術(shù)的需求尚缺乏緊迫性。

3.2 水泥粉磨智能化

水泥粉磨過程的控制目的，在于保證水泥細(xì)度、溫度等指標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的最大化和電耗的最小化。與生料粉磨系統(tǒng)已經(jīng)普遍“無球化”不同，水泥粉磨系統(tǒng)仍然廣泛使用著球磨機(jī)，包括裸用球磨機(jī)系統(tǒng)、增設(shè)輥壓機(jī)或立磨的預(yù)粉磨系統(tǒng)、帶輥壓機(jī)或立磨的聯(lián)合粉磨等系統(tǒng)。其控制參數(shù)包括原料配比、入磨粒度或細(xì)度、磨內(nèi)通風(fēng)、循環(huán)負(fù)荷、磨機(jī)進(jìn)出口壓差、出磨細(xì)度和成品細(xì)度等。水泥粉磨智能控制的前提與前述其他系統(tǒng)的過程控制相同，仍是識(shí)別相關(guān)控制參數(shù)及控制模型。

在配料組分有效控制的情況下，水泥細(xì)度是控制系統(tǒng)調(diào)控的主要質(zhì)量指標(biāo)，調(diào)控細(xì)度的主要措施都影響到粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量，產(chǎn)量的高低又影響到電耗。適時(shí)地對(duì)細(xì)度調(diào)節(jié)能有效發(fā)揮粉磨系統(tǒng)的能力和降低粉磨電耗，適時(shí)的調(diào)節(jié)需要適時(shí)的檢測(cè)結(jié)果，水泥粒度在線檢測(cè)就成為水泥粉磨智能控制系統(tǒng)的重要技術(shù)。

水泥細(xì)度在線檢測(cè)與生料細(xì)度在線檢測(cè)類似，已經(jīng)有基于激光衍射儀的直接測(cè)量、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)算法的軟測(cè)量，兩種方法被廣泛采用。而且，由于水泥原料中基本不含生料中的黏土，給激光衍射儀的檢測(cè)打開了方便之門。

前述的熟料燒成智能控制系統(tǒng)，由于與水泥粉磨智能控制系統(tǒng)在控制方法上大同小異，一般也提供水泥粉磨的智能控制方案，這里僅對(duì)PiT Navigator系統(tǒng)和Lafarge LUCIE系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單介紹。

★ Powitec公司的PiT Navigator系統(tǒng)，在球磨機(jī)的進(jìn)料端安裝了兩個(gè)“磨音指示器”，其中一個(gè)裝于“有料側(cè)”、另一個(gè)裝于“無料側(cè)”，用以反應(yīng)磨內(nèi)物料的填充程度；在選粉機(jī)入口、回料和成品收集的相關(guān)部位，安裝了振動(dòng)傳感器，用以反應(yīng)相關(guān)的物料量，繼而求得循環(huán)負(fù)荷、選粉機(jī)效率等參數(shù)。

在上述硬件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)配置有一個(gè)“水泥磨導(dǎo)航器”，對(duì)水泥磨機(jī)和選粉機(jī)等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制。該“導(dǎo)航器”可實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與分析，并通過自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的非線性模型預(yù)測(cè)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥粉磨系統(tǒng)磨的智能控制，其控制測(cè)量流程見圖1。

圖1 PiT Navigator水泥磨控制系統(tǒng)

★ Lafarge的LUCIE系統(tǒng)，控制的基本原則是：穩(wěn)定磨機(jī)物料總的通過量，優(yōu)化水泥的細(xì)度，優(yōu)化磨機(jī)物料總的通過量來提高磨機(jī)產(chǎn)量。該系統(tǒng)的控制方法為模糊控制，先將工藝操作經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則加以總結(jié)，再運(yùn)用語言變量和模糊邏輯，歸納出一系列控制算法和規(guī)則進(jìn)行控制。

總的控制過程是首先采集磨喂料量、回粉量、磨機(jī)功率、磨音、出磨斗式提升機(jī)功率、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、磨差壓或出口壓力等信號(hào)；繼而應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)表對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成無量綱的數(shù)值；然后通過模糊控制的規(guī)則由輸入的信號(hào)對(duì)磨機(jī)總通過量、磨內(nèi)物料量、水泥細(xì)度等進(jìn)行評(píng)估；最后通過模糊化參數(shù)表做出模糊決策，進(jìn)行自動(dòng)控制。

4 搭建粉磨智能化的基礎(chǔ)平臺(tái)

一個(gè)好的智能化系統(tǒng)應(yīng)該具備三大特征，一是要多變量調(diào)控。二是不能拉掉關(guān)鍵變量的調(diào)控。三是調(diào)控程序應(yīng)該不斷的滾動(dòng)優(yōu)化。

4.1 POLYSIUS的多變量自動(dòng)化控制

到目前為止，國(guó)內(nèi)廠家對(duì)球磨機(jī)自控系統(tǒng)也做了大量的工作，系統(tǒng)主要以磨音（或磨震）信號(hào)反饋控制喂料量，有的還引入了循環(huán)提升機(jī)運(yùn)行電流，雖取得了不可否定的效果，但始終不盡人意。

在多年前使用過一個(gè)Polysius的球磨機(jī)自控系統(tǒng)，不論水泥磨還是生料磨（風(fēng)掃式球磨機(jī)）都感覺非常好用，與我們現(xiàn)用的系統(tǒng)相比，主要是對(duì)喂料量的控制引用了多個(gè)因變量，而且各因變量的調(diào)節(jié)權(quán)重是向操作員開放的，操作員可以根據(jù)自己不斷的經(jīng)驗(yàn)累積進(jìn)行不斷地優(yōu)化調(diào)整。

雖然時(shí)過多年，但仍然值得我們借鑒。我們?cè)诘诙糠忠呀?jīng)給出了一個(gè)智能化路線，主要涵蓋了“多變量”和“滾動(dòng)優(yōu)化”兩個(gè)概念。按此定義，Polysius的這個(gè)系統(tǒng)雖然還談不上智能化，但已經(jīng)采用了“多變量”控制，突破了現(xiàn)有自動(dòng)化單變量控制的概念，只是將“滾動(dòng)優(yōu)化”交給了操作員而已，已經(jīng)為我們進(jìn)一步的智能化打下了基礎(chǔ)。

操作過polysius設(shè)計(jì)的球磨機(jī)自控系統(tǒng)，不論是生料磨還是水泥磨，都感覺非常順手。除開磨初期需要人工干預(yù)，防止較長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)節(jié)震蕩外，正常運(yùn)行中幾乎不用操心，可以達(dá)到幾天之內(nèi)不需要人工干預(yù)。

4.1.1 自控系統(tǒng)的構(gòu)成

該球磨機(jī)的控制原理見圖2?，F(xiàn)場(chǎng)畫面為瞬時(shí)參數(shù)（見圖中序號(hào)：1、2、4、6、9、10、12、14、16、17、19、20），現(xiàn)場(chǎng)畫面為調(diào)節(jié)參數(shù)（見圖中序號(hào)：3、5、7、8、11、13、15、18、21、22、23），包括控制調(diào)節(jié)參數(shù)和工藝調(diào)節(jié)參數(shù)。

圖2 Polysius的水泥磨控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)畫面

圖2中所標(biāo)示設(shè)備為：

Feeder：是喂料設(shè)備。

PDM：是脈寬調(diào)節(jié)器。該系統(tǒng)對(duì)喂料秤的控制輸出采用脈沖信號(hào)，即輸出一個(gè)信號(hào)后要維持一定的時(shí)間后再輸出下一個(gè)信號(hào)，這個(gè)維持的時(shí)間就是脈寬。

MAX：是限幅調(diào)節(jié)器。對(duì)通過調(diào)節(jié)器的數(shù)值進(jìn)行限幅處理，限幅值可根據(jù)需要設(shè)定，對(duì)超過限幅的數(shù)據(jù)，一律以限幅值輸出。

PD-CO：是比例微分調(diào)節(jié)器。它不但能對(duì)輸出參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，而且能對(duì)該信號(hào)進(jìn)行微分處理，即可根據(jù)輸出參數(shù)（被調(diào)參數(shù)）的變化速度進(jìn)行“超前調(diào)節(jié)”，從而提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

PT1：是數(shù)字濾波器。它的功能是對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理，不但減少采集信號(hào)的外來干擾，而且能緩慢信號(hào)的變化速度。

P-CO：是比例調(diào)節(jié)器。根據(jù)被調(diào)節(jié)參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。

L（W）：是數(shù)字校正器。用于校正某一參數(shù)對(duì)采集信號(hào)的影響。

MAX、MIN：是雙向限幅調(diào)節(jié)器。即能限制最大的輸出，也能限制最小的輸出。

4.1.2 自控系統(tǒng)的參數(shù)

（1）S.FRESH M表示喂料量。

（2）F.MDEMAND。N1G08-OUT Cement mill feed demand %。

水泥磨要求喂料量

此值為喂料需求量（4）經(jīng)限幅處理后，給出的喂料秤的百分比開度。比如此值60%時(shí)，表示喂料量為150×60%=90t/h。

（3）MAX。

N1FM MAX Fresh material maxlmum%

喂料最大值

它的主要作用是對(duì)輸出的喂料參數(shù)進(jìn)行限幅處理。此值根據(jù)需要進(jìn)行人為設(shè)定，一般取60%～65%。避免由于過激調(diào)節(jié)引起反復(fù)震蕩。

其功能關(guān)系式如下：（2）= MIN [（3），（4）]

（4）FMD。

N1FMD Fresh material demand %

喂料需求量

此值為限幅處理前的實(shí)際需求值，是經(jīng)過回粉、磨位調(diào)整后的設(shè)定喂料量，其功能關(guān)系式為：（4）=（5）+ （6）

（5）FMYD。

N1FMYD Fresh material%

設(shè)定喂料量

此值由操作員根據(jù)磨機(jī)能力初步設(shè)定，然后再由計(jì)算機(jī)根據(jù)回粉及磨位與設(shè)定值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終建立一個(gè)相對(duì)平衡。

此值設(shè)定較高時(shí)，平衡后回粉及磨位也較高，此值設(shè)定較低時(shí)，平衡后的回粉及磨位較低。

但此值如果設(shè)的過大，超出了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，將引起回粉陡增，繼而滿磨；如果設(shè)的過小，又將引起回粉陡降，繼而磨空。因此，要求此值設(shè)定盡量適中，也就是說要盡量減小計(jì)算機(jī)的調(diào)節(jié)負(fù)荷（6），盡量使設(shè)定值（5）與輸出值（2）同一起來。

當(dāng)此值設(shè)定較高時(shí)，由于其具有較高的回粉量，這可作為在不動(dòng)選粉機(jī)的情況下提高比表面積的一個(gè)手段。

設(shè)定喂料量＝預(yù)調(diào)回粉量×0.3×（7）

對(duì)于一定的立軸轉(zhuǎn)速和循環(huán)風(fēng)量，（5）與（2）的偏差越大，將使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)回粉的調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，從而強(qiáng)化了對(duì)回粉的調(diào)節(jié)，在這種平衡狀態(tài)下生產(chǎn)，可減小回粉的波動(dòng)幅度。

（6）GRCO。

N1 GRCO Backflow controller output%

回粉控制器輸出值

此值是在設(shè)定喂料量的基礎(chǔ)上，根據(jù)回粉及磨位與各自設(shè)定值的偏差而給出的調(diào)節(jié)量。當(dāng)（8）= 0.000時(shí)，（6）= 0.3 ×（7）×（9）。

（7）P-FACT。

N1 GRCP Backflow controller P-FACT

回粉控制器比例調(diào)節(jié)系數(shù)

（8）D-FACT。

N1 GRCD Backflow controller D-FACT

回粉控制器微分調(diào)節(jié)系數(shù)

（9）GRCXW。

N1 GRCXW Backflow controller deviation TP

回粉控制器輸入偏差值 噸/小時(shí)

（9）=（13）-（12）+（14）

（10）Back Flow 。

選粉機(jī)的回粉量

（11）F-FACT。

N1 GRFF Backflow filter factor

回粉過濾器系數(shù)

（12）B.F.Filtered。

N1 GRF Backflow filtered TP.

濾波后的回粉量（t/h）

（13）GRYO。

N1 GRYO Backflow YO TP.

設(shè)定回粉量

存在回粉是閉路系統(tǒng)具有較高產(chǎn)質(zhì)量的根本所在，因此就選粉系統(tǒng)而言，如果提升機(jī)、選粉機(jī)的能力允許，應(yīng)該盡量選擇較高的回粉量，這樣能夠及時(shí)的將合格產(chǎn)品選出，減少過粉磨現(xiàn)象。

但從另一個(gè)角度來講，回粉太大勢(shì)必增高磨位。如果磨位太高，勢(shì)必影響研磨體對(duì)物料的沖擊與研磨，從而使粉磨效率降低。

鑒于上述兩點(diǎn)，當(dāng)磨位不是太高時(shí)（≥60%）應(yīng)盡量選擇較大的回粉，以充分體現(xiàn)閉路系統(tǒng)的功能。

就該廠而言，出磨物料一般控制在280t/h左右（計(jì)算和設(shè)計(jì)控制基準(zhǔn)，實(shí)際中也可適當(dāng)突破，在300t/h左右提升機(jī)仍能正常生產(chǎn)），還要考慮留出20t/h的波動(dòng)能力，故回粉量的選擇式一般為：

回粉量= 280-20-臺(tái)時(shí)產(chǎn)量

（14）LEVCO。

N1 LEVCO level controller output TP.

磨位控制器輸出值

（14）=（15）×（16）

（15）P-FACT。

N1 LEVCP level controller P-FACT

磨位控制器比例調(diào)節(jié)系數(shù)

磨位控制器比例調(diào)節(jié)系數(shù)，即磨位百分比調(diào)節(jié)量對(duì)回粉相當(dāng)噸的轉(zhuǎn)換系數(shù)，它的大小在一定程度上反映著粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

如果此系數(shù)較小，磨系統(tǒng)以回粉調(diào)節(jié)為主，而回粉調(diào)節(jié)存在著滯后時(shí)間長(zhǎng)且缺少穩(wěn)定調(diào)節(jié)的弱點(diǎn)，易造成喂料、磨位、回粉三個(gè)參數(shù)的反復(fù)振蕩。既不利于提高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，又易造成水泥波動(dòng)，影響斜槽輸送。

如能適當(dāng)?shù)奶岣叽藚?shù)，比如控制在10或15，就可以增加磨位調(diào)節(jié)的比重。磨位調(diào)節(jié)不但滯后時(shí)間較短，而且具有穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力。雖然喂料調(diào)節(jié)頻率提高了，顯得操作不穩(wěn)，但磨位卻被大大地穩(wěn)定下來，從而使回粉也穩(wěn)定了下來，這對(duì)粉磨系統(tǒng)是相當(dāng)重要的。

但此參數(shù)也不可控制的過高，否則，由于調(diào)節(jié)幅度較大，不利于磨位的回粉調(diào)節(jié)，容易造成反復(fù)振蕩。

因此，當(dāng)磨位處于回粉調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將此參數(shù)設(shè)的較小一點(diǎn)，比如5，或者干脆手控干預(yù)；而當(dāng)磨位處在穩(wěn)定調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，可將該參數(shù)設(shè)的大一些。

值得注意的是，當(dāng)該參數(shù)設(shè)的較高時(shí)，由磨位調(diào)節(jié)比例的增加，同時(shí)降低了回粉調(diào)節(jié)比例，要求磨位上限設(shè)定值給與適當(dāng)降低。提早進(jìn)行回控調(diào)節(jié)，以免回粉過高引起振蕩或壓住提升機(jī)。

（16）LEVCXW。

N1 LEVCXW level controller deviation%

磨位控制器輸入偏差值

（16）=（20）-（19）

（17）LEVEL 磨位信號(hào)%。

此信號(hào)由磨音測(cè)量電耳測(cè)得。

（18）W-FACT。

N1 WATKF water injection factor

磨內(nèi)噴水校正系數(shù)

（19）LEVEL CORRECTED。

N1 LEVK LEVEL CORRECTED%

校正后的磨位信號(hào)。

（20）LEV FIL。

N1 LEVF level filtered%

濾波（限幅）后的磨位信號(hào)

當(dāng)（19）＞（22）時(shí)，（20）= min [（21），（19）]；

當(dāng)（19）＜（22）時(shí)，（20）=（22）

（21）MAX 磨位限幅調(diào)節(jié)器的最大值%。

（22）MIN 磨位限幅調(diào)節(jié)器的最小值%。

此限幅調(diào)節(jié)器具有雙向限幅調(diào)節(jié)功能和范圍內(nèi)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)功能。磨位最大最小值的設(shè)定，除與填充率、通風(fēng)量、噴水、回粉、物料易磨性有關(guān)外，設(shè)定時(shí)還應(yīng)考慮到它是一個(gè)相對(duì)信號(hào)，并不能指示真正的磨位，有時(shí)甚至相差很大（調(diào)整不當(dāng)時(shí)）。只有在設(shè)定磨位最大最小值時(shí)，將此偏差考慮在內(nèi)，才能更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的需要，進(jìn)行優(yōu)化生產(chǎn)。

（23）F-FACT。

N1 LEVFF level filter factor

磨位濾波器系數(shù)

4.1.3 自控系統(tǒng)的功能

Polysius的水泥球磨機(jī)自控系統(tǒng)的特點(diǎn)是，在設(shè)定喂料量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行以回粉、磨位兩個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)，再加以磨內(nèi)噴水校正。

表1 國(guó)內(nèi)可供選用的在線粒度儀

該系統(tǒng)以回粉調(diào)解為主，進(jìn)行“回粉定量”調(diào)節(jié)，以磨位調(diào)節(jié)為輔。當(dāng)磨位在上下限之間時(shí)，只進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)，延緩磨位的變化；只有在磨位超出上限或下限時(shí)，才進(jìn)行磨位“回粉調(diào)節(jié)”。

磨位的調(diào)節(jié)是在比例調(diào)節(jié)器將磨位百分比轉(zhuǎn)換為“相當(dāng)噸”后，與回粉調(diào)節(jié)量疊加輸出的，整個(gè)控制系統(tǒng)是以磨位穩(wěn)定并達(dá)到合理的比表面積為目標(biāo)的。

應(yīng)該說明的是該水泥粉磨系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置有比表面積在線檢測(cè)儀，遺憾的是到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)這個(gè)在線檢測(cè)儀已經(jīng)停用了。何時(shí)停用的、什么原因停用的、為什么水泥球磨機(jī)自控系統(tǒng)沒有將“比表面積”這個(gè)重要的參數(shù)引進(jìn)來？由于該廠已經(jīng)投產(chǎn)多年、管理和生產(chǎn)人員幾經(jīng)更換，這些問題的原因都難以說清了。

事實(shí)上，Polysius的球磨機(jī)自控系統(tǒng)仍然是用多變量糾偏，只是不帶滾動(dòng)優(yōu)化而已，各因變量的相關(guān)性由人工判斷調(diào)整。盡管不是前沿技術(shù)，但這正是多變量?jī)?yōu)化糾偏的前生或基礎(chǔ)，對(duì)完善現(xiàn)有的自控回路、進(jìn)一步發(fā)展為“多變量?jī)?yōu)化糾偏的智控回路”都具有借鑒意義。

4.2 XOPTIX的關(guān)鍵變量自動(dòng)化控制

我們知道，水泥的粉磨細(xì)度是粉磨系統(tǒng)最重要的控制指標(biāo)，既影響到水泥的質(zhì)量（強(qiáng)度等）又影響到系統(tǒng)產(chǎn)量（電耗等），而且質(zhì)量和產(chǎn)量是系統(tǒng)操作中主要平衡的矛盾，這個(gè)平衡點(diǎn)就是一個(gè)合適的粉磨細(xì)度。所以，“粉磨細(xì)度”就是自控系統(tǒng)的關(guān)鍵變量。那么，如何控制這個(gè)關(guān)鍵變量呢？

早期主要是控制80μm方孔篩篩余，逐漸進(jìn)步到控制45μm方孔篩篩余，或者兩者互補(bǔ)監(jiān)控，但篩余更多反應(yīng)的是細(xì)度不合格部分的剔除量，而對(duì)水泥中的合格部分缺少細(xì)度的體現(xiàn)；后來又進(jìn)步到采用比表面積控制水泥細(xì)度，較好地體現(xiàn)了對(duì)水泥中合格部分細(xì)度的反應(yīng)，或者比表面積和篩余互補(bǔ)監(jiān)控，獲得了對(duì)水泥中合格、不合格兩部分的同時(shí)監(jiān)控，這是目前對(duì)水泥粉磨細(xì)度的主要監(jiān)控措施，反應(yīng)的仍然是水泥粉磨后的總體細(xì)度。

水泥技術(shù)發(fā)展到今天，我們已經(jīng)知道不僅是總體細(xì)度，水泥性能還受到其顆粒級(jí)配和顆粒形狀的重大影響。同一種配料，即使在篩余和比表面積相同的情況下，如果顆粒級(jí)配不同，水泥的性能也會(huì)表現(xiàn)出較大的差異。因此，我們對(duì)水泥粉磨細(xì)度的控制又提出了更高的要求，不僅要控制其總體細(xì)度、而且要控制其顆粒級(jí)配。目前，有些公司已經(jīng)配置了水泥顆粒級(jí)配檢測(cè)儀器。

盡管顆粒級(jí)配檢測(cè)儀已經(jīng)成熟，但由于其仍然需要人工取樣，時(shí)效性差、代表性差，仍然不能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)智控的需要；對(duì)“水泥顆粒級(jí)配的在線監(jiān)控”就成為生產(chǎn)智控的必要，“在線粒度檢測(cè)儀”便應(yīng)運(yùn)而生。目前在國(guó)內(nèi)可供選用的在線粒度儀見表1，已有上海傳偉引進(jìn)技術(shù)的Xoptix、丹東百特的BT-Online1在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)、濟(jì)南微納的Winner7303在線激光粒度監(jiān)測(cè)儀投入使用。

（1）Xoptix在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介。

Xoptix是1套專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)，直接在生產(chǎn)管線中對(duì)水泥的顆粒級(jí)配和變化趨勢(shì)，進(jìn)行24h連續(xù)、快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)監(jiān)控，并將監(jiān)控結(jié)果及時(shí)傳送到中控室的DCS或PLC系統(tǒng)中，從而為水泥粉磨系統(tǒng)的自動(dòng)化控制提供重要的信息支撐。

圖3 Xoptix在線激光粒度儀在水泥粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖4 Xoptix在線激光粒度儀的工作原理

Xoptix在線激光粒度儀，不但解決了人工取樣和檢測(cè)的時(shí)效性和代表性問題，而且解決了其他在線產(chǎn)品鏡頭容易臟、經(jīng)常需要激光對(duì)焦的問題，能夠較好地建立起粒度分布與強(qiáng)度的關(guān)系。Xoptix在線激光粒度儀在水泥粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用位置見圖3。

Xoptix在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能部件有：儀器主機(jī)（包括激光發(fā)送、信號(hào)接收），樣品流動(dòng)池，取樣系統(tǒng)，回樣系統(tǒng)，信號(hào)控制箱。在線激光粒度儀的組成和工作原理見圖4。

在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定、精準(zhǔn)運(yùn)行，必須對(duì)容易受樣品污染的光學(xué)鏡片等加以保護(hù)。該系統(tǒng)給分布于樣品池兩側(cè)的激光發(fā)射腔和接收腔充以高于取樣氣體壓力的保護(hù)氣體，分別在兩腔與樣品池之間形成隔離粉塵的氣幕（高壓氣體密封），較好的解決了光學(xué)鏡片的污染問題。Xoptix激光衍射裝置及氣封保護(hù)見圖5。

Xoptix是一套專門針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)，可以減小人工取樣的勞動(dòng)強(qiáng)度和人工檢測(cè)的誤差，能為水泥粉磨系統(tǒng)的精細(xì)化操作、智能控制提供重要及時(shí)的信息支撐。

圖5 Xoptix激光衍射裝置及氣封保護(hù)

在粉磨系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，適時(shí)的調(diào)整是不可避免的，使用Xoptix能使您隨時(shí)掌握您的調(diào)整結(jié)果，提高調(diào)整的準(zhǔn)確性、加快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的速度，從而減小開停機(jī)損失。

在粉磨系統(tǒng)穩(wěn)定的狀態(tài)下，使用Xoptix能夠?qū)崟r(shí)了解到運(yùn)行狀況，作出及時(shí)、準(zhǔn)確的微調(diào)，避免了滯后調(diào)節(jié)、盲目調(diào)節(jié)造成的被動(dòng)局面，減少產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗損失，降低質(zhì)量波動(dòng)、減少為應(yīng)付波動(dòng)設(shè)定的超標(biāo)率，這也正是我們所謂“新型干法”在操作上強(qiáng)調(diào)“預(yù)打小慢車、防止大變動(dòng)”的體現(xiàn)。

（2）Xoptix自控系統(tǒng)在中聯(lián)響水的使用案例。

中聯(lián)水泥響水公司（粉磨站）2013年安裝了1套Xoptix在線粒度分析系統(tǒng)，將Xoptix安裝在選粉機(jī)后的成品輸料斜槽上，Xoptix通過螺旋輸送器將斜槽內(nèi)一部分水泥取出，經(jīng)Xoptix激光衍射檢測(cè)后再送回到成品輸料斜槽內(nèi)。

在安裝Xoptix之前，質(zhì)控處用80μm和45μm篩余控制水泥細(xì)度，不同人員的檢驗(yàn)誤差和30min的檢驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，影響到中控操作員穩(wěn)定操作；使用Xoptix之后，嘗試對(duì)選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速作細(xì)微調(diào)整，約3min之后在中控室就可以看到水泥的粒度分布隨選粉機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整而變化的結(jié)果，就像把實(shí)驗(yàn)室的儀器搬到了現(xiàn)場(chǎng)，既精準(zhǔn)又方便還及時(shí)。

使用了Xoptix前，該公司一直采用45μm篩余和比表面積相結(jié)合控制出磨水泥的細(xì)度，在生產(chǎn)初期取得了不錯(cuò)的效果，但對(duì)于水泥的顆粒分布卻沒有監(jiān)控。使用Xoptix后，能夠?qū)崟r(shí)獲得出磨水泥的顆粒級(jí)配，快速判斷是磨機(jī)研磨導(dǎo)致顆粒分布變化還是物料（熟料和混合材）活性變化導(dǎo)致水泥強(qiáng)度變化，并且能夠?qū)崟r(shí)跟蹤調(diào)整結(jié)果，給中控操作員增添了一個(gè)控制水泥性能的先進(jìn)手段。

圖6 Xoptix使用前后水泥特征粒度參數(shù)的波動(dòng)情況

儀器的穩(wěn)定性也在長(zhǎng)期的使用中得到印證，在系統(tǒng)工藝穩(wěn)定的情況下，幾個(gè)特征粒度參數(shù)的趨勢(shì)非常穩(wěn)定，波動(dòng)范圍在±1.5%以內(nèi)。使用Xoptix前后幾個(gè)水泥特征粒度參數(shù)（90μm、32μm、45μm）的波動(dòng)情況見圖6。

該公司是粉磨站企業(yè)，外購(gòu)熟料質(zhì)量存在較大波動(dòng)，導(dǎo)致出磨水泥強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。使用Xoptix之前出磨水泥28天抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.633MPa，使用之后由于操作員根據(jù)粒度趨勢(shì)的及時(shí)調(diào)整，使出磨水泥28天抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到0.459MPa，水泥產(chǎn)品均衡穩(wěn)定，滿足了商品混凝土公司的需求，也成了該公司產(chǎn)品的主要賣點(diǎn)。

使用Xoptix前后的幾項(xiàng)指標(biāo)比較見表2，按100萬t的年產(chǎn)能初步估算，每年可以降低生產(chǎn)成本達(dá)600多萬元。

表2 使用Xoptix前后幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的比較

這里應(yīng)該說明的是：①Xoptix的應(yīng)用業(yè)績(jī)，國(guó)內(nèi)主要在水泥粉磨系統(tǒng)，同時(shí)在生料磨、煤磨上也已有案例。②Xoptix的應(yīng)用，盡管抓住了關(guān)鍵變量，但仍然處于自動(dòng)化階段，首先它不是多變量控制，第二他還不具備自我滾動(dòng)優(yōu)化的自學(xué)習(xí)、自成長(zhǎng)能力。

4.3 STEAG的多變量智能化控制

德國(guó)Steag的PiT智能控制系統(tǒng)見圖7，由監(jiān)測(cè)模塊、預(yù)測(cè)模塊、自尋優(yōu)控制模塊構(gòu)成，采用聚類分析、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建模、模型預(yù)測(cè)等技術(shù)，具備全局優(yōu)化和自學(xué)習(xí)功能，所有控制目標(biāo)由系統(tǒng)自行探索、設(shè)定，適應(yīng)性較強(qiáng)，可持續(xù)穩(wěn)定在無人干預(yù)情況下運(yùn)行。

PIT系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，包括實(shí)際喂料量、物料配比與水泥強(qiáng)度、顆粒級(jí)配與水泥強(qiáng)度、磨頭磨尾壓差與磨內(nèi)通風(fēng)、磨尾溫度與磨內(nèi)噴水、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)量、回粉量大小、提升機(jī)電流、磨內(nèi)填充率（磨音、磨震），綜合考慮實(shí)際工況和外部變量的影響，通過內(nèi)部經(jīng)驗(yàn)或機(jī)理模型，實(shí)現(xiàn)粉磨系統(tǒng)的自我實(shí)時(shí)優(yōu)化。

PIT系統(tǒng)可基于系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算，自我設(shè)定系統(tǒng)喂料量、磨內(nèi)填充率、系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、選粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、物料配比、顆粒級(jí)配等被控變量的控制目標(biāo)，并持續(xù)優(yōu)化。從而在低電耗、低料耗（熟料）的情況下，實(shí)現(xiàn)較高的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、穩(wěn)定的水泥質(zhì)量。

該系統(tǒng)基本符合我們前面講的智能水泥廠概念?？上驳氖牵罱呀?jīng)在南方水泥廣西某公司投入運(yùn)行；遺憾的是，由于時(shí)間較短，還沒有拿出詳細(xì)的總結(jié)報(bào)告和效益分析，讓我們期待南方水泥。不過，我前天（20180408）還是拿到了兩張系統(tǒng)運(yùn)行前后的、幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的運(yùn)行曲線見圖8、圖9。

圖7 德國(guó)Steag的PiT智能控制系統(tǒng)

圖8 PIT系統(tǒng)投入運(yùn)行前后幾個(gè)主要參數(shù)曲線的對(duì)比

圖9 PIT系統(tǒng)投入運(yùn)行前后喂料量和填充率的曲線對(duì)比

由圖8、圖9可見，在PIT系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，粉磨系統(tǒng)的幾個(gè)主要參數(shù)都趨于更加穩(wěn)定，雖然還沒有效果分析，但我們知道穩(wěn)定就是效益。若能達(dá)到前述Powitec公司PiT系統(tǒng)的使用效果，則能取得如下效益：降低電耗6%，減少細(xì)度偏差30%，增加產(chǎn)量10%，讓我們翹首以待。