APC水泥優(yōu)化控制應用

　　水泥行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

　　國家對水泥行業(yè)節(jié)能降耗和環(huán)保的要求越來越嚴格

　　很多國外水泥生產(chǎn)線把優(yōu)化系統(tǒng)作為建廠的標配

　　優(yōu)化控制系統(tǒng)應用

　　傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)

　　模糊邏輯控制系統(tǒng)

　　專家控制系統(tǒng)

　　神經(jīng)網(wǎng)絡控系統(tǒng)

　　仿真控制

　　優(yōu)化控制系統(tǒng)介紹

　　模糊控制

　　模糊控制基于模糊集理論，模擬人的近似推理和決策過程。自1974年Mamdani成功地將模糊控制技術應用于高爐和蒸汽機的控制以來獲得了迅猛發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)，特別是在工業(yè)窯爐、石油化工等復雜工業(yè)生產(chǎn)中的應用成果顯著。1978年，丹麥學者Larsen首次為一條濕法水泥回轉窯設計的一套模糊控制器取得了成功，由此開辟了應用模糊控制實現(xiàn)水泥回轉窯自動控制的新途徑，而1981年Holmblad等人研制的濕法水泥回轉窯模糊控制器，使窯的運轉率達到80～85%，燃料消耗減少4～5%，產(chǎn)品質量也有明顯提高。目前國際上不少儀表制造公司已把模糊控制技術應用在DCS系統(tǒng)中。1995年，F(xiàn)isher Rosemount公司設計了可在PROVOX和RS3分布式過程控制系統(tǒng)上運行的智能模糊邏輯控制器。

　　專家控制

　　對于任何一個有效的工業(yè)控制系統(tǒng)的設計，都不能由控制理論單獨解決，它都隱含著人的重要啟發(fā)式邏輯推理?；诖?，專家控制將專家系統(tǒng)技術和控制理論相結合，吸收了專家的經(jīng)驗知識，將專家對被控對象的真知灼見、控制技巧和直覺邏輯推理融入了控制策略中。在這方面，日本、美國和歐洲走在了世界的前列。從70年代開始，日本率先將專家系統(tǒng)技術應用于冶金工業(yè)生產(chǎn)過程。到80年代，日本鋼管公司福山廠建立起了高爐控制專家系統(tǒng)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益，引發(fā)了把人工智能技術應用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制特別是冶金工業(yè)的熱潮。在英國，LINKman系統(tǒng)對水泥窯生產(chǎn)過程的控制和管理作用顯著，既提高了經(jīng)濟效率，減少了環(huán)境污染，同時又實現(xiàn)商品化?？梢哉f它是專家控制在工業(yè)上成功應用的典范。再如，美國的Foxboro公司在1987年時就已把PID專家自校正控制方法應用于分布式計算機控制系統(tǒng)中。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡控制

　　神經(jīng)網(wǎng)絡試圖模擬人的形象思維以及學習和獲取知識的能力。它在工業(yè)生產(chǎn)過程控制領域中的應用，不像前兩者那樣發(fā)展迅猛，這主要是因為神經(jīng)網(wǎng)絡控制高度依賴于生產(chǎn)現(xiàn)場所提供的大量訓練樣本，而這些樣本的有效性、可靠性直接影響到神經(jīng)網(wǎng)絡控制器的性能，而且訓練算法的可實現(xiàn)性也是影響其實用化的重要因素。但盡管如此，神經(jīng)網(wǎng)絡控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用還是獲得了巨大成功。美國NEURAL公司1991年開發(fā)成功的"智能電弧爐"（IAF）就是一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡控制電爐的新方法，已取得美國的專利。IAF將傳統(tǒng)控制方法與改善功率因素合并起來，使電能消耗減少8%，使電極消耗減少75%，而生產(chǎn)能力增加12%，到降低鋼鐵廠的生產(chǎn)成本。它只需10分鐘的時間去學習電爐的運作情況，監(jiān)視電爐，觀察舊控制器的控制行動，并評價這些控制行動的效果。該系統(tǒng)具有自適應、自學習的功能，解決了長期困惑電爐控制系統(tǒng)的技術難題，在技術上取得重大突破。

　　APC優(yōu)化控制系統(tǒng)

　　APC(Advanced Process Control)

　　PAVILION-ROCKWELL

　　平臺軟件：PAVILION8

　　商用的、通用的動態(tài)、非線性、多變量模型預測控制器（MPC）

　　已經(jīng)在化工聚合物等方面有很多成功案例

　　APC優(yōu)化控制原理-神經(jīng)元網(wǎng)絡

　　APC水泥優(yōu)化系統(tǒng)應用

　　控制回路：APC優(yōu)化共投入了5個輸出控制回路

　　1.分解爐喂煤

　　2.窯頭喂煤

　　3.高溫風機風量調(diào)節(jié)

　　4.入窯喂料量的調(diào)節(jié)

　　5.窯轉速的調(diào)節(jié)

　　受控變量包括

　　分解爐出口溫度、預熱器氧氣含量、燒成帶溫度、窯NOx化物濃度、窯電流、窯喂料與窯電流比例、熟料游離鈣

　　APC 功能設計

　　TAYNINH 項目工作計劃

　　TAYNINH 項目工作內(nèi)容

　　oOff Site

　　-Function Design Specification and review

　　-Create steady-state models

　　-Create dynamic models

　　-Use simulator to tune controller off-line

　　-Remote controller tuning and trouble shooting

　　-As-build documents

　　oOn Site

　　-Install on-line Pavilion8 Controller components and Data collection

　　-Kick-off / Plant test

　　-DCS Configuration

　　-Commission Controller

　　-Controller tuning on-line

　　-Evaluate and results audit

　　模型建立過程

　　oComplete flexibility to develop offline and online datasets

　　oRealtime setpoint control and optimization

      模型處理過程

　　RAE Overview

　　化驗室非實時數(shù)據(jù)的處理VOA

　　What is a VOA or Soft Sensor^® ?

　　A computer program that accurately predicts Lab analysis values as a function of the plant variables

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　　原始采集數(shù)據(jù)處理

　　數(shù)據(jù)預處理

　　建立模型

　　模型分析

　　模型分析處理

　　Can remove outliers with Cut Box tool

　　Evaluate First!

　　動態(tài)模型調(diào)整

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　　DCS 組態(tài)及人機界面

　　系統(tǒng)投入運行結果

　　1.分解爐溫度自動控制

　　2. 窯頭喂煤自動化控制與喂料比的最大化

　　當窯喂料達到自動控制控制后，我們同時也可以使窯轉速做相應的自動控制，以使窯轉速與窯喂料之比保持穩(wěn)定。按照這種控制策略進行的窯轉速和窯喂料控制曲線如下圖

　　優(yōu)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場實施

　　控制系統(tǒng)對儀表的要求

　　高溫氣體分析儀

　　比色高溫計

　　游離鈣測定（熒光分析儀）

　　特點與效益總結

　　1.實現(xiàn)了窯系統(tǒng)的全自動控制（配合篦冷機的18個PID控制回路）

　　2.穩(wěn)定生產(chǎn)過程如分解爐溫度、燃燒帶溫度

　　3.提高產(chǎn)品質量，降低游離氧化鈣波動，提高其合格率

　　4.降低能耗

　　5.降低操作工勞動強度

　　6.提高設備運轉率和壽命