段文虎，劉章名

在生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)中，引入先進(jìn)的一鍵啟停系統(tǒng)及APC專家控制系統(tǒng)，能根據(jù)生產(chǎn)中物料、氣流、選粉效能等工況的變化，及時(shí)調(diào)整輥壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)在最佳工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。目前，多數(shù)APC控制系統(tǒng)未包含設(shè)備開停機(jī)期間的運(yùn)行管理，仍采用人工操作方式，不僅造成操作員工作量大，而且存在由于設(shè)備參數(shù)波動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)，產(chǎn)生的系統(tǒng)自動(dòng)止料事件發(fā)生的可能性。本文著重介紹湖州槐坎南方水泥生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化過程，與業(yè)界同仁分享。

1 基本情況

我公司現(xiàn)有兩條4 000t/d和一條7 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線，其中，3號(hào)7 500t/d水泥熟料生產(chǎn)線由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司總承包建設(shè)，并于2020年1月1日投產(chǎn)運(yùn)行。該水泥熟料生產(chǎn)線生料的粉磨，采用了兩套TRP180×160輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，結(jié)合了具有一鍵啟停功能的APC專家控制系統(tǒng)，能夠及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備及系統(tǒng)參數(shù)，不僅降低了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度，系統(tǒng)運(yùn)行也更加穩(wěn)定。

在一鍵啟停系統(tǒng)投運(yùn)之初，受多方面綜合因素影響，3號(hào)生產(chǎn)線輥壓機(jī)原料穩(wěn)流倉(cāng)倉(cāng)重波動(dòng)大，操作員需根據(jù)倉(cāng)重的變化，對(duì)喂料量、提升閥（即喂料調(diào)節(jié)閥）開度等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)40min左右的高頻次的調(diào)節(jié)，待輥壓機(jī)及系統(tǒng)穩(wěn)定后，APC專家控制系統(tǒng)才能投入運(yùn)行，工作量較大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，主要存在以下問題：

1.1 生料粉磨系統(tǒng)啟動(dòng)過程工況復(fù)雜

（1）系統(tǒng)啟動(dòng)慢，過渡時(shí)間長(zhǎng)，關(guān)鍵參數(shù)波動(dòng)大。在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中，操作員需手動(dòng)逐一啟動(dòng)設(shè)備。在投料之初，系統(tǒng)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能過渡到正常喂料負(fù)荷，導(dǎo)致輥壓機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，電耗高。在系統(tǒng)啟停過程中，無法做到依據(jù)過程工況及關(guān)鍵參數(shù)的精準(zhǔn)自適應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致穩(wěn)流倉(cāng)倉(cāng)重、輥壓機(jī)電流等波動(dòng)大，甚至發(fā)生過由于倉(cāng)重過高而聯(lián)鎖自動(dòng)止料、輥壓機(jī)電流超高限而跳停的情況。

（2）生料粉磨系統(tǒng)啟停頻繁，僅依靠手動(dòng)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。我公司兩套生料粉磨系統(tǒng)每天都需進(jìn)行啟停操作，若所有設(shè)備的啟動(dòng)和停止均需操作員手動(dòng)逐一開停，不僅操作強(qiáng)度大，而且每班操作員啟停手法不一，操作的一致性無法保證。

（3）在生料粉磨系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，需手動(dòng)干預(yù)調(diào)節(jié)。生料粉磨系統(tǒng)無法及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)喂料量變化帶來的強(qiáng)擾動(dòng)，導(dǎo)致關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)大，甚至出現(xiàn)輥壓機(jī)跳停、止料的現(xiàn)象，需手動(dòng)干預(yù)。

1.2 提升閥鎖料效果不佳，倉(cāng)重波動(dòng)幅度大

目前，在生料粉磨系統(tǒng)啟動(dòng)并投料后，即便將提升閥關(guān)至最低，穩(wěn)流倉(cāng)仍會(huì)有10～20min左右的時(shí)間處于空倉(cāng)狀態(tài)，提升閥無法有效控制下料狀態(tài)，專家系統(tǒng)也無法對(duì)其進(jìn)行有效調(diào)整。待提升閥對(duì)入輥壓機(jī)物料有效控制后，倉(cāng)重會(huì)極速上升，在約60s內(nèi)，倉(cāng)重最高可上升至15t；同時(shí)，系統(tǒng)還存在提升閥開度反饋不及時(shí)的情況，這導(dǎo)致操作員無法及時(shí)調(diào)節(jié)提升閥，進(jìn)而引發(fā)倉(cāng)重過高報(bào)警而聯(lián)鎖止料。投料初期倉(cāng)重波動(dòng)情況見圖1。

圖1 投料初期倉(cāng)重波動(dòng)情況

2 優(yōu)化方案

（1）為實(shí)現(xiàn)生料粉磨系統(tǒng)無人值守，針對(duì)上述存在的問題，采取以下兩方面的措施：一方面，完善硬件設(shè)備；另一方面，通過量身定制，額外設(shè)計(jì)“自動(dòng)喂料”控制器，用以解決自動(dòng)喂料時(shí)的特殊工況。

（2）改進(jìn)一鍵啟停功能及專家控制算法，采用兩套模型參數(shù)，分別用于開磨時(shí)的自動(dòng)喂料及正常生產(chǎn)時(shí)的實(shí)時(shí)優(yōu)化（APC）控制。當(dāng)一鍵啟停系統(tǒng)啟動(dòng)粉磨系統(tǒng)后，自動(dòng)喂料控制器即參與控制，待生產(chǎn)穩(wěn)定后，優(yōu)化（APC）控制即實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

改進(jìn)后，形成了一鍵啟動(dòng)、啟動(dòng)初期動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化、一鍵停止的生料粉磨全工況的智能化控制系統(tǒng)。

（3）當(dāng)操作員在操作畫面上點(diǎn)擊一鍵啟動(dòng)功能按鈕后，生料粉磨工段的設(shè)備即開始按既定邏輯順序啟動(dòng)并自動(dòng)投料；同時(shí)，APC專家控制系統(tǒng)自動(dòng)投入。投料初期，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，穩(wěn)流倉(cāng)倉(cāng)重、輥壓機(jī)電流、出輥壓機(jī)提升機(jī)電流仍存在較大波動(dòng)。

針對(duì)該工況，制定了特殊控制策略的專家控制規(guī)則，調(diào)整了輥壓機(jī)電液推桿及喂料量等關(guān)鍵回路的響應(yīng)時(shí)間，最快響應(yīng)時(shí)間可＜2s。在保證輥壓機(jī)電流、出輥壓機(jī)提升機(jī)電流等關(guān)鍵參數(shù)不超出正常范圍的情況下，逐步增大輥壓機(jī)提升閥開度，智能控制系統(tǒng)自動(dòng)將輥壓機(jī)調(diào)整至穩(wěn)定下料狀態(tài)。

相較于人工控制，智能控制系統(tǒng)能更快地使整個(gè)生料粉磨系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前工況。當(dāng)生料粉磨系統(tǒng)工況趨于穩(wěn)定后，智能控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換至正常工況下的穩(wěn)態(tài)尋優(yōu)控制模式，無需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)全流程無人值守的控制效果。自動(dòng)喂料關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖如圖2所示。

圖2 自動(dòng)喂料關(guān)鍵參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖

3 優(yōu)化效果

目前，我公司3號(hào)生產(chǎn)線生料粉磨系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)了正常工況下的系統(tǒng)啟動(dòng)和自動(dòng)喂料，系統(tǒng)能更快達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)大幅降低了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度。經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)的APC控制系統(tǒng)已能使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

（1）更快達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行

手動(dòng)開磨及自動(dòng)開磨關(guān)鍵參數(shù)過程如圖3、圖4所示。對(duì)比手動(dòng)和自動(dòng)開磨關(guān)鍵參數(shù)可以看出，自動(dòng)控制系統(tǒng)能更迅速地將提升閥開至正常區(qū)間，同時(shí)大幅減少了高倉(cāng)重的止料次數(shù)，從而提高了生料粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量，降低電耗。

圖3 手動(dòng)開磨關(guān)鍵參數(shù)過程圖

圖4 自動(dòng)開磨關(guān)鍵參數(shù)過程圖

（2）自動(dòng)調(diào)節(jié)水平提高

目前系統(tǒng)啟動(dòng)后，提升閥調(diào)節(jié)回路可在一鍵啟動(dòng)后自動(dòng)投入，并自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖5為提升閥自動(dòng)調(diào)節(jié)界面。圖6為2020年12月22日晚間人工調(diào)節(jié)提升閥的情況。在21：55投料后，等待提升閥作用時(shí)間約18min；22：12開始人工調(diào)節(jié)提升閥開度；在22：12至22：22的10min內(nèi)，左提升閥人工調(diào)節(jié)次數(shù)約11次，右提升閥人工調(diào)節(jié)次數(shù)約13次，共計(jì)24次；至磨機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，提升閥人工調(diào)節(jié)共計(jì)約50次；磨機(jī)在22：50到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，用時(shí)約40min。

圖5 提升閥自動(dòng)調(diào)節(jié)

圖6 人工調(diào)節(jié)提升閥

提升閥開度作為開磨最重要的調(diào)節(jié)手段，目前人工調(diào)節(jié)提升閥的頻次已比之前有明顯下降，提升閥可交由專家系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）穩(wěn)定性提高

圖7、圖8為手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)的倉(cāng)重變化對(duì)比，由圖7、圖8可見，在自動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下，倉(cāng)重的變化波動(dòng)大幅減小，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性大幅提高。

圖7 手動(dòng)調(diào)節(jié)的倉(cāng)重變化

圖8 自動(dòng)調(diào)節(jié)的倉(cāng)重變化

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過優(yōu)化自動(dòng)喂料控制方案，目前我公司3號(hào)生產(chǎn)線生料粉磨輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)一鍵啟停與投料優(yōu)化、APC專家控制系統(tǒng)的無縫銜接，形成了一鍵啟動(dòng)、啟動(dòng)初期動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化、一鍵停止的生料粉磨全工況的智能化控制系統(tǒng)，不僅減少了操作人員的工作量，同時(shí)大幅提升了設(shè)備運(yùn)行效率及穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了生料制備系統(tǒng)無人值守的控制效果?！?/p>