APC智能控制系统在水泥行业的应用总结.docx

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1、同、操作员操作手法不同）的限制，无法保证装置的平稳操作，更无从谈及对于回转窑系统的优化操作。APC智能控制系统，基于多变量模型预测控制原理，它可利用内在模型反映变量之间的耦合作用，及控制过程的滞后情况，从而及时的制定调节策略，实现对生产装置的稳定。另外，APC智能控制系统的优化模块，可根据当前工况，利用控制手段所可能有的自由度，将装置工况调整在优化的状态。模型预测控制是一种多变量高级控制技术。它基于模型辨识技术,通过收集的阶跃测试数据和历史数据等辨识出过程中各种变量之间的动态数学关系，即模型。利用该模型，计算被控变量在未来时段的变化趋势，从而实时更新控制策略，提高过程控制品质。先进控制系统主要

2、分为两个模块：模型预测控制模块和最优化模块。模型预测控制模块模型预测控制模块通过辨识的模型，认知各种扰动因素对于被控变量的影响。当扰动发生时，可预测被控变量在未来时段发生的变化，如下图所示（右图）。根据未来时刻，变量对于设定值的偏差，及时的调整控制策略，如下图所示（左图），从而使被控变量可以紧靠设定点，从而提高过程的控制品质。最优化模块如下图所示，通常操作员喜欢将装置运行在较大的运行区域内，远离各种约束/限制条件，从而可以保证装置的平稳运行，如下图所示（左图）。而装置运行的最优点则位于各种约束边界上，如卜图中红色圈出的区域。最优化模块通过最优化技术（带约束的线性规划）找到装置的最优操作点，利用

3、模型预测控制模块将装置.稳定在最优点运行，从而使企业的经济利益最大化。最优化操作的实现是建立在提高控制品质的基础上的。只有减少了变量的波动，才可使装置在约束条件的边界上运行（K边操作）,而不会由于大波动，使装置操作“飞”出正常的操作区域，威胁安全生产。因此稳定装置操作是优化生产的前提所在。具体参考下图（左图）。2APC智能控制系统的技术优势2.1 技术优势河北德宏采用成熟的APCBYVEV软件平台，结合H己在全球过程控制领域丰富的专家知识和经验，已为国内多套水泥产线提供先进控制解决方案，收效明显。我们的优势包括：A基于先进的控制理论进行项目实施不同于其他厂家提供的逻辑控制策略（主要由if-e1

4、.se进行工况判断），基于AVEMA的APC系统，是基于多变量模型预测控制理论的。在项目执行过程中，利用现场阶跃测试数据或历史数据，辨识生产装置的动态模型；利用模型，实时计弊各种扰动因素对于生产的影响，从而提前调节控制策略，楞定装置生产。装置动态模型将各变量之间的关系具体量化，为控制准确度、精确度的提高，提供良好基础。A提供装置操作的优化策略除了实现模型预测控制外，基于VEV的APC系统的最优化模块将在控制基础上，对装置运行进行优化，典型的优化判定包括：1）现场条件允许时，是否可进行提产操作（从而可帮助降低单位能耗）；2）满足生产要求时，是否可让温度压下限运行（如分解炉喂煤，可帮助优化喂煤量）

5、等。A提供成熟的商业软件平台APCBYAVEVA软件平台的成熟、稳定是保证项目开展的前提条件。APCBYAVEVA软件平台，拥有超过30年的开发/使用历史。基于该平台，河北德宏已在国内实施了多套APC控制系统，如新皇金隅、承德金隅、邯郸金隅太行、冀东海德堡（扶风）水泥、中材萍乡水泥有限公司等。A平台支持嵌入式编程语言Python除了模型预测、优化模块、神经元网络等工具外，APCBYAVEVA软件平台还支持嵌入式编程语言Python,有助于实现基于专家知识的逻辑控制、自适应控制等多种智能控制功能。A提供丰富的专家团队经验河北德宏有水泥工艺专业的专家团队，且多人曾在拉法基水泥厂担任水泥工艺经理，可

6、以协调各种资源为项目的实施提供实施服务及技术支持服务。A提供完整的产品培训在项目执行过程中，我们将对用户提供完整的培训内容，帮助客户了解APC控制系统的工原理，及掌握软件的使用操作。2.2 主要优化方向针对水泥回转窑系统,APC智能控制系统主要会对以下方面进行优化： 提高熟料合格率水泥窑中控操作员对熟料质量（如FCaO）的控制主要是依据化验室提供的每小时1次的采样化验值，是基于结果的反馈控制，当出现质量不合格情况后进行调节已经为时已晚：APC智能控制系统，可根据现场的历史生产数据和质量数据进行软仪表开发，根据当前的生产数据对质量f-CaO进行预测，并通过化验室的实际测量值对软仪表进行实时校正，

7、进而达到对熟料1.CaO进行实时控制的目的，提高熟料f-CaO合格率。 稳定生产过程APC智能控制系统可以有效稳定装置生产过程，减少过程关键变量波动（如分解炉出口温度、窑头罩压力等）。 减少熟料生产煤耗可以进一步优化喂煤控制。通过对各关键温度的“压下限”控制策略（如分解炉温度压下限），在保证质量的同时（如保证分解炉中CaCO3分解率），减少单位产品煤耗，实现节能的目的。 减少熟料生产电耗高温风机、窑头排风机、尾气排风机和冷却风机是一个有机的整体，运行时，相互之间存在耦合情况。APC智能控制系统，可通过稳定控制窑头罩负压、去余热锅炉压力、高温风机入口、出口压力等，可以优化风机运行，减少单位产品能

8、耗。3APC智能控制系统的实施过程3.1 项目阶段以下是APC智能控制系统设计和实施的纲要。每个步骤都安排一个相应的回顾检查环节，通过确保每个环节的质量地终确保解决方案达到预期的设计目标。任务编号1：作描述办公室现场时长(M)I项I1.前期册番X!2项目开工会X33项目预测试X4软件安装成X5功能设计X46工厂阶跳测试X67详细r程设计X48FAT及相关培训X29IXJSPI.C组态X2)0APC智能控制系统投运X8I1.投用后阶段.考核.文档XX4总计54为确保项目的顺利实施，本项目将成立专门的项目实施小组并指定项目经理。为完成项目开工会的各项准备工作，河北德宏项目小组将首先召开内部会议，审

9、查项目方案内容及合同的范围和条款。项目的执行策略、相应的技术及开工会的框架结构都在将内部会议上确立，以便项目开工会届时更加高效。此外，河北德宏项目小组将审查B&1D图和工厂过程介绍等技术材料，以全面r解工厂的整个生产过程，为项目实施做好准备。3.2 系统架构上述APC智能控制系统，通过专业的软件平台PCbyAveva实现。基于该软件平台，河北德宏实施多套ApC智能控制系统。卜图为典型的APC系统架构图。通过OPC服务器，同现场控制系统实现读写通讯。在每个工作周期内，APC均会从OPC接口读入装置的变量实时值，并计算当前的优化控制值，进而通过OPC将优化值回写至DCS（或P1.C）控制系统,完成

10、闭环控制。DCS工程师站DCS操作员站4控制优化策略河北德宏提供的APC智能控制系统，基于多变量模型预测控制原理，它可利用内在模型反映变量之间的耦合作用，及被控过程的动态信息，从而及时制定调节策略，实现生产装置的稳定。另外,控制系统中的优化模块，会根据当前工况，根据控制手段的自由度，挑选符合全局最优的控制手段，保证装置的生产处在最优化状态。4.1 回转窑优化策略APC智能控制系统从以下几个方面来优化窑系统的运行：分解炉出口温度控制分解炉出I温度主要通过自动调整尾煤量来控制。如果分解炉出口有气体分析仪而且CO测量数据可匏，那么控制分解炉温度的同时还可兼顾分解炉出口的CO的含量。此控制的主要目的首

11、先是通过连续自动的尾煤量调整保证稳定而精准的分解炉温度控制，降低分解炉温度控制的标准差，增加其可控性。与此同时，Co也会被监控，一且Co过高，不管分解炉温度为何值，都应及时降低尾煤量，以保证安全生产。预热器出口02控制如果分解炉出口有气体分析仪而且02测量数据可靠，则可通过自动调整高温风机转速来保持预热器出口的02浓度在一个合适的范围内。通过卡边控制技术，可将02控制在较低但是乂不影响安全和正常生产的范围。这一控制可减少高温风机电耗，同时也保证了窑内工况的稳定。窑头罩压力和去余热锅炉压力控制恰当的窑头微负压能避免不必要的冷空气注入窑内以及减少过多的热量从窑头排出而降低热损失，降低窑头排风机的电

12、耗。通过自动调整窑头风机挡板开度/风机转速，可将窑头革微负压保持在一定的合理范围内，与此同时，还可以兼顾控制去余热锅炉的压力，有助于余热发电系统的稳定。篦下压力控制通过自动调整篦床速度把篦下压力控制在一个稳定的范围，这同时也增加了二次和三次风温的稳定性，有利于熟料的冷却效果以及热量的回收。冷却风机流量控制冷却风机风量的频率，可以根据熟料温度、去余热锅炉温度的期望控制范围来自动调整。4.2 磨系统优化策略针对磨系统（包括水泥磨/原料磨/煤磨），主要考量的控制策略为：1）在磨系统有产能“富裕”时，通过提升产能降低产品的单位能耗；2）在培系统的质量控制存在“富裕”时，则通过出磨产品的质量优化，在满足

13、细度要求的前提下，尽可能的为磨系统提产/节能。例如统一联合粉磨水泥磨系（含粗压机、球磨），主要可分为以下两个闭合回路：Tft压机侧闭合回路；A磨侧闭合回路I辐压机回路侧，通过V型选粉机，将细物料送入磨机侧，而粗物料则返回粗压机继续进行挤压；磨侧回路侧，通过选粉机（转速可调节），将满足细度要求的物料送入成品收尘，粗物料一部分返回磨机，另一部分通过冷风阀返回程压机侧。根压机回路和磨回路均是闭路系统，即“H平衡系统”，只有满足细度要求的物料才可通过选粉机进入下游流程，粗物料则一直会在回路中循环。而冷风阀则可协调辐压机回路和磨回路的负荷分配情况。水泥磨APC智能控制系统主要优化的回路包括：A选粉机转速

14、控制在配备细度分析仪且其数据可靠的前提下，通过自动调节选粉机转速，可提高细度的控制品质，减少质量波动，同时保持成品物料细度合格，实现水泥成品细度的精细化控制。A冷风阀开度控制冷风阀开度大小，决定了磨侧选粉机出口的粗物料返回根压机的大小，实现了辐压机和磨机回路的负荷分配。APC智能控制系统将根据当前的工况，合理调节冷风阀的开度，在保证各侧回路负荷不超限的情况下，优化辐压机侧和磨机侧的负荷分配，从而实现工序的提产/节电。A磨尾排风机控制磨尾排风机主要负责磨内的通风及维持磨内压差。在具备磨压差测量且信号可靠的前提下，APC智能控制系统将自动调整磨尾排风机频率，稳定磨系统的压力，保证磨正常工作。A系统

15、风机控制系统风机主要负责维持整个系统的压力，满足工艺要求。APC智能控制系统可通过Fj动调节系统风机转速，维持相关的压力（如选粉机出口负压等），保证系统的正常生产。A喂料小仓仓重和辐电流控制喂料小仓仓市一般受到喂料量、冷风阀和喂料斜插板开度的影响。当小仓仓重达到一定高度时，水泥磨可能将被迫降低喂料，以保证小仓不超过限定高度。APC智能控制系统可自动调整喂料、冷风阀和喂料斜插板开度、将仓重控制在合理的范围内，并尽可能最大化喂料。与此同时，在调整喂料斜插板开度的时候也兼顾轻压机电流，避免电流超过上限。5APC智能控制系统的最终效果及建议5.1 最终效果APC智能控制系统可显著提高生产过程的控制品质，减少关键过程变量的波动，使熟料生产的能耗显著降低：同时稳定的熟料产品质量有利于降低水泥生产的成本，并赢得未来更多的客户，提升企业品牌形象，增加销量。通过APC智能控制系统的实施，真正实现窑和磨系统的自动控制，将智能化系统落实在关键的操作工序中，实现企业整体智能化水平的提升。APC智能控制系统由于实现了整个窑系统的自动控制，大幅提高劳动生产率。同时，该系统投运后由于能大幅度减少生产控制中像窑、分