煤粉輸送軟儀表的開發(fā)及應(yīng)用*

陳 強(qiáng) 歐丹林 張書法 鄧 曉

浙江邦業(yè)科技有限公司，浙江 杭州 310052

煤粉輸送軟儀表的開發(fā)及應(yīng)用*

陳 強(qiáng) 歐丹林 張書法 鄧 曉

浙江邦業(yè)科技有限公司，浙江 杭州 310052

以羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓、粉體流動系數(shù)、校正因子等為輸入變量，以煤粉輸送量為輸出變量建立煤粉輸送軟儀表。此煤粉輸送軟儀表具有煤粉輸送量異常智能辨識、煤粉輸送量自校正、預(yù)測精確、反應(yīng)快速等優(yōu)點，能有效克服傳統(tǒng)的煤粉計量設(shè)備（轉(zhuǎn)子秤）因卡秤導(dǎo)致煤粉計量不準(zhǔn)等設(shè)計缺陷。

煤粉 軟儀表 智能辨識 在線校正

0 引言

在水泥、冶金、化工、電力等流程工業(yè)中，物料輸送的穩(wěn)定是保證日常生產(chǎn)穩(wěn)定的前提。在我國的水泥生產(chǎn)中，煤具有重要地位，煤輸送的穩(wěn)定是保證供熱狀況穩(wěn)定的重要前提之一，喂煤量過多容易導(dǎo)致爐膛溫度過高、燃燒不充分等現(xiàn)象發(fā)生，且造成能源的浪費；而過少，則會導(dǎo)致爐膛溫度過低，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了保障煤的穩(wěn)定燃燒，在生產(chǎn)過程中，通常將原煤加工處理后得到細(xì)度均一的煤粉后，經(jīng)過計量裝置精確計量，利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)將煤粉送入燃燒室內(nèi)。

轉(zhuǎn)子秤是目前使用最廣泛的煤粉計量裝置，在實際生產(chǎn)過程中，極易發(fā)生轉(zhuǎn)子秤卡煤現(xiàn)象，從而導(dǎo)致稱重測量信號不準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致煤粉的加入量偏高或偏低，即所謂的秤“偏實”、“偏虛”等問題，這不利于穩(wěn)定生產(chǎn)和精細(xì)化管理；另一方面，嚴(yán)重時發(fā)生的“沖煤”、“斷煤”，會沖擊爐膛燃燒，如不及時干預(yù)，會造成明顯的質(zhì)量事故甚至安全事故[1],[2]。因此，建立一種全新的煤粉計量系統(tǒng)，精確控制煤粉輸送量，對水泥日常生產(chǎn)的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量的提高具有重要意義[3]。

軟測量技術(shù)由于其反應(yīng)靈敏、測量精確，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程中的各種難以直接測量的工藝變量監(jiān)控[4]。軟測量技術(shù)的基本思想是把自動控制理論與生產(chǎn)過程控制有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)對難以測量或者暫時不能測量的重要變量，選擇另外一些容易測量的變量，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷或者估計待測量的值，以軟件來替代硬件的功能，以達(dá)到對生產(chǎn)過程控制的目的。本文所建煤粉輸送軟儀表能夠提高煤粉計量精度，保證煤粉輸送的穩(wěn)定，極大程度地提高水泥日常生產(chǎn)的穩(wěn)定性[5]。

1 煤粉輸送軟儀表開發(fā)方案

對采集的水泥生產(chǎn)過程煤粉輸送工藝部分的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析后發(fā)現(xiàn)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與煤粉輸送量之間具有非常明顯的相關(guān)性，如圖1所示，這使得建立煤粉輸送量軟儀表來解決轉(zhuǎn)子秤計量不準(zhǔn)的問題成為可能。

圖1 羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力對煤粉輸送量的散布圖

利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓來建立煤粉輸送量軟儀表，其輸入變量包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓、粉體流動系數(shù)、校正因子等，輸出為煤粉輸送量。煤粉輸送軟儀表具有煤粉輸送量異常智能辨識、煤粉輸送量自校正等功能，實施過程不需增加硬件投資，可以在DCS、實時數(shù)據(jù)庫等支持實時計算的系統(tǒng)中快速實施，性價比高。

2 軟儀表建模步驟

煤粉輸送軟儀表建模步驟包括離線實施與在線實施兩大部分，其中離線實施部分包括數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立，在線實施部分包括組態(tài)與在線運行、在線校正。

2.1 數(shù)據(jù)采集與處理

煤粉輸送軟儀表是通過構(gòu)建羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與煤粉輸送量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系實現(xiàn)對煤粉輸送量的間接測量。因此，采集轉(zhuǎn)子秤所計量的煤粉輸送量和對應(yīng)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的實時測量數(shù)據(jù)是建立軟儀表模型的關(guān)鍵。為保證軟儀表的精度，研究中煤粉輸送量的數(shù)據(jù)范圍不少于其量程范圍的50%。

由于轉(zhuǎn)子秤經(jīng)常發(fā)生卡煤而導(dǎo)致計量不準(zhǔn)，因此在數(shù)據(jù)處理過程中需對其不準(zhǔn)的數(shù)據(jù)加以剔除，以保證所建煤粉輸送軟儀表的準(zhǔn)確性。另外，由于轉(zhuǎn)子秤計量值與羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力之間存在一定的時間延遲，數(shù)據(jù)需進(jìn)行時序校正。

2.2 軟儀表模型的建立

建立軟測量模型是指通過數(shù)學(xué)方法構(gòu)建估計變量（煤粉輸送量）與其它直接測量變量（羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力）間的關(guān)聯(lián)模型（見圖2），是軟測量儀表的核心。軟測量建模的方法多種多樣，主要包括機(jī)理建模、回歸分析、狀態(tài)估計、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、支持向量機(jī)等。煤粉輸送軟儀表以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，模型的輸入為羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P，輸出為物料輸送量C，模型表達(dá)式為C=K×P+A。其中流量系數(shù)K和校正因子A為模型的擬合參數(shù)。

圖2 軟儀表模型的模型結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 組態(tài)與在線運行

在建立軟儀表模型后，軟儀表可以在單片機(jī)、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等任何支持實時計算的系統(tǒng)中進(jìn)行實施。軟儀表可通過組態(tài)與先進(jìn)控制器直接聯(lián)系，保證實時在線運行。

2.4 在線校正

基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送軟儀表具有平穩(wěn)可靠、使用壽命長等優(yōu)點，因此，其維護(hù)工作量低，不需頻繁地在線校正。然而，在軟儀表長期使用后，或者羅茨鼓風(fēng)機(jī)、煤磨等相關(guān)設(shè)備檢修后，需通過在線校正的方法減小測量誤差，提高測量精度。所建立軟儀表模型的擬合參數(shù)有流量系數(shù)K和校正因子A，可通過手動調(diào)整流量系數(shù)K和校正因子A達(dá)到在線校正的目的。

3 煤粉輸送軟儀表智能辨識與自校正

煤粉輸送軟儀表根據(jù)煤粉計量裝置計量而得的煤粉輸送量與基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量計算輸送量偏差，當(dāng)偏差量超過預(yù)設(shè)的閾值時，則認(rèn)為煤粉輸送量異常，軟儀表報警通知操作人員。同時軟儀表模型自動將偏差作為前饋信號，輸送給控制系統(tǒng)，在偏差發(fā)生變化時，自動調(diào)整喂煤量，實現(xiàn)自校正，以保持燃燒過程的穩(wěn)定。具體工作原理如圖3所示。

圖3 煤粉輸送量異常的智能辨識與報警

4 結(jié)束語

基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表具有煤粉輸送量異常智能辨識、煤粉輸送量自校正、預(yù)測精確、反應(yīng)快速等優(yōu)點，能有效克服傳統(tǒng)的煤粉計量設(shè)備（轉(zhuǎn)子秤）因卡秤導(dǎo)致煤粉計量不準(zhǔn)等設(shè)計缺陷，為水泥生產(chǎn)中煤粉輸送量的測量提供了新方法。實際應(yīng)用數(shù)據(jù)證明了該軟儀表的有效性。

[1] 耿建華, 侯貴斌, 胡云燕. 轉(zhuǎn)子秤在煤粉計量中的應(yīng)用[C]//水泥廠物料計量與定量給料技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集. 北京:中國硅酸鹽學(xué)會,2008.

[2] 何小龍, 張珂. 煤粉計量與控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 水泥技術(shù), 2008 (5): 86-88.

[3] 谷景景. 水泥工業(yè)生產(chǎn)中煤粉計量系統(tǒng)[J]. 衡器, 2010, 39(11): 52-54.

[4] 胡斌, 于晨斯. 軟測量技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 科技廣場, 2010 (3): 209-212.

[5] 黃鳳良. 軟測量思想與軟測量技術(shù)[J]. 計量學(xué)報, 2004, 25(3): 284-288.

2015-06-18）

TQ172.625.3

B

1008-0473(2015)05-0029-02

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.05.008

*國家科技支撐計劃項目: 高強(qiáng)低鈣硅酸鹽水泥及生產(chǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)的研究與示范,項目編號:2013BAE09B00