水泥廠聯(lián)合粉磨滑?？刂葡到y(tǒng)的研究

王福林

（山西晉興奧隆建材有限責(zé)任公司， 山西 忻州 036300）

引言

水泥的粉磨生產(chǎn)流程直接關(guān)系到水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，而現(xiàn)有的粉磨生產(chǎn)控制流程存在著自動(dòng)化程度低下、受外界因素干擾大，嚴(yán)重影響了水泥企業(yè)的正常生產(chǎn)，因此急需要開(kāi)發(fā)一種新的水泥聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水泥整個(gè)粉磨過(guò)程的精確、智能控制，滿足對(duì)磨機(jī)負(fù)荷的連續(xù)跟蹤任務(wù)。

1 水泥粉磨生產(chǎn)線工藝流程

經(jīng)過(guò)處理后的水泥半成品與水泥熟料經(jīng)過(guò)一定的配比后，經(jīng)傳輸設(shè)備運(yùn)輸?shù)捷亯簷C(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎處理，然后將初步粉碎的物料傳送到打散分級(jí)機(jī)內(nèi)進(jìn)行打散和顆粒分級(jí)處理，利用過(guò)濾篩網(wǎng)，將符合分選直徑要求的物料傳輸?shù)角蚰C(jī)內(nèi)部進(jìn)行研磨處理，處理后的物料由出磨口處的提升機(jī)將其傳遞到選粉機(jī)內(nèi)進(jìn)行選粉處理，將細(xì)度符合產(chǎn)品要求的物料傳送到水泥庫(kù)內(nèi)，細(xì)度不符合產(chǎn)品要求的水泥物料則會(huì)由物料傳輸設(shè)備再次將其傳輸?shù)角蚰C(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨處理，并按照上述的路徑進(jìn)行進(jìn)一步循環(huán)，直到所有物料的細(xì)度均滿足產(chǎn)品要求，由此可知，水泥廠的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)主要包括輥壓機(jī)、入磨提升機(jī)、打散分級(jí)機(jī)等，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 滑?？刂圃砑盎？刂破鞯姆€(wěn)定性分析

滑?？刂疲⊿MC）是滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，主要包括一系列的子系統(tǒng)或者分支結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)在工作時(shí)利用信號(hào)轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)在各分支機(jī)構(gòu)之間的平緩轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的優(yōu)化控制，其具有反應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)度高的特點(diǎn)[1]，對(duì)系統(tǒng)的非關(guān)鍵參數(shù)的波動(dòng)不敏感。由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理可推出實(shí)現(xiàn)滑?？刂频倪吔鐥l件：

滑?？刂葡到y(tǒng)參數(shù)滿足：

圖1 水泥廠聯(lián)合粉磨生產(chǎn)線流程圖

式中：[s（k+1）-s（k）]sgn（k）＜0為確保該滑?？刂葡到y(tǒng)能夠在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間界限內(nèi)使信號(hào)由一個(gè)控制層滑動(dòng)切換到另一個(gè)信號(hào)控制層，從而確保信號(hào)連續(xù)性的基本條件。[s（k+1）+s（k）]sgn（k）＞0則是確保控制系統(tǒng)的控制信號(hào)在首次穿越滑?？刂平缑婧竽軌蜻M(jìn)行減速控制運(yùn)動(dòng)的條件。

設(shè)置設(shè)磨機(jī)的電流期望值為226 A，使其電流由最初的224 A開(kāi)始逐漸增加，對(duì)滑模控制系統(tǒng)的信號(hào)響應(yīng)速度進(jìn)行分析，結(jié)果如下頁(yè)圖2、圖3所示。

由分析結(jié)果可知，在控制系統(tǒng)中隨著電流值的逐漸上升，與之相應(yīng)的打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸降低，直到最低的310 r/min，在整個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的連續(xù)跟蹤控制。系統(tǒng)信號(hào)反應(yīng)的收斂速度十分迅速且會(huì)隨實(shí)際檢測(cè)結(jié)果與系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值之間的差值進(jìn)行不間斷的修正處理，使其滿足平緩、連續(xù)的控制要求。整個(gè)滑?？刂葡到y(tǒng)具有很高的自適應(yīng)的能力。

3 聯(lián)合粉磨滑?？刂葡到y(tǒng)

根據(jù)聯(lián)合粉磨的工作流程，在對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)

因此，該滑?？刂葡到y(tǒng)平穩(wěn)控制切換的條件為：

圖2 聯(lián)合粉磨機(jī)的電流響應(yīng)曲線

圖3 打散分級(jí)機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線

對(duì)其進(jìn)行展開(kāi)后的變換處理可得[2]：進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了新的聯(lián)合粉磨滑?？刂葡到y(tǒng)，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)控制邏輯示意圖

現(xiàn)有的水泥廠粉磨控制系統(tǒng)均為人工控制操作，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，水泥產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法有效保障。為了改變這一現(xiàn)狀，在對(duì)水泥粉磨生產(chǎn)流程進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，確定了聯(lián)合粉磨控制流程。若穩(wěn)流倉(cāng)中的料位線低于標(biāo)準(zhǔn)料位則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)塌倉(cāng)，造成水泥生產(chǎn)粉磨過(guò)程的空載運(yùn)行，降低水泥生產(chǎn)效率；而球磨機(jī)在工作時(shí)的工作載荷若過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致水泥生料無(wú)法得到充分的研磨，又會(huì)導(dǎo)致大量粒度不滿足濾網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的水泥生料反復(fù)循環(huán)，會(huì)嚴(yán)重降低水泥的生產(chǎn)效率，若球磨機(jī)的工作負(fù)荷較低，則同樣無(wú)法滿足水泥廠的生產(chǎn)效率。因此，在實(shí)際控制中，需對(duì)球磨機(jī)工作時(shí)的工作載荷進(jìn)行精確控制，而球磨機(jī)的載荷大小可通過(guò)工作電流的大小進(jìn)行表示。根據(jù)聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)中粉磨的工作流程，可設(shè)計(jì)如下的磨機(jī)電流控制方案。

由圖5可知，設(shè)r表示聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)中的理想工作電流，y表示系統(tǒng)的實(shí)際工作穩(wěn)定電流，u為粉磨機(jī)的工作轉(zhuǎn)速，則當(dāng)系統(tǒng)的實(shí)際工作電流和理想工作電流的差值的絕對(duì)值小于ω1（ω1、ω2分別為根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的控制調(diào)節(jié)的電流下限和電流上限）時(shí)采用滑模自動(dòng)控制，從而滿足系統(tǒng)的控制精度要求，當(dāng)差值的絕對(duì)值大于ω1而小于ω2時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整為Bang-Bang1控制邏輯[3]，當(dāng)差值大于系統(tǒng)設(shè)置的控制值ω2時(shí)，則采用Bang-Bang2控制邏輯，該控制系統(tǒng)設(shè)置的三種電流控制邏輯，可確保聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)在不同的工況下工作的穩(wěn)定性和控制精度，提高系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。

圖5 聯(lián)合粉磨滑?？刂葡到y(tǒng)電流控制邏輯示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的三種不同的聯(lián)合粉磨滑?？刂葡到y(tǒng)電流控制邏輯，能夠根據(jù)粉磨系統(tǒng)工作時(shí)的不同工況針對(duì)性地選擇控制邏輯，可實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)的精確控制，提高系統(tǒng)工作的效率和工作穩(wěn)定性，對(duì)提升經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。