馮海濤：針對(duì)水泥行業(yè)的先進(jìn)自動(dòng)化控制解決方案

  ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)是ABB內(nèi)部定位的先進(jìn)自動(dòng)化控制軟件平臺(tái)，就是通常說的ABC平臺(tái)，它在全球的范圍內(nèi)已經(jīng)有超過四百個(gè)安裝的案例，在每年的過程控制行業(yè)有超過30個(gè)新項(xiàng)目訂單，同時(shí)在2008年的全球能源會(huì)議還獲得了在節(jié)約能源方面的技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，每年為客戶節(jié)約超過一億四千萬美元的成本，還可以減少超過四百萬噸的二氧化碳的排放。

  cpmPlus產(chǎn)品家族是ABB針對(duì)水泥工業(yè)的專家優(yōu)化系統(tǒng)，除此之外，針對(duì)水泥行業(yè)一些其他的應(yīng)用，還包括信息系統(tǒng)、回路優(yōu)化系統(tǒng)、自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。ABB在水泥行業(yè)有非常多的產(chǎn)品線，以及針對(duì)各方客戶需求的相應(yīng)的解決方案，專家優(yōu)化系統(tǒng)就是其中的最為優(yōu)秀的代表，下面介紹一下專家優(yōu)化系統(tǒng)的一個(gè)基本的工業(yè)流程，這是一個(gè)簡化的框圖，可以幫助大家了解一下我們專家優(yōu)化系統(tǒng)的工作方式。

圖一

圖二

  ABB的理念是先穩(wěn)定，后優(yōu)化。之所以把這兩個(gè)理念分開說，是因?yàn)檫@是專家優(yōu)化系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵所在，專家優(yōu)化系統(tǒng)除了控制還有優(yōu)化，為工廠得到相應(yīng)的收益，包括產(chǎn)量、節(jié)煤、節(jié)電。

圖三

一、EO專家優(yōu)化系統(tǒng)中使用的先進(jìn)控制技術(shù)

模糊邏輯（人類思維）

神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（軟傳感器）

模型預(yù)估控制（線性的、非線性的、布爾邏輯）

圖形界面組態(tài)（可視化的，易于使用）

通用計(jì)算（算法，布爾數(shù)學(xué)體系）

狀態(tài)評(píng)估機(jī)制（狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯）

基于Web的圖形界面

二、模型預(yù)估控制

1.評(píng)估位置（測點(diǎn)）估算系統(tǒng)狀態(tài)

2.預(yù)測未來的動(dòng)向（數(shù)學(xué)算法，優(yōu)化）

3.實(shí)施第一個(gè)動(dòng)作（新的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定值）

4.在對(duì)象作出相應(yīng)反應(yīng)后重新開始新一輪的計(jì)算；考慮相應(yīng)的限制條件(允許的動(dòng)作)；考慮使用成本函數(shù)(盡量減少損失)

三、技術(shù)的運(yùn)用

  當(dāng)然，所有的技術(shù)都是工具，重點(diǎn)還是如何運(yùn)用

  ABB擁有在水泥行業(yè)數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，與多個(gè)水泥集團(tuán)及科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)，可以使用這些先進(jìn)的控制技術(shù)開發(fā)出最為優(yōu)秀的應(yīng)用產(chǎn)品。始于1981，至今經(jīng)歷了眾多版本的進(jìn)化，始終專注于水泥優(yōu)化控制。

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四、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

五、專家優(yōu)化系統(tǒng)水泥行業(yè)應(yīng)用

  專家優(yōu)化系統(tǒng)，可以用于水泥生產(chǎn)的全過程，即：堆場均化，原料均化，窯， 分解爐，煤磨控制，水泥均化，原料磨控制，篦冷機(jī)控制，水泥磨控制。

1、窯，分解爐和篦冷機(jī)優(yōu)化

（1）目標(biāo):確保在保證質(zhì)量指標(biāo)的前提下維持一個(gè)最優(yōu)化的燒成工況；確保良好的燃燒條件；確保最大化的使用替代燃料；提高產(chǎn)量；節(jié)約煤耗與電耗；穩(wěn)定 O2 和 CO的含量。

（2）窯，分解爐及篦冷機(jī)優(yōu)化--監(jiān)控測點(diǎn)及控制點(diǎn)

控制點(diǎn)：窯喂料  & 窯轉(zhuǎn)速；燃料使用 （常規(guī)燃料 & 替代燃料）；高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；篦冷機(jī)篦床速度&篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量（轉(zhuǎn)速/閥門）

測量點(diǎn)：分解爐溫度；氧氣及一氧化碳含量；比色高溫計(jì)，窯主電機(jī)轉(zhuǎn)矩（電流）和氮氧化物含量；篦床下壓力（通常為1室或2室壓力）；熟料質(zhì)量數(shù)據(jù)（游離鈣和/或升重）

2、原料均化優(yōu)化

最大情況下的降低原料堆場，混合料以及水泥成品的化學(xué)成分波動(dòng)

降低原料堆場中物料的成分波動(dòng)

穩(wěn)定原料磨喂料的化學(xué)成分

均化混合水泥，使得添加成分的作用最大化

（1）原料均化/成品水泥均化--混合料配比

技術(shù)：根據(jù)取樣分析或在線分析儀結(jié)果控制均化物料進(jìn)入粉磨；模型預(yù)估控制；模型 （取料機(jī)動(dòng)態(tài)模型、輸送延遲、化學(xué)成分波動(dòng)模型控制變量）；取料機(jī)設(shè)定；控制添加輔料喂料稱。

（2）物料粉磨--磨機(jī)優(yōu)化控制

技術(shù)：模型預(yù)估控制；降低生產(chǎn)波動(dòng)；模型（執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型， 輸送延遲模型，選粉機(jī)模型， 易磨性模型）

測點(diǎn)變量：磨盤電機(jī)功率，差壓測點(diǎn)，溫度，產(chǎn)品細(xì)度

控制變量：喂料量，選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，噴水控制，熱風(fēng)爐控制

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六、專家優(yōu)化系統(tǒng)業(yè)績遍布全球

我們可以為客戶帶來的典型收益

增加產(chǎn)量：3%-5%

減少燃料消耗：3%-5%

降低排放等級(jí)：3%-5%

降低電耗：3%-5%

減少質(zhì)量波動(dòng)：10%-20%

減少耐火材料消耗：10%-20%

節(jié)約人力成本

七、應(yīng)用效果——EO優(yōu)化項(xiàng)目投入運(yùn)行前后對(duì)比

  EO切換在線前后各4小時(shí)關(guān)鍵參數(shù)趨勢對(duì)比

窯電流，分解爐溫度，篦下壓力等

1、EO應(yīng)用情況 – 分解爐溫度穩(wěn)定性對(duì)比

上圖為中聯(lián)項(xiàng)目在驗(yàn)收測試時(shí)在線與離線狀態(tài)下分解爐溫度運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)比。

EO在線狀態(tài)下，分解爐溫度的STD為1.07度，EO離線狀態(tài)下，分解爐溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.53度

標(biāo)準(zhǔn)偏差降低了31%！

2、EO應(yīng)用情況 – 篦下壓力穩(wěn)定性對(duì)比

上圖為中聯(lián)項(xiàng)目在驗(yàn)收測試時(shí)在線與離線狀態(tài)下篦下壓力運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)比。

EO在線狀態(tài)下，篦下壓力的STD為0.05kPa，EO離線狀態(tài)下，篦下壓力的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.13。

標(biāo)準(zhǔn)偏差降低了61%！

3、EO應(yīng)用情況 – 窯電流穩(wěn)定性對(duì)比

上圖在中聯(lián)項(xiàng)目驗(yàn)收測試時(shí)在線與離線狀態(tài)下窯電流運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)比。

EO在線狀態(tài)下，窯電流的STD為12.75，EO離線狀態(tài)下，窯電流的標(biāo)準(zhǔn)偏差為14.44。

穩(wěn)定性改善達(dá)到了11.7%。

八、土耳其OYAK水泥4號(hào)線– EO年化收益