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2024全景工博会
I/O 设备

QCS生料质量计算机控制系统应用体会

  2008年07月22日  

1 系统概况

70年代水泥研究院辽宁自动化所在琉璃河水泥厂干法生产线上开展的“生料配料自动控制系统”研究项目,于1978年通过了部级鉴定,并荣获全国科技大会奖。六五期间,我院在消化冀东、宁国等国外引进技术的基础上,根据国家下达的任务,进行为我国自行设计的2000t/d熟料干法工艺线配备生料质量计算机控制系统的开发研究。七五期间,为解决我国中小水泥厂生料制备中的质量问题,我院成立了QCS生料质量自动控制系统研究项目课题组,专门从事中、小水泥厂的生料质量自动控制研究与试验工作。其成果分别在江西、广东通过省级鉴定。

目前QCS系统已经推广到广东、福建、海南、安徽、湖南、湖北、吉林、四川、江西、青海、黑龙江、广西等省、市、自治区几十条生产线上,在不同的工艺、原料条件下取得了较满意的经济效益和社会效益。在推广成果的同时,我们重点抓了成果的继续开发和完善工作,使得该系统不断完善、充实、日趋成熟。

2 控制原理

从附图可知,计算机在输入原料石灰石、粘土、铁粉、矿化剂等的化学成分及煤的工业分析数据、原料水分数据的条件下,再输入化验室的配方要求以后,自动进行配方计算,用线性规划法求得石灰石、粘土、铁粉等原料的最佳配比,得到生料各种化学成分的控制目标值。在生产过程中,每隔一定的时间取一次生料样(一般为1h平均样),压片机将具有代表性的生料样制片后,送入分析仪进行分析,得到分析结果自动(或通过键盘手动)进入控制机内,这时,控制机将把要求的控制目标值参数与实测值参数进行比较,然后进入配料调节算法软件包,该软件包输出新的下料配比。在磨机负荷控制系统中,操作人员根据当时的磨机特性设定电耳的控制分贝数,在一定的控制周期内(一般5~20min),控制机实测到具有代表性的电耳实测值后,将目标值与实测值参数进行比较,然后进入负荷调节算法软件包,该软件包输出新的产量增量。控制算法确保磨机填充量稳定在设定的磨音范围内,不会出现因物料易磨性、水分变化导致空磨、饱磨等非正常工况现象。当控制机得到新的产量与新的下料配比后,根据乘法原则,得到各种原料的新的给定流量。控制机与计量秤之间采用自适应调节方法,使通讯接口的各通道吻合。上述过程确保了生料的优质、高产。

3 系统组成

QCS系统由下列装备构成

3.1 检测机构

①在线连续线切割自动取样器;②制样装置;③成分分析仪;④磨音数字测量仪。

3.2 执行机械

①计量秤;②自动给定装置。

3.3 控制机构

①QCS—03控制机;②显示器;③打印机;④系统接口。

3.4 辅助机构

①UPS不间断电源;②交流电子稳压电源;③仪表盘。

4 检测机构

4.1 分析仪

QCS系统根据水泥厂的规模、工艺条件、厂方要求及投资状况分别选用:①断续钙、铁分析仪;②连续钙、铁分析仪;③多元素分析仪。

目前中小水泥厂大部分选用了断续钙铁分析仪,下面仅给出该仪器的主要技术指标:(QCS—1型分析仪)。

分析范围:ΔCaO=5%;ΔFe2O3=3%

绝对误差:CaO≤0.25%;Fe2O3≤0.10%

相对误差:SCaO≤0.12%;SFe2O3≤0.05%

分析时间:64s、128s、256s任选指

指标适应:连测12次,在置信度为95%条件下。

4.2 磨音数字测量仪

磨音是一种噪音,其声压级约为110~120dB。选频式声强电耳选出磨音声压级级差明显的频段内的信号,经处理,能得到较可靠地反映磨机填充率参数的信号。主要技术指标:

测量范围:60~140dB(分60、100、140以40dB间隔分三档)

频率范围:40Hz~12kHz

输出信号:0~10mA;0~5V两种可任选

4.3 取样器

基本要求:①有代表性;②缩分比合理;③结构简单;④防止潮湿结露。

5 执行机构

5.1 定量喂料装置

QCS生料系统采用的定量喂料装置有恒速秤、减量秤、双悬臂秤、核子秤、调速秤等多种定量喂料秤。但根据我们的实践经验,认为选用调速秤较好,该秤性能稳定,调节特性很好。主要参数如下:

系统动态计量误差≤1%

系统动态调节误差≤1%

皮带宽度:400~800mm(可选)

喂料方式:连续

喂料范围:0.2~100t/h(可选)

调速范围:Vmin∶Vmax=1∶5

5.2 移动给定器

为了增加系统的可靠性,我们设计了移动给定器。当工控机万一发生故障时,通过切换开关,操作工可直接通过给定器给定各原料的配比及总产量。

6 控制机构

6.1 QCS—03工业控制机

QCS系统可提供的控制机有两种:①PC总线的工业控制机;②STD总线工业控制机,两种工业控制机都具有高可靠性、高抗干扰性、易维护性。PC总线的工业控制机主机中央处理器CPU为80286芯片,STD总线的工业控制机中央处理器CPU为V40芯片。

6.2 过程控制接口装置

该接口装置具有模拟量输入(16路),模拟量输出(16路或4路),并行口输入32路,并行口输出32路。

7 系统特点

7.1 技术特点

①软件上吸取了国外几家公司(日本IHI、丹麦FLS-QCX,西德POLAB及ABB-OS-CA-MLX、SINENS等)生料质量控制系统的优点;②结合多年的实践,摸索出适合我国具体国情的软件技术;③针对每个厂不同的工艺、具体的原材料状况采用具体的调节特性,充分达到针对性强,适用性强,效果好的目的;④硬件上(在系统的组态上)既考虑采用国内最先进、可靠的装备,又能根据用户的特殊要求,灵活组态,达到相对最好的使用效果;⑤重视人材培训。强化培训,提高水泥厂人员素质。随着项目的进展,分三个阶段进行三次培训。

7.2 技术参数

条件:①石灰石原料CaCO3波动绝对值≤3.5%,标准偏差S≤1.4%~2%;

②其它原料氧化物波动绝对值≤2%

③入磨综合原料水分≤1.2%~1.6%

④生料均化库均化系数≥6;

⑤对于连续式均化库有效均化周期≥6~8h;

⑥取连续积样且具有代表性。

效果:

①出磨生料化学成分合格率在原有基础上提高20%~30%或达到60%~80%;

②出磨生料标准偏差≤0.6%~0.8%;均化系数≥2;

③出磨生料率值合格率(KH:±0.2;n、P:±0.1)达到60%~80%或在原有基础上提高20%~30%;

④出磨生料三个率值标准偏差达:SKH≤0.02%~0.04%,SnP≤0.1%~0.2%;

⑤入窑生料三个率值合格率(范围同③)达到70%~85%或原有基础提高10%~15%;

⑥入窑生料三个率值标准偏差:SKH≤0.015%~0.03%,SnP≤0.05%~0.15%;

⑦磨机台时产量在原有基础上提高5%~20%以上。

(注:以上使用效果不是全部达到,而是根据用户的重点要求及现场具体情况部分单项达到)。

7.3 硬件特点

①系统内的每一单机设备具备先进、可靠、适用性;

②保持整个系统设备准确度的一致性,不单纯追求某一单机设备的所谓“高准确度”;

③既立足于国内的先进、成熟技术,又要考虑具体厂的实际情况。

7.4 软件特点及功能

特点:汉字提示、图形直观、操作简便,适用性强

功能:

(1)配方计算(各种组分配方计算软件包);

(2)配料控制(各种配料算法控制软件包);

(3)负荷控制(各种负荷过程控制软件包);

(4)过程控制数据输入、输出滤波、处理;

(5)人工紧急干预(修改目标值、配比、流量等非常规操作);

(6)键盘处理(汉字、菜单提示);

(7)声光报警(饱磨、断料、卡料等异常报警);

(8)自动累计(各原料用量、总产量、均化库生料量等);

(9)参数修改(仅供工艺技术人员使用);

(10)通讯接口量程自动校准;

(11)各种画面、趋势图表;

(12)各种表格打印。

8 控制算法

如果说QCS应用软件是QCS生料质量自动控制系统的关键技术,那么QCS应用软件中的控制算法软件包(又称调节规则)就是关键技术的核心部分。该软件包既吸取了国外的先进技术,又根据大量的实践探索,总结出适合我国具体国情的适用技术。

该软件包针对性强、适应性好,在配料及负荷调节算法上具有多变性、最优性、对策性、模糊性、时变性等特点。上述算法完全适应不同的工厂规模,各种生产工艺线,各种原料之间的配合,各种生料均化形式及用户的各种特殊要求。

综上所述,在调节算法上,我们考虑了下述各种因素的影响:

(1)过程工艺技术人员拟定不同的控制质量要求(注:不同的控制质量要求可以理解为下述要求):①出磨或入窑生料化学成分合格率;②出磨或入窑化学成分波动标准偏差;③出磨或入窑生料三个率值合格率;④出磨或入窑生料三个率值波动标准偏差);

(2)磨机的动态特性;

(3)系统的纯滞后的时间;

(4)喂料秤容量实际限制;

(5)原料的数目、化学组成及相对质量要求的积累偏差;

(6)原材料的均化水平或入磨原料化学成分波动标准偏差;

(7)生料均化库形式,均化水平,均化周期,调整周期;

(8)取样方式(瞬时样、平均样、取样周期)。

上述影响可以用参数的形式在调试过程中随时适当修改,以达最佳效果。

9 推广体会

通过多年来在全国几十条生产线对QCS系统的推广应用,我们逐步体会到:要使用户用好QCS生料质量自动控制系统,必须达到下述五个方面要求:

(1)先进的适用技术;

(2)严格的现代管理;

(3)过硬的可靠设备;

(4)优良的人员素质;

(5)完善的售后服务。

先进的适用技术意味着:确保系统的取样代表性、分析准确性、控制最佳性、计量准确性、通讯准确性、系统准确度的一致性。

严格的现代管理意味着:现代化的技术装备必须要有现代化的严格管理相适应。QCS系统要求用户进行下述五个方面的严格管理:①质量意识管理;②使用状况(效果)分析管理;③操作规程管理;④控制室规章制度管理;⑤设备日常维护管理。

过硬的可靠设备意味着:系统设备具有过硬的抗干扰、抗粉尘、抗振动、抗湿度、抗高温等能力。

优良的人员素质意味着:必须重视、反复培训用户的管理、技术、操作、维修人员,使上述人员在其职责范围内达到熟练地使用QCS系统的要求。

完善的售后服务意味着:及时帮助用户解决在使用后碰到的技术、设备等各方面问题,以使设备运行在最佳状态。

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