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水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的典型工況模板劃分

2017-03-30 03:23謝婭妮袁鑄鋼
關(guān)鍵詞:穩(wěn)流壓機(jī)風(fēng)機(jī)

謝婭妮,袁鑄鋼

(濟(jì)南大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250022)

水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的典型工況模板劃分

謝婭妮,袁鑄鋼

(濟(jì)南大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250022)

為便于分析具有非線性、多變量的水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的變化范圍,提出了一種穩(wěn)流倉工況辨識(shí)方法。在水泥聯(lián)合粉磨輥壓機(jī)預(yù)粉磨環(huán)節(jié)工藝及機(jī)理分析基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù),借助MATLAB,給出各相關(guān)變量間三維曲線圖,據(jù)此確定相關(guān)變量與穩(wěn)流倉料位的隸屬關(guān)系,給出了工況模板。仿真驗(yàn)證了所提工況模板的有效性。

水泥聯(lián)合粉磨;穩(wěn)流倉;工況模板;三維曲線圖

輥壓機(jī)預(yù)粉磨是水泥聯(lián)合粉磨的核心環(huán)節(jié)之一,主要由穩(wěn)流倉和輥壓機(jī)兩部分組成。輥壓機(jī)的工作效率對(duì)預(yù)粉磨效果至關(guān)重要[1],穩(wěn)流倉料位對(duì)輥壓機(jī)效率影響巨大,必須在合適范圍內(nèi)變化,輥壓機(jī)才能正常、高效地運(yùn)轉(zhuǎn),從而保證整個(gè)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。影響穩(wěn)流倉料位的主要因素有前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和喂料量,它們的動(dòng)態(tài)變化,將會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)流倉的料位及顆粒搭配的變化。穩(wěn)流倉料位的穩(wěn)定與否及物料的顆粒搭配是否合理是輥壓機(jī)能否達(dá)到最佳擠壓效果的關(guān)鍵。因此,對(duì)穩(wěn)流倉料位工況模板進(jìn)行研究,以期將具有非線性、多變量的預(yù)粉磨過程進(jìn)行分區(qū)域、分段線性化處理,建立精確數(shù)學(xué)模型,為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流倉的組合控制奠定基礎(chǔ)。

水泥聯(lián)合粉磨是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)[2],國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究,取得了一系列成果。如文獻(xiàn)[3]對(duì)球磨機(jī)的振動(dòng)信號(hào)和料位之間的機(jī)理關(guān)系進(jìn)行分析,選用以振動(dòng)信號(hào)作為樣本數(shù)據(jù)的適合于描述非線性時(shí)變系統(tǒng)的T-S模糊模型作為球磨機(jī)料位測(cè)量的模型;文獻(xiàn)[4]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn),粗略劃分出工況模板,建立了水泥聯(lián)合粉磨的T-S模糊模型;文獻(xiàn)[5]對(duì)水泥聯(lián)合粉磨工藝進(jìn)行了分析,給出了水泥聯(lián)合粉磨的T-S模型。然而實(shí)際應(yīng)用中,文獻(xiàn)[3-5]建模時(shí)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行的是模糊劃分,然而其模糊前件參數(shù)的建立也是不清晰的,很難達(dá)到良好的建模效果。

圖1 工藝流程圖

本文提出了一種穩(wěn)流倉工況辨識(shí)方法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及工藝分析,利用各變量與穩(wěn)流倉料位的三維曲線圖的隸屬關(guān)系得出穩(wěn)流倉料位的典型工況模板,通過仿真驗(yàn)證了所提方法的正確性和有效性。

1 水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)工藝及變量選取

1.1 水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)工藝

半終粉磨工藝如圖1所示。

圖1中,熟料、礦渣、檸檬酸渣等原材料按照一定配比混合的物料經(jīng)皮帶機(jī)進(jìn)入穩(wěn)流倉[6],緩沖后穩(wěn)定地進(jìn)入輥壓機(jī)進(jìn)行輥壓,大顆粒的物料被破碎,然后再由入磨提升機(jī)進(jìn)入V選,粗略選粉后較粗的物料重新進(jìn)入穩(wěn)流倉進(jìn)行循環(huán)。V選選出的略細(xì)物料進(jìn)入前選粉機(jī)繼續(xù)分選,分選后更細(xì)的物料在循環(huán)風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)入混料機(jī),前選粉后的粗物料進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨。經(jīng)球磨機(jī)粉磨后的物料,一部分經(jīng)收塵器直接進(jìn)入混料機(jī),另一部分在出磨提升機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)入后選粉機(jī)進(jìn)行分選,較粗的物料進(jìn)入球磨機(jī)繼續(xù)進(jìn)行研磨,較細(xì)的物料經(jīng)收塵器進(jìn)入混料機(jī)。進(jìn)入混料機(jī)的物料與礦粉混合后進(jìn)入水泥庫。

根據(jù)圖1的工藝流程,假設(shè)球磨機(jī)終粉磨環(huán)節(jié)保持恒定,輥壓機(jī)功率一般情況下是固定的,壓力也是固定的,可假設(shè)穩(wěn)流倉出口端固定,輥壓機(jī)電流、入磨提升機(jī)電流固定,故穩(wěn)流倉料位只考慮入口端變量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝和操作員經(jīng)驗(yàn),可假設(shè)V選粉機(jī)轉(zhuǎn)速是固定不變的,那么影響穩(wěn)流倉料位的因素就是喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

1.2 變量的選取

根據(jù)以上分析,喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)穩(wěn)流倉料位的影響如表1所示。

表1 水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的影響因素

由表1可知,對(duì)穩(wěn)流倉料位影響很大的變量是喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),其歷史曲線如圖2所示。n為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。由圖2可知,選取的4個(gè)變量確實(shí)存在著一定的變化關(guān)系。

圖2 歷史實(shí)時(shí)曲線變化趨勢(shì)圖

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

因?yàn)槁?lián)合粉磨屬于流程工業(yè),所以其數(shù)據(jù)變化具有連續(xù)性。為避免噪聲對(duì)穩(wěn)流倉料位工況劃分的影響,本節(jié)將采用滾動(dòng)濾波對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。

滾動(dòng)濾波可表示為:

(1)

其中:xi為第i個(gè)經(jīng)過濾波后的值,xj為采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。文中n=5,即每次選取5個(gè)數(shù)據(jù)的平均值。

圖2經(jīng)滾動(dòng)濾波后的曲線如圖3所示。

從圖中可看出,當(dāng)喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí),循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)穩(wěn)流倉料位有很大的影響;當(dāng)喂料量、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變時(shí),前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位有很大的因果關(guān)系;當(dāng)循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí),喂料量與穩(wěn)流倉料位存在很大的相關(guān)性。

3 穩(wěn)流倉料位工況模板的劃分

本文選取了連續(xù)變化的100組數(shù)據(jù),進(jìn)行三維曲線圖的繪制,研究喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速3個(gè)參考變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系。

需要特別說明的是,輥壓機(jī)在運(yùn)行過程中易發(fā)生物料離析現(xiàn)象[7],細(xì)顆粒物料的混雜易導(dǎo)致輥壓機(jī)出現(xiàn)紐振現(xiàn)象[8]。據(jù)測(cè)量系統(tǒng)顯示,輥壓機(jī)輥縫在35mm~45mm之間進(jìn)行有規(guī)律變化,兩主電機(jī)的運(yùn)行電流也同時(shí)進(jìn)行有規(guī)律變化。

圖3 滾動(dòng)濾波后局部放大圖

當(dāng)輥縫≤39mm時(shí),輥壓機(jī)的活動(dòng)輥電流為41.3A,輥壓機(jī)功率低,輥壓效果差。當(dāng)40mm≤輥縫≤41mm時(shí),輥壓機(jī)活動(dòng)輥電流為41.3A~42A時(shí),輥壓機(jī)功率正常,輥壓效果一般。當(dāng)41mm≤輥縫≤43mm時(shí),輥壓機(jī)活動(dòng)輥電流為43A~45A時(shí),輥壓機(jī)功率高,輥壓效果好。當(dāng)輥縫>43mm時(shí),輥壓機(jī)活動(dòng)輥電流>45A時(shí),輥壓機(jī)功率雖然較高,但由于許多細(xì)料得不到輥壓,直接落下,輥壓效果差。

由此可見,通過調(diào)整原始輥縫可以改變輥壓機(jī)輥縫的變化范圍,進(jìn)而消除輥壓機(jī)的異常現(xiàn)象。輥縫的大小與穩(wěn)流倉料位的有關(guān)。當(dāng)料位在某一個(gè)范圍時(shí),輥縫正常,兩主電機(jī)的運(yùn)行電流漸趨平穩(wěn)正常,異?,F(xiàn)象消失。

合理地控制料位能夠保證輥壓機(jī)達(dá)到過飽和喂料要求,且使物料顆粒級(jí)配更加合理,從而避免因稱重倉料位的波動(dòng)而影響輥壓機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),避免造成輥壓后料餅質(zhì)量的較大波動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析,無離析區(qū)間料位作為系統(tǒng)平衡段,將倉內(nèi)料位控制在無離析區(qū)間以內(nèi),嚴(yán)格控制給料量以穩(wěn)定料位,可在此基礎(chǔ)上微調(diào)原始輥縫,稍稍減少調(diào)整墊板厚度,以達(dá)到最好擠壓效果。而穩(wěn)流倉料位調(diào)的過低或過高,輥壓機(jī)上方不能形成穩(wěn)定的料柱,使稱重倉失去靠物料重力強(qiáng)制喂料的功能,易造成輥縫偏差大引起跳停[9]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的觀察和數(shù)據(jù)分析,穩(wěn)流倉料位控制在42.58%~48.79%區(qū)間,物料無離析,輥壓機(jī)效果最好。

3.1 喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關(guān)系

橫軸 、縱軸分別為喂料量和前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速,豎軸為穩(wěn)流倉料位,進(jìn)行三維曲線圖的繪制。根據(jù)三維曲線圖的變化關(guān)系劃分出AC、CD兩段,仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系

由圖4可知,前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速變化很小時(shí),喂料量增加,穩(wěn)流倉料位增加;喂料量變化很小時(shí),前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速增加,穩(wěn)流倉料位降低。由AC變化,喂料量幾乎不變時(shí),穩(wěn)流倉料位的變化與前選粉機(jī)的變化呈現(xiàn)很大的非線性關(guān)系,穩(wěn)流倉料位變化很大。由CD變化,喂料量幾乎不變時(shí),穩(wěn)流倉料位的變化與前選粉機(jī)的變化呈現(xiàn)近似線性關(guān)系。

為了更精確地劃分模板,需在AC間插入一個(gè)點(diǎn)M。

基于上述分析得,穩(wěn)流倉料位在42.58%~48.79%變化時(shí),輥壓效果最好。在AC間,穩(wěn)流倉料位波動(dòng)很大(大于8%),占總體區(qū)間的一半還多,并且在AC區(qū)間呈現(xiàn)很大的非線性關(guān)系。

喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關(guān)系如表2所示。

表2 變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系

3.2 喂料量、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關(guān)系

橫軸 、縱軸分別為喂料量和循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,豎軸為穩(wěn)流倉料位,進(jìn)行三維曲線圖的繪制。劃分出AB、BC、CD段,仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系

由圖5可知,循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化很小時(shí),喂料量增加,穩(wěn)流倉料位增加;喂料量變化很小時(shí),循環(huán)風(fēng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速增加,穩(wěn)流倉料位降低。由AB、BC、CD變化的分析過程與3.1節(jié)中一致,在此不再贅述。

為了更精確地劃分模板,在AB間插入一個(gè)點(diǎn)E。其解釋原因可參見3.1節(jié)。

喂料量、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關(guān)系如表3所示。

表3 變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系

3.3 前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關(guān)系

橫軸 、縱軸分別為前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,豎軸為穩(wěn)流倉料位,進(jìn)行三維曲線圖的繪制。劃分出AB、BC、CD段,仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 變量與穩(wěn)流倉料位的關(guān)系

由圖6可知,循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化很小時(shí),前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速增加,穩(wěn)流倉料位降低;前選粉機(jī)變化很小時(shí),循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加,穩(wěn)流倉料位降低。由AB、BC、CD變化的分析過程與3.1節(jié)中一致,在此不再贅述。

為了更精確地劃分模板,在AB間插入一個(gè)點(diǎn)N。其解釋原因可參見3.1節(jié)。

前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關(guān)系如表4所示。

表4 變量與穩(wěn)流倉料位關(guān)系

根據(jù)喂料量、前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位之間的關(guān)系,并結(jié)合前述變量間三維圖曲線圖進(jìn)行分析,得出穩(wěn)流倉料位的工況模板如表5所示。

表5 穩(wěn)流倉料位工況模板

4 仿真分析

另取一段時(shí)間的涵蓋全工況的歷史數(shù)據(jù),通過滾動(dòng)濾波后得到100組數(shù)據(jù),作為待驗(yàn)證的樣本數(shù)據(jù)。具體方式如前所述。

橫軸為喂料量,縱軸分別為前選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,豎軸為穩(wěn)流倉料位,進(jìn)行三維曲線圖的繪制。仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 穩(wěn)流倉料位工況模板驗(yàn)證圖

由圖7中的曲線所示,以圖中的A點(diǎn)為例,可以看出其所對(duì)應(yīng)的變量值為(181.0,728.6,39.05),(181.0,1 599.0,39.05),這位于表5中的工況1,符合本文中的工況模板,其他工況的驗(yàn)證方法與此類似。所以該工況模板劃分是正確有效的。

5 結(jié) 語

研究水泥聯(lián)合粉磨的穩(wěn)流倉料位變化范圍,在預(yù)粉磨環(huán)節(jié)工藝及該環(huán)節(jié)機(jī)理分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù),提出了一種穩(wěn)流倉工況的辨識(shí)方法,給出了各相關(guān)變量間三維曲線圖,確定相關(guān)變量與穩(wěn)流倉料位的隸屬關(guān)系,解決了辨識(shí)過程中前件參數(shù)劃分的模糊化問題,建立了工況模板。仿真結(jié)果表明所提的方法是正確和有效的。

本文僅僅研究了水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位工況模板的劃分,下一步將所提方法應(yīng)用于聯(lián)合粉磨中磨機(jī)負(fù)荷、水泥質(zhì)量等環(huán)節(jié)的工況模板劃分中,從而建立整個(gè)聯(lián)合粉磨的工況模板,為后續(xù)水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)過程的精確控制奠定了基礎(chǔ)。

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Division of Typical Working Condition Templates For Fill Level in Weighing Warehouse of Combined Cement Grinding

XIE Yani, YUAN Zhugang

(University of Jinan, Jinan 250022, China)

In order to analyze the range change of fill level in weighing warehouse of combined grinding system, which is nonlinear and multi-variable, this paper proposes a method to identify the working condition of weighing warehouse. The approach is based on the pre-grinding technology and mechanism of cement combined grinding roller and the collected date from the field. The three-dimensional curves of the relevant variables are drawn up by using MATLAB and the relationship between fill level of weighing warehouse and related variables is confirmed. Finally, the working condition templates is obtained. The simulation results show the effectiveness of the proposed templates.

cement combined grinding; weighing warehouse; working condition templates; three-dimensional curves

2016-09-19

謝婭妮(1988-),女,山東煙臺(tái)人,在讀碩士研究生,主要從事流程工業(yè)自動(dòng)化方面的研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.01.016

TP273

A

1674-5403(2017)01-0056-06

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