1      概述

針對水泥熟料生產(chǎn)裝置復(fù)雜的控制難題采用傳統(tǒng)控制方法無法實現(xiàn)或無法穩(wěn)定實現(xiàn)自動控制的狀況，《卡斯特水泥生產(chǎn)裝置先進控制系統(tǒng)》，采用多變量預(yù)估、無模型自適應(yīng)等先進控制技術(shù)，針對傳統(tǒng)復(fù)雜控制難題而開發(fā)的一種新型智能控制軟件產(chǎn)品；該系統(tǒng)簡單易用卻包含了抗滯后、多變量、非線性等豐富的特殊控制功能，不僅能夠滿足水泥熟料生產(chǎn)復(fù)雜的自動控制需求，而且具有廣泛的適用性，為水泥生產(chǎn)企業(yè)向智能工廠和智慧化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變提供了強有力的工具。

該產(chǎn)品依據(jù)系統(tǒng)工程的設(shè)計思想，以尋求整個水泥生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運行為核心目標，包含了用于控制水泥熟料生產(chǎn)中的燒成（包括分解爐、篦冷機）、原料磨、煤磨和水泥磨等多個子系統(tǒng)及余熱發(fā)電子系統(tǒng)。本項目有效抑制了生料組分、煤質(zhì)等隨機變化因素對水泥生產(chǎn)過程的擾動，實現(xiàn)了水泥熟料生產(chǎn)裝置的均質(zhì)穩(wěn)定。從而達到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗，穩(wěn)定和延長了設(shè)備使用壽命。

2      水泥熟料控制應(yīng)用的現(xiàn)狀

n   ·生產(chǎn)運行操作粗放，嚴重依賴操作經(jīng)驗

n   ·生產(chǎn)工質(zhì)惡劣，基礎(chǔ)自動化的維護水平不足

n   ·DCS普遍應(yīng)用與自動控制應(yīng)用不足的矛盾突出

n   ·以往自動控制應(yīng)用不理想，而國外的自控系統(tǒng)水土不服

n   ·原、燃料特性波動大

3      水泥生產(chǎn)先進控制的定位

卡斯特水泥先控軟件功能

4      典型生產(chǎn)過程的變量關(guān)系

固態(tài)粉塵介質(zhì)，需要風-煤-料動態(tài)平衡

5      對自動控制技術(shù)的挑戰(zhàn)

n   解決方案 面向水泥熟料生產(chǎn)過程特有的固態(tài)顆粒介質(zhì)、突變擾動等特性

n   自適應(yīng)能力 有效應(yīng)對原、燃料等特性的隨機變化

n  擾動抑制能力 有效抑制來自設(shè)備運行、傳感器與執(zhí)行器異常等方向的各種隨機擾動，解決燃燒-溫度過程中存在大滯后、大慣性、非線性等復(fù)雜特征

n   多變量控制能力 有效應(yīng)對預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、磨機、余熱發(fā)電等各子系統(tǒng)間的相互制約

n   儀表容錯能力 有效解決傳感器、執(zhí)行器運行的不確定性

n   安全性和連續(xù)性 確保在全工況下的安全生產(chǎn)，消除誤操作，實現(xiàn)低維護量、高自控投運率

6     先控系統(tǒng)成熟的標志

n   生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性

適用不同規(guī)模熟料生產(chǎn)線

n   原燃料適應(yīng)性

適用同一礦山品位的任意波動、不同礦山原料任意組合

n   生產(chǎn)裝置及儀器儀表適應(yīng)性

適用不同生產(chǎn)設(shè)備、工藝，及現(xiàn)場的各種傳感器-執(zhí)行器配置

n   自動控制運行的投運率

無需頻繁的人工干預(yù)、無需繁瑣的參數(shù)調(diào)整前提的長期連續(xù)穩(wěn)定運行

7      卡斯特先進控制的理念

n   控制原則：整體穩(wěn)定,系統(tǒng)最優(yōu)

n   控制品質(zhì)的評判：消除偏差→動態(tài)平衡

n   從系統(tǒng)全局的角度決策局部的操作動作

n   不同工序和不同工況需要不同的操作手法——動作行為方式的配套與轉(zhuǎn)          換

n   自動跟隨過程特性的變化并對應(yīng)合理的操作動作（在恰當?shù)臅r間做適合的操作）

8      卡斯特先進控制的實現(xiàn)

設(shè)計原則

n   應(yīng)用處于國際領(lǐng)先地位的無模型自適應(yīng)控制技術(shù) ，提供持續(xù)穩(wěn)定的操作品質(zhì)

n   避繁就簡，穩(wěn)住影響煅燒質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，區(qū)域控制，總體協(xié)調(diào)，實現(xiàn)裝置整體穩(wěn)定運行

n   適應(yīng)工況、原燃料成分變化，保證高投運率

n   充分尊重原有操作習(xí)慣

n   適應(yīng)儀表和執(zhí)行機構(gòu)變化，確保生產(chǎn)安全

n   在線安裝調(diào)試、工程周期短，不影響生產(chǎn)運行

n   維護簡易，遠程服務(wù)，實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行

9      新型干法水泥工藝流程

10  安全運行保障

10.1   安全操作保障

獨立的先控站配置不影響原有DCS/PLC控制系統(tǒng)運行

當水泥先控自動運行與手動操作雙向無擾切換

由操作員站負責水泥先控功能的投切

一鍵式緊急解列水泥先控功能的運行

系統(tǒng)異常時自動解列水泥先控功能的運行

10.2   運行安全保障

手-自動無擾切換

閥位限幅 / 限速安全保護功能

約束控制技術(shù)保障主要質(zhì)量變量的波動區(qū)間

分解爐運行手-自動控制比較

手動：

自動：

窯頭負壓手-自動控制比較

手動：

自動：

篦冷機運行手-自動控制比較

手動：

自動：

分解溫度的智能調(diào)節(jié)

斷煤擾動的抑制

斷煤、跑煤復(fù)合擾動的抑制

11  卡斯特水泥先進控制的特點

動態(tài)平衡· 協(xié)調(diào)兼顧

儀表容錯、突變響應(yīng)、異常擾動處置；區(qū)域控制、總體協(xié)調(diào)；區(qū)別工況、預(yù)判操作；前后關(guān)聯(lián)、總體穩(wěn)定

投運率高· 安全可靠

自適應(yīng)原料和煤種變化，跟隨產(chǎn)量變化，傳感器與執(zhí)行器容錯，投切方便，先控站異常自動解列

在線調(diào)試· 獨立運行

基于現(xiàn)場總線通訊的水泥先控站獨立于DCS/PLC控制系統(tǒng)運行，對原有設(shè)備和儀表無特殊要求，安裝與調(diào)試無需停產(chǎn)

短工程期· 低工程量

在線安裝調(diào)試不影響正常生產(chǎn)，無需長時間參數(shù)配置和整定過程

自適應(yīng)控制減少對控制器參數(shù)維護的依賴

操作方便· 維護便捷

充分尊重操作習(xí)慣，容易理解，操作簡單，維護方便

先進調(diào)節(jié)· 優(yōu)化平臺

以MFA無模型自適應(yīng)控制技術(shù)為核心構(gòu)建的先進調(diào)節(jié)控制功能，真正突破了PID等傳統(tǒng)控制技術(shù)的局限性，有效解決水泥燒成過程中的多變量、大滯后、非線性、時變等控制難題，并為生產(chǎn)線優(yōu)化運行建立了便利的平臺

12  卡斯特水泥先進控制應(yīng)用效果

熟料燒成系統(tǒng)整體平穩(wěn)

關(guān)鍵過程變量的波動幅度減小2～3倍

擾動收斂的時間縮短

延長設(shè)備使用周期

長期穩(wěn)定高投運率

不同工況的不同對策與行為方式

傳感器與執(zhí)行器容錯功能提高過程適應(yīng)性

運行操作行為規(guī)范統(tǒng)一

操作行為比手動更精細、及時、同步、平滑，預(yù)估能力增強

降低操作強度，使操作員集中精力關(guān)注質(zhì)量，實現(xiàn)協(xié)調(diào)操作

操作規(guī)范統(tǒng)一，及時與精細化

質(zhì)量穩(wěn)定節(jié)能降耗

熱工制度穩(wěn)定，操作平緩，為穩(wěn)定煅燒質(zhì)量提供優(yōu)質(zhì)條件

充分發(fā)揮優(yōu)良設(shè)備的生產(chǎn)效能

13  先進控制的效益評估

水泥生產(chǎn)先進控制系統(tǒng)通過裝置的綜合動態(tài)平衡，實現(xiàn)了料、煤、風的精細協(xié)調(diào)控制操作，穩(wěn)定了熱量回收，大幅度縮小了被控對象的波動范圍。一次性投資，在設(shè)備的生命期內(nèi)長期受益,生產(chǎn)全過程綜合能耗指標下降2-3%；其經(jīng)濟效益具體體現(xiàn)在如下幾個方面：

n   穩(wěn)定熱工制度；

n   節(jié)能降耗；

n   提高產(chǎn)品品質(zhì)；

n   提高成品率；

n   提高勞動生產(chǎn)率；

n   延長設(shè)備壽命；

n   優(yōu)化生產(chǎn)流程；

 先進控制通過回轉(zhuǎn)窯-分解爐-預(yù)熱器各級溫度、壓力、成分實時測量結(jié)果實施空燃比控制，抑制來自風-煤-料各個環(huán)節(jié)的擾動影響，避免偏燒，提高燃煤使用效率，在操作層面實現(xiàn)節(jié)能降耗的經(jīng)濟運行。

先進控制技術(shù)、信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，使水泥熟料生產(chǎn)從粗放型生產(chǎn)向精細化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變邁出了堅實的一步

系統(tǒng)的投用，使水泥熟料燒成系統(tǒng)最大可能地運行在最佳燃燒狀態(tài)，提高了燃燒效率，減少了有害氣體（一氧化碳和氮氧化物）的排放；從而在保障現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模的前提下，節(jié)能減排目標的實現(xiàn)

通過本系統(tǒng)的應(yīng)用，可以使現(xiàn)場操作工從枯燥的重復(fù)性勞動中解放出來，勞動強度有較大幅度地降低

通過本系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)備運行更平穩(wěn)，消除誤操作的影響，有效延長設(shè)備的安全生產(chǎn)運行周期

 由于生產(chǎn)線主要工藝參數(shù)穩(wěn)定，提高了高標號水泥的成品率，此外對于保持生產(chǎn)設(shè)備的良性運轉(zhuǎn)大有裨益。

14  水泥先進控制工程概要

n   擴展先進控制站

   安裝運行水泥先進控制軟件的計算機設(shè)備，后臺運行方式

   建立先控站與DCS/PLC控制系統(tǒng)的雙向通訊，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)交換

n   調(diào)整執(zhí)行器輸出邏輯

   對執(zhí)行器操作變量配置“手動-先控”軟開關(guān)

   建立WDT監(jiān)視保護邏輯

n   增加操作站配套功能

   在現(xiàn)有操作站顯示界面，對實施水泥先控控制的過程配置“手動-先控”開關(guān)、設(shè)定值顯示和修改等界面，健全對自動控制部分的管理手段

15  先控應(yīng)用對管理的挑戰(zhàn)

n   局部考核指標與整體均質(zhì)穩(wěn)定的矛盾

實例：磨機的臺時考核指標與磨粉細度的矛盾

n   運行操作從關(guān)注關(guān)鍵變量參數(shù)向關(guān)注整體均衡運行的轉(zhuǎn)變

對操作人員的要求提高，更多關(guān)注工藝運行的工況

n   從操作優(yōu)化向工藝優(yōu)化升級

生產(chǎn)過程管理及優(yōu)化

n 資源配置優(yōu)化 — (規(guī)劃力— 腦)

n 根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)量 、質(zhì)量目標優(yōu)化原料配方和煤質(zhì)配方

n 依據(jù)原料配方和煤質(zhì)配方優(yōu)化裝置參數(shù)配置

n 操作運行優(yōu)化 — (執(zhí)行力— 手)

n 根據(jù)裝置參數(shù)配置，穩(wěn)定裝置運行

n 依據(jù)參數(shù)的優(yōu)化配置，實現(xiàn)卡邊控制， 使參數(shù)配置優(yōu)化得以實現(xiàn)促進資源配置優(yōu)化

16  先控站與DCS系統(tǒng)

基于工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線,連接各種主流的DCS/PLC的系統(tǒng)嵌入技術(shù)

使用DCS/PLC操作員站的操作顯示界面，維持傳統(tǒng)操作習(xí)慣

典型連接示意圖：

17  技術(shù)支持和服務(wù)

17.1   進度

在DCS組態(tài)與通訊階段，由于DCS的特性所致有可能需要停機下裝軟件，除此之外在控制系統(tǒng)安裝調(diào)試期間全程不影響正常的水泥熟料生產(chǎn)。

DCS組態(tài)與通訊調(diào)試可能影響正常水泥熟料生產(chǎn)的最大累積時間不超過2小時，且不會造成工藝與設(shè)備事故。充分保證企業(yè)的安全、正常連續(xù)生產(chǎn)。

17.2   現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)

我方將根據(jù)項目實際需要和工程進度安排，向用戶項目實施地派駐合格的現(xiàn)場服務(wù)人員，完成我方所提供產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝調(diào)試、使用培訓(xùn)等工作。

17.3   技術(shù)培訓(xùn)

為使合同設(shè)備能正常安裝、調(diào)試和運行，我方提供相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)，并在培訓(xùn)前向用戶提交培訓(xùn)計劃及相應(yīng)的技術(shù)資料。

培訓(xùn)內(nèi)容包括：設(shè)備工作原理及性能結(jié)構(gòu)特點；安裝調(diào)試應(yīng)注意的事項，設(shè)備操作、運行和維護方法，確保招標方有關(guān)技術(shù)人員能獨立完成。

培訓(xùn)工作在項目的運行現(xiàn)場，培訓(xùn)時間不少于4個工作日。

17.4   遠程服務(wù)

在公司內(nèi)部，建立了功能強大的基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程服務(wù)平臺，以便于為用戶提供及時高效的服務(wù)。

18  專利和雙軟認證