APC水泥優(yōu)化控制應(yīng)用
水泥行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
國(guó)家對(duì)水泥行業(yè)節(jié)能降耗和環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格
很多國(guó)外水泥生產(chǎn)線把優(yōu)化系統(tǒng)作為建廠的標(biāo)配
優(yōu)化控制系統(tǒng)應(yīng)用
傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)
模糊邏輯控制系統(tǒng)
專家控制系統(tǒng)
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控系統(tǒng)
仿真控制
優(yōu)化控制系統(tǒng)介紹
模糊控制
模糊控制基于模糊集理論，模擬人的近似推理和決策過(guò)程。自1974年Mamdani成功地將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于高爐和蒸汽機(jī)的控制以來(lái)獲得了迅猛發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)，特別是在工業(yè)窯爐、石油化工等復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用成果顯著。1978年，丹麥學(xué)者Larsen首次為一條濕法水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)的一套模糊控制器取得了成功，由此開(kāi)辟了應(yīng)用模糊控制實(shí)現(xiàn)水泥回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制的新途徑，而1981年Holmblad等人研制的濕法水泥回轉(zhuǎn)窯模糊控制器，使窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到80～85%，燃料消耗減少4～5%，產(chǎn)品質(zhì)量也有明顯提高。目前國(guó)際上不少儀表制造公司已把模糊控制技術(shù)應(yīng)用在DCS系統(tǒng)中。1995年，F(xiàn)isher Rosemount公司設(shè)計(jì)了可在PROVOX和RS3分布式過(guò)程控制系統(tǒng)上運(yùn)行的智能模糊邏輯控制器。
專家控制
對(duì)于任何一個(gè)有效的工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都不能由控制理論單獨(dú)解決，它都隱含著人的重要啟發(fā)式邏輯推理?；诖?，專家控制將專家系統(tǒng)技術(shù)和控制理論相結(jié)合，吸收了專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，將專家對(duì)被控對(duì)象的真知灼見(jiàn)、控制技巧和直覺(jué)邏輯推理融入了控制策略中。在這方面，日本、美國(guó)和歐洲走在了世界的前列。從70年代開(kāi)始，日本率先將專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。到80年代，日本鋼管公司福山廠建立起了高爐控制專家系統(tǒng)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，引發(fā)了把人工智能技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制特別是冶金工業(yè)的熱潮。在英國(guó)，LINKman系統(tǒng)對(duì)水泥窯生產(chǎn)過(guò)程的控制和管理作用顯著，既提高了經(jīng)濟(jì)效率，減少了環(huán)境污染，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)商品化?？梢哉f(shuō)它是專家控制在工業(yè)上成功應(yīng)用的典范。再如，美國(guó)的Foxboro公司在1987年時(shí)就已把PID專家自校正控制方法應(yīng)用于分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)試圖模擬人的形象思維以及學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)的能力。它在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，不像前兩者那樣發(fā)展迅猛，這主要是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制高度依賴于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所提供的大量訓(xùn)練樣本，而這些樣本的有效性、可靠性直接影響到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的性能，而且訓(xùn)練算法的可實(shí)現(xiàn)性也是影響其實(shí)用化的重要因素。但盡管如此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用還是獲得了巨大成功。美國(guó)NEURAL公司1991年開(kāi)發(fā)成功的"智能電弧爐"（IAF）就是一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制電爐的新方法，已取得美國(guó)的專利。IAF將傳統(tǒng)控制方法與改善功率因素合并起來(lái)，使電能消耗減少8%，使電極消耗減少75%，而生產(chǎn)能力增加12%，到降低鋼鐵廠的生產(chǎn)成本。它只需10分鐘的時(shí)間去學(xué)習(xí)電爐的運(yùn)作情況，監(jiān)視電爐，觀察舊控制器的控制行動(dòng)，并評(píng)價(jià)這些控制行動(dòng)的效果。該系統(tǒng)具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能，解決了長(zhǎng)期困惑電爐控制系統(tǒng)的技術(shù)難題，在技術(shù)上取得重大突破。
APC優(yōu)化控制系統(tǒng)
APC(Advanced Process Control)
PAVILION-ROCKWELL
平臺(tái)軟件：PAVILION8
商用的、通用的動(dòng)態(tài)、非線性、多變量模型預(yù)測(cè)控制器（MPC）
已經(jīng)在化工聚合物等方面有很多成功案例
APC優(yōu)化控制原理-神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)
APC水泥優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用
控制回路：APC優(yōu)化共投入了5個(gè)輸出控制回路
1.分解爐喂煤
2.窯頭喂煤
3.高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)
4.入窯喂料量的調(diào)節(jié)
5.窯轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)
受控變量包括
分解爐出口溫度、預(yù)熱器氧氣含量、燒成帶溫度、窯NOx化物濃度、窯電流、窯喂料與窯電流比例、熟料游離鈣
APC 功能設(shè)計(jì)
|
CVs:
Stage 5 exit temperature
Pre-calciner Temperature
Tower exit O2
Tower exit CO
Stage 5 exit O2
Stage 5 exit CO
Kiln NOX
Kiln CO
Kiln drive amps
Feed to Speed ratio
Stage 1 Exit Temp
Kiln outlet Pressure
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MVs:
Kiln Feed Rate
Kiln Speed
ID Fan
Kiln Fuel Feed
Pre-calciner Fuel Feed
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TAYNINH 項(xiàng)目工作計(jì)劃
TAYNINH 項(xiàng)目工作內(nèi)容
oOff Site
-Function Design Specification and review
-Create steady-state models
-Create dynamic models
-Use simulator to tune controller off-line
-Remote controller tuning and trouble shooting
-As-build documents
oOn Site
-Install on-line Pavilion8 Controller components and Data collection
-Kick-off / Plant test
-DCS Configuration
-Commission Controller
-Controller tuning on-line
-Evaluate and results audit
模型建立過(guò)程
oComplete flexibility to develop offline and online datasets
oRealtime setpoint control and optimization
模型處理過(guò)程
RAE Overview
化驗(yàn)室非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理VOA
What is a VOA or Soft Sensor® ?
A computer program that accurately predicts Lab analysis values as a function of the plant variables
[Page]
原始采集數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)預(yù)處理
建立模型
模型分析
模型分析處理
Can remove outliers with Cut Box tool
Evaluate First!
動(dòng)態(tài)模型調(diào)整
[Page]
DCS 組態(tài)及人機(jī)界面
系統(tǒng)投入運(yùn)行結(jié)果
1.分解爐溫度自動(dòng)控制
|
|
手動(dòng) |
APC自動(dòng) |
STD減少 |
|
溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差 | |||
|
6.4 |
3 |
53.1% |
2. 窯頭喂煤自動(dòng)化控制與喂料比的最大化
|
|
手動(dòng) |
APC自動(dòng) |
STD減少 |
|
游離鈣標(biāo)準(zhǔn)偏差 |
0.65 |
0.076 |
88.3% |
|
|
手動(dòng) |
APC自動(dòng) |
STD減少 |
|
燒成溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差 |
57.7 |
38.9 |
32.5% |
3.窯尾高溫風(fēng)機(jī)(ID風(fēng)機(jī))的自動(dòng)控制
控制器的控制策略控制預(yù)熱器的氧含量盡量低并保證窯的CO控制在安全值之下，這樣同時(shí)也減低了熱耗，達(dá)到節(jié)能的效果。
4.窯轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制
當(dāng)窯喂料達(dá)到自動(dòng)控制控制后，我們同時(shí)也可以使窯轉(zhuǎn)速做相應(yīng)的自動(dòng)控制，以使窯轉(zhuǎn)速與窯喂料之比保持穩(wěn)定。按照這種控制策略進(jìn)行的窯轉(zhuǎn)速和窯喂料控制曲線如下圖
優(yōu)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施
控制系統(tǒng)對(duì)儀表的要求
高溫氣體分析儀
比色高溫計(jì)
游離鈣測(cè)定（熒光分析儀）
特點(diǎn)與效益總結(jié)
1.實(shí)現(xiàn)了窯系統(tǒng)的全自動(dòng)控制（配合篦冷機(jī)的18個(gè)PID控制回路）
2.穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程如分解爐溫度、燃燒帶溫度
3.提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低游離氧化鈣波動(dòng)，提高其合格率
4.降低能耗
5.降低操作工勞動(dòng)強(qiáng)度
6.提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和壽命
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