馮海濤：針對水泥行業(yè)的先進自動化控制解決方案

  ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)是ABB內(nèi)部定位的先進自動化控制軟件平臺，就是通常說的ABC平臺，它在全球的范圍內(nèi)已經(jīng)有超過四百個安裝的案例，在每年的過程控制行業(yè)有超過30個新項目訂單，同時在2008年的全球能源會議還獲得了在節(jié)約能源方面的技術(shù)創(chuàng)新獎，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針對水泥工業(yè)的專家優(yōu)化系統(tǒng)，除此之外，針對水泥行業(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)、自動化實驗室系統(tǒng)。ABB在水泥行業(yè)有非常多的產(chǎn)品線，以及針對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)的一個基本的工業(yè)流程，這是一個簡化的框圖，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。之所以把這兩個理念分開說，是因為這是專家優(yōu)化系統(tǒng)的一個關(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）

通用計算（算法，布爾數(shù)學(xué)體系）

狀態(tài)評估機制（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.評估位置（測點）估算系統(tǒng)狀態(tài)

2.預(yù)測未來的動向（數(shù)學(xué)算法，優(yōu)化）

3.實施第一個動作（新的執(zhí)行機構(gòu)設(shè)定值）

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

三、技術(shù)的運用

  當(dāng)然，所有的技術(shù)都是工具，重點還是如何運用

  ABB擁有在水泥行業(yè)數(shù)十年的經(jīng)驗，與多個水泥集團及科研機構(gòu)聯(lián)合開發(fā)，可以使用這些先進的控制技術(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，篦冷機控制，水泥磨控制。

1、窯，分解爐和篦冷機優(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，分解爐及篦冷機優(yōu)化--監(jiān)控測點及控制點

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

測量點：分解爐溫度；氧氣及一氧化碳含量；比色高溫計，窯主電機轉(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

降低原料堆場中物料的成分波動

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)果控制均化物料進入粉磨；模型預(yù)估控制；模型 （取料機動態(tài)模型、輸送延遲、化學(xué)成分波動模型控制變量）；取料機設(shè)定；控制添加輔料喂料稱。

（2）物料粉磨--磨機優(yōu)化控制

技術(shù)：模型預(yù)估控制；降低生產(chǎn)波動；模型（執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)模型， 輸送延遲模型，選粉機模型， 易磨性模型）

測點變量：磨盤電機功率，差壓測點，溫度，產(chǎn)品細(xì)度

控制變量：喂料量，選粉機轉(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：3%-5%

降低電耗：3%-5%

減少質(zhì)量波動：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)化項目投入運行前后對比

  EO切換在線前后各4小時關(guān)鍵參數(shù)趨勢對比

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)定性對比

上圖為中聯(lián)項目在驗收測試時在線與離線狀態(tài)下分解爐溫度運行狀態(tài)的對比。

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)定性對比

上圖為中聯(lián)項目在驗收測試時在線與離線狀態(tài)下篦下壓力運行狀態(tài)的對比。

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)定性對比

上圖在中聯(lián)項目驗收測試時在線與離線狀態(tài)下窯電流運行狀態(tài)的對比。

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)定性改善達到了11.7%。

八、土耳其OYAK水泥4號線– EO年化收益