水泥联合粉磨稳流仓料位的典型工况模板划分

谢娅妮，袁铸钢

(济南大学 自动化与电气工程学院，山东 济南 250022)

水泥联合粉磨稳流仓料位的典型工况模板划分

谢娅妮，袁铸钢

(济南大学 自动化与电气工程学院，山东 济南 250022)

为便于分析具有非线性、多变量的水泥联合粉磨稳流仓料位的变化范围，提出了一种稳流仓工况辨识方法。在水泥联合粉磨辊压机预粉磨环节工艺及机理分析基础上，结合现场采集数据，借助MATLAB，给出各相关变量间三维曲线图，据此确定相关变量与稳流仓料位的隶属关系，给出了工况模板。仿真验证了所提工况模板的有效性。

水泥联合粉磨；稳流仓；工况模板；三维曲线图

辊压机预粉磨是水泥联合粉磨的核心环节之一，主要由稳流仓和辊压机两部分组成。辊压机的工作效率对预粉磨效果至关重要[1]，稳流仓料位对辊压机效率影响巨大，必须在合适范围内变化，辊压机才能正常、高效地运转，从而保证整个联合粉磨系统的稳定运行。影响稳流仓料位的主要因素有前选粉机转速、循环风机转速和喂料量，它们的动态变化，将会导致稳流仓的料位及颗粒搭配的变化。稳流仓料位的稳定与否及物料的颗粒搭配是否合理是辊压机能否达到最佳挤压效果的关键。因此，对稳流仓料位工况模板进行研究，以期将具有非线性、多变量的预粉磨过程进行分区域、分段线性化处理，建立精确数学模型，为实现稳流仓的组合控制奠定基础。

水泥联合粉磨是一个复杂的系统[2]，国内外学者进行了大量研究，取得了一系列成果。如文献[3]对球磨机的振动信号和料位之间的机理关系进行分析，选用以振动信号作为样本数据的适合于描述非线性时变系统的T-S模糊模型作为球磨机料位测量的模型；文献[4]根据现场数据及经验，粗略划分出工况模板，建立了水泥联合粉磨的T-S模糊模型；文献[5]对水泥联合粉磨工艺进行了分析，给出了水泥联合粉磨的T-S模型。然而实际应用中，文献[3-5]建模时对样本数据进行的是模糊划分，然而其模糊前件参数的建立也是不清晰的，很难达到良好的建模效果。

图1 工艺流程图

本文提出了一种稳流仓工况辨识方法。根据现场数据及工艺分析，利用各变量与稳流仓料位的三维曲线图的隶属关系得出稳流仓料位的典型工况模板，通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

1 水泥联合粉磨生产工艺及变量选取

1.1 水泥联合粉磨生产工艺

半终粉磨工艺如图1所示。

图1中，熟料、矿渣、柠檬酸渣等原材料按照一定配比混合的物料经皮带机进入稳流仓[6]，缓冲后稳定地进入辊压机进行辊压，大颗粒的物料被破碎，然后再由入磨提升机进入V选，粗略选粉后较粗的物料重新进入稳流仓进行循环。V选选出的略细物料进入前选粉机继续分选，分选后更细的物料在循环风机的带动下进入混料机，前选粉后的粗物料进入球磨机进行粉磨。经球磨机粉磨后的物料，一部分经收尘器直接进入混料机，另一部分在出磨提升机的带动下进入后选粉机进行分选，较粗的物料进入球磨机继续进行研磨，较细的物料经收尘器进入混料机。进入混料机的物料与矿粉混合后进入水泥库。

根据图1的工艺流程，假设球磨机终粉磨环节保持恒定，辊压机功率一般情况下是固定的，压力也是固定的，可假设稳流仓出口端固定，辊压机电流、入磨提升机电流固定，故稳流仓料位只考虑入口端变量。根据现场工艺和操作员经验，可假设V选粉机转速是固定不变的，那么影响稳流仓料位的因素就是喂料量、前选粉机转速和循环风机转速。

1.2 变量的选取

根据以上分析，喂料量、前选粉机转速、循环风机转速对稳流仓料位的影响如表1所示。

表1 水泥联合粉磨稳流仓料位的影响因素

由表1可知，对稳流仓料位影响很大的变量是喂料量、前选粉机转速和循环风机转速。

基于现场数据，其历史曲线如图2所示。n为数据个数。由图2可知，选取的4个变量确实存在着一定的变化关系。

图2 历史实时曲线变化趋势图

2 数据预处理

因为联合粉磨属于流程工业，所以其数据变化具有连续性。为避免噪声对稳流仓料位工况划分的影响，本节将采用滚动滤波对采集数据进行平滑处理。

滚动滤波可表示为：

(1)

其中：xi为第i个经过滤波后的值，xj为采集到的实时数据。文中n=5，即每次选取5个数据的平均值。

图2经滚动滤波后的曲线如图3所示。

从图中可看出，当喂料量、前选粉机转速不变时，循环风机转速对稳流仓料位有很大的影响；当喂料量、循环风机转速保持不变时，前选粉机转速与稳流仓料位有很大的因果关系；当循环风机转速、前选粉机转速一定时，喂料量与稳流仓料位存在很大的相关性。

3 稳流仓料位工况模板的划分

本文选取了连续变化的100组数据，进行三维曲线图的绘制，研究喂料量、前选粉机转速、循环风机转速3个参考变量与稳流仓料位的关系。

需要特别说明的是，辊压机在运行过程中易发生物料离析现象[7]，细颗粒物料的混杂易导致辊压机出现纽振现象[8]。据测量系统显示，辊压机辊缝在35mm～45mm之间进行有规律变化，两主电机的运行电流也同时进行有规律变化。

图3 滚动滤波后局部放大图

当辊缝≤39mm时，辊压机的活动辊电流为41.3A，辊压机功率低，辊压效果差。当40mm≤辊缝≤41mm时，辊压机活动辊电流为41.3A～42A时，辊压机功率正常，辊压效果一般。当41mm≤辊缝≤43mm时，辊压机活动辊电流为43A～45A时，辊压机功率高，辊压效果好。当辊缝>43mm时，辊压机活动辊电流>45A时，辊压机功率虽然较高，但由于许多细料得不到辊压，直接落下，辊压效果差。

由此可见，通过调整原始辊缝可以改变辊压机辊缝的变化范围，进而消除辊压机的异常现象。辊缝的大小与稳流仓料位的有关。当料位在某一个范围时，辊缝正常，两主电机的运行电流渐趋平稳正常，异常现象消失。

合理地控制料位能够保证辊压机达到过饱和喂料要求，且使物料颗粒级配更加合理，从而避免因称重仓料位的波动而影响辊压机的正常运转，避免造成辊压后料饼质量的较大波动。根据现场观察和分析，无离析区间料位作为系统平衡段，将仓内料位控制在无离析区间以内，严格控制给料量以稳定料位，可在此基础上微调原始辊缝，稍稍减少调整垫板厚度，以达到最好挤压效果。而稳流仓料位调的过低或过高，辊压机上方不能形成稳定的料柱，使称重仓失去靠物料重力强制喂料的功能，易造成辊缝偏差大引起跳停[9]。根据现场的观察和数据分析，稳流仓料位控制在42.58%～48.79%区间，物料无离析，辊压机效果最好。

3.1 喂料量、前选粉机转速与稳流仓料位之间的关系

横轴 、纵轴分别为喂料量和前选粉机转速，竖轴为稳流仓料位，进行三维曲线图的绘制。根据三维曲线图的变化关系划分出AC、CD两段，仿真结果如图4所示。

图4 变量与稳流仓料位的关系

由图4可知，前选粉机转速变化很小时，喂料量增加，稳流仓料位增加；喂料量变化很小时，前选粉机转速增加，稳流仓料位降低。由AC变化，喂料量几乎不变时，稳流仓料位的变化与前选粉机的变化呈现很大的非线性关系，稳流仓料位变化很大。由CD变化，喂料量几乎不变时，稳流仓料位的变化与前选粉机的变化呈现近似线性关系。

为了更精确地划分模板，需在AC间插入一个点M。

基于上述分析得，稳流仓料位在42.58%～48.79%变化时，辊压效果最好。在AC间，稳流仓料位波动很大(大于8%)，占总体区间的一半还多，并且在AC区间呈现很大的非线性关系。

喂料量、前选粉机转速、稳流仓料位关系如表2所示。

表2 变量与稳流仓料位的关系

3.2 喂料量、循环风机转速与稳流仓料位之间的关系

横轴 、纵轴分别为喂料量和循环风机转速，竖轴为稳流仓料位，进行三维曲线图的绘制。划分出AB、BC、CD段，仿真结果如图5所示。

图5 变量与稳流仓料位的关系

由图5可知，循环风机转速变化很小时，喂料量增加，稳流仓料位增加；喂料量变化很小时，循环风机机转速增加，稳流仓料位降低。由AB、BC、CD变化的分析过程与3.1节中一致，在此不再赘述。

为了更精确地划分模板，在AB间插入一个点E。其解释原因可参见3.1节。

喂料量、循环风机转速、稳流仓料位关系如表3所示。

表3 变量与稳流仓料位的关系

3.3 前选粉机转速、循环风机转速与稳流仓料位之间的关系

横轴 、纵轴分别为前选粉机转速和循环风机转速，竖轴为稳流仓料位，进行三维曲线图的绘制。划分出AB、BC、CD段，仿真结果如图6所示。

图6 变量与稳流仓料位的关系

由图6可知，循环风机转速变化很小时，前选粉机转速增加，稳流仓料位降低；前选粉机变化很小时，循环风机转速增加，稳流仓料位降低。由AB、BC、CD变化的分析过程与3.1节中一致，在此不再赘述。

为了更精确地划分模板，在AB间插入一个点N。其解释原因可参见3.1节。

前选粉机转速、循环风机转速、稳流仓料位关系如表4所示。

表4 变量与稳流仓料位关系

根据喂料量、前选粉机转速、循环风机转速、稳流仓料位之间的关系，并结合前述变量间三维图曲线图进行分析，得出稳流仓料位的工况模板如表5所示。

表5 稳流仓料位工况模板

4 仿真分析

另取一段时间的涵盖全工况的历史数据，通过滚动滤波后得到100组数据，作为待验证的样本数据。具体方式如前所述。

横轴为喂料量，纵轴分别为前选粉机转速和循环风机转速，竖轴为稳流仓料位，进行三维曲线图的绘制。仿真结果如图7所示。

图7 稳流仓料位工况模板验证图

由图7中的曲线所示，以图中的A点为例，可以看出其所对应的变量值为(181.0,728.6,39.05)，(181.0，1 599.0,39.05)，这位于表5中的工况1，符合本文中的工况模板，其他工况的验证方法与此类似。所以该工况模板划分是正确有效的。

5 结 语

研究水泥联合粉磨的稳流仓料位变化范围，在预粉磨环节工艺及该环节机理分析，结合现场采集的数据，提出了一种稳流仓工况的辨识方法，给出了各相关变量间三维曲线图，确定相关变量与稳流仓料位的隶属关系，解决了辨识过程中前件参数划分的模糊化问题，建立了工况模板。仿真结果表明所提的方法是正确和有效的。

本文仅仅研究了水泥联合粉磨稳流仓料位工况模板的划分，下一步将所提方法应用于联合粉磨中磨机负荷、水泥质量等环节的工况模板划分中，从而建立整个联合粉磨的工况模板，为后续水泥联合粉磨生产过程的精确控制奠定了基础。

[1] 刘均立,赵华鲁.水泥粉磨系统节能改造措施[J].水泥工程,2014(2):20-21.

[2] 高霖,王虔虔,王学敏.高效节能的辊压机联合粉磨系统[J].建材技术与应用,2012(6):34-36.

[3] 杜智锋.基于T_S模糊模型的球磨机料位测量研究[D].太原：太原理工大学,2014:1-9.

[4] 张先垒.水泥生产联合粉磨标准工况模板及建模研究[D].济南:济南大学,2015:6-39.

[5] 于传江.联合粉磨系统模糊控制[D].济南:济南大学,2016:7-24.

[6] 张宝光,李德江.粉磨生产技术[M].北京:北京理工大学出版社,2012:125-135.

[7] 刘明瑞,韩亚平,王刚.水泥粉磨系统辊压机操作控制的几点经验[J].新世纪水泥导报,2012(03):20-21.

[8] 张德强.辊压机的应用技术与维护[J].中国水泥,2012(03):66-70.

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

谢娅妮(1988-)，女，山东烟台人，在读硕士研究生，主要从事流程工业自动化方面的研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.01.016

TP273

A

1674-5403(2017)01-0056-06