大型链篦机—回转窑中控制技术研究与应用论文
摘 要：本文对智能控制技术在大型链篦机—回转窑中的应用进行了简要的论述，包括工艺概况、系统配置、总体技术方案及主要技术点。其中，主要技术要点包括链篦机风流系统温度自优化控制、模块化编程、大型设备联调速度控制、回转窑的温度自适应控制及故障自诊断技术。该系统模块化控制思想及数学模型运用，达到了增产节能和提高成品质量的目的，使整个生产线在节能减排、环境保护等方面走在了同行前列。
关键词：链篦机—回转窑 温度控制 模块化编程 速度控制 自诊断
1 概述
本项目设计完成了一条120万吨链篦机—回转窑球团智能自动化控制系统，完成了对与球团生产相关联的11个子系统的自动化智能控制。
2 系统配置
本系统采用德国西门子公司的SIMATIC S7系列可编程控制器，包括4套西门子S7-400PLC，5套S7-300 PLC，其中4套S7-400 PLC分别控制1#、2#、3#、4#主PLC系统，其余S7-300控制成品除尘、气力输灰等小系统。
在网络结构方面，所控系统由工业以太网联系在一起并组成环网，将现场设备、控制设备和管理设备在垂直层面上集成，将现场设备、控制设备及管理设备集成在水平层面上，建立了从现场设备层到控制层、管理层的综合自动化网络平台，满足了自动化控制要求。
3 总体技术方案
本系统采用以太环网技术确保数据可靠传输;采用模块化编程，定制监控画面，实现用户对设备权限性操作;采用故障自诊断模块，实现自报警功能，降低故障率;采用数字变频调速技术，确保整个生产过程快速平稳的连接;利用扰动前馈与控制PID算法相结合实现链篦机风流系统温度自适应优化控制;建立模糊控制数学模型，实现回转窑温度智能控制。
4 主要技术要点
4.1 链篦机风流温度自适应优化控制
本系统将控制速度快的扰动前馈控制与稳态性能控制良好的PID控制相结合，实现了链篦机风流温度自适应优化控制，提高了系统温度动态变化控制的稳定性。
利用前馈控制以扰动(扰动量即风量，链篦机温度主要受入风流量和出风流量的影响)进行控制的特征，在所考虑的的条件下，把补偿器设计到完全补偿，被调量始终不变，在本项目中，以预热Ⅱ段为例，把进出风量的扰动加入控制中，可使预热Ⅱ段的温度始终保持在1 100 ℃。
执行机构与链篦机温度的传递函数分别为Gz(s)、Gc(s)，前馈补偿器的传递函数为Gff(s)，被调量和扰动量为Y(s)和D(s)，扰动传递函数为Gd(s)。
Y(s)= Gd(s) D(s)+ Gff(s) Gz(s) Gc(s) D(s)，
即Y(s)/ D(s)= Gd(s) + Gff(s) Gz(s) Gc(s)
补偿器的传递函数为Gff(s)=— Gd(s)[ Gz(s) Gc(s)]—1
综合上述分析，扰动量D(s)对于被调量Y(s)的影响将为0，实现了完全补偿。
4.2 模块化编程应用
在大型链篦机—回转窑的智能控制过程中包含大量单个任务，通过在过程内识别相关任务组，然后将这些组分成更小的任务，用这种方法定义整个复杂过程，每个任务可以根据设备性能进行定制式设计、调试和管理，可灵活应用于不同设备、不同工艺性能需求。
将模块化设计的思想应用于大型链篦机—回转窑的智能控制设计中，降低了程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。
同时，HMI画面设计通过与模块化编程相结合，可灵活具备多种功能，实现整条生产线的设备及状态监控。
4.3 回转窑温度智能控制
针对回转窑温度控制这一难点，根据工艺、现场采样数据及经验总结，主要有以下几个方面。
高炉煤气流量：高炉煤气与空气混合燃烧所产生的热量是回转窑热量的主要供给，通过分析发现，高炉煤气流量与回转窑温度变化成正比，因此，高炉煤气流量是影响回转窑温度的`第一要素。
生球量、风温风压：分析生球量、风温风压与产量、焙烧质量等工艺参数的关系，将上述因素设定为影响目标温度的第二要素。
基于上述分析，对回转窑的温度调节回路的模糊控制规则是，输入变量是回转窑设定温度t、偏差e和偏差变量率Δe，其中e=设定温度—测定温度，高炉煤气流量f为输出变量。
通过确定基本论域，选定离散论域，确定赋表值后，根据与过程操作有关的经验型知识，确定模糊控制规则表，运用模糊数学理论对规则表进行计算推理，得到用语言表示的输出量。最后将模糊输出量从内部论域转化为相应的实际论域，从模糊推理结果中产生精确的输出量用于控制。
模糊控制器计算关系如下：
其中：T(k)为测量值;Tset为设定值;t为采样时间。
通过模糊控制表查询得到的输出量的模糊值F转换为精确量f,最终实现温度自适应智能控制。
4.4 全数字式PLC变频调速技术控制
为了确保现场设备的控制精度及配料精度，使整个生产过程前后连接快速平稳，该系统从铁精粉的上料、铁精粉配料、添加膨润土配比、干返料添加到成球输出均采用全数字式PLC变频调速技术以实现系统快速调速的需要。
PLC系统与变频系统之间采用现场总线通讯协议进行数据实时传输，PLC系统对变频器系统进行实时监控并发出报警、制动、调速等指令。