基于DMC的磨机负荷优化控制

【摘要】：球磨机是粉磨生产过程中的重要设备,它耗能大,生产效率低下,因此实现磨机负荷的自动控制,提高粉磨效率已是势在必行;水泥球磨机系统具有多变量、强耦合、非线性等特性,这些都增加了球磨机的复杂性。以上两点使得磨机负荷控制成为水泥过程控制中的重点和难点问题。目前国内磨机负荷控制软件采用的控制方法多数为简单的PID控制,难以适应球磨机的工艺特点,且达不到控制要求。 自上世纪70年代以来,在人们寻找各种对模型要求低、控制综合质量好、在线计算方便的优化控制新算法的过程中预测控制不断发展并应用到工业生产中。预测控制算法对于复杂系统适应性强,它不必通过复杂的辨识过程辨识设计控制系统,采用不断的在线有限优化取代了传统的最优控制,并在优化过程中不断进行反馈校正,增强了控制的鲁棒性,这些特点使它能够满足工业过程控制的实际要求。 本课题依托国家高新技术发展计划(863)子课题:软测量、单元级优化控制系统的设计开发。以山水集团平阴水泥生产线水泥粉磨生产系统作为研究对象,根据平阴现场实际工艺条件选取以总喂料量和循环风机转速作为系统控制量,称重仓料位和出磨提升机电流作为系统输出量,利用最小二乘系统辨识方法建立了尾卸式圈流粉磨生产系统的数学模型,基于动态矩阵控制(DMC)算法编写了磨机负荷控制程序,并根据现场控制效果完成DMC参数的调节,之后对DMC鲁棒稳定性进行了分析,具体得出了使DMC控制系统稳定的参数选择条件。 在VS Studio 2005平台下用C++语言编写了磨机模型辨识软件和负荷优化控制软件。在典型工况下,建立的磨机数学模型为SISO脉冲响应模型,能较好的反映磨机典型工况下的输入输出关系;磨机负荷控制系统包含两个回路,分别是称重仓回路和磨机粉磨回路,这两个回路相互耦合,相互影响,单独控制一条回路难以满足实际的控制要求,故本课题采用在分别完成每一条回路控制的基础上协调控制两条回路的控制策略来完成整个水泥粉磨生产系统的优化控制,并针对异常工况及时选取与其相对应的模型,以减小工况变化造成的模型失配对系统的影响。 结合ABB Freelance800F DCS系统,通过OPC接口实现了控制软件对数据的读取和写入操作,然后由DCS系统进行控制量的下达,并可根据现场实际情况,可随时调整控制目标设定值及控制输出的范围,从而完成尾卸式圈流粉磨生产系统的自动控制。 现场运行结果表明,动态矩阵控制算法很好的解决了水泥球磨机系统中存在的多变量、强耦合、非线性等问题,实现了水泥粉磨生产系统的优化控制,增强了磨机负荷的稳定性,提高了产品质量。