（系统分析与集成专业论文）基于组态王煤矸石窑炉监控系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 我国是一产煤大国，全国的煤矿废渣( 煤矸石) 累计堆存量达数十亿吨，占用了大 量的耕地，同时还造成了环境污染。随着我国近年来建筑业的迅速发展，对墙体砖的数 量和质量都在加大，众多的以黄土为原料的制砖厂吞噬了大面积的耕地，且造出的砖的 质量也有待提高，而利用煤矸石来烧结砖，既减少了环境污染和对耕地的占用，又提高 了砖的质量，故这样的企业备受国家扶持，因此众多的煤矸石空心烧结砖生产线纷纷上 马。随着计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的迅速发展，工矿企业对控制系统 的要求也越来越高。如何针对煤矸石空心烧结砖烧结过程的特点，将智能控制技术和计 算机管理技术应用到实际的生产中，提高产品的质量和产量，使一些濒临倒闭的小型的 落后的砖厂重新获得生机，对这一课题的研究和探索对开发高质量新型建材和促进企业 发展都具有重要的意义。 根据兖矿集团鲍店煤矿新型建材厂的要求，本文设计并实现了一基于组态王的煤矸 石空心烧结砖智能窑炉监控系统，为如何安全、高效地提高煤矸石空心烧结砖窑炉监控 系统的自动化控制和管理水平给出了一参考样板工程。 本系统分为远程监控管理层( 厂长、经理室) 和现场监控层( 监控室) 两层。利用 工业监控组态软件( 组态王) 的网络功能，远程监控管理层可通过局域网远距离查看整 条生产线的运行情况，远程监控画面和监控室画面完全相同，包括了现场的窑温、窑压 实时数据的显示和变频器、风机、窑车等重要设备的工作状态的显示，并可打印系统参 数报表和各项参数曲线，能对整个窑炉烧结过程进行监督和管理。现场监控层设在窑炉 附近，完成对整个烧结过程的监控，包括对窑温、窑压、风机频率、窑车位置的检测、 控制和显示。为提高系统的安全性，设置了必要的报警提示信息；为让不同知识层次人 员方便、容易的了解整个窑炉烧结的运行情况，本监控系统通过生动形象的动态图形组 态画面，实现了窑温、窑压实时检测数据及窑车、风机等重要设备的运行状态的可视化 监控，真实再现了窑炉现场的运行情况。通过组态王丰富、强大的报表功能，对产品的 产量、值班操作人员的操作情况、窑炉的运行情况实现了自动化管理，提高了企业的管 理水平。 与同行其它监控系统相比，本系统的突出特点在于实现了语音调度、视频监控、远 程监控和自动化管理功能，在系统的安装调试、正常运行以及提高窑炉操作人员的烧结 水平和统计值班操作人员的操作情况过程中都体现出了系统的这些特点，为开发现代化 的窑炉烧结监控系统提供了一种新思路，新方法。本系统运行可靠，开发成本低，已通 过了兖矿集团的鉴定，并获得了良好的口碑，适用于中小型工矿企业监控系统的开发和 改造。 关键词：煤矸石；隧道窑：监控系统：模糊自适应p i d ；组态王 硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sag r e a tc o a l - p r o d u c t i o nc o u n t s , t h es t o r a g eq u a n t i t yo fn a t i o n a lc o a lg a n g u e a m o u n t st os e v e r a lb i l l i o n st o n s t h ec o a lg a n g u eh i l l sn o to n l yt o o kt h em a s s i v ep l o w l a n d ，b u t a l s oc a u s e dt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fb u i l d i n g i n d u s t r i e si nr e c e n ty e a r si no u rc o u n t r y , t h ed e m a n d sf o rb r i c k sq u a n t i t ya n dt h eq u a l i t ya r e e n l a r g i n g s i n c et h ei n t e n s i t yo fb r i c kt a k e nt h el o e s sa st h er a wm a t e r i a li ss m a l l e rt h a nt h a t t a k e nt h ec o a lg a n g u ea st h er a wm a t e r i a l ，i fw et a k et h ec o a lg a n g u ea st h eb r i c k sr a wm a t e r i a l ， i tw i l lb o t hr e d u c et h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n s ，p l o w l a n dt a k e n ，a n di m p r o v et h eb r i c k sq u a l i t y , s os u c he n t e r p r i s e sa r es u p p o r t e db yt h en a t i o n i np a s ts e v e r a ly e a r s ，al a r g en u m b e ro fc o a l g a n g u eb r i c kp r o d u c t i o nl i n e sh a v eb e e ne s t a b l i s h e d w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e r t e c h n o l o g y , t h ea u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g ya n dt h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，t h ed e m a n d s p r e s e n t e db yt h ei n d u s t r ya n d t h em i n i n ge n t e r p r i s ef o rc o n t r o ls y s t e m sa r eh i g h e ra n dh i g h e r i t i sa nu r g e n tp r o b l e mf o ru st oa p p l yt h ei n t e l l i g e n tc o n t r o lt e c h n o l o g ya n dt h ec o m p u t e r m a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi nt h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o nt oi m p r o v et h ep r o d u c t sq u a l i t ya n do u t p u t ， w h i c hc a nm a k es o m es m a l lb a c k w a r db r i c kf a c t o r i e st h a ta r eb o r d e r i n go ng o i n gb a n k r u p t o b t a i nt h ev i t a l i t ya g a i n r e s e a r c h e sa n de x p l o r a t i o n so nt h i st o p i ch a v et h ev i t a ls i g n i f i c a n c ef o r d e v e l o p i n gt h eh i g hg r a d en e wb u i l d i n gm a t e r i a l sa n dp r o m o t i n ge n t e r p r i s e s d e v e l o p m e n t a c c o r d i n gt ot h er e q u e s t so fb a o d i a nc o a lm i n en e wc o n s t r u c t i o nm a t e r i a l sp l a n t ，t h i s a r t i c l ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e dac o a lg a n g u eh o l l o wb u r n i n gb r i c ki n t e l l i g e n ts u p e r v i s i n g s y s t e mb a s e do nt h ek i n g v i e w w ep r o v i d e dar e p r e s e n t a t i v ep r o j e c tf o rh o w t oi m p r o v et h e s u p e r v i s i n gs y s t e m sa u t o m a t i cc o n t r o ll e v e la n d t h em a n a g e m e n tl e v e li nas a f e ，h i g he f f e c t i v e m a n n e r t h i ss y s t e mi sd i v i d e di n t ot h er e m o t em o n i t o r i n gm a n a g e m e n tl e v e ll o c a t e di nm a n a g e r s o f f i c ea n dl o c a l em o n i t o r i n gl e v e ll o c a t e di nm o n i t o r i n go f f i c en e a r b yt h es c e n e t h er e m o t e m o n i t o r i n gm a n a g e m e n tl e v e lc a nl o o ko v e rt h ee n t r ep r o d u c t i o nl i n e sw o r k i n gs i t u a t i o n s t h r o u g hl o c a la r e an e t w o r ki nl o n g - d i s t a n c er a n g eb a s e do nt h ek i n g v i e w sn e t w o r kf u n c t i o n t h er e m o t em o n i t o r i n gp i c t u r e si n c l u d i n gt h er e a l - t i m ed a t ao fk i l nt e m p e r a t u r e ，k i l np r e s s u r e ， a n dt h ew o r k i n gs i t u a t i o n so ft r a n s d u c e r s ，a i rb l o w e r sa n dk i l nc a r s ，a r eq u i t es a l n ea st h el o c a l e m o n i t o r i n gp i c t u r e s ，i na d d i t i o n ，s y s t e m sp a r a m e t e rr e p o r tf o r m sa n d e a c hp a r a m e t e rc u r v ea l s o c a nb ep r i n t e di nt h er e m o t em o n i t o r i n gm a n a g e m e n tl e v e l ，s oi tl l a s 恤p o w e r o fc a r r y i n go nt h e m o n i t o r i n ga n dt h em a n a g e m e n tf o re n t i r ep r o d u c t i o nl i n e t h el o c a l em o n i t o r i n gl e v e ll o c a t e d n e a r b yt h et u n n e lk i l ni st h em o s ti m p o r t a n tp a r to fe n t i r ep r o d u c t i o np r o c e s s ，i tc a r r i e so nt h e d e t e c t i o n ，d i s p l a ya n dc o n t r o lf o rk i l nt e m p e r a t u r e ，k i l np r e s s u r e ，a i rb l o w e rf r e q u e n c y , k i l nc a r s p o s i t i o na n ds oo n i no r d e rt oe n h a n c et h es y s t e m st h es e c u r i t y , i ti se s s e n t i a lt oe s t a b l i s ha l a r m h 摘要 d e v i c e i no r d e rt ol e tt h ed i f f e r e n tk n o w l e d g el e v e lp e r s o n n e le a s i l yu n d e r s t a n dt h ek i l n se n t i r e w o r k i n gs i t u a t i o n s ，t h i ss y s t e ma c h i e v e dt h ev i s i b l em o n i t o r i n gw h i c hr e a l l yr e a p p e a r e dt h e k i l n sw o r k i n gs i t u a t i o n si ns c e n ef o rk i l nt e m p e r a t u r e ，k i l np r e s s u r e ，k i l nc a r s ，t r a n s d u c e r sa n d a i rb l o w e r sw i t ht h ev i v i dd y n a m i cc o n f i g u r a t i o np i c t u r e sd o n eb yk i n g v i e w t h i ss y s t e m r e a l i z e dt h ea u t o m a t i cm a n a g e m e n ta n di m p r o v e dt h ee n t e r p r i s e sm a n a g e m e n tl e v e lt ob r i c k s o u t p u t ，p e r s o n n e l so p e r a t i o n sa n dk i l n sw o r k i n gs i t u a t i o n sb a s e do nt h ek i n g v i e w sr i c hr e p o r t f o r mf u n c t i o n s c o m p a r e d w i t ho t h e rh l n s u p e r v i s i n gs y s t e m s ，t h i ss y s t e m h a st h e o u t s t a n d i n g c h a r a c t e r i s t i c so fi n t e r p h o n ed i s p a t c h i n g ，v i d e os u r v e i l l a n c e ，r e m o t em o n i t o r i n ga n da u t o m a t i c m a n a g e m e n t ，t h e s ea d v a n t a g e sh a v eb e e nc o n f i r m e di np r o c e s s e so fs y s t e m si n s t a l l a t i o na n d t r i a lr u n ，n o r m a lo p e r a t i o na n di m p r o v e m e n to fo p e r a t o r sb u r n i n gl e v e l t h es y s t e m 诵t l l a d v a n t a g e so fe a s ym a n i p u l a t i o n ，r e l i a b l eo p e r a t i o na n dl o wd e v e l o p m e n tc o s th a sp a s s e dt h e y a nz h o um i n eg r o u p sa p p r a i s a la n do b t a i n e dag o o dp u b l i cp r a i s e t h i ss y s t e mi ss u i t a b l e f o rt h em i d d l ea n ds m a l ls c a l ei n d u s t r ya n dm i n i n ge n t e r p r i s et od e v e l o po rt ot r a n s f o r mt h e i r s u p e r v i s i n gs y s t e m s a n dp r o v i d e sak i n d o fn e wa p p r o a c ht od e v e l o pm o d e r n i z e dk i l n s u p e r v i s i n gs y s t e m s k e yw o r d s ：c o a lg a n g u e ；t u n n e lk i l n ；s u p e r v i s i n gs y s t e m ；f u z z ys e l f - a d a p t i v ep i d ； k i n g v i e w i i i 曲阜师范大学博士硕士学位论文原创性说明 ( 在口划“4 ) 本人郑重声明：此处所提交的博士口硕士口论文基于组态王煤 矸石窑炉监控系统的设计与实现，是本人在导师指导下，在曲阜师 范大学攻读博士口硕士口学位期间独立进行研究工作所取得的成 果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对 本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中已明确的方 式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：互众生日期：一丫5 、矽 曲阜师范大学博士硕士学位论文使用授权书 ( 在口划“ ) 基于组态王煤矸石窑炉监控系统的设计与实现系本人在曲阜师范 大学攻读博士口硕士口学位期间，在导师指导下完成的博士口硕 士口学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研 究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于 保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的 复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学， 可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或 部分内容。 作者签名：互祆兰 日期：jo 苫、j 、 夕 导师签名：辂学孚日期：。一石n 夕 第l 章绪论 1 1 课题提出和研究意义 第1 章绪论 我国是一产煤大国，据2 0 0 3 数据统计，在全国有煤矸石山1 5 0 0 多座，累计堆存量 3 4 亿吨，占地2 0 万亩以上，随着煤炭洗选比例的加大，每年还要新增占地6 0 0 0 多亩。 煤矸石的发热量高，极易自燃，自燃过程中产生的烟气含c 0 ：、c o 、s o 。、h ：s 、n 0 等有害 气体，给空气环境带来了严重的污染，并易产生酸雨：若遇夏季暴雨冲刷，又会产生大 量的污染水，容易造成地下水污染；煤矸石山不但有碍于城市的景观，而且大量的占用 耕地。另一方面，随着我国近年来建筑业的迅速发展，对墙体砖的数量和质量的要求都 在加大，众多的以黄土为原料的制砖厂吞噬了大面积的耕地，且造出的砖的质量也有待 提高。而利用煤矿废渣( 煤矸石) 来造砖，既减少了环境污染和对耕地的占用，又提高 了砖的质量，故这样的企业备受国家扶持，因此众多的煤矸石空心砖生产线纷纷上马。 如何针对煤矸石空心砖生产线的特点，将智能控制技术和计算机管理技术应用到实际生 产中，提高产品的质量和产量，使一些濒临倒闭的小型的落后的砖厂重新获得生机，这 一课题的研究和探索对于减少环境污染、保护耕地、开发高质量新型建材和促进企业发 展都具有实际意义。 1 2 煤矸石空心烧结砖窑炉系统的现状及发展 1 2 1 中国对制砖业宏观政策的导向 中国已有近1 3 亿人口，人均土地资源较少，解决吃饭问题一直是困扰中国政府和人 民的大问题，保护有限的土地资源、合理利用土地是中国的基本国策。早在2 0 世纪8 0 年代国家就已经制定出发展新型节能墙体材料，限制使用粘土实心砖的有关规定，各省 市人民政府也先后出台了有关政策。近年来随着我国经济水平的提高和人们对保护环 境、节约土地、节约能源的更加深刻的认识，各级政府越来越加大了执行政策的力度。 在沿海发达省份及北京、上海等大城市已全面禁止生产和销售粘土实心砖，各种新型墙 体材料取代了“秦砖汉瓦 。2 0 0 1 年5 月国家经贸委又出台一项政策，要求1 1 个大中城 市在2 0 0 3 年以前全面禁止使用粘土实心砖( 包括山西省的主要地级市) ，所以国家实行墙 材革新的政策是坚定不移的，推行力度也将越来越大。根据国务院、国家经贸委、国家 计委和财政部等国家有关部委规定，企业利用大宗煤矸石、粉煤灰、炉渣作主要原料生 产建材产品，享受零税率政策，即免征固定资产投资方向调节税，免征增值税，免征所 得税5 a ，可视情况减免土地使用税，减免城市设施配套费等多项优惠政策。 硕士学位论文 1 2 2 国外发达国家的建材现状 根据有关资料介绍，国外发达国家己基本禁止了实心粘土砖的生产，其替代产品是 空心粘土砖或以页岩、粉煤灰、煤矸石等为原料的承重和非承重空心砖。较发达国家也 正在朝这个方向努力，如马来西亚、波兰、新加坡等国家，并已建立起自动化程度较高 的生产线。 1 2 3 我国煤矸石砖业的发展及市场预测 我国在6 0 年代初期就有许多砖厂在粘土砖中掺入煤矸石作内燃料n 1 ，以达到节煤的 作用，而主要原料仍是粘土，但生产的煤矸石砖出现严重的黑心，影响产品的内在品 质，建筑部门无法使用。到6 0 年代末，随着生产工艺的改革，基本解决了黑心和压印问 题。进入7 0 年代，全国已建成年产能力达1 1 0 5 块的煤矸石砖生产线。8 0 年代一些大型 企业引进外国制砖设备和技术，使生产线逐渐实现了机械化，其工艺设计和生产设备接 近国际水平。进入9 0 年代，大型企业煤矸石砖已逐渐实现多品种、系列化，由实心砖向 多孔砖和空心砖发展，焙烧窑也由轮窑向隧道窑方向发展，生产工艺由两次码烧向一次 码烧发展，生产线产量也有较大幅度提高，但在对煤矸石生产线中关键工艺环节一窑炉 烧结监控方面没有实现自动化或自动化程度不高，这直接影响产品的质量。随着计算机 技术、通信技术、自动控制技术的迅速发展以及各种智能仪表的大量应用，煤矸石空心 烧结砖窑炉监控工业生产过程的自动化水平得到了很大的提高，特别是各种高可靠性智 能测量、控制仪表和工业监控组态软件出现以后，设计者可以根据具体的控制要求，选 择合适的仪表和控制单元进行系统集成和组态，这样系统的设计开发周期短，可靠性 高，成本低。兖矿集团鲍店煤矿新型建材厂煤矸石空心烧结砖生产线中干燥室、焙烧室 中窑炉的温度和压力监控就采用了这样的控制系统。 新型建材在我们国家尚属发展阶段，受传统观念及价格因素的影响，发展较为缓 慢，所以其市场容量是很大的。据2 0 0 3 数据统计，在全国有煤矸石山1 5 0 0 多座，累计 堆存量3 4 亿吨，占地2 0 万亩以上，随着煤炭洗选比例的加大，每年还要新增占地6 0 0 0 多亩。如果将这些煤矸石形成空心砖，每年除了可以保证近百家建材生产企业实现“制 砖不用土、烧砖不用煤”的正常经营，并实现2 9 4 亿元效益外，还能“吃”掉煤矸石等 固体废弃物1 6 0 0 万吨，节约土地8 0 0 0 亩，因此煤矸石空心砖生产线在我国的市场是很 广阔的。 1 3 本文主要工作 曲阜师范大学与济南广林科技有限公司在“兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿年产1 亿标块煤矸石烧结空心砖项目 设备招标( 招标编号：s d y k 2 0 0 6 5 9 ) 中得第四标包 第1 章绪论 ( 窑炉监控标包) ，对煤矸石空心烧结砖窑炉开发并实现了一智能仪表监控系统。本文 首先在第二章介绍了煤矸石空心烧结砖工艺，其次在第三章中为窑炉监控系统设计了增 量式p i d 和自适应模糊p i d 控制算法，并作了m a t l a b 仿真，最后在第四章中详细介绍 了基于组态王的煤矸石空心烧结砖智能窑炉监控系统的设计与实现。 硕士学位论文 第2 章煤矸石空心烧结砖工艺简介 兖矿集团鲍店煤矿新型建材厂属于工业废渣综合利用项目，是煤业公司重点发展的 项目之一，它实现t n 砖不用土，烧砖不用煤，所用原料为全煤矸石，年产1 亿标块煤 矸石烧结多孔砖。厂房建筑总面积1 7 0 0 0 多平方米，生产过程全部实现微机监控，视频 监控和语音调度。该项目不仅每年节约耕地1 0 0 多亩，而且减少了煤矸石对环境造成的 污染，为矿井减少排污费近3 0 0 万元，消耗矸石3 0 万吨，节约原煤9 0 0 0 吨。 2 1 新型建材厂煤矸石空心烧结砖工艺流程图 煤矸石砖以煤矸石为主要原料，它一般占坯料成分的8 0 以上，有的煤矸石砖全部以 煤矸石为原料，有的掺少量粘土，其主要工艺乜一3 是：煤矸石经破碎、粉磨搅拌、压制、 成型、干燥( 排潮) 、焙烧后即为成品，焙烧时基本无需再外加燃料。煤矸石制砖提倡采 用一次码烧工艺，并用隧道窑烧结，用人工干燥取代自然干燥，图2 1 为全煤矸石砖生 产工艺流程图。 图2 1 煤矸石空心烧结砖工艺流程 第2 章煤矸石空心烧结砖工艺简介 2 2 窑炉系统检测点分布 1 测温点分布( 以一号生产线为例，共2 0 点) 一号生产线所有检测点要求如下： ( 1 ) 、在干燥窑0 4 、0 9 、1 6 车位的干燥室顶部各设置一只热电偶。测温点共3 个。 ( 2 ) 、在焙烧窑0 4 、0 7 、1 0 、1 3 、1 5 、1 7 、1 9 、2 1 、2 3 、2 6 、2 9 车位各设置一只热 电偶，其中高温区1 7 、1 9 、2 1 车位需要耐高温的s 型热电偶( 0 , - 1 6 0 0 ) 3 只。测温点 共1 1 个。 ( 3 ) 、在焙烧窑高温区第1 9 车位的窑底，增设1 个温度检测点，防止因窑底温度过 高使窑车轮上的润滑剂失效而损坏窑车。测温点共1 个 ( 4 ) 、焙烧窑排烟风机出口、送热风机出口各设一测温点；干燥窑干燥室排潮风机处 设3 个测温点。测温点共5 个。 2 测压点分布( 共3 点) 在焙烧窑0 6 、1 7 、2 1 车位的焙烧室侧面( 每个窑室的窑顶、窑底各设一只) 设置6 只微压监测点。测压点共3 个。 3 视频监测点分布 在干燥窑窑车进口处、干燥窑窑车出口处、焙烧窑窑车进口处、焙烧窑窑车出口处 各增设一视频头，在控制室可以一屏多画面监视摆渡车、顶车、牵引车的运行状况。 4 语音调度系统 当控制室的操作人员通过视频监视系统发现干燥窑、焙烧窑需要进车或出车时，通 过语音调度系统通知现场人员，现场人员也通过语音调度系统，将设备参数及运行状态 通知控制室操作人员。 2 3 煤矸石空心烧结砖系统的主要工艺控制策略 1 窑温、窑压数据采集与显示 通过温度、压力传感器( 变送器) 将所有的窑温、窑压信号转换成4 2 0 m a 的模拟 信号，然后将模拟信号送至十块6 路智能巡检显示报警仪a i 7 0 6 m ，a i 7 0 6 m 将模拟信 号转换成数字信号，通过r s 4 8 5 串行通信方式传输给上位工控机，利用组态软件根据要 求进行组态，并在相应的组态监控界面上显示每一路检测参数的信息。 硕士学位论文 2 焙烧窑喂煤子系统控制 煤矸石空心烧结砖原料的热值要求在2 1 0 0 4 2 0 0k j k g 范围，当煤矸石发热量不足时 需加煤；当发热量超过上述范围时，应适量掺入一定比例的页岩、粉煤灰或粘土等原料， 掺配比例可按煤矸石发热量大小通过工艺计算确定，所以煤矸石空心砖焙烧时基本无需 再外加燃料，仅当焙烧窑高温区燃烧带温度过低时采用“人工喂煤”来调节高温区燃烧 带的温度。 3 焙烧窑温度控制 对于焙烧窑，窑温是一个大滞后、大惯性的参数( 正常操作调节时，控制信号发出 十几个小时后，温度才有较明显的变化) ，同时又受多方面因素的影响，故难以实现“完 全自动控制”，因此宜采用手动自动共同控制方式。在控制室，对于预热段，根据窑 温、窑压的测量数值和要求的窑温、窑压工艺曲线，由操作人员根据经验“手动 调节 排烟风机频率来控制。对于烧成段，根据窑温、窑压的测量数值和要求的工艺曲线，结 合送热风机频率以及烟道上闸板的开度，由操作人员根据经验“手动 调节送热风机频 率和烟道闸板来控制。 在窑温监控过程中，应提前做好准备。首先根据化验结果确定的原料热值采取一些 必要的措施：当原料的热值较高时，在实际控制中可以适当的加快出车速度来帮助控制 窑炉温度；当原料的热值较低时，对焙烧窑高温区燃烧带采取人工喂煤，并适当的延长 窑车在窑炉内的停留时间，使焙烧窑系统正常运行时各测温点稳定在温度工艺曲线要求 的范围内。 对于冷却段，根据窑温、窑压的测量数值和要求的工艺曲线，由操作人员根据经验 “手动启闭冷却风机来控制。 烧结过程中常见问题及处理措施h 1 ： ( 1 ) 、内燃偏高的处理方法：合理稀码坯垛，适当加大各管道阀门的开度，加大通风 量，亦可采取码低内燃坯垛的方法消除高温。 ( 2 ) 、内燃偏低的处理方法：合理适当码密一些，并采取在窑顶烧成带位置从投煤孔 适当少投煤、勤投煤( 即内燃不足外燃补) 或在原料内加入适量的煤粉，增加其发热 量，同时适当调小各烟道阀门，合理调整风量并注意窑炉保温。 ( 3 ) 、合理标准内燃焙烧法：码坯密度要合理，干坯进窑( 干燥水分小于3 ) ，保证 “三封 严格按烧成制度合理操作，严格控制进出车速度，控制好窑内温度，控制好窑 内的通风量，包括冷却带的冷却风量。 ( 4 ) 、烧成带前移的处理方法：适当降低焙烧室内的通风量，适当加快进车速度，尽 快使各带处于均衡状态。烧成带后移的处理方法：适当加大焙烧室内的通风量，适当放慢 进车速度，使各带恢复至均衡状态，调整至正常风量。 第2 章煤矸石空心烧结砖工艺简介 ( 5 ) 、焙烧窑窑压控制：在6 、1 7 、2 1 号车位的窑体安装微差压力变送器，由于焙烧 窑的窑温和窑压是两个相关联的量，在考虑窑温的前提下，操作人员通过经验“手动 调节送热风机的频率来调节焙烧室内的通风量，使窑项压力稍低于窑底压力，以达到调 节控制窑压的目的。 4 干燥窑送热风机出口温度控制 干燥窑送热风机出口温度将影响着砖坯的干燥速度和质量，在保持焙烧窑窑温的前 提下，通过“手动”调节闸板的开度来控制进入的冷风量，进而控制送热风机出口的温 度。 5 窑车运行调度系统 对于窑车摆渡、顶车的运行状态，采用视频监控加语音调度方案，控制室人员根据 窑炉工作情况，决定出车时间。出车时间到，调度人员用语音来通知现场工作人员进行 进、出车操作，控制室人员通过对讲机与现场工作人员互通信息，完成整个窑车的运行 控制。 硕十学位论文 第3 章系统的模糊控制算法及其m a t l a b 仿真 3 1 系统控制算法设计 本系统对窑温分别采用增量式p i d 控制算法和模糊自适应p i d 控制算法进行分析和控 制，考虑到仅靠组态王自身难以完成复杂的控制算法的编程，系统在实际运行中采用增 量式p i d 控制算法。对于模糊自适应p i d 控制算法，下一步将利用m a t l a b 语言来开发模糊 自适应p i d 控制算法，利用m a t l a b 所提供的c o mb u i l d e r 工具箱( 编译器使用c + + b u i l d e r 6 0 ) 把编写的高级算法编译生成c o m 文件，然后对组态软件进行高级开发，应用v b 开发 环境，使用c o m 技术引用生成的高级算法c o m 文件，最后把高级算法打包生成能够被组态 软件调用的高级策略，故本文仅对该算法进行了理论仿真，还未应用于实际的监控系 统。 3 2p i d 控制算法设计与实现 在模拟控制系统中，p i d 控制器根据系统的给定值，( f ) 与实际的输出值y ( f ) 构成控制 偏差p ( ，) ，e ( t ) = ，| ( ，) 一y ( t ) ，则p i d 的控制规律为： ) 喃卜+ i if e ( t ) d t + 。d e 出( t ) ( 3 - 1 ) 式中砟比例系数，正一积分时间常数，死一微分时间常数。 由于计算机是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此，连 续p i d 控制算法不能直接应用，需要采用离散化方法。按模拟p i d 控制算法，以一系列 的采样时刻点打代表连续时间( t 为采样周期) ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一 阶后向差分近似代替微分，即 f 七丁 衍丁扣耻丁喜酊， 2 ， 沈( ，) e ( k t ) - e ( ( k - o r ) p ( 七) - e ( k - 1 ) 一异暑一= = 一 衍丁r 可得离散p i d 的表达式： “c七，=pc七，+号妻pc，+等【pc七，一口c后一t，】)=砟pc七，+岛骞pc，旷+te(k)-e(k-1)c33， 第3 章系统的模糊控制算法及其m a t l a b 仿真 式中，白= 孚，= 砟，t 为采样周期，k 为采样序号，k = 1 ，2 ，3 ，e ( k - 1 ) ，e ( k ) 分j j g f ， 为第( k - 1 ) 和第( k ) 时刻的所得的采样偏差。 对于p i d 控制，从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑， 参数k 。、t 、钇的作用如下： 1 、比例系数k 。的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。k 。越大系统的 响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。k 。取值 过小，则会降低调节精度，使系统响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统动静特性 变坏。 2 、积分系数t 的作用是消除系统的稳态误差。墨越大系统的静态误差消除越快，但 是毛过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调，若幺 过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。 3 、微分系数毛的作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差 向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但是忆过大，会使系统响应过程提前制 动，从而延长调节时间，还会降低系统的抗干扰性能。 当执行机构需要的是控制量的增量时应采用增量式p i d 控制。根据上式，由递推原 理得： k l u k l = k p e k l + t e j + ( 一l e k 一2 ) ( 3 4 ) = o ( 3 3 ) 减去( 3 4 ) 式便得到增量式p i d 控制算法： a u k = ( 气一e k 一1 ) + 砖+ ( 气一2 e k l + e k 一2 ) ( 3 5 ) 该控制算法中不需要累加，控制量只与最近k 次的采样有关，所以误动作是影响小， 不会产生积分失控，而且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果，本系统对窑炉温 度的控制就采用此算法。下面是增量式p i d 控制算法在组态王中实现的脚本程序。 第一步：首先在组态王的开发系统的“文件一画面一命令语言一自定义函数命令语 言”里面编写一可调用的函数p i d ( ) ，内容如下： 函数声明f l o a tp i d ( f l o a tp ，f l o a ti ，f l o a td ，f l o a tp i d s e t ，f l o a tp i d r e t u r n ，f l o a t d e l t a p i d p r e l ，f l o a td e l t a p i d p r e 2 ) 增量p i d 计算自定义函数 p i d o u t增量p i d 输出值 p i d s e tp i d 设定值 p i d r e t u m p i d 反馈值 d e l t a p i dp i d 偏差值= p i d 设定值- p i d 反馈值( 中间变量，不用代入) d e l t a p i d p r e lp i d 偏差前值 硕上学位论文 d e l t a p i d p r e 2p i d 偏差前值 p p i d 比例系数 i p i d 积分系数 d p i d 微分系数 l o n gp i d o u t ； l o n gd e l t a p i d ； d e l t a p i d = p i d s e t - p i d r e t u m ； p i d o u t = p 木( d d t a p m d e l t a p i d p r e l ) + i 幸d e l t a p i d + d 宰( d e l t a p i d 一 2 * d e l t a p i d p r e1 + d e l t a p i d p r e 2 ) ； d e l t a p i d p r e 2 = d e l t a p i d p r e1 ； d e l t a p i d p r e1 = d e l t a p i d ； r e t u r np i d o u t ； 第二步：在组态王的开发系统的“文件一画面一命令语言”里面编写直接调用的函 数p m ( ) ，内容如下： 温度控制输出= 温度控制输出+ p i d ( 温度p ，温度i ，温度d ，温度设定，温度，温 度前值，温度后值) ； ) 3 3 模糊自适应p i d 控制算法设计与m a t l a b 仿真 在工业生产过程中，由于系统本身的非线性、多变量、强耦合和时滞及其干扰的影 响，难以用常规的数学工具建立精确的数学模型进行研究，通常采用的方法是p i d 控制， 但是这种方法需要有良好的p i d 参数整定的条件下才能奏效，而p i d 参数的整定是一项很 麻烦的工作。而模糊控制不需要建立控制对象的精确数学模型，只要求把现场操作人员 的经验和数据总结成较完善的语言控制规则，因此它能绕过对象的不确定性、干扰及非 线性、时变性、时滞性等影响，使控制系统的鲁棒性强，控制效果好，因此得到非常广 泛的应用和迅速的发展。模糊自适应p i d 控制器把常规p i d 控制与先进的专家系统相结 合，实现系统的最佳控制嵋，引。根据p i d 控制中三个参数的作用，结合技术操作人员( 专 家) 长期实践积累的经验知识，运用模糊控制理论进行推理判决，对p i d 参数实现最佳调 整，以实现控制系统的模糊自适应p i d 控制。 1 模糊自适应p i d 控制系统的结构 自适应模糊控制器以误差e 和误差变化率e c 作为输入，可以满足不同时刻的误差e 和 第3 章系统的模糊控制算法及其m a t l a b 仿真 误差变化率p c 对p i d 参数的需求。利用模糊控制规则在线对k ，、k ；、k d 三个参数进行修 改，便构成了自适应模糊p i d 控制器，其结构如图3 1 所示。 图3 1 模糊自适应p i d 控制系统结构图 2 对输入输出变量模糊化 e 、e c 定义为模糊自适应p i d 控制器的输入语言变量，p i d 的三个参数k ，、k i 、k d 为控 制器的输出语言变量n 们。控制系统的误差p 、误差变化率e c 都是实数域的连续变量，将输 入误差e 和误差变化率e c 的范围变换到离散论域e = 一6 ，一5 ，一4 ，一3 ，一2 ，- i ，0 ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 上，将k p 、k i 、k d 变换到离散论域( - 6 ，一5 ，一4 ，一3 ，一2 ，一1 ，0 ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6 ) 上，其模糊子集 为e ，e c = n b ，n m ，n s ，0 ，p s ，p m ，p b ) ，子集元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正 中，正大。 3 定义模糊集合的隶属函数 隶属函数是论域元素对于语言变量从属程度的描述，可结合工程实际，通过统计分 析和专家经验确定，一般可取三角或是高斯型隶属度函数。由隶属度函数可以方便的获 得各模糊变量的隶属度赋值表，本文选用三角型隶属函数。 4 建立模糊规则表 模糊规则的建立依赖于操作者的经验和技术专家的技术知识，它是模糊控制器设计 的核心。模糊自适应p i d 是在p i d 算法的基础上，通过计算当前误差e 和误差变化率e c 利用 模糊规则进行模糊推理，查询模糊规则表进行参数调整，在生产实践中我们总结工程师 及人员的技术知识和实际操作经验，得到了p i d 三个参数的整定规则表，如图表3 1 3 5