水泥是重要的建筑材料,水泥生料是生产水泥产品的基础,对水泥产品的质量影响甚大。国内大部分水泥企业依靠人工调节的方法生产水泥生料,这种调节方法准确性低、实时性差,难以得到高质量的水泥生料;实现水泥生料生产的自动化,提高水泥产品的质量是一个亟待解决的重要课题。近红外在线分析仪能够实时检测水泥生料中各种氧化物的含量,有助于实现水泥生料生产的自动化。但水泥生料生产过程具有滞后、惯性、扰动多等特点,难以控制,研究水泥生料的质量控制具有很大的意义。本课题以山东省内某水泥有限公司5000t/d的水泥产品生产线为研究背景,依据水泥生料的生产工艺,结合近红外在线分析仪及生产现场的情况,提出运用基于动态模型的预测控制调节方案和基于数学规划关系式的修正质量控制方案分别对不同的工况进行调节,改进水泥生料质量控制软件,主要内容如下:(1)水泥生料质量预测控制模块的开发。当水泥生料三率值中的石灰饱和系数需要调整而另外两个率值无需调整时,此时只需改变原材料石灰石和泥岩的配比便可达到调节目的。这种情况下原材料的配比只改变两种,水泥生料中各氧化物的含量也主要改变两种;由于本课题所在的水泥厂对石灰饱和系数非常重视,而且企业所用的石灰石化学成分不稳定,需要频繁的对石灰石配比进行调节,而且运用数学规划关系式的调节效果不够精准,但此种情况便于动态模型的辨识与使用。对此情况,本文将原材料配比的变化量作为输入量,水泥生料中CaO和SiO2含量的变化量作为输出量进行模型辨识,并对模型进行验证;然后根据模型设计相应的预测控制器,通过仿真确定必要参数。(2)水泥生料质量修正控制模块的开发。当水泥生料三率值中的铁率或硅率不合格时,需要调节原材料砂岩或铁尾渣的配比才能达到调节目的。此种情况下输入变量、输出变量数量较多且变量间的耦合性很强,精准的动态模型难以建立;在本课题所依托的水泥企业中,铁率或硅率一直比较稳定,调节频率很低,而且原材料砂岩和铁尾渣的化学成分稳定,通过数学规划关系式便可确定配比变化量与生料中各氧化物含量的变化关系。本文运用数学规划关系式结合专家规则对此种情况进行控制,算是对生料质量控制系统的修正控制。另外本文还提出基于最小二乘法原理对原材料成分进行修正的方法。最后通过对控制方法仿真,得到控制效果良好的参数。(3)水泥生料质量控制系统的实现。生产现场中,系统依据在线分析仪对实时数据进行采集,通过OPC实现硬件系统与数据库间的数据交互,利用水泥生料质量控制软件识别各种工况并对相应的工况进行调节。该系统能够实现水泥生料质量控制的自动化,提高水泥生料的质量。文中对阶段性的生产数据进行了统计与分析,分析结果表明水泥生料质量控制系统能够长时间稳定自动运行且控制效果优于人工控制效果。