水泥生料配料环节是水泥生产的重要环节,水泥生料质量的好坏会直接影响着熟料质量的优劣。水泥生料配料环节存在大滞后,非线性和工况波动频繁等问题,国内水泥厂多采用荧光分析仪检测生料质量,依靠人工操作进行控制。人工调整配比精度有限,生料合格率还有待提高。荧光分析仪每小时检测一次生料,检测周期长。为实现水泥生料配料环节配比的实时调整,本课题以某水泥厂2500t/d的水泥生产线为研究应用背景,在深入了解水泥生料配料工艺的基础上,结合瑞士SpectraFlow公司的近红外在线分析仪和先进控制算法,完成了水泥生料质量自动控制系统的方案设计与软件开发。主要研究内容如下:(1)数据处理与趋势信息提取。针对数据采集过程中存在的异常数据和随机误差问题,先采用限幅滤波法剔除异常值,然后采用加权递推平均滤波法进行数据平滑处理,通过两种方法相结合实现数据滤波处理。针对趋势信息提取问题,采用最小二乘法多项式拟合,实现对数据的趋势信息进行提取。(2)典型工况的划分与模型建立。针对水泥生料配料环节存在的工况波动频繁问题,在石灰石配比与CaO含量呈非正相关关系的情况下,采用K-Means聚类算法,KMedoids聚类算法和Fuzzy C-Means聚类算法三种方法相结合,划分出三种典型工况。在三个典型工况下,分别采用ARX模型建立以四种原材料配比为输入,以四种氧化物含量为输出的四入四出模型。(3)控制器设计。针对生料配料环节中存在的大滞后问题,采用模型预测控制器,利用各个典型工况下建立的模型,预测未来一段时间的输出数据,实现对配比的及时调整,解决滞后问题。化验室荧光检测值准确性高,在线分析仪检测周期短,根据荧光检测值与在线分析仪检测值的对应关系总结专家系统控制规则,编写专家系统控制器。(4)水泥生料质量自动控制软件的设计与开发。根据以上研究内容,开发水泥生料质量自动控制系统,主要开发的模块包括数据滤波模块、工况识别与切换模块、模型预测模块和专家系统控制模块四部分。通过现场实际应用表明,本软件能够在现场长时间可靠运行,控制效果良好,有利于提高生料质量,具有较强的实用性。