摘　要： 介紹了模糊控制技術(shù)在水泥回轉(zhuǎn)窯分解爐溫度控制中的成功應(yīng)用,，并討論了水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程DCS系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用軟件開發(fā),。實際運行結(jié)果表明：系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、控制效果良好,、滿足了生產(chǎn)工藝要求,。
　　關(guān)鍵詞： 模糊控制 DCS 水泥回轉(zhuǎn)窯 分解爐溫度

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　　水泥生產(chǎn)過程是一個理化反應(yīng)過程,，具有大慣性、純滯后,、非線性等特點,，系統(tǒng)工況復(fù)雜多變，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,。因此,，采用傳統(tǒng)的控制策略往往難以獲得令人滿意的控制品質(zhì)。為了達(dá)到進一步穩(wěn)定操作工藝,、優(yōu)化技術(shù)參數(shù),、節(jié)能降耗、提高運轉(zhuǎn)率之目的，目前世界各大水泥制造商和計算機公司除了注重DCS系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線的應(yīng)用外,，還特別開發(fā)了一些應(yīng)用于水泥生產(chǎn)工藝各主要環(huán)節(jié)的先進控制策略,，其中模糊控制技術(shù)在提高產(chǎn)量和質(zhì)量、節(jié)能以及穩(wěn)定工況等方面,，具有顯著的效果,。
　　自1965年L. A. Zadeh教授提出模糊集理論后，1973年E. H. Mamdani教授首次成功地將模糊控制應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機的控制中,，獲得了比PID控制更好的控制效果,；1979年丹麥工程師Ostergaard成功地將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于石灰窯生產(chǎn)過程的控制中，揭開了模糊控制技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的新篇章,。模糊控制規(guī)則是以模糊集理論,、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機控制系統(tǒng)，是一種從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的智能控制方法,，是模糊數(shù)學(xué)與控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物,，能夠解決許多復(fù)雜而無法建立精確對象模型的系統(tǒng)的控制問題。它先將操作人員或?qū)＜业慕?jīng)驗歸結(jié)為模糊控制規(guī)則,，然后把傳感器信號模糊化,，并用此模糊輸入去適配控制規(guī)則，完成模糊邏輯推理,，最后將模糊輸出量進行解模糊判決，變?yōu)槟M量或數(shù)字量后送到執(zhí)行器上,。
　　杭州水泥廠新型干法水泥生產(chǎn)線采用Honeywell 最新推出的PlantScape DCS系統(tǒng),，應(yīng)用模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)了水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控,。
1 分解爐溫度的模糊控制
　　杭州水泥廠新型干法水泥生產(chǎn)線采用了目前廣泛使用的“五級旋風(fēng)窯外預(yù)熱分解”技術(shù),，整個生產(chǎn)工藝過程包括窯外預(yù)熱分解、窯內(nèi)煅燒,、熟料冷卻,、廢氣處理和煤粉制備等工序。其中,，窯尾分解爐溫度是一個重要的工藝參數(shù),，它的穩(wěn)定對整條水泥生產(chǎn)線的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和節(jié)能具有重大影響,。根據(jù)對生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析以及操作人員經(jīng)驗的總結(jié),，可以發(fā)現(xiàn)：
　　(1)如果增加喂煤滑差電機轉(zhuǎn)速，則增大了入分解爐的煤粉流量,，這將加劇分解爐內(nèi)的反應(yīng),，使分解爐溫度升高。轉(zhuǎn)速越高，則溫度上升的速度越快,。
　　(2)如果增加生料滑差電機轉(zhuǎn)速,，則增大了入窯生料流量，這將增加分解爐內(nèi)反應(yīng)物料數(shù)量,，使分解爐溫度升高,。但生料流量增大到一定程度后，由于物料未能充分反應(yīng),，分解爐溫度反而會下降,。事實上，入窯生料流量與入分解爐煤粉流量之間應(yīng)維持一定的比例關(guān)系,，以便進行充分反應(yīng),。
　　(3)如果增大回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，則分解爐溫度略有下降,，但兩者之間的關(guān)系不是很明顯,。正常情況下，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速基本保持不變,。
　　由此可見,，影響分解爐溫度的因素很多，但喂煤滑差電機的轉(zhuǎn)速是一個主要因素,，而其它因素諸如生料滑差電機的轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速也對分解爐溫度有一定影響,，且各因素之間存在耦合關(guān)系，但它們的作用不是線性的,，難以建立一個準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來描述該過程,。如果采用傳統(tǒng)的控制方法，即通過建立對象模型來實現(xiàn)對分解爐溫度的控制則非常困難,，為此我們采用模糊控制技術(shù)實現(xiàn)對分解爐溫度的自動調(diào)節(jié),。
　　模糊控制器的輸入變量為分解爐溫度偏差E和溫度偏差的變化EC，輸出變量為喂煤滑差電機轉(zhuǎn)速增量Δn,，將回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速和生料滑差電機轉(zhuǎn)速作為干擾因素處理,。
　　輸入變量E的論域為[－50，50],，語言值為{負(fù)大,，負(fù)中，負(fù)小,，負(fù)零,，零，正零,，正小,，正中,，正大}，記作{NB,，NM,，NS，NZ,，ZO,，PZ，PS,，PM,，PB}，隸屬度函數(shù)如圖1所示,。

　　EC的論域為[－25,，25]，語言值為{負(fù)大,，負(fù)小,，零，正小,，正大},，記作{NB，NS,，ZO,，PS，PB},，隸屬度函數(shù)采用三角形函數(shù),，值為{－25，－10,，0，10,，25},。
　　輸出變量Δn的論域為[－15%，15%],，語言值為{負(fù)大,，負(fù)中，負(fù)小,，零,，正小，正中,，正大},，記作{NB,，NM，NS,，ZO,，PS，PM,，PB},，值為{－15，－10,，－5,，0，5,，10,，15}。其中,，控制滑差電機轉(zhuǎn)速的輸出以百分?jǐn)?shù)形式表示,，即當(dāng)控制滑差電機全速運行時，輸出控制量為100,，停止時為0,。
　　設(shè)計模糊控制器的核心是模糊規(guī)則庫的建立。建立模糊規(guī)則庫常用的方法是根據(jù)工藝操作規(guī)程及對操作人員經(jīng)驗的總結(jié),，抽取相應(yīng)的模糊規(guī)則,，這種方法較為簡便，但獲得的規(guī)則較為粗糙,，且因操作人員經(jīng)驗的不同而帶有一定的主觀性,。另一種方法是應(yīng)用系統(tǒng)辨識技術(shù)，根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)建立對象的模糊模型,，再根據(jù)模糊模型提取相應(yīng)的模糊控制規(guī)則,。在此，我們采用了先建立對象的模糊模型,，再提取模糊控制規(guī)則,，同時借鑒操作人員的經(jīng)驗和現(xiàn)場控制情況對控制規(guī)則作適當(dāng)修改的方法，最后所得的規(guī)則如表1所示,。

　　為使設(shè)備運行得安全可靠，系統(tǒng)對所控設(shè)備分別設(shè)置了計算機控制和現(xiàn)場控制兩種操作功能,，各主要設(shè)備在現(xiàn)場都配有手操器和啟/停開關(guān),。由于水泥生產(chǎn)線現(xiàn)場設(shè)備較多，故系統(tǒng)對設(shè)備的聯(lián)鎖,、順序啟/停以及故障停車順序等都編制了相應(yīng)軟件,，避免事故發(fā)生。
　　針對實際生產(chǎn)過程開發(fā)的基于模糊控制技術(shù)的DCS系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要由控制組態(tài)軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件兩大部分組成,。其中控制組態(tài)軟件主要包括Quick Build,、Control Build和Station，監(jiān)控組態(tài)軟件包括工藝流程圖,、控制回路圖、順序控制圖,、歷史趨勢圖,、報警系統(tǒng)圖和參數(shù)報表等。該系統(tǒng)已于1998年5月在杭州水泥廠成功投運,，實際日生產(chǎn)能力由設(shè)計的7000噸提高到10000噸,，噴煤用量的節(jié)能效率達(dá)10%,，達(dá)到了提高產(chǎn)量和質(zhì)量、降低能耗,、實現(xiàn)“零污染”的目的,。
參考文獻(xiàn)
1 徐 顥. 自學(xué)習(xí)模糊理論及其在復(fù)雜過程控制中的應(yīng)用研究.浙江：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，1999.2
2 趙明潔.穩(wěn)定性理論在模糊控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用研究.浙江：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文.1999.2