专利名称：水泥数字化管控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水泥生产技术领域，尤其涉及一种水泥数字化管控系统。
背景技术：
水泥的生产通常是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后喂入水泥窑中煅烧成熟料，再将熟料加适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细。如图1所示，水泥的生产，一般可分生料制备、熟料烧成和水泥制成三个工序，其中，生料制备分为干法和湿法两种，干法一般采用闭路操作系统，即原料经磨机磨细后，进入选粉机分选，粗粉回流入磨再行粉磨的操作，并且多数采用物料在磨机内同时烘干并粉磨的工艺。干法的生料制备具体可包括石灰石破碎及输送、联合预均化堆场、原料调配及原料粉磨、生料入窑和废气处理等流程。熟料烧成的设备主要有立窑和回转窑两类，立窑适用于生产规模较小的工厂，大、中型厂通常采用回转窑。窑筒体卧置(略带斜度，约为3%)，并能作回转运动的称为回转窑。采用回转窑的熟料烧成具体可包括煤粉制备、窑尾预热分解、回转窑煅烧和窑头熟料冷却等流程。水泥制成工序通常采用圈流粉磨工艺(即闭路操作系统)，可包括破碎机 熟料配料、水泥磨和水泥出库及包装等流程。针对上述每个生产工序来说，均涉及到多种设备，比如，仅石灰石破碎及输送的工序中就涉及到重型板式喂料机，单段锤式破碎机、收尘器、排风机、离心通风机、电机、收尘器储气罐、皮带机、脉冲单机带收尘器、圆堆场堆取料机等等。每种设备均涉及到各种参数和指标。由于大型水泥生产线系统庞大，设备众多，操作运行复杂，控制也相对复杂，发生故障的潜在因素多。而且一旦出现故障，甚至会导致设备损坏，无论故障大小，都会间接或直接给水泥厂带来经济损失。
发明内容
本发明针对现有技术的大型水泥生产线系统庞大，设备众多，操作运行复杂的问题，提出一种水泥数字化管控系统，以提高水泥生产的安全性和经济性。为了解决上述问题，本发明提供一种水泥数字化管控系统，包括:模拟子系统、生产与优化子系统和数据库，其中，模拟子系统与生产与优化子系统相连，数据库分别与所述模拟子系统和生产与优化子系统相连；所述模拟子系统用于对水泥生产进行仿真计算；所述生产与优化子系统用于根据所述模拟子系统的计算结果和数据库中存储的数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，预测当前时刻之后运行参数是否正常，以及对水泥生产进行优化控制；所述数据库用于存储各个生产设备的历史运行参数和当前运行参数、运行参数的范围以及运行参数与设备状态的对应关系。
优选地，上述系统还具有以下特点:所述模拟子系统包括:数据采集模块、数据校验模块、设备状态推算模块、在线自学习模块和模拟模块，其中，数据采集模块与数据校验模块相连，设备状态推算模块和在线自学习模块分别与数据校验模块和模拟模块相连；所述数据采集模块用于实时采集水泥生产中各个生产设备的当前运行参数，并发送至所述数据校验模块；所述数据校验模块用于按照数据库中设定的运行参数的范围，对数据采集模块采集到的当前运行参数进行检验，将合格的当前运行参数发送至数据库、设备状态推算模块和在线自学习模块；所述设备状态推算模块用于将当前运行参数与数据库中设备运行参数的范围进行比对，确定当前各个设备的运行状态，将当前各个设备的运行状态和当前运行参数发送至模拟模块；所述在线自学习模块用于根据当前运行参数，对水泥生产的各个数学模型的系数进行修正，并将修正后的数学模型发送至模拟模块；所述模拟模块包括在线同步仿真子模块，所述在线同步仿真子模块用于按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行同步仿真计算。优选地，上述系统还具有以下特点:所述数据校验模块进一步用于，若在检验过程中判断当前运行参数不合格，则用数据库中仿真分析得到值或历史仿真分析得到的值替代不合格的当前运行参数，报警并显示不合格的当前运行参数及其替代值。优选地，上述系统还具有以下特点:所述模拟模块还包括离线分析仿真子模块，所述离线分析仿真子模块用于根据输入的离线运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行仿真计算。优选地，上述系统还具有以下特点:所述模拟模块还包括在线预测仿真子模块，所述在线预测仿真子模块用于按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型，对水泥生产进行超实时仿真计算。优选地，上述系统还具有以下特点:所述生产与优化子系统包括:安全模块和在线决策控制模块，其中，所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行参数是否正常；在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。优选地，上述系统还具有以下特点:所述安全模块包括:参数实时监督子模块、在线预警子模块和异常参数侦测子模块，其中，所述参数实时监督子模块用于实时监督当前水泥生产设备的当前运行参数，当运行参数异常时进行报警；所述在线预警子模块用于根据对水泥生产进行超实时仿真计算的结果，判断当前时刻之后运行参数是否正常；所述异常参数侦测子模块用于根据水泥生产当前运行参数、运行参数的变化趋势、运行参数的变化范围等，判断水泥生产设备运行状态是否正常。优选地，上述系统还具有以下特点:所述在线决策控制模块包括生料系统优化子模块、煤粉制备系统优化子模块、烧成系统优化子模块和水泥系统优化子模块，其中，所述生料系统优化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算生料成分发展趋势，进行配料计算，从而对生料配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对循环风、粗粉仓热风、粗粉仓冷风、细粉仓热风和细粉仓冷风进行调节，以控制生料磨出口温度、粗粉仓入口负压和细粉仓入口负压，从而对生料磨系统的优化控制；所述煤粉制备系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤磨机的循环风、热风和冷风进行调节，以控制煤磨机的出口温度和入口负压，从而对煤磨机的优化控制；所述烧成系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤量进行调节，以控制分解炉的温度，从而对分解炉的优化控制；以及，按照PID控制和专家决策系统，对风机阀门开度进行调节，以控制预热器出口压力，从而对预热器的优化控制。所述水泥系统优化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算水泥成分发展趋势，进行配料计算，从而对水泥配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对水泥磨系统的热风和冷风进行调节，以控制水泥磨系统的出口温度和入口负压，从而对水泥磨系统的优化控制。优选地，上述系统还具有以下特点:所述生产与优化子系统进一步包括:经济模块，所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对。优选地，上述系统还具有以下特点:所述经济模块包括相连的在线能耗指标计算子模块和能效对标分析子模块，其中，所述在线能耗指标计算子模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗；所述能效对标分析子模块用于将所述在线能耗指标计算子模块计算得到能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对；所述综合性能耗包括熟料综合能耗、熟料综合煤耗、熟料综合电耗、水泥综合能耗、水泥综合电耗和水泥综合煤耗；所述分布能耗包括原料破碎电耗、原料预均化电耗、原料烘干煤耗、生料粉磨电耗、生料均化电耗、燃料烘干煤耗、燃料制备电耗、废气处理电耗、熟料烧成电耗、熟料烧成煤耗、熟料存储与输送电耗、辅助生产电耗、混合材烘干煤耗、混合材料制备电耗、水泥粉磨电耗等。本发明可以为水泥厂带来显著的直接、间接效益:(I)通过大量在线分析数据、实时/历史数据，实现科学管理、精细管理，使水泥厂物资、检修等过程管理合理、经济，使生产管理的决策及时、准确，实现最佳效益；(2)基于系统分析，优化运行控制，降低煤、电、油、水的消耗，实现直接的经济效
(3)在线仿真预警、异常甄别、故障诊断等保障水泥厂安全运行，而安全是水泥厂最大的经济效益。
图1是水泥生广流程不意图；图2是本发明实施例的水泥数字化管控系统示意图；图3是本发明实施例的模拟子系统示意图；图4是本发明实施例的在线同步仿真与在线预测仿真的关系示意图；图5是本发明实施例的生产与优化子系统示意图；图6是本发明实施例的生料磨系统优化控制示意图；图7是本发明实施例的煤磨机优化控制示意图；图8是本发明实施例的分解炉优化控制示意图；图9是本发明实施例的预热器`优化控制示意图；图10是本发明实施例的水泥磨系统优化控制示意图。
具体实施例方式下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。如图2所示，本发明实施例的水泥数字化管控系统，包括:模拟子系统、生产与优化子系统和数据库，其中，模拟子系统与生产与优化子系统相连，数据库分别与所述模拟子系统和生产与优化子系统相连；所述模拟子系统用于对水泥生产进行仿真计算；所述生产与优化子系统用于根据所述模拟子系统的计算结果和数据库中存储的数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，预测当前时刻之后运行参数是否正常，以及对水泥生产进行优化控制；所述数据库用于存储各个生产设备的历史运行参数和当前运行参数、运行参数的范围以及运行参数与设备状态的对应关系。其中，数据库包括历史数据库和实时数据库，其中历史数据库存储各个生产设备的历史运行参数，实时数据库存储各个生产设备的当前运行参数。另外，由于每种运行参数均具有其正常值范围、异常值范围等参数特性，所以数据库还存储了该方面的信息。比如，以5000t/d熟料干法生产线为例，熟料烧成系统中，有如下重要参数:1.高温风机速度:800-830转每分钟，作用是保证系统通风和风量，风煤料充分热交换。2.分解炉喂煤量:出口温度在865度至875度，使碳酸盐充分分解，减轻窑负荷。3.窑头喂煤量:在10.5至11.5吨，使物料在烧成带有充分的化学反应。4.篦冷机一段速度:8至9次每分钟，熟料热量充分回收到窑内，提高烧成带温度。5.篦冷机二段速度:12至14次每分钟，使熟料急冷，提高熟料性能。6.篦冷机三段速度:16至18次每分钟，降低熟料温度，提高熟料易磨性。
7.窑头排风机速度:85%-95%控制窑头负压，把窑头废气排到大气中。8.窑主电机电流:600到800A之间，反应物料在窑内的煅烧变化。9.窑头一次风机压力:26_28kpa，通过调整风机转速保证输送煤粉稳定。10.窑头喷煤风管压力:18-20kpa，反应头煤的实际下煤量。11.窑尾喷煤风管压力:34—37kpa，反应尾煤的实际下煤量12.窑尾气体分析仪:02含量2.0% —3.5%, CO2含量小于0.2%，检测煤粉是否充分燃烧。13.烟室气体分析仪:02含量2.0 %左右，CO2含量小于0.05%，检测煤粉是否充分燃烧。14.罗茨风机:27A23 电流 95-105A27A22 电流 95-105A27A27 电流 135-145A27A21电流135-145A，反应实际下煤量。15.烟室温度:1050°C—115(TC，反应窑热工制度是否稳定。上述参数为设备的正常值范围。相应地，上述参数也有异常值范围，比如高温风机速度在稳定运转的情况下，800转每分钟以下，或者830-1000转每分钟为异常值，表示该设备运转不正常。下面对模拟子系统和生产与优化子系统分别进行详细介绍。 模拟子系统模拟子系统可包括对生料制备、熟料烧成、水泥制成等系统的仿真，以5000t/d熟料干法生产线为例，具体可包括:1、生料制备系统(I)石灰石破碎及输送系统仿真范围:重型板式喂料机，单段锤式破碎机、收尘器、排风机、离心通风机、电机、收尘器储气罐、皮带机、脉冲单机带收尘器、圆堆场堆取料机等。(2)联合预均化堆场系统仿真范围:筛煤皮带机、侧悬刮板取料机、皮带机等。以及各类辅助原料的预均化堆场，原煤堆场，各种堆料机、取料机、除尘器、胶带输送机等。(3)原料调配及原料粉磨系统仿真范围:皮带秤、收尘器收尘风机、转子秤、入磨皮带、粉煤灰库侧储气罐及所有空气炮、电动葫芦、烘干中卸原料磨等。(4)生料入窑系统仿真范围:罗茨风机、失重仓、皮带秤、充气卸料装置、环行区充气系统、空气输送斜槽、袋收尘器、换气风机、入窑提升机、空气压缩机、储气罐等。(5)废气处理系统仿真范围:增湿塔、电除尘器 、各类风机、各类阀门等。2、熟料烧成系统仿真范围包括但不限于以下系统:煤粉制备系统、窑尾预热分解系统、回转窑煅烧系统、窑头熟料冷却系统仿真范围:旋风预热器、分解炉、回转窑、篦冷机、高温风机、引风机、冷却风机、密封风机、一次风机、燃油系统、煤粉燃烧器、回转挡轮、熟料槽式输送机、熟料库、煤磨、电除尘、其他风机与泵、油站、挡板、阀门等。3、水泥制成系统仿真范围包括但不限于以下系统:破碎机熟料配料系统、水泥磨系统和水泥出库及包装系统仿真范围:定量给料机、输送皮带、提升机、V型选粉机、辊压机、选粉机、收尘器、水泥磨、散装机、罗茨风机、装车机等。4、配电系统(I) IOKV 配电系统仿真范围:高厂变、IOKV母线、各段母线工作电源开关、备用电源开关等。(2)400V 配电系统仿真范围:低压厂变及变压器高、低侧开关、400V母线、保安电源及400V厂用系统的所有保护、厂用低压接线以及控制、信号回路等。5、控制系统仿真范围:控制系统中的所有调节参数。如图3所示，本发明实施例的水泥在线模拟子系统包括:数据采集模块、数据校验模块、设备状态推算模块、在线自学习模块和模拟模块，其中，数据采集模块与数据校验模块相连，设备状态推算模块和在线自学习模块分别与数据校验模块和模拟模块相连；所述数据采集模块用于实时采集水泥生产中各个生产设备的当前运行参数，并发送至所述数据校验模块；所述数据校验模块用于按照数据库中设定的运行参数的范围，对数据采集模块采集到的当前运行参数进行检验，将合格的当前运行参数发送至数据库、设备状态推算模块和在线自学习模块；所述设备状态推算模块用于将当前运行参数与数据库中设备运行参数的范围进行比对，确定当前各个设备的运行状态，将当前各个设备的运行状态和当前运行参数发送至模拟模块；所述在线自学习模块用于根据当前运行参数，对水泥生产的各个数学模型的系数进行修正，并将修正后的数学模型发送至模拟模块；所述模拟模块包括在线同步仿真子模块，所述在线同步仿真子模块用于按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行同步仿真计算。下面对每个模块进行详细描述:一、数据采集模块:该模块实时采集水泥生产中各个生产设备的当前运行参数，也可以采用与分布式控制系统(DCS)和辅控系统共用数据采集系统的方法，并可以将采集到的当前运行参数以例外报告的形式UDP广播发布。另外会将采集到的当前运行参数保存到数据库中，以供查询，以及可以将历史数据作为离线仿真的输入数据。数据缓存至少保存15天的历史数据。在线模拟子系统通过数据采集，从而使模拟子系统直接取得现场运行状态和操作动作，根据运行设备、系统的设计参数和特性参数建立的全物理过程数学模型进行计算，并为生产优化与分析系统、管理优化与决策系统等提供数据支撑。二、数据校验模块:
由于采集到的数据可能是不合格数据即“坏值”，数据校验模块可以对数据采集模块采集到的当前运行参数进行检验。其依据就是上述数据库中各个参数的范围。当数据校验模块校验到采集到的数据既不是正常值，也不是异常值，那么就判断当前运行参数不合格，则用数据库中仿真分析得到值或历史仿真分析得到的值替代不合格的当前运行参数，而且还可以通过报警的方式提醒工作人员，并且通过在线工作站显示不合格的当前运行参数及其替代值的列表。如果校验合格，则将合格的当前运行参数发送至数据库、设备状态推算模块和在线自学习模块。三、设备状态推算模块:该模块对当前运行参数进行分析，将当前运行参数与数据库中设备运行参数的范围进行比对，确定当前各个设备的运行状态，比如正常态或者异常态，从而确定设备、设备的安全、经济水平，进行可以用于预测可能发生的故障，找出故障原因，分析设备状态，提出检修建议时间；另外通过分析巡检数据以及设备状态曲线可及时发现设备隐患。四、在线自学习模块:在线自学习模块通过物理、化学基本原理出发，如燃烧学、流体力学、传热学等等，根据当前运行参数，准确推算出当前工况下水泥厂运行设备和系统特性参数(数学模型的系数)，对现有的数学模型的系数进行修正，使模拟模块的仿真计算更贴近实际。由于实际运行中的特性很难用单纯的理论来解释，理论值与实际工况会有部分误差，通过自学习，自动修正在线模拟子系统系数，使仿真模型更能精确的代表实际工况。自学习模型是指基于基本物理、化学原理建立的数学模型，在实际工况运行过程当中实时修正数学模型系数，使仿真工况与实际工况在误差范围之内同步运行。五、模拟模块模拟模块可以根据实时共享数据库中设备当前工况或历史工况的数据及按照水泥生产的各个数学模型进行计算，建立与实际设备相同的运行工况，即具有将设备运行状态完全复制到模拟模块上的功能。模拟模块具体包括:在线同步仿真子模块、离线分析仿真子模块和在线预测仿真子模块。(一 )在线同步仿真子模块在线同步仿真子模块按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行同步仿真计算。在线同步仿真模式是基本的运行模式，就是模拟子系统在线获取现场操作指令同步进行仿真计算，除非在特殊情况下退出其运行，否则就一直连续在线运行。在线同步仿真子模块通过设备状态推算模块或者数据库不断接收来自现场的运行参数(包括操作状态信号和测量信号)，以此进行跟踪计算和分析。对于在线同步仿真模式，仿真模型的起始工况与现场的运行工况必须一致。虽然在线仿真模型可以通过共享数据库的所有的现场控制状态和测量参数，但仿真模型中存在大量的过程量和中间量，它们无法从现场直接得到，所以必须进行在线仿真的初始化。基本实现方法是:在初始启动在线同步仿真时先从已经保存的初始工况中选择最接近当前工况的一个初始工况调入内存作为初始化计算的起点，这个调入的初始工况与现场实际运行状态可能有差异，此时对所有的仿真模型量(包括过程量和中间量)进行初始化，分析模型计算结果与水泥厂实际值(模拟量)的误差，当所有被检验值的误差小于误差要求且所有开关量状态与现场值完全一致时，认为初始化完成，实时在线同步仿真模型投入计算。在线同步仿真模式下除了通过仿真模型计算被仿对象的各种参数和设备状态外，设备状态推算模块和在线自学习模块还同步运行，分析当前各个设备的运行状态，以及实时修正仿真模型。在线同步仿真模式一经启动，就开始记录历史数据，所记录的历史值供相关人员通过仿真界面查看趋势，也是进行历史工况分析和一些指标性参数计算的依据。历史数据的记录也为离线分析仿真模式下的返回追踪和操作记录重放提供数据，这是进行运行分析的重要手段。在线同步仿真为在线的运行分析和故障诊断等功能提供了基础数据，在线同步仿真所记录的操作过程和历史工况是离线仿真分析的依据。另外在线同步仿真子模块可以实现在线软测量。在线软测量技术是利用一些较易在线准确测量的辅助变量或分析化验的历史数据，通过在线分析，计算不可实时测量或难测量变量的一种方法。针对水泥厂的实际情况和需要，选取难以在线测量的物理量进行在线软测量，如生料细度、水泥比表面积。生料细度、水泥比表面积是水泥生产工艺中重要技术指标之一，目前现场采用离线取样化验的测量方法，滞后时间长，通过在线软测量，有利于操作人员及时调整运行方式，提高水泥产品质量，提高水泥生产的经济效益。(二)离线分析仿真子模块离线分析仿真子模块根据输入的离线运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行仿真计算。虽然在线同步仿真是模拟模块的主要运行模式，但仅有在线同步仿真子模块并不能完全体现模拟模块的功能及效用。在线模拟子系统除进行同步分析计算和实时的运行分析、故障诊断等功能外，还要实现对运行历史事件的分析、重大技术改造的预验证、应急事故处理规范的制定及运行模式的优化选择等功能。这些功能就是在离线分析仿真模式下进行的。离线分析仿真模式就是模拟子系统完全脱离现场运行数据而独立运行的方式。离线分析仿真模式的启动初始工况由以下方式获得:(I)把在线同步仿真的当前运行工况作为离线分析仿真的初始工况，即直接从共享内存中获得当前在线同步仿真的数据；(2)初始工况(IC)，这是工程师或用户整理保持的各种运行工况下的标准初始状态；(3)复位由在线同步仿真模式保存在历史数据库中的历史数据，历史数据的时间可以选择所记录任意历史时刻。通过离线分析仿真子模块，可建立中控运行人员运行操作培训系统、生产管理人员运行管理培训系统、现场设备操作工就地操作培训系统、电气运行人员运行操作培训系统、热工人员控制系统研究分析系统、生产事故现象演示培训系统、生产事故处理演练培训系统、生产运行人员上岗考核系统、生产运行人员晋升考核系统等，通过相关人员在离线仿真机上进行相应的培训，提高相应操作水平。(三)在线预测仿真子模块在线预测仿真子模块按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型，对水泥生产进行超实时仿真计算。在线预测仿真模式为运用仿真模型以超实时(Faster Than Real-time,快于实时)速度计算预测设备未来的运行状态。显然，通过对设备状态的预测可以预知设备运行的问题，提前提醒运行人员，从而及时纠正运行问题，防止严重事故或停机的发生。如图4所示，在线预测仿真启动时，自动以At为周期，从共享内存中复制在线同步仿真的当前运行工况数据，对当前运行工况进行超实时计算，仿真预测从to (当前时刻)到to+Λ T时间段的运行状态。AT可以由工程师设定，范围通常为15分钟 I个小时，具体受计算机的运行速度和容量限制。Λ t的范围通常为I分钟 10分钟。综上所述，模拟子系统可以实时地对当前状态进行仿真计算、分析与预警，为水泥厂安全、经济运行提供在线的、智能化的辅助信息。这些数据可以用于生产优化和管理优化，使水泥厂的管理和生产具有及时和科学的决策依据。 生产与优化子系统如图2所示，本发明 实施例的水泥生产与优化系统包括安全模块、经济模块和在线决策控制模块，其中，所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行参数是否正常；所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对；在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。其中，上述经济模块为可选模块。下面对每个模块进行详细描述:—、安全模块:由于水泥厂系统发生停车工艺故障的潜在因素多，一旦出现工艺故障，轻则迫使减低产量，重则会导致停车事件发生，甚至会导致设备损坏，无论工艺故障大小，都会间接或直接给水泥厂带来经济损失。因此，通过安全模块的故障预测和诊断功能，及早发现系统和设备潜在的工艺故障，预测将来可能出现的异常事件，并及时采取处理措施，可以提高设备和运行的可靠性，确保设备安全、经济地运行。安全模块是针对水泥厂安全问题的功能模块，包括:参数实时监督子模块、在线预警子模块和异常参数侦测子模块。(一 )参数实时监督子模块:参数实时监督子模块用于实时监督当前水泥生产设备的当前运行参数，当运行参数异常时进行报警。系统正常运行中所有参数在一个正常的范围内波动，当参数波动超出了正常的范围即超过了阈值，则以报警的形式出现。判断的阈值包括两种类型:(1)根据设计要求、用户手册和运行经验确定的阈值，可以是一个固定的值。(2)根据历史数据确定的阈值。可以根据同样运行工况下历史值，有效地发现机组运行中的异常，特别是不明显的隐患。(二)在线预警子模块:在线预警子模块用于根据对水泥生产进行超实时仿真计算的结果，判断当前时刻之后运行参数是否正常。如图4所示，模拟子系统的在线预测仿真子模块运用仿真模型以超实时速度计算，并将计算结果发送给在线预警子模块，在线预警子模块根据计算结果判断从当前时刻到当前时刻+ Λ T的运行状态。其中At为周期，Λ T为预测时间长度，为At的整数倍。由此发现重要参数越界和设备的保护动作等信息(如斗提反馈电流、提升机电流等参数)，并分析预警设备运行中即将出现的异常的可能原因和处理建议，并把这些信息提供给用户。(三)异常参数侦测子模块异常参数侦测子模块用于根据设备运行实时数据和历史数据分析判断设备运行状态是否正常。具体地，该模块根据水泥生产当前运行参数、运行参数的变化趋势、运行参数的变化范围、绝对值等，判断水泥生产设备运行状态是否正常。其中，设备运行实时数据为水泥生产当前运行参数，运行参数的变化趋势和运行参数的变化范围可通过设备运行实时数据和历史数据得到。当异常参数侦测子模块发现有参数异常后，有两种处理办法:(I)对参数本身直接反映了设备问题的情况(如提升机电流异常)，直接(或经过简单分析)作为告警信息输出，提示运行人员处理；(2)其它情况，如参数异常不能直接反映设备状态信息，可通过异常甄别分析模型进一步分析诊断是哪个设备出现了问题。另外，该模块还分析设备性能的变化(包括不可用性能下降)及其对设备运行的影响，从而判别是否提出检修建议。比如:(I)超温统计:对设备各部件的轴承温度等参数的超温运行次数和时间进行统计分析，其统计分析结果作为可靠性分析、寿命损耗分析的依据。(2)电气开关操作统计:对水泥厂电气开关的操作历史进行统计分析，其中统计开关的带电操作次数、跳闸动作次数、不带电操作次数等。上述状态分析是实现设备状态检修的基础，通过对设备状态的统计分析，从而判别是否提出检修建议。二、经济模块经济模块以水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据为分析的基本要素，在线分析水泥厂设备运行状态，对设备的经济性进行全面分析，通过绩效指标帮助运行人员及时发现设备运行状态，为系统经济运行调整提供依据。另外，针对水泥行业能源消耗、管理及节能技术现状，根据水泥企业能效对标采用的指标和指标体系进行计算，为水泥行业能源消耗、管理及节能提供基本依据。本模块主要参照如下标准:(I)《水泥单位产品能源消耗限额》(2)《水泥企业设计规范和能耗限额标准》(3)《水泥企业能效对标指南》(4)《GB/T213-2003煤的发热量测定方法》
(5)《GB/T2589综合能耗计算通则》(6)《JC/T730-2007水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》(7)《JC/T733-2007水泥回转窑热平衡测定方法》经济模块包括相连的在线能耗指标计算子模块和能效对标分析子模块。(一 )在线能耗指标计算子模块在线能耗指标计算子模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗。其中，综合性能耗包括熟料综合能耗、熟料综合煤耗、熟料综合电耗、水泥综合能耗、水泥综合电耗和水泥综合煤耗等。(I)熟料综合能耗在统计期内生产每吨熟料消耗的各种能源折算成标准煤所得到综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。对于部分利用窑头和窑尾废气进行余热发电或采暖等余热利用的生产线，其发电量和余热利用量不折算成标准煤从熟料综合能耗中扣除。(2)熟料综合煤耗在统计期内生产每吨熟料的燃料消耗，包括烘干原燃材料和烧成熟料消耗的燃料，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。(3)熟料综合电耗在统计期内生产每吨熟料的综合电力消耗，包括熟料生产过程中的电耗和生产熟料辅助过程的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(4)水泥综合能耗在统计期内生产每吨水泥消耗的各种能源折算成标准煤所得到综合能耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。在计算水泥综合能耗指标时，应按照GB16780-2007《水泥单位产品能源消耗限额》标准中的修正方法将出厂水泥28d抗压强度修正到42.5等级水平，同时进行混合材掺量等方面修正。(5)水泥综合电耗在统计期内生产每吨水泥的综合电力消耗，包括水泥生产各过程中的电耗和生产水泥辅助过程的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(6)水泥综合煤耗在统计期内生产每吨水泥的燃料消耗，包括烘干原燃材料和烧成熟料消耗的燃料以及混合材烘干消耗的燃料，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。分布能耗包括原料破碎电耗、原料预均化电耗、原料烘干煤耗、生料粉磨电耗、生料均化电耗、燃料烘干煤耗、燃料制备电耗、废气处理电耗、熟料烧成电耗、熟料烧成煤耗、熟料存储与输送电耗、辅助生产电耗、混合材烘干煤耗、混合材料制备电耗、水泥粉磨电耗
坐寸ο⑴原料破碎电耗在统计期内用于包括石灰石、砂岩、铁矿石等各种原料破碎的电耗，单位为千瓦时每吨(kwh/1)。(2)原料预均化电耗
在统计期内用于原料预均化的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(3)原料烘干煤耗在统计期内用于原料烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。(4)生料粉磨电耗在统计期内用于原料粉磨的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(5)生料均化电耗在统计期内用于生料均化的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(6)燃料烘干煤耗在统计期内用于燃料烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。(7)燃料制备电耗在统计期内将进厂的块状燃料进行预均化、破碎和粉磨至适当细度，以满足熟料煅烧要求的过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(8)废气处理电耗在统计期内对出窑尾和出磨系统的废气进行增湿降温和收尘等处理，使排放的废气能达到国家环保要求过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(9)熟料烧成电耗在统计期内用于熟料烧成的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(10)熟料烧成煤耗在统计期内用于熟料烧成的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。(11)熟料存储与输送电耗在统计期内用于熟料存储与输送出厂或输送至水泥磨调配库的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(12)辅助生产电耗在统计期内空压机、循环水泵等辅助生产设备的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(13)混合材烘干煤耗在统计期内用于混合材烘干的燃料消耗，单位为千克标准煤每吨(kgce/t)。(14)混合材料制备电耗在统计期内用于混合材破碎、烘干的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。(15)水泥粉磨电耗在统计期内用于水泥粉磨过程的电力消耗，单位为千瓦时每吨(kwh/t)。经过数据对比后，发现工序能耗大，则可进一步通过数据分析，查找其具体原因。下表列出各工序的具体分析参数。
权利要求
1.一种水泥数字化管控系统，其特征在于，包括:模拟子系统、生产与优化子系统和数据库，其中，模拟子系统与生产与优化子系统相连，数据库分别与所述模拟子系统和生产与优化子系统相连； 所述模拟子系统用于对水泥生产进行仿真计算； 所述生产与优化子系统用于根据所述模拟子系统的计算结果和数据库中存储的数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，预测当前时刻之后运行参数是否正常，以及对水泥生产进行优化控制； 所述数据库用于存储各个生产设备的历史运行参数和当前运行参数、运行参数的范围以及运行参数与设备状态的对应关系。
2.按权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述模拟子系统包括:数据采集模块、数据校验模块、设备状态推算模块、在线自学习模块和模拟模块，其中，数据采集模块与数据校验模块相连，设备状态推算模块和在线自学习模块分别与数据校验模块和模拟模块相连； 所述数据采集模块用于实时采集水泥生产中各个生产设备的当前运行参数，并发送至所述数据校验模 块； 所述数据校验模块用于按照数据库中设定的运行参数的范围，对数据采集模块采集到的当前运行参数进行检验，将合格的当前运行参数发送至数据库、设备状态推算模块和在线自学习模块； 所述设备状态推算模块用于将当前运行参数与数据库中设备运行参数的范围进行比对，确定当前各个设备的运行状态，将当前各个设备的运行状态和当前运行参数发送至模拟模块； 所述在线自学习模块用于根据当前运行参数，对水泥生产的各个数学模型的系数进行修正，并将修正后的数学模型发送至模拟模块； 所述模拟模块包括在线同步仿真子模块，所述在线同步仿真子模块用于按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行同步仿真计算。
3.按权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述数据校验模块进一步用于，若在检验过程中判断当前运行参数不合格，则用数据库中仿真分析得到值或历史仿真分析得到的值替代不合格的当前运行参数，报警并显示不合格的当前运行参数及其替代值。
4.按权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述模拟模块还包括离线分析仿真子模块，所述离线分析仿真子模块用于根据输入的离线运行参数和水泥生产的各个数学模型对水泥生产进行仿真计算。
5.按权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述模拟模块还包括在线预测仿真子模块，所述在线预测仿真子模块用于按照当前运行参数和水泥生产的各个数学模型，对水泥生产进行超实时仿真计算。
6.按权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述生产与优化子系统包括:安全模块和在线决策控制模块，其中， 所述安全模块用于根据水泥生产设备运行实时数据、历史数据和仿真数据，分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，以及预测当前时刻之后运行参数是否正常； 在线决策控制模块用于对水泥生产的生料配料和水泥配料进行优化，对生料磨系统、煤磨机、分解炉、预热器和水泥磨系统进行优化控制。
7.按权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述安全模块包括:参数实时监督子模块、在线预警子模块和异常参数侦测子模块，其中， 所述参数实时监督子模块用于实时监督当前水泥生产设备的当前运行参数，当运行参数异常时进行报警； 所述在线预警子模块用于根据对水泥生产进行超实时仿真计算的结果，判断当前时刻之后运行参数是否正常； 所述异常参数侦测子模块用于根据水泥生产当前运行参数、运行参数的变化趋势、运行参数的变化范围等，判断水泥生产设备运行状态是否正常。
8.按权利要求6所述的系统，其特征在于， 所述在线决策控制模块包括生料系统优化子模块、煤粉制备系统优化子模块、烧成系统优化子模块和水泥系统优化子模块，其中， 所述生料系统优化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算生料成分发展趋势，进行配料计算，从而对生料配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对循环风、粗粉仓热风、粗粉仓冷风、细粉仓热风和细粉仓冷风进行调节，以控制生料磨出口温度、粗粉仓入口负压和细粉仓入口负压 ，从而对生料磨系统的优化控制； 所述煤粉制备系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤磨机的循环风、热风和冷风进行调节，以控制煤磨机的出口温度和入口负压，从而对煤磨机的优化控制； 所述烧成系统优化子模块按照PID控制和专家决策系统，对煤量进行调节，以控制分解炉的温度，从而对分解炉的优化控制；以及，按照PID控制和专家决策系统，对风机阀门开度进行调节，以控制预热器出口压力，从而对预热器的优化控制。
所述水泥系统优化子模块通过根据历史下料的记录数据，推算水泥成分发展趋势，进行配料计算，从而对水泥配料的优化；以及，按照PID控制和专家决策系统，对水泥磨系统的热风和冷风进行调节，以控制水泥磨系统的出口温度和入口负压，从而对水泥磨系统的优化控制。
9.按权利要求6 8中任意一项所述的系统，其特征在于， 所述生产与优化子系统进一步包括:经济模块，所述经济模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗，并将能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对。
10.按权利要求9所述的系统，其特征在于， 所述经济模块包括相连的在线能耗指标计算子模块和能效对标分析子模块，其中， 所述在线能耗指标计算子模块用于计算水泥生产的综合性能耗和分布能耗； 所述能效对标分析子模块用于将所述在线能耗指标计算子模块计算得到能耗数据与国际、国内标准能耗指标数据比对； 所述综合性能耗包括熟料综合能耗、熟料综合煤耗、熟料综合电耗、水泥综合能耗、水泥综合电耗和水泥综合煤耗； 所述分布能耗包括原料破碎电耗、原料预均化电耗、原料烘干煤耗、生料粉磨电耗、生料均化电耗、燃料烘干煤耗 、燃料制备电耗、废气处理电耗、熟料烧成电耗、熟料烧成煤耗、熟料存储与输送电耗、辅助生产电耗、混合材烘干煤耗、混合材料制备电耗、水泥粉磨电耗坐寸O
全文摘要
本发明公开一种水泥数字化管控系统，包括模拟子系统、生产与优化子系统和数据库，模拟子系统与生产与优化子系统相连，数据库分别与模拟子系统和生产与优化子系统相连；模拟子系统用于对水泥生产进行仿真计算；生产与优化子系统用于分析和判断当前运行参数和水泥生产设备运行是否正常，预测当前时刻之后运行参数是否正常，以及对水泥生产进行优化控制；数据库用于存储各个生产设备的历史运行参数和当前运行参数、运行参数的范围以及运行参数与设备状态的对应关系。本发明的数字化管控系统以创新的在线仿真分析技术、历史数据分析技术、先进的诊断优化方法为手段，实现水泥厂的经济运行、安全运行。
文档编号G05B19/418GK103092171SQ20131000684
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者田海奎 申请人:武安市新峰水泥有限责任公司