煤粉输送软仪表的开发及应用*

陈 强 欧丹林 张书法 邓 晓

浙江邦业科技有限公司，浙江 杭州 310052

煤粉输送软仪表的开发及应用*

陈 强 欧丹林 张书法 邓 晓

浙江邦业科技有限公司，浙江 杭州 310052

以罗茨鼓风机风压、罗茨鼓风机静风压、粉体流动系数、校正因子等为输入变量，以煤粉输送量为输出变量建立煤粉输送软仪表。此煤粉输送软仪表具有煤粉输送量异常智能辨识、煤粉输送量自校正、预测精确、反应快速等优点，能有效克服传统的煤粉计量设备（转子秤）因卡秤导致煤粉计量不准等设计缺陷。

煤粉 软仪表 智能辨识 在线校正

0 引言

在水泥、冶金、化工、电力等流程工业中，物料输送的稳定是保证日常生产稳定的前提。在我国的水泥生产中，煤具有重要地位，煤输送的稳定是保证供热状况稳定的重要前提之一，喂煤量过多容易导致炉膛温度过高、燃烧不充分等现象发生，且造成能源的浪费；而过少，则会导致炉膛温度过低，影响产品质量。为了保障煤的稳定燃烧，在生产过程中，通常将原煤加工处理后得到细度均一的煤粉后，经过计量装置精确计量，利用罗茨鼓风机将煤粉送入燃烧室内。

转子秤是目前使用最广泛的煤粉计量装置，在实际生产过程中，极易发生转子秤卡煤现象，从而导致称重测量信号不准，进而导致煤粉的加入量偏高或偏低，即所谓的秤“偏实”、“偏虚”等问题，这不利于稳定生产和精细化管理；另一方面，严重时发生的“冲煤”、“断煤”，会冲击炉膛燃烧，如不及时干预，会造成明显的质量事故甚至安全事故[1],[2]。因此，建立一种全新的煤粉计量系统，精确控制煤粉输送量，对水泥日常生产的稳定和产品质量的提高具有重要意义[3]。

软测量技术由于其反应灵敏、测量精确，已广泛应用于生产过程中的各种难以直接测量的工艺变量监控[4]。软测量技术的基本思想是把自动控制理论与生产过程控制有机结合起来，应用计算机技术对难以测量或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构建数学关系来推断或者估计待测量的值，以软件来替代硬件的功能，以达到对生产过程控制的目的。本文所建煤粉输送软仪表能够提高煤粉计量精度，保证煤粉输送的稳定，极大程度地提高水泥日常生产的稳定性[5]。

1 煤粉输送软仪表开发方案

对采集的水泥生产过程煤粉输送工艺部分的历史数据进行数据处理、分析后发现，罗茨鼓风机的风压与煤粉输送量之间具有非常明显的相关性，如图1所示，这使得建立煤粉输送量软仪表来解决转子秤计量不准的问题成为可能。

图1 罗茨鼓风机压力对煤粉输送量的散布图

利用罗茨鼓风机风压来建立煤粉输送量软仪表，其输入变量包括罗茨鼓风机风压、罗茨鼓风机静风压、粉体流动系数、校正因子等，输出为煤粉输送量。煤粉输送软仪表具有煤粉输送量异常智能辨识、煤粉输送量自校正等功能，实施过程不需增加硬件投资，可以在DCS、实时数据库等支持实时计算的系统中快速实施，性价比高。

2 软仪表建模步骤

煤粉输送软仪表建模步骤包括离线实施与在线实施两大部分，其中离线实施部分包括数据的采集与处理、软仪表模型的建立，在线实施部分包括组态与在线运行、在线校正。

2.1 数据采集与处理

煤粉输送软仪表是通过构建罗茨鼓风机的风压与煤粉输送量之间的数学关系实现对煤粉输送量的间接测量。因此，采集转子秤所计量的煤粉输送量和对应的罗茨鼓风机风压的实时测量数据是建立软仪表模型的关键。为保证软仪表的精度，研究中煤粉输送量的数据范围不少于其量程范围的50%。

由于转子秤经常发生卡煤而导致计量不准，因此在数据处理过程中需对其不准的数据加以剔除，以保证所建煤粉输送软仪表的准确性。另外，由于转子秤计量值与罗茨鼓风机压力之间存在一定的时间延迟，数据需进行时序校正。

2.2 软仪表模型的建立

建立软测量模型是指通过数学方法构建估计变量（煤粉输送量）与其它直接测量变量（罗茨鼓风机压力）间的关联模型（见图2），是软测量仪表的核心。软测量建模的方法多种多样，主要包括机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、支持向量机等。煤粉输送软仪表以神经网络建模，模型的输入为罗茨鼓风机风压P，输出为物料输送量C，模型表达式为C=K×P+A。其中流量系数K和校正因子A为模型的拟合参数。

图2 软仪表模型的模型结构示意图

2.3 组态与在线运行

在建立软仪表模型后，软仪表可以在单片机、PLC系统、DCS系统和实时数据库系统等任何支持实时计算的系统中进行实施。软仪表可通过组态与先进控制器直接联系，保证实时在线运行。

2.4 在线校正

基于罗茨鼓风机风压的煤粉输送软仪表具有平稳可靠、使用寿命长等优点，因此，其维护工作量低，不需频繁地在线校正。然而，在软仪表长期使用后，或者罗茨鼓风机、煤磨等相关设备检修后，需通过在线校正的方法减小测量误差，提高测量精度。所建立软仪表模型的拟合参数有流量系数K和校正因子A，可通过手动调整流量系数K和校正因子A达到在线校正的目的。

3 煤粉输送软仪表智能辨识与自校正

煤粉输送软仪表根据煤粉计量装置计量而得的煤粉输送量与基于罗茨鼓风机风压的物料输送量软仪表测量而得的煤粉输送量计算输送量偏差，当偏差量超过预设的阈值时，则认为煤粉输送量异常，软仪表报警通知操作人员。同时软仪表模型自动将偏差作为前馈信号，输送给控制系统，在偏差发生变化时，自动调整喂煤量，实现自校正，以保持燃烧过程的稳定。具体工作原理如图3所示。

图3 煤粉输送量异常的智能辨识与报警

4 结束语

基于罗茨鼓风机风压的物料输送量软仪表具有煤粉输送量异常智能辨识、煤粉输送量自校正、预测精确、反应快速等优点，能有效克服传统的煤粉计量设备（转子秤）因卡秤导致煤粉计量不准等设计缺陷，为水泥生产中煤粉输送量的测量提供了新方法。实际应用数据证明了该软仪表的有效性。

[1] 耿建华, 侯贵斌, 胡云燕. 转子秤在煤粉计量中的应用[C]//水泥厂物料计量与定量给料技术学术研讨会论文集. 北京:中国硅酸盐学会,2008.

[2] 何小龙, 张珂. 煤粉计量与控制系统的发展现状[J]. 水泥技术, 2008 (5): 86-88.

[3] 谷景景. 水泥工业生产中煤粉计量系统[J]. 衡器, 2010, 39(11): 52-54.

[4] 胡斌, 于晨斯. 软测量技术及其应用[J]. 科技广场, 2010 (3): 209-212.

[5] 黄凤良. 软测量思想与软测量技术[J]. 计量学报, 2004, 25(3): 284-288.

2015-06-18）

TQ172.625.3

B

1008-0473(2015)05-0029-02

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.05.008

*国家科技支撑计划项目: 高强低钙硅酸盐水泥及生产控制关键技术的研究与示范,项目编号:2013BAE09B00