水泥廠聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)的研究

王福林

（山西晉興奧隆建材有限責任公司， 山西 忻州 036300）

引言

水泥的粉磨生產(chǎn)流程直接關系到水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，而現(xiàn)有的粉磨生產(chǎn)控制流程存在著自動化程度低下、受外界因素干擾大，嚴重影響了水泥企業(yè)的正常生產(chǎn)，因此急需要開發(fā)一種新的水泥聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)水泥整個粉磨過程的精確、智能控制，滿足對磨機負荷的連續(xù)跟蹤任務。

1 水泥粉磨生產(chǎn)線工藝流程

經(jīng)過處理后的水泥半成品與水泥熟料經(jīng)過一定的配比后，經(jīng)傳輸設備運輸?shù)捷亯簷C內(nèi)進行破碎處理，然后將初步粉碎的物料傳送到打散分級機內(nèi)進行打散和顆粒分級處理，利用過濾篩網(wǎng)，將符合分選直徑要求的物料傳輸?shù)角蚰C內(nèi)部進行研磨處理，處理后的物料由出磨口處的提升機將其傳遞到選粉機內(nèi)進行選粉處理，將細度符合產(chǎn)品要求的物料傳送到水泥庫內(nèi)，細度不符合產(chǎn)品要求的水泥物料則會由物料傳輸設備再次將其傳輸?shù)角蚰C內(nèi)進行研磨處理，并按照上述的路徑進行進一步循環(huán)，直到所有物料的細度均滿足產(chǎn)品要求，由此可知，水泥廠的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)主要包括輥壓機、入磨提升機、打散分級機等，其整體結構如圖1所示。

2 滑模控制原理及滑模控制器的穩(wěn)定性分析

滑模控制（SMC）是滑模變結構控制系統(tǒng)的簡稱，主要包括一系列的子系統(tǒng)或者分支結構，控制系統(tǒng)在工作時利用信號轉(zhuǎn)換原理實現(xiàn)在各分支機構之間的平緩轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)動態(tài)性能的優(yōu)化控制，其具有反應速度快、抗干擾能力強、適應度高的特點[1]，對系統(tǒng)的非關鍵參數(shù)的波動不敏感。由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理可推出實現(xiàn)滑模控制的邊界條件：

滑模控制系統(tǒng)參數(shù)滿足：

圖1 水泥廠聯(lián)合粉磨生產(chǎn)線流程圖

式中：[s（k+1）-s（k）]sgn（k）＜0為確保該滑模控制系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)設定的時間界限內(nèi)使信號由一個控制層滑動切換到另一個信號控制層，從而確保信號連續(xù)性的基本條件。[s（k+1）+s（k）]sgn（k）＞0則是確保控制系統(tǒng)的控制信號在首次穿越滑模控制界面后能夠進行減速控制運動的條件。

設置設磨機的電流期望值為226 A，使其電流由最初的224 A開始逐漸增加，對滑模控制系統(tǒng)的信號響應速度進行分析，結果如下頁圖2、圖3所示。

由分析結果可知，在控制系統(tǒng)中隨著電流值的逐漸上升，與之相應的打散分級機的轉(zhuǎn)速逐漸降低，直到最低的310 r/min，在整個過程中實現(xiàn)了信號的連續(xù)跟蹤控制。系統(tǒng)信號反應的收斂速度十分迅速且會隨實際檢測結果與系統(tǒng)設定的標準值之間的差值進行不間斷的修正處理，使其滿足平緩、連續(xù)的控制要求。整個滑模控制系統(tǒng)具有很高的自適應的能力。

3 聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)

根據(jù)聯(lián)合粉磨的工作流程，在對現(xiàn)有控制系統(tǒng)

因此，該滑模控制系統(tǒng)平穩(wěn)控制切換的條件為：

圖2 聯(lián)合粉磨機的電流響應曲線

圖3 打散分級機的轉(zhuǎn)速響應曲線

對其進行展開后的變換處理可得[2]：進行分析的基礎上，提出了新的聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)，其邏輯結構如圖4所示。

圖4 聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)控制邏輯示意圖

現(xiàn)有的水泥廠粉磨控制系統(tǒng)均為人工控制操作，導致生產(chǎn)效率低下，水泥產(chǎn)品質(zhì)量無法有效保障。為了改變這一現(xiàn)狀，在對水泥粉磨生產(chǎn)流程進行充分分析的基礎上，確定了聯(lián)合粉磨控制流程。若穩(wěn)流倉中的料位線低于標準料位則會導致出現(xiàn)塌倉，造成水泥生產(chǎn)粉磨過程的空載運行，降低水泥生產(chǎn)效率；而球磨機在工作時的工作載荷若過大，則會導致水泥生料無法得到充分的研磨，又會導致大量粒度不滿足濾網(wǎng)標準的水泥生料反復循環(huán)，會嚴重降低水泥的生產(chǎn)效率，若球磨機的工作負荷較低，則同樣無法滿足水泥廠的生產(chǎn)效率。因此，在實際控制中，需對球磨機工作時的工作載荷進行精確控制，而球磨機的載荷大小可通過工作電流的大小進行表示。根據(jù)聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)中粉磨的工作流程，可設計如下的磨機電流控制方案。

由圖5可知，設r表示聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)中的理想工作電流，y表示系統(tǒng)的實際工作穩(wěn)定電流，u為粉磨機的工作轉(zhuǎn)速，則當系統(tǒng)的實際工作電流和理想工作電流的差值的絕對值小于ω1（ω1、ω2分別為根據(jù)實際工作經(jīng)驗設置的控制調(diào)節(jié)的電流下限和電流上限）時采用滑模自動控制，從而滿足系統(tǒng)的控制精度要求，當差值的絕對值大于ω1而小于ω2時，系統(tǒng)自動調(diào)整為Bang-Bang1控制邏輯[3]，當差值大于系統(tǒng)設置的控制值ω2時，則采用Bang-Bang2控制邏輯，該控制系統(tǒng)設置的三種電流控制邏輯，可確保聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)在不同的工況下工作的穩(wěn)定性和控制精度，提高系統(tǒng)工作時的穩(wěn)定性和可靠性。

圖5 聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)電流控制邏輯示意圖

4 結語

本文提出的三種不同的聯(lián)合粉磨滑模控制系統(tǒng)電流控制邏輯，能夠根據(jù)粉磨系統(tǒng)工作時的不同工況針對性地選擇控制邏輯，可實現(xiàn)對聯(lián)合粉磨控制系統(tǒng)的精確控制，提高系統(tǒng)工作的效率和工作穩(wěn)定性，對提升經(jīng)濟效益和產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。