智能粉磨站的改造與實踐

中硅智能化與裝備理事中國水泥網高級顧問賈華平目錄

智能水泥廠的概念一

智能粉磨站的技術路線三

STEAGPiT在水泥磨的實踐

五

智能粉磨站的主體框架四

智能水泥廠的建設二一，智能水泥廠的概念第四次工業革命的浪潮已經掀起，

中國的5G時代正在建設，工業物聯網時代即將全面開啟，——必將為：以智能工廠、智能運輸、智能物流為主題的工業4.0奠定基礎，智能工廠躍躍欲試。水泥行業也不甘落后，包括中國建材、海螺集團等水泥龍頭企業，也開始了建設自己的智能工廠。一，智能水泥廠的概念1，什么是智能工廠？

——智能應該具備的起碼能力：

①具有感知能力

②

具有記憶和思維能力

③

具有學習和自適應能力

④具有行為決策能力一，智能水泥廠的概念所謂智能制造：并不單單是生產制造上的自動化、智能化，準確的說，自動化、機器人、無人化都只是智能制造的一個基本的組成部分！更是應用到從①數據層的機器視覺、射頻識別、傳感器等，到②網絡層的物聯網、大數據、云計算等，再到③執行層的智能裝備、機器人、3D打印等，——最后形成智能工廠的制造方案。一，智能水泥廠的概念根據工信部《智能制造發展規劃（2016-2020年）》對“智能制造”的定義，“智能工廠”涵蓋：

智能裝備集成、計算機輔助工具、生產管理、供銷系統，通過大數據、物聯網、云計算實現智能化互操互控，進而實現生產資源、裝備運行、工藝流程、業務流程、資金流程的動態協同配置，總體構成智能工廠。一，智能水泥廠的概念所謂智能裝備——屬于上游裝備制造廠的智能產品：對自身關鍵部位的關鍵參數，諸如油品、上油、過水、位移、溫度、振動等，具有感知、分析、推理、決策、控制、外傳功能，

能方便接入智能工廠的集成系統、方便智能工廠的運行管理和維護維修。一，智能水泥廠的概念智能工廠具有如下特點：生產廠通過物聯網獲取定制，通過物聯網把原料和生產設備聯接起來，根據用戶喜好的特性，適時多品種、小批量、定制生產，再通過智能物流系統發送給用戶；而且其產品也必須是智能的，可以收集用戶信息通過物聯網上傳給生產廠，方便生產廠提供售后服務，進一步獲取附加值；而且生產設備也是智能的，通過物聯網實時上傳數據反映自身狀況，方便生產廠調劑任務和檢修維護。一，智能水泥廠的概念智能工廠的廣義發展：每個智能工廠都可以通過物聯網，將它的上游生產廠和下游生產廠聯接起來，

——人類勞動最終被人工智能取代。如果你的產品不是智能的：——將無法與上下游的智能工廠聯接；——因此，也無法在智能化時代銷售！二，智能水泥廠的建設中國水泥從1996年4.9億噸拿下世界第一后，就一路領先到現在，規模不可謂不大，但勞動生產率還有待提高：國內5000t/d單線用工多數還在200人左右，先進水平的也在100人左右；而泰國同等規格的“老城堡”水泥廠，每班只有3個人，主要是應付突發事件。其中：

中控室1人（而且包括化驗室所有職能）、現場巡檢2人。二，智能水泥廠的建設如此高的生產效率，

一是要有可靠的裝備運行，二是要有高度的自動化和智能化。

可靠的裝備運行，離不開智能裝備；高度的智能化，離不開大數據。二，智能水泥廠的建設智能水泥廠的建設——是一個龐大的工程，目前尚處于起步階段，控制原理尚需要突破、智能裝備需要逐漸開發、特別是大數據需要逐步積累。因此，不一定就要建設嚴格意義上的智能水泥廠，

不妨先行起步——建設智能化水泥廠。把目標定的過高，只能坐失發展機會！二，智能水泥廠的建設裝備、工藝、監測、計量、程控、可視、統計、分析、建檔、物聯，——等等，這些基礎的東西，不僅是智能水泥廠的必須，對提高現有企業的運營水平也是卓有成效的。如果這些條件不具備，在建設真正的智能水泥廠以前，不妨先在這幾方面先行一步、給予完善提高，

——這就是智能化水泥廠。二，智能水泥廠的建設智能水泥廠建設不可能一步到位，特別是大數據需要自己逐步積累，別人替不了你，智能工廠的建設總是在逐步優化中完成的。不完善不可怕、不到位不可怕，——可怕的是：一味的強調完美、到位，遲遲不肯起步！三，智能粉磨站的技術路線對于大工業生產，各種原燃材料以及各工序的工況，其波動是難以避免的，各項生產控制參數的穩定、以及過程產品和成品性能指標的穩定，都需要通過及時地操作調整才能得以實現。應該說，我們在水泥磨的操作控制上已經下了不少功夫，水泥粉磨幾乎都采用了磨音自控系統

，而且都取得了一定的效果。三，智能粉磨站的技術路線磨音自控系統建立的調節模型為：

“水泥磨喂料量”＝＞“磨音信號”（注：A=>B為邏輯學符號，表示命題A與B的涵蓋關系，后同）。

實踐證明，這個回路在粉磨系統正常時有一定的作用，但在系統出現較大波動、正是需要它發揮作用的時候，它卻“掉鏈子”了，

不但幾乎沒有作用，有時甚至起副作用。三，智能粉磨站的技術路線影響“磨音信號”的因素，并不只是一個“喂料量”，還與諸如“原料配比、原料水分、入磨粒度或細度、研磨體狀態、磨內通風、出磨細度”等有關。欲穩定“磨音信號（磨內填充率的特征信號）”，必須建立起符合現場實際的多變量控制模型；而且，水泥粉磨的最終目的并不是穩定磨內填充率，而是獲得理想細度的產品。三，智能粉磨站的技術路線實際上，水泥粉磨過程的控制目的，

在于保證水泥細度、溫度等指標的前提下，實現產量的最大化和電耗的最小化。在配料組分有效控制的情況下，水泥細度是控制系統調控的主要質量指標，調控細度的主要措施，都影響到粉磨系統的產量，產量的高低又影響到電耗。三，智能粉磨站的技術路線水泥細度是粉磨系統最重要的控制指標，既影響到水泥的質量（強度等）又影響到系統產量（電耗等），質量和產量是系統操作中需要平衡的主要矛盾，這個平衡點就是一個合適且穩定的細度。因此，水泥細度的穩定能減少產能和電耗的浪費，有效發揮粉磨系統的能力和降低粉磨電耗，

“水泥細度”就成為智控系統的關鍵變量。三，智能粉磨站的技術路線我們可以建立一個多變量調整模型：

水泥細度＝＞∑（水泥磨喂料量、原料配比、原料水分、入磨粒度或細度、研磨體狀態、磨內通風、出磨細度、循環負荷……）。總之，只要你能想到的因素就只管往涵蓋變量里加，然后進行相關性統計分析。

根據不同的相關系數給予各變量不同的調節權重，各變量對于水泥細度調節量的代數和，便是水泥細度的調節量。三，智能粉磨站的技術路線為了適應各種因素的新情況、新變化，

設定按照“先入先出的原則”滾動記錄最近7天的數據、并進行相關性分析。

（可根據實際情況的異變速度和頻次，確定和調整滾動天數）

根據最新的分析結果及時地調整調節權重的分配，使其在不斷的循環調整中趨于合理化，調節回路的效果就會越來越好。

——這就是我們追求的

自我學習、自我成長！四，智能粉磨站的主體框架我們可以捋一捋前面講過的內容，一個好的智能化系統應該具備三大特征：一要多變量調控、二不能拉掉關鍵變量的調控、三調控程序應該不斷的滾動優化。

——這就是智能控制回路的主體框架

四，智能粉磨站的主體框架我在多年前使用過一個Polysius的球磨機自控系統，僅管這個系統還談不上智能化，但已經采用了“多變量”控制，是今天搞智能化很好的“多變量”參考資料。不論是生料磨還是水泥磨，都感覺這個系統非常順手。除開磨初期需要人工干預，防止較長時間的調節震蕩外，正常運行中幾乎不用操心，

可以達到幾天之內不需要人工干預。四，智能粉磨站的主體框架Polysius的水泥磨控制系統中控畫面

四，智能粉磨站的主體框架Polysius的這個系統，引入了

比表面積、磨音、提升機電流、回粉量、磨內噴水等多個應變量，

對“喂料從變量”進行主控和糾偏優化，而且各因變量與從變量的相關性，對操作員開放調整。

對我們完善現有的自控回路、進一步發展為“多變量優化糾偏的智控回路”很有借鑒意義。四，智能粉磨站的主體框架水泥的粉磨細度是粉磨系統最重要的控制指標，是智控系統“不能拉掉關鍵變量的調控”的關鍵變量。從早期主控80um篩余，逐步增加到比表面積、45μm篩余、顆粒級配和顆粒形狀的互補監控，但人工取樣的時效性、代表性仍然是個問題，“水泥顆粒級配的在線監控”，就成為粉磨智控的關鍵和必要。四，智能粉磨站的主體框架四，智能粉磨站的主體框架其中以Xoptix投入使用的最多

Xoptix是一套專門針對工業現場設計的在線粒度監控系統，直接在生產管線中對水泥的顆粒級配和變化趨勢，進行24小時連續、快速、及時、準確的檢測監控，并將監控結果及時傳送到中控室的DCS或PLC系統中，

從而為水泥粉磨系統的智能控制，及時提供重要的關鍵數據支撐。四，智能粉磨站的主體框架Xoptix在線激光粒度儀的應用示意圖：

四，智能粉磨站的主體框架Xoptix在線激光粒度儀的應用示意圖：

五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐PiTNavigator系統，通常在球磨機的進料端安裝兩個“磨音指示器”，其中一個裝于“有料側”、另一個裝于“無料側”，用以反應磨內物料的填充程度；在選粉機入口、回料和成品收集的相關部位，安裝有振動傳感器，用以檢測反應相關的物料量，繼而求得循環負荷、選粉機效率等參數。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐在上述硬件的基礎上，

系統配置有所謂“水泥磨導航器”，對水泥磨機和選粉機等設備進行優化控制。該“導航器”可實現相關數據的自動采集與分析，并通過自適應、自學習的非線性模型預測控制，實現對水泥粉磨系統磨的智能控制。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐PiTNavigator水泥磨控制系統示意圖：五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐PiTNavigator水泥磨智控原理圖：五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐PIT系統根據生產過程數據，包括

實際喂料量、物料配比與水泥強度、顆粒級配與水泥強度、磨頭磨尾壓差與磨內通風、磨尾溫度與磨內噴水、選粉機轉速與風量、回粉量大小、提升機電流、磨內填充率（磨音、磨震），

綜合考慮實際工況和外部變量的影響，通過機理模型，實現對粉磨系統的自我實時優化。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐PIT系統可基于系統的優化計算，自我設定系統喂料量、磨內填充率、系統風機轉速、選粉機轉數、循環風機轉速、物料配比、顆粒級配等被控變量的控制目標，并持續優化。從而在低電耗、低料耗（熟料）的情況下，實現較高的臺時產量、穩定的水泥質量。五，STEAGPiT在水泥粉磨系統的實踐20180525日，在上海萬澄環保科技公司的主導下，該系統在南方水泥JL公司的2#水泥磨上投入運行，我專程前往參與并見證了調試工作。我在20180529日離開，雖然調試尚未結束，但已經看到了PiT對系統顯著的穩定作用，以下三張圖顯示