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水泥烧成系统质量预测及工艺优化研究

水泥烧成系统质量预测及工艺优化研究

作者：曹伟南京理工大学

学位级别：硕士

水泥广泛应用于各类基础设施建设中,其重要性不言而喻。水泥烧成系统是水泥生产的关键过程,如何提升提烧成系统整体质量具有重要意义。烧成系统具有非线性、大滞后、强耦合等特点,且主要依赖人工操作,难以保证水泥产品的质量稳定。随着... 详细信息

水泥广泛应用于各类基础设施建设中,其重要性不言而喻。水泥烧成系统是水泥生产的关键过程,如何提升提烧成系统整体质量具有重要意义。烧成系统具有非线性、大滞后、强耦合等特点,且主要依赖人工操作,难以保证水泥产品的质量稳定。随着机器学习等技术在流程型制造业中得到广泛应用。因此,选择合适的质量预测及工艺优化模型,及时预测质量指标并对其优化,可以提高烧成系统质量,保证水泥产品质量的稳定。烧成系统是水泥生产的关键工艺环节,主要包括预热分解工艺和熟料烧成工艺。本文在对烧成系统全面分析后,选取出相应的质量指标并总结其影响因素,建立质量预测模型和工艺优化模型,最后实现了烧成系统质量预测及工艺优化系统。具体研究如下:(1)介绍水泥烧成系统工艺流程。选取分解炉出口温度和游离氧化钙(f-Ca O)含量作为预热分解工艺及熟料烧成工艺的质量指标,并总结出各质量指标的影响因素;采集相应的质量数据,对数据进行滤波和时序匹配处理。(2)建立质量预测模型。首先针对质量数据的时序性,建立基于LSTM的分解炉出口温度分步预测模型,获得准确的预测结果并与其它模型对比。然后针对熟料烧成工艺数据的小样本特点,建立了结合集成学习Boosting和多核极限学习机(MKELM)的f-Ca O含量预测模型,将Boosting-MKELM与其它模型对比验证所提模型的精度。(3)建立工艺优化模型。首先针对粒子群算法(PSO)的局限性提出改进二阶振荡粒子群算法(IPSO),分别建立预热分解工艺的优化模型(IPSO-LSTM)及熟料烧成工艺的优化模型(IPSO-Boosting-MKELM),获得不同工况下保证质量指标在理想范围内的工艺参数组合,提高水泥生产过程的质量。(4)设计与实现烧成系统质量预测及工艺优化系统。首先针对企业需求设计系统的总体结构及具体功能模块,然后根据系统需要设计数据库,最后对系统进行实现。本文对水泥烧成系统质量预测及工艺优化进行了分析与研究,能准确地对水泥烧成系统工艺过程的质量进行预测并及时调整工艺参数,保证生产的稳定高效。同时也为流程型制造业生产质量的提高与优化提供了思路。

关键词：水泥烧成系统质量预测及工艺优化 LSTM分步预测多核极限学习机集成学习改进粒子群算法

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水泥烧成系统多维泰勒网集成优化控制研究

水泥烧成系统多维泰勒网集成优化控制研究

作者：张茂琦东南大学

学位级别：硕士

近年来,针对水泥生产流程工业的经营层面,越来越多的企业愈发重视并将流程工业系统的控制与优化作为改革方向。但由于常见的水泥系统具有强耦合、大时滞以及非线性等特点,传统的控制方法无法起到很好的控制效果。针对上述问题,本文将智... 详细信息

近年来,针对水泥生产流程工业的经营层面,越来越多的企业愈发重视并将流程工业系统的控制与优化作为改革方向。但由于常见的水泥系统具有强耦合、大时滞以及非线性等特点,传统的控制方法无法起到很好的控制效果。针对上述问题,本文将智能优化控制思想应用于水泥生产系统,设计一种基于递归多维泰勒网的动态实时优化与模型预测控制集成的双层优化控制方案,在双层结构的上层优化层利用递归多维泰勒网能够拟合系统动态特性的优点,设计了基于递归多维泰勒网的直接法并求解出最优参考曲线。紧接着,在下层设计了模型预测控制方案进行处理,使其跟踪此参考曲线,从而使水泥生产系统能够在保证稳定运行的基础上,最大化经济效益。首先,提出了基于递归多维泰勒网的建模方案,并以此辨识了水泥烧成系统模型。由于系统模型的构建将影响随后的优化控制过程,因而建立一个高精度的系统模型是亟待解决的问题。针对上述问题,借助静态多维泰勒网的优点,设计了递归多维泰勒网,有效表征了系统的动态特性的同时,获得了系统精简的显式表达式。模型参数使用随时间反向传播算法进行训练并获得梯度更新公式,迭代求解后可获得递归多维泰勒网的最优参数。采用将上一时刻的权值作为当前时刻的参数初值,即热启动的方式,继而进一步提高了训练效率。基于工业现场的历史数据对烧成系统的经济模型、分解炉子系统模型和回转窑子系统模型进行辨识,验证了辨识方案的有效性。其次,针对烧成系统的分解炉和回转窑两个子系统,设计了非线性模型预测控制方案从而实现对该非线性、时滞、多变量和有约束的复杂系统的控制。由于经济效益是以系统稳定为前提的,因而设计具有快速响应且稳定的控制器显得尤为重要。首先,对于具有输入时滞的离散非线性系统,构造了以预测输出与参考轨迹误差的二次项和控制信号组成的正定函数,并以此设计了相应的代价函数解决了跟踪控制问题。在证明了模型预测控制方案的递归优化可行性的基础上,采用最优代价函数作为系统Lypaunov函数,证明了闭环系统的稳定性,并分别对分解炉和回转窑系统进行跟踪控制和抗干扰实验,验证了控制器良好的动态性能和鲁棒稳定性。最后,提出了以上层为经济实时优化问题,下层为实时控制问题的双层优化控制集成方案。在上层优化层通过引入递归多维泰勒网经济模型,提出动态实时优化方案,有效解决了传统稳态实时优化问题未考虑系统频繁的动态变化和优化指标的变化的问题。此外,由于采用极小值原理计算非线性系统优化问题的解析解极为困难,采用直接法对经济动态实时优化问题进行数值求解,并最终获得了相应的最优控制序列。对经济动态实时优化问题进行求解实验,对不同权重配比的经济指标进行对比,验证了优化方案的有效性,有效弥补了稳态实时优化方案的不足。最后,对考虑了经济效益的烧成系统优化与控制问题进行仿真实验,验证了双层优化控制集成方案的可行性。

关键词：水泥烧成系统递归多维泰勒网非线性模型预测控制经济动态实时优化

面向能耗与质量的水泥烧成系统多目标优化研究

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面向能耗与质量的水泥烧成系统多目标优化研究

作者：高勇燕山大学

学位级别：硕士

水泥烧成系统是水泥生产线上的关键工序之一,产出水泥熟料的同时消耗大量能源。随着数字时代的到来,工业生产越来越趋于智能化,但水泥行业相关优化技术并没有得到很好提升,造成我国水泥制造业仍面临产品质量不稳定、能源利用率低等问题... 详细信息

水泥烧成系统是水泥生产线上的关键工序之一,产出水泥熟料的同时消耗大量能源。随着数字时代的到来,工业生产越来越趋于智能化,但水泥行业相关优化技术并没有得到很好提升,造成我国水泥制造业仍面临产品质量不稳定、能源利用率低等问题。一是由于水泥工业工艺机理复杂,生产指标间缺乏协作优化机制,难以对其建立准确有效的机理优化模型。二是由于水泥工业工况动态变化,被控变量不具备多步优化设定策略,难以保证系统处在平稳生产环境中。本文针对以上问题,开展面向能耗与质量的水泥烧成系统多目标优化研究,主要内容如下:(1)针对水泥烧成系统能耗、质量生产指标的关联协作优化问题,以熟料烧成过程的能耗、质量作为优化目标,以生产过程变量作为决策变量,考虑质量要求、设备能力、生料成分等约束因素,建立面向能耗与质量的水泥烧成系统多目标优化模型,该模型协调了能耗与质量间的制约关系。同时针对水泥烧成系统生产过程非线性和时变时延特性、过程变量与多生产指标的时间尺度差异性,分别用卷积神经网络、卷积-长短时记忆网络预测能耗、质量,解决了水泥烧成系统难以建立准确有效机理模型的问题。(2)针对水泥烧成系统被控变量的多步调节设定问题,综合考虑工况动态变化特性,提出基于双群差分进化的水泥烧成系统优化算法,将种群进化分为两个阶段,并设计了双种群之间的共生演化机制,种群p1得到被控变量理想值的定向进化方向,种群p2得到被控变量设定值的多步优化路线。该算法解决了被控变量优化设定区间协调性问题,揭示了被控变量与生产指标间的运行规律,旨在达到保证系统稳定性、提高能源利用率、稳定熟料质量的目的。(3)以某水泥企业熟料煅烧生产数据为基础,对提出的模型和算法进行实验验证。分析了卷积神经网络、卷积-长短时记忆网络预测能耗和质量的模型准确度;通过与熟料煅烧生产的能耗数据和质量数据进行对比,证明了所提出优化方法在连续时间段内的优化性能;通过双种群对多目标优化模型进化求解对比,证明了所提出优化算法可以保持系统稳定性,提高能源利用率,稳定熟料质量。

关键词：水泥烧成系统多目标优化神经网络双群差分进化

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水泥烧成系统脱氮技术研究

环境与发展 2017年第9期29卷 76-77,79页

作者：杨生强扬州金帆科技发展有限公司江苏扬州225000 扬州市产业技术研究院江苏扬州225000

本文分析了国内外水泥烧成系统脱技术的现状,研究了分级燃烧脱氮技术、SNCR脱氮技术、分级燃烧和SNCR联合脱氮集成技术,提出了水泥烧成系统脱氮技术工艺,比较了各种脱氮技术的脱氮效果和经济性,归纳总结了脱氮技术工艺的选择方法。

关键词：水泥烧成系统脱氮环境污染

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水泥烧成系统软件平台的设计

自动化技术与应用 2018年第3期37卷 37-41页

作者：古静张彦军青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛266042

为了提高水泥生产的自动化水平和生产效率,设计了水泥烧成系统软件。文中介绍了水泥烧成系统软件平台的架构设计,实现方法及其在实际工况中的应用,并用C#进行了软件开发。在实际工程的应用中,通过对比人工控制与自动控制的控制效果,显... 详细信息

为了提高水泥生产的自动化水平和生产效率,设计了水泥烧成系统软件。文中介绍了水泥烧成系统软件平台的架构设计,实现方法及其在实际工况中的应用,并用C#进行了软件开发。在实际工程的应用中,通过对比人工控制与自动控制的控制效果,显示自动控制效果更稳定,该软件在水泥企业生产过程中起到了良好的优化控制作用。

关键词：水泥烧成系统软件 C# 优化控制

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基于SVM的水泥烧成系统工艺故障诊断研究

基于SVM的水泥烧成系统工艺故障诊断研究

作者：陈柏志西南科技大学

学位级别：硕士

新型干法水泥生产最核心的工艺环节是烧成系统,它的生产过程机理复杂,工艺故障频发,如果工艺故障未及时处理可能会引发恶性事故。因此,对水泥烧成系统进行工艺故障诊断是保证水泥安全稳定生产的关键。本文在对烧成系统工艺故障进行详细... 详细信息

新型干法水泥生产最核心的工艺环节是烧成系统,它的生产过程机理复杂,工艺故障频发,如果工艺故障未及时处理可能会引发恶性事故。因此,对水泥烧成系统进行工艺故障诊断是保证水泥安全稳定生产的关键。本文在对烧成系统工艺故障进行详细的问题分析基础上,分析了将支持向量机应用在水泥烧成系统工艺故障诊断的优势,基于支持向量机进行烧成系统工艺故障诊断研究,所做工作如下:(1)二叉树支持向量机分类精度容易受到二叉树结构的影响,针对这一问题,提出了一种改进的完全二叉树支持向量机算法。通过将改进算法应用在UCI标准数据集与TE过程故障诊断试验,验证了改进算法的优越性。(2)提出了基于支持向量机的烧成系统工艺故障诊断流程,对该流程进行了仿真实验,结果表明该流程具有良好的故障诊断效果。(3)基于故障诊断流程开发水泥烧成系统工艺故障诊断原型系统,完成原始数据采集、数据库的设计、前台故障诊断系统。

关键词：水泥烧成系统支持向量机故障诊断故障诊断系统

改进粒子群算法优化SVM的水泥烧成系统故障诊断

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化工自动化及仪表 2019年第12期46卷 983-987,1006页

作者：王敏洁艾红北京信息科技大学自动化学院

在基本粒子群算法的基础上,通过引入自适应变异算子、交叉算子和新的惯性权重,提出一种采用改进粒子群(IPSO)算法对支持向量机(SVM)参数进行优化的分类器模型。选取UCI公共数据集中的Iris、Wine和Seed对其分类性能进行验证。最后,将IPSO... 详细信息

在基本粒子群算法的基础上,通过引入自适应变异算子、交叉算子和新的惯性权重,提出一种采用改进粒子群(IPSO)算法对支持向量机(SVM)参数进行优化的分类器模型。选取UCI公共数据集中的Iris、Wine和Seed对其分类性能进行验证。最后,将IPSO-SVM分类器应用于水泥烧成系统的故障诊断中,结果表明:该分类器具有更快的收敛速度、更好的全局收敛能力和更高的故障诊断精度。

关键词：故障诊断水泥烧成系统改进粒子群算法支持向量机

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水泥烧成智能监控系统设计与研究

水泥烧成智能监控系统设计与研究

作者：古静青岛科技大学

学位级别：硕士

能源短缺以及环境污染现今已经成为全球都比较关心的问题,同时这两个问题也已成为制约我国发展的重大难题。对于水泥行业来说“低碳水泥,绿色发展”已经成为中国新兴经济模式下的必然要求。通过设计各种控制分析软件来提升能源使用的效... 详细信息

能源短缺以及环境污染现今已经成为全球都比较关心的问题,同时这两个问题也已成为制约我国发展的重大难题。对于水泥行业来说“低碳水泥,绿色发展”已经成为中国新兴经济模式下的必然要求。通过设计各种控制分析软件来提升能源使用的效率的方法,已经在很多领域得以实施,并取得了立竿见影的效益。本课题主要研究水泥烧成智能监控系统,通过计算机完成能源数据的在线采集,以及对数据进行分类、整合和分析计算,以便于准确、快速和实时的监测水泥生产过程中的能耗,并进行优化控制。本文依托XX水泥厂4#生产线,展开以下工作:(1)分析水泥烧成系统的工艺流程,对完成该系统的监控所需要的参数进行详细的分析,然后确定主要以篦冷机的优化控制为核心的监控方案。在此基础上,完成了对水泥烧成智能监控系统的功能结构的设计。最后对前台界面、数据处理、通讯模块、优化控制算法这四个模块进行详细设计。(2)根据水泥烧成智能监控系统的功能和特点进行软件开发,然后对软件界面进行详细的设计,以及完成了数据处理模块和基于OPC通讯协议的通讯模块的开发,进一步分析OPC通讯接口的读写方式及工作流程,设计基于规则库和推理机篦压优化控制算法模块,构建了篦压优化控制算法模块,最终完成对水泥烧成智能监控系统的研究及软件平台的设计与开发。(3)在优化控制算法模块,采用K-means聚类算法完成了对篦冷机部分工况的划分,以此为依据设计工况识别器。再利用动态递归寻优算法寻找出篦冷机最优热效值以及与其相对应的篦压优化设定值,并将此作为专家知识,建立规则库和推理机,最终为用户提供篦压优化指导值,实现对水泥烧成系统中篦冷机部分的优化控制。

关键词：水泥烧成系统 OPC协议工况识别篦压优化设定监控软件

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双喷腾分解炉内气固两相流场的数值模拟

硅酸盐学报 2003年第8期31卷 748-753页

作者：黄来陆继东李昌军胡芝娟王世杰吴君棋华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

对水泥工业中广泛应用的双喷腾分解炉内的气固两相流场进行了数值模拟,气相在Euler坐标系下采用k-ε双方程模型表示,固相颗粒在Lagrange坐标系下采用随机轨道模型表示。模拟的结果预测了分解炉内气固两相流场的运动规律,为分析双喷腾分... 详细信息

对水泥工业中广泛应用的双喷腾分解炉内的气固两相流场进行了数值模拟,气相在Euler坐标系下采用k-ε双方程模型表示,固相颗粒在Lagrange坐标系下采用随机轨道模型表示。模拟的结果预测了分解炉内气固两相流场的运动规律,为分析双喷腾分解炉内的气固运动规律和预测固体颗粒在炉内的停留时间提供了有利信息。

关键词：双喷腾分解炉气固两相流 κ-ε模型颗粒随机轨道模型数值模拟水泥烧成系统