水泥厂联合粉磨滑模控制系统的研究

王福林

（山西晋兴奥隆建材有限责任公司， 山西 忻州 036300）

引言

水泥的粉磨生产流程直接关系到水泥的生产效率和产品品质，而现有的粉磨生产控制流程存在着自动化程度低下、受外界因素干扰大，严重影响了水泥企业的正常生产，因此急需要开发一种新的水泥联合粉磨控制系统，以实现水泥整个粉磨过程的精确、智能控制，满足对磨机负荷的连续跟踪任务。

1 水泥粉磨生产线工艺流程

经过处理后的水泥半成品与水泥熟料经过一定的配比后，经传输设备运输到辊压机内进行破碎处理，然后将初步粉碎的物料传送到打散分级机内进行打散和颗粒分级处理，利用过滤筛网，将符合分选直径要求的物料传输到球磨机内部进行研磨处理，处理后的物料由出磨口处的提升机将其传递到选粉机内进行选粉处理，将细度符合产品要求的物料传送到水泥库内，细度不符合产品要求的水泥物料则会由物料传输设备再次将其传输到球磨机内进行研磨处理，并按照上述的路径进行进一步循环，直到所有物料的细度均满足产品要求，由此可知，水泥厂的联合粉磨系统主要包括辊压机、入磨提升机、打散分级机等，其整体结构如图1所示。

2 滑模控制原理及滑模控制器的稳定性分析

滑模控制（SMC）是滑模变结构控制系统的简称，主要包括一系列的子系统或者分支结构，控制系统在工作时利用信号转换原理实现在各分支机构之间的平缓转换，实现对整个控制系统动态性能的优化控制，其具有反应速度快、抗干扰能力强、适应度高的特点[1]，对系统的非关键参数的波动不敏感。由李雅普诺夫稳定性定理可推出实现滑模控制的边界条件：

滑模控制系统参数满足：

图1 水泥厂联合粉磨生产线流程图

式中：[s（k+1）-s（k）]sgn（k）＜0为确保该滑模控制系统能够在系统设定的时间界限内使信号由一个控制层滑动切换到另一个信号控制层，从而确保信号连续性的基本条件。[s（k+1）+s（k）]sgn（k）＞0则是确保控制系统的控制信号在首次穿越滑模控制界面后能够进行减速控制运动的条件。

设置设磨机的电流期望值为226 A，使其电流由最初的224 A开始逐渐增加，对滑模控制系统的信号响应速度进行分析，结果如下页图2、图3所示。

由分析结果可知，在控制系统中随着电流值的逐渐上升，与之相应的打散分级机的转速逐渐降低，直到最低的310 r/min，在整个过程中实现了信号的连续跟踪控制。系统信号反应的收敛速度十分迅速且会随实际检测结果与系统设定的标准值之间的差值进行不间断的修正处理，使其满足平缓、连续的控制要求。整个滑模控制系统具有很高的自适应的能力。

3 联合粉磨滑模控制系统

根据联合粉磨的工作流程，在对现有控制系统

因此，该滑模控制系统平稳控制切换的条件为：

图2 联合粉磨机的电流响应曲线

图3 打散分级机的转速响应曲线

对其进行展开后的变换处理可得[2]：进行分析的基础上，提出了新的联合粉磨滑模控制系统，其逻辑结构如图4所示。

图4 联合粉磨滑模控制系统控制逻辑示意图

现有的水泥厂粉磨控制系统均为人工控制操作，导致生产效率低下，水泥产品质量无法有效保障。为了改变这一现状，在对水泥粉磨生产流程进行充分分析的基础上，确定了联合粉磨控制流程。若稳流仓中的料位线低于标准料位则会导致出现塌仓，造成水泥生产粉磨过程的空载运行，降低水泥生产效率；而球磨机在工作时的工作载荷若过大，则会导致水泥生料无法得到充分的研磨，又会导致大量粒度不满足滤网标准的水泥生料反复循环，会严重降低水泥的生产效率，若球磨机的工作负荷较低，则同样无法满足水泥厂的生产效率。因此，在实际控制中，需对球磨机工作时的工作载荷进行精确控制，而球磨机的载荷大小可通过工作电流的大小进行表示。根据联合粉磨控制系统中粉磨的工作流程，可设计如下的磨机电流控制方案。

由图5可知，设r表示联合粉磨控制系统中的理想工作电流，y表示系统的实际工作稳定电流，u为粉磨机的工作转速，则当系统的实际工作电流和理想工作电流的差值的绝对值小于ω1（ω1、ω2分别为根据实际工作经验设置的控制调节的电流下限和电流上限）时采用滑模自动控制，从而满足系统的控制精度要求，当差值的绝对值大于ω1而小于ω2时，系统自动调整为Bang-Bang1控制逻辑[3]，当差值大于系统设置的控制值ω2时，则采用Bang-Bang2控制逻辑，该控制系统设置的三种电流控制逻辑，可确保联合粉磨控制系统在不同的工况下工作的稳定性和控制精度，提高系统工作时的稳定性和可靠性。

图5 联合粉磨滑模控制系统电流控制逻辑示意图

4 结语

本文提出的三种不同的联合粉磨滑模控制系统电流控制逻辑，能够根据粉磨系统工作时的不同工况针对性地选择控制逻辑，可实现对联合粉磨控制系统的精确控制，提高系统工作的效率和工作稳定性，对提升经济效益和产品质量具有重大意义。