[发明专利]一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台及其仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥熟料煅烧技术领域，尤其是涉及水泥煅烧过程的动态建模和半实物仿真平台。

背景技术

水泥熟料煅烧过程具有高度非线性、强耦合性以及时滞性的特点。基于操作连续性和安全性的角度考虑考虑，新员工培训、新工艺设计和风险评价以及各种备选方案可行性评定等都难以实现现场试验。即使有条件进行试验研究，也会造成大量的资源浪费。另外，熟料煅烧过程是在一个不断旋转的回转窑内进行，内部气体温度高达上千度，并伴有很大的粉尘，很多关键参数无法直接测量，导致熟料质量控制只能依靠操作经验，人为因素影响较大，缺乏理论依据。因此，开发一种能够替代实际熟料煅烧过程，便于试验研究以及能够提供较完备过程参数的方法是十分必要的。

而系统仿真实验可以模拟实际煅烧过程的各种运行工况，可以模拟工程试验无法实现的危险和极端工况，还可以为控制算法提供较为完备的数据。模拟可以产生不同工艺条件下的生产结果，调度人员可利用这些产生的数据进行分析，在流程工艺的基础上确定最佳方案,也可以将这些数据作为理论研究的基础数据使用，而无需破坏生产的连续性。系统仿真试验具有良好的可控性、无破坏性，可多次重复，经济、安全、不受气象条件和场地环境的限制。

仿真技术中，半实物仿真的置信度最高，具有有效性、可重复性、经济性、安全性等诸多优点，受到军事和民用各部门的高度重视。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把部分实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验，在降低建模复杂性的同时，提高了系统设计的可靠性和研制质量。因此，有必要开发一套水泥煅烧过程的半实物仿真平台替代真实熟料煅烧过程。

发明内容

针对熟料煅烧过程中存在的难以进行工业试验，操作缺乏理论指导等问题，本发明提出一种基于半实物仿真技术的方法，将实物与熟料煅烧模型相连接，借以描述开、停车等非连续性过程，质量与能量执行过程，离散逻辑操作，新方案设计以及控制方案比较。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，软件仿真装置、信号转换装置、控制系统、监控装置顺序连接；

软件仿真装置：用于建立水泥熟料煅烧过程动态模型并进行水泥熟料煅烧仿真，得到虚拟工况参数反馈至信号转换装置，并接收信号转换装置的控制参数；

信号转换装置：用于实现软件仿真装置与控制系统的数据转换和实时通信；

控制系统：将经信号转换装置传输的虚拟工况参数反馈至监控装置，并将接收的监控装置的过程参数输出至信号转换装置，实现水泥熟料煅烧仿真过程的闭环控制；

监控装置：带有人机交互界面，用于监控水泥熟料煅烧过程动态模型的虚拟工况参数和控制系统的控制参数。

所述信号转换装置采用数据采集卡。

所述控制系统采用PLC。

一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真方法，包括以下步骤：

在监控装置所建立的水泥熟料煅烧过程动态模型中输入过程参数并发送至控制系统；控制系统将过程参数输出至信号转换装置，经信号转换装置进行数据转换再输出至软件仿真装置的内存中并存储；

软件仿真装置通过建立接口模块调用内存中的过程参数，通过运行水泥熟料煅烧过程动态模型得到虚拟工况参数；再次通过接口模块实现软件仿真装置与数据采集卡的实时通信，将软件仿真装置输出的虚拟工况参数经信号转换装置反馈至控制系统；监控装置接收控制系统的虚拟工况参数并通过人机交互界面进行图形化显示。

所述虚拟工况参数为烧成带温度。

所述过程参数包括煤质、窑型规格和窑速。

所述建立接口模块是指在仿真装置中利用Visual C++编译动态链接库，动态链接库包括gPROMS数据读取输出函数和板卡驱动程序调用函数；输入输出函数用于gPROMS数据的读/写操作，实现数据的输入和输出功能；板卡驱动程序调用函数用于调用板卡的驱动程序，实现gPROMS数据写入板卡和板卡数据写入gPROMS的功能。

所述建立水泥熟料煅烧过程动态模型包括以下步骤：

首先根据煤质、窑型规格和窑速等输入条件，根据化学动力学反应式和物质平衡公式得到气固相物质与窑内温度的函数关系式T_l=f（n_i/j,l），T_l为微元l的窑内温度，n_i/j为窑内气固相物质的摩尔量，l为窑内微元；