一种面向水泥生产的流程控制方法与流程

1.本发明属于水泥生产技术领域，尤其涉及一种面向水泥生产的流程控制方法。


背景技术：

2.当前国内水泥企业普遍使用了dcs自动化系统，但更多只是完成了替代人工抄表与设备操作，水泥生产各工序的控制与优化仍然严重依赖于人工对生产过程的调节，国内水泥生产的系统集成优化能力与世界先进水平相比差距明显。由于设备性能、原材料品质、原煤质量等工况的差异大，系统优化集成能力弱，人工操作波动性强，使得水泥行业的能源、资源利用率偏低，水泥单位能耗与电耗均比国外高出不少，在产品品质方面低层次同质化竞争。这些因素制约着中国水泥产业的健康和可持续发展。
3.近年我国水泥行业除了产业转型升级及绿色发展理念压力倒逼之外，在基础自动化、过程自动化和企业经营管理系统等方面取得了很大进步，水泥工业走向智能制造是大势所趋。
4.目前市场上出现的针对水泥生产的智能控制系统，实现了生产控制的自动稳定运行，但基本上属于dcs系统之上的外挂系统，对dcs系统的稳定与安全运行带来了一定的隐患。因此，构建一套直接连接现场设备的智能化流程控制系统，在实现自动优化控制的高效运行基础上，减少多系统对接带来的网络、冗余等风险，节省企业相关方面不必要的花费至关重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种面向水泥生产的流程控制方法，从而实现通过对过程控制进行可视化复合计算流程建模，实现对专家规则、先进控制算法的支持，并提供图形化的流程在线运行环境，将优化运算结果直接应用于生产过程中。为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
6.一种面向水泥生产的流程控制方法，包括以下步骤：
7.1)数据管理，数据管理器用于连接外部数据源，通过接口设计，支持多种样式的数据读以及写操作；同时通过接口向核心模块提供外部数据的支持，数据管理器支持多节点的分布式网络部署，以及高并发的数据读写；
8.2)前端展示，前端展示界面基于浏览器模式开发，使用多种技术框架可实现系统配置、可视化流程建模以及模型的运行监控，通过http请求和读写数据库的方式实现前后端交互；
9.3)后端处理，系统后端实现对模型的组织，对接所述前端及所述数据管理器和所述核心模块，后端还包括与第三方系统的交互接口，对模型进行规范管理；
10.4)核心模块运算，核心模块作为控制系统的基础部分，用于可视化模型的运行，通过接口与所述数据管理器进行外部数据的读写，通过接口与前端界面提供数据交互。
11.具体的，应用对象为水泥烧成系统中窑尾出口部位的尾排风机，包括以下步骤：
12.1)数据管理，将所需的尾排风机控制相关的数据点进行采集，数据点包括尾排风机转速设定值、尾排风机转速反馈值、高温风机出口负压、袋收尘入口负压、原料磨运行信号；数据接口采用opc方式与现场设备进行连接；
13.2)数据处理，在前端界面中通过拖拽方式，将数据运算模块、滤波器模块、数据控制模块，逻辑运算模块中各子功能进行组合，得到控制策略所需的标准数据，将采集到的数据进行数据同步处理、再进行移动平均与滤波处理，剔除影响控制策略的异常值，图中最后显示各控制参数的实时数值；
14.3)控制策略计算，在前端界面利用过程控制模块对尾排风机的控制进行建模；控制策略输出，在前端界面将控制策略进行输出；
15.4)控制数据输出，在前端界面将步骤3)得到的控制结果，根据中控现场操作人员的手/自动信号切换要求，将系统计算得到的尾排风机频率数据输出给现场执行设备，实现尾排风机的优化运行。
16.与现有技术相比，本发明一种面向水泥生产的流程控制方法的有益效果主要体现在：
17.系统平台支持实时在线开发技术，将系统建模和运行分离，用户可在线编辑并编译通过，将新增流程提交到平台服务端，服务端解析并同步执行模型。系统平台预封装了过程控制中常用的数据滤波、模糊逻辑、pid、模型预测控制算法等先进过程控制算法模块，用户可结合业务支持封装特定的先进过程控制解决方案。系统平台支持可视化的建模方式，使用拖拽式开发方式，极大地降低了使用门槛，普通业务工程师也能轻松进行操作，模型运行过程和结果可视化，从而降低业务模型开发周期。
附图说明
18.图1为本发明实施例的整体工作流程示意图；
19.图2为本实施例的尾排风机控制数据输入示意图；
20.图3为本实施例的尾排风机控制策略计算示意图；
21.图4为本实施例的尾排风机控制策略输出示意图；
22.图5为本实施例的尾排风机控制数据输出示意图。
具体实施方式
23.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.实施例1：
25.参照图1所示，本实施例为一种面向水泥生产的流程控制方法，包括以下步骤：
26.1)数据管理，数据管理器用于连接外部数据源，通过接口设计，支持多种样式的数据读以及写操作，支持包括opc、mqtt、redis、数据库等。同时通过接口向后续步骤4)的核心模块提供外部数据的支持。数据管理器支持多节点的分布式网络部署，以及高并发的数据读写。
27.数据管理，包括数据接口、数据集、数据点的功能。
28.其中，数据接口实现接口管理功能(增加、编辑、查看、删除)；接口类型选择，根据
工业现场控制系统可选opc/mqtt/redis/mysql；接口重连功能，与工业现场控制系统的心跳检测，连接超时告警。
29.其中，数据集实现数据集管理功能(数据集增删、编辑与查看)；分类管理功能，不同类型数据点的类型及归属；数据点配置功能，可手工配置，也可从配置文件导入。
30.其中，数据点实现数据点管理功能(增加、查看、修改、删除)；数据点属性功能，数据点名称、描述、物理单位、类型、接口属性、数据值；数据使用功能，导入导出、批量导入或导出csv文件、同名覆盖、出错中断。
31.2)前端展示，前端展示界面基于浏览器模式开发，使用javascript、html、css、json等框架可实现系统配置、可视化流程建模以及模型的运行监控，通过http请求和读写数据库的方式实现前后端交互。
32.前端展示，包括系统配置、可视化流程建模、以及模型的运行监控及模型交互。
33.其中，可视化流程模块分为数据源模块、信号发生模块、滤波器模块、算术模块、函数计算模块、时间序列模块、逻辑运算模块、数据控制模块、过程控制模块、以及用户自定义功能模块。
34.更进一步地，过程控制模块面向水泥生产过程的特点，包含了手自动切换控制、线性拟合条件控制、pid控制、史密斯预测控制、模型预测控制、模糊控制、神经网络控制。
35.3)后端处理，系统后端由python与java混合编程，实现对模型的组织，对接步骤2)的前端及步骤1)的数据管理器和步骤4)的核心模块。后端还包括与第三方系统的交互接口，对模型进行规范管理。
36.模型管理，包括模型建立、模型编译、模型执行、模型输出。
37.其中，模型建立功能完成组态化的操作和配置，主要由用户直接参与操作。
38.其中，模型编译功能包括：用户编辑和配置完运算模块后，系统具备对编辑参数的合法性检查功能，对不合法的向用户提供告警，重新配置。
39.其中，模型执行功能包括：用户提交编辑模型后，启动数据输入开关，系统开始按照定义的模型执行算法流程，会涉及到流程间的数据交互、流程同步问题。
40.其中，模型输出功能包括：模型单次执行结束需要通过接口向外部系统输出结果，作为外部系统或其他流程的输入，或作为前端显示的中间结果数据。
41.4)核心模块运算，核心模块作为控制系统的基础部分，用于可视化模型的运行，通过接口与前述步骤1)的数据管理器进行外部数据的读写，通过接口与前端界面提供数据交互。
42.核心模块其功能主要为接收用户在网页前端配置的信息，在后台生成数据流运算等服务，并将结果返回网页前端。
43.其中，核心模块定义了item、connection的基础组件，item是所有可以在前端界面显示的对象的基础类型，其属性及方法定义如下表1所示：
[0044][0045]
表1
[0046]
connection用于指代前端界面上两个对象之间的联系，将不同对象之间生成数据流，将水泥生产过程显示在前端界面，其属性及方法定义如下表2所示：
[0047][0048][0049]
表2
[0050]
实施例2：
[0051]
以具体实施对象为水泥烧成系统中窑尾出口部位的尾排风机，生产熟料过程中产生的各种尾气，主要是co2、o2、nox、sox、粉尘等都需要经过该风机排出。通过调节尾排风机频率，可以稳定高温风机出口压力，保证烧成系统中预热器、分解炉与回转窑中风、煤、料的动态平衡，从而保证窑炉系统热工制度稳定。
[0052]
一种面向水泥生产的流程控制方法，包括以下步骤：
[0053]
1)数据管理，将所需的尾排风机控制相关的数据点进行采集，数据点包括尾排风机转速设定值、尾排风机转速反馈值、高温风机出口负压、袋收尘入口负压、原料磨运行信号；数据接口采用opc方式与现场设备进行连接；数据采集频率为5秒/次，满足控制系统后续进行优化控制的需要。数据点可以通过csv配置文件统一导入控制系统中，节省了每个数据点单独配置的时间。
[0054]
2)数据处理，如图2所示，在前端界面中通过拖拽方式，将数据运算模块、滤波器模块、数据控制模块，逻辑运算模块中各子功能进行组合，得到控制策略所需的标准数据，本实施例中对步骤1)中采集到的数据进行数据同步处理、再进行移动平均与滤波处理，剔除了影响控制策略的异常值，图中最后显示各控制参数的实时数值。
[0055]
3)控制策略计算，如图3所示，在前端界面利用过程控制模块对尾排风机的控制进行建模。包括模型建立，完成组态化的操作与配置；模型编译，配置完控制算法之后对模型的参数进行合法性检查。
[0056]
控制策略输出，如图4所示，在前端界面将控制策略进行输出。包括模型执行：系统按照编译好的模型控制流程中的数据交互与多流程同步等过程；模型输出：模型将根据生产工艺与参数的要求，做好准备将执行结果通过接口向外部系统输出。
[0057]
4)控制数据输出，如图5所示，在前端界面将步骤3)中的控制结果，根据中控现场操作人员的手/自动信号切换要求，将系统计算得到的尾排风机频率数据输出给现场执行设备，实现尾排风机的优化运行。
[0058]
应用本实施例时，将水泥生产过程控制直接面向现场仪表，通过对过程控制进行可视化复合计算流程建模，实现对专家规则、先进控制算法的支持，并提供图形化的流程在线运行环境，将优化运算结果应用于生产过程中。系统同时解决了操作员面对传统dcs界面与参数繁多、操作复杂的痛点，使操作员能够专注于当前生产过程中的重点环节，极大减轻操作员的劳动强度。
[0059]
整体控制方法具有以下特点：系统平台支持实时在线开发技术，将系统建模和运行分离，用户可在线编辑并编译通过，将新增流程提交到平台服务端，服务端解析并同步执行模型。系统平台预封装了过程控制中常用的数据滤波、模糊逻辑、pid、模型预测控制算法等先进过程控制算法模块，用户可结合业务支持封装特定的先进过程控制解决方案。系统平台支持可视化的建模方式，使用拖拽式开发方式，极大地降低了使用门槛，普通业务工程师也能轻松进行操作，模型运行过程和结果可视化，从而降低业务模型开发周期。
[0060]
在本说明书的描述中，术语“具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)数据管理，数据管理器用于连接外部数据源，通过接口设计，支持多种样式的数据读以及写操作；同时通过接口向核心模块提供外部数据的支持，数据管理器支持多节点的分布式网络部署，以及高并发的数据读写；2)前端展示，前端展示界面基于浏览器模式开发，使用多种技术框架可实现系统配置、可视化流程建模以及模型的运行监控，通过http请求和读写数据库的方式实现前后端交互；3)后端处理，系统后端实现对模型的组织，对接所述前端及所述数据管理器和所述核心模块，后端还包括与第三方系统的交互接口，对模型进行规范管理；4)核心模块运算，核心模块作为控制系统的基础部分，用于可视化模型的运行，通过接口与所述数据管理器进行外部数据的读写，通过接口与前端界面提供数据交互。2.根据权利要求1所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤1)中所述数据管理包括数据接口、数据集、数据点，所述数据接口实现接口管理功能、接口类型选择、接口重连功能；所述数据集实现数据集管理功能、分类管理功能、数据点配置功能；所述数据点实现数据点管理功能、数据点属性功能、数据使用功能。3.根据权利要求1所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤2)中所述前端展示，包括系统配置、可视化流程建模、模型的运行监控及模型交互；所述可视化流程模块分为数据源模块、信号发生模块、滤波器模块、算术模块、函数计算模块、时间序列模块、逻辑运算模块、数据控制模块、过程控制模块以及用户自定义功能模块；所述过程控制模块面向水泥生产过程的特点，包括手自动切换控制、线性拟合条件控制、pid控制、史密斯预测控制、模型预测控制、模糊控制、神经网络控制。4.根据权利要求1所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤3)中所述模型进行规范管理，包括模型建立、模型编译、模型执行、模型输出；所述模型建立功能完成组态化的操作和配置，主要由用户直接参与操作；所述模型编译功能包括：用户编辑和配置完运算模块后，系统具备对编辑参数的合法性检查功能，对不合法的向用户提供告警，重新配置；所述模型执行功能包括：用户提交编辑模型后，启动数据输入开关，系统开始按照定义的模型执行算法流程，会涉及到流程间的数据交互、流程同步的问题；所述模型输出功能包括：模型单次执行结束需要通过接口向外部系统输出结果，作为外部系统或其他流程的输入，或作为前端显示的中间结果数据。5.根据权利要求1所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤4)中所述核心模块，其功能为接收用户在网页前端配置的信息，在后台生成数据流运算等服务，并将结果返回网页前端。6.根据权利要求1所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：应用对象为水泥烧成系统中窑尾出口部位的尾排风机，包括以下步骤：1)数据管理，将所需的尾排风机控制相关的数据点进行采集，数据点包括尾排风机转速设定值、尾排风机转速反馈值、高温风机出口负压、袋收尘入口负压、原料磨运行信号；数
据接口采用opc方式与现场设备进行连接；2)数据处理，在前端界面中通过拖拽方式，将数据运算模块、滤波器模块、数据控制模块，逻辑运算模块中各子功能进行组合，得到控制策略所需的标准数据，将采集到的数据进行数据同步处理、再进行移动平均与滤波处理，剔除影响控制策略的异常值，图中最后显示各控制参数的实时数值；3)控制策略计算，在前端界面利用过程控制模块对尾排风机的控制进行建模；控制策略输出，在前端界面将控制策略进行输出；4)控制数据输出，在前端界面将步骤3)得到的控制结果，根据中控现场操作人员的手/自动信号切换要求，将系统计算得到的尾排风机频率数据输出给现场执行设备，实现尾排风机的优化运行。7.根据权利要求6所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤1)中，数据采集频率为5秒/次，满足控制系统后续进行优化控制的需要，数据点可以通过csv配置文件统一导入控制系统中，节省了每个数据点单独配置的时间。8.根据权利要求6所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤3)中，建模包括模型建立，完成组态化的操作与配置；模型编译，配置完控制算法之后对模型的参数进行合法性检查。9.根据权利要求6所述的一种面向水泥生产的流程控制方法，其特征在于：步骤3)中，控制策略输出包括模型执行：系统按照编译好的模型控制流程中的数据交互与多流程同步等过程；模型输出：模型将根据生产工艺与参数的要求，做好准备将执行结果通过接口向外部系统输出。

技术总结
本发明揭示了一种面向水泥生产的流程控制方法，包括以下步骤：数据管理，数据管理器用于连接外部数据源，支持多种样式的数据读以及写操作；前端展示，前端展示界面基于浏览器模式开发，使用多种技术框架可实现系统配置、可视化流程建模以及模型的运行监控，通过HTTP请求和读写数据库的方式实现前后端交互；后端处理，系统后端实现对模型的组织，对接所述前端及所述数据管理器和所述核心模块，后端还包括与第三方系统的交互接口；核心模块运算，核心模块作为控制系统的基础部分，用于可视化模型的运行，通过接口与所述数据管理器进行外部数据的读写，通过接口与前端界面提供数据交互。本发明实现了将优化运算结果直接应用于生产过程中。过程中。过程中。


技术研发人员：汪文元 郑马泉 孙力 张佰宏
受保护的技术使用者：北京国鼎源创智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/9