郑春籽

摘 要：水泥作为世界各国不断完善基础建设中不可或缺的基本原料。然而，现有技术水平还无法解决其生产过程中暴露出来的高能耗、高污染等现实难题。现阶段，如何有效降低生产过程中污染排放、最大程度提高生产效率是新型干法水泥迫切待解决的问题。篦式冷却机作为水泥生产工艺过程中主要的熟料冷却与热量回收的专用设备，在节能减排方面起着至关重要的作用。因此，提升传统篦式冷却机推进系统的运行稳定是当前水泥制造过程中的关键之处。本文重点研究篦冷机推进系统的高性能控制。

关键词：篦冷机;液压伺服系统;PID控制系统设计

一、篦式冷却机控制系统现状

篦冷机控制系统的控制效率对水泥生产过程中起到决定性作用。篦冷机是水泥生产过程中的重要设备，负责高温熟料的骤冷以及热量的回收和分配。改善篦冷机的换热效率对提高水泥质量，降低能耗有重要作用。

（一）篦冷机换热过程及评价方法

篦式冷却机的换热原理、篦式冷却机换热过程进行详细的描述;对篦式冷却机的系统组成，各个组成部分的工作原理及作用进行描述;对篦式冷却机的历史发展过程包括筒式冷却机的发展，篦式冷却机的更新换代发展过程、篦式冷却机热效率评价方法进行综合分析，主要从篦冷机热效率、冷却效率、空气升温效率、入窑二次风温度和入炉三次风温、出冷却机熟料温度等评定指标对篦冷机性能进行定量衡量[1]。

篦冷机换热过程主要是将高温熟料温度由1300℃～1400℃快速降至100℃左右，并对高温进行回收利用。本章及主要对篦冷机从结构上进行分析分析篦冷机高温熟料的换热过程，从工艺角度对整个篦冷机工作过程进行详细的描述，对篦冷机换热效率给出相应的计算公式给出评价标准。对篦冷机的发展过程进行描述，对篦冷机从热效率、冷却效率、空气升温效率、入窑二次风温度和入炉三次风温、出冷却机熟料温度等方面进行综合评价。

二、篦式冷却机换热过程

篦冷机是水泥厂熟料烧成系统中的重要设备，其主要功能是对水泥熟料进行冷却、输送;同时为回转窑及分解爐等提供热空气，是烧成系统热回收的主要设备。篦式冷却机是一种骤冷式冷却机。熟料由窑进入冷却机后，在篦板上铺成一定厚度的料层，鼓入的冷空气以相互垂直的方向穿过篦床上运动着的料层使熟料得以骤冷，可在数分钟内将熟料由1300℃-1400℃骤冷到100℃以下。传统的篦式冷却机分为回转式、振动式和推动式三种，但由于前两种已被淘汰，推动式篦冷机已经成为窑外分解窑配套选用的主要水泥熟料冷却机机型。篦床是冷却机的主要部件，推动篦板是由一行一行间隔排列的固定篦板和活动篦板组成。

三、篦冷机控制系统与分析

首先对篦冷机的液压伺服系统进行数学模型建立，从液压伺服系统工作过程入手根据其工作原理建立相应的数学模型。对数学模型进行分析，从系统稳定性出发分别对根轨迹、Bode图等几个传统方法对模型稳定性进行分析，通过分析判断该系统是否能够达到工艺要求，若不能达到工艺要求，需要采取控制策列对其进行校正。

（一）篦冷机液压系统模型

篦冷机液压系统主要是液压伺服系统主要包括功率放大器、电液伺服阀和液压缸等组成，本节主要对液压伺服系统进行数学模型建立，从液压伺服系统工作过程入手根据其工作原理建立相应的数学模型[2]。

（1） 液压伺服系统结构

由于液压伺服系统本身存在着诸多优点，如系统的响应速迅速、能够承受大负载、系统的控制精度高等特点，被广泛的应用于工业控制领域。液压伺服系统是对系统的输出量如位移，如速度和力等能够迅速准确的对其进行输出功率进行一定幅度的放大，并且能够准确迅速的随着输入量的变化而变化。

电液伺服系统的工作原理示意图如图3-1所示，电液伺服系统通过其内部的功率放大器和电液伺服阀将输入的小的电压信号通过内部转换成具有一定放大倍数的电流信号，并将输入的电信号通过液压伺服系统中的内部转换器转换为相应的机械量，由于其内部本身是个高精度的环节，将机械量的偏差通过其内部的先导级阀和功率级阀的调节输出为流量或者压力。流量或者压力控制伺服系统的执行元件一般为液压缸或液压马达，执行机构再对液压伺服系统的的控制对象进行驱动控制，从而使被控系统达到系统满足的要求。

（二）系统稳定性分析

对数值化模型进行分析，模型存在一个积分环节为I型系统，在阶跃输入时系统的稳态误差为0;对系统的动态过程的性能指标主要由电液控制阀和液压缸的频率决定的，它们的大小将会影响系统的动态过程品质。

系统的控制精度、快速性与稳定性相互制约。系统的控制精度通常用稳态误差来衡量，误差的大小衡量对系统控制的好坏，系统的控制精度与系统的放大系数有关系，一般增大系统的放大系数系统的稳态误差会随之减小，但是改变放大系数的大小不能消除系统的稳态误差。在该系统中系统的放大系数 越大则系统精度越高。上述模型系统的快速性取决于波特中的穿越频率，穿越频率越大系统的频带越宽，调节时间越短。综上所述该系统的控制精度、频宽和稳定性是相互制约的。

对液压伺服系统进行数学模型建立，从液压伺服系统工作过程入手根据其工作原理建立相应的数学模型。对数学模型进行分析，从系统稳定性出发分别对根轨迹、Bode图等几个传统方法对模型稳定性进行分析，通过分析发现该系统不能达到工艺要求，需要采取控制策列对其进行校正。并采用PID控制对其进行综合校正，效果得到明显提升[3]。

四、结语

利用机理建模方式，对液压伺服系统中的功率放大器、电液伺服阀和液压缸建立了精确的数学模型，进一步整理得到篦冷机液压伺服系统状态空间形式的设计模型。在此基础上，采用经典控制方法中的根轨迹、Bode图对系统进行稳定性分析;综合分析结果，拟设计PID控制器来进一步提高、改善液压伺服系统性能，进而提高篦冷机生产效率[4]。

参考文献：

[1]吕鹏，李保明，于新军.优化煤立磨取热风工艺管道改造[J].中国水泥，2019（03）：94-96.

[2]刘彬，张春燃，孙超，顾昕峰，刘浩然.多种群遗传算法在篦冷机二次风温预测中的应用[J].计量学报，2019，40（02）：252-258.

[3]王开俊，张征，李金柱.LANE型第四代篦冷机运行操作要点[J].水泥工程，2019（01）：21-23.

[4]赵志彪，刘彬.水泥篦冷机出口熟料温度自适应辨识模型[J].控制理论与应用，2019，36（04）：651-658.