水泥粉磨是水泥出厂前的最后一个环节,其过程是否稳定、生产指标是否满足要求直接影响到水泥成品的质量和性能。以提升水泥粉磨效率为核心,粉磨设备由单一的球磨机发展到“辊压机+球磨机”的水泥联合粉磨以及自立式辊压磨(立磨)。然而,水泥立磨是一个具有多变量、强耦合、大时滞、建模难和扰动因素多的复杂非线性系统,这使得水泥立磨自动控制变得异常困难。因此,本文以保质、增产、降耗为目的,在完成水泥立磨粉磨过程关键环节建模和控制的基础上,建立控制系统软件平台,实现了水泥立磨稳定运行。主要研究工作如下:(1)本文以广西某水泥厂水泥立磨生产线为例,立足于工程实现,分析粉磨工艺过程及其工作特点,利用最小二乘递推、粒子群等方法,建立基于数据的立磨关键环节动态关系。具体包括:1)基于异常工况及数据分析,确定影响立磨运行和水泥质量的关键因素,即磨内压差和小于45μm水泥含量;2)借助低阶差分法和均值滤波,减少粗大值和数据噪声对动态关系拟合的影响;3)通过分析磨内压差和板式喂料机转速之间存在滞后、惯性等动态特点,给出n阶滞后的磨内压差模型结构,其中采用粒子群算法对模型不同阶次下的增益、惯性系数和滞后时间参数进行辨识,利用均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差三种评估指标,确定了最佳阶次以及对应的模型参数;4)基于小于45μm水泥含量和选粉机转速之间动态关系分析,提出二阶纯滞后的小于45μm水泥含量和选粉机转速传递函数模型,根据选粉机和颗粒分析仪的空间距离,确定滞后时间范围,采用最小二乘递推算法拟合不同滞后时间下的模型增益和惯性系数,利用均方根误差评价指标,确定最佳拟合参数。(2)为完成磨内压差和小于45μm水泥含量自动控制,在上述建立的传递函数基础上,提出基于Bode理想传递函数和幅值与相位裕量的立磨分数阶PID控制方法。具体包括:1)采用基于Bode理想传递函数的控制器参数整定方法对磨内压差分数阶PID控制器进行设计,以获得对增益变化良好的鲁棒性;2)利用幅值与相位裕量法对滞后时间较大的小于45μm水泥含量进行分数阶PID控制器设计,仿真结果验证了所提方法的有效性。(3)利用VB程序语言、OPC技术和SQL数据库,研发了水泥立磨过程监测及自动控制指导决策系统软件。具体包括:1)依据现场通讯架构,进行数据库设计,实现数据交互;2)给出软件结构与功能,进行了界面开发,并结合Bang-Bang控制和所提控制方法阐述了水泥立磨过程监测及自动控制软件开发过程;3)基于实际应用数据,从台时、电耗、仓重波动、水泥颗粒分布和比表面积等表征动态、质量和经济效益指标方面,通过人工与自动控制效果对比,证明了所提出控制系统能够实现产量提升,主要粉磨设备电耗下降和水泥质量稳定。