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水泥回转窑是水泥熟料干法生产线的核心设备。水泥原料通过回转窑料的煅烧形成水泥熟料,并进一步加工成水泥,整个煅烧过程是一个热工反应过程,具有非线性,强耦合性等特点,控制精度难于保证。目前国内水泥企业多依靠操作员的经验对回转窑的烧成过程进行人工控制,或采用传统的PID方法进行控制,但控制效果均不很理想,无法达到稳定控制回转窑煅烧温度,优化原煤用量,减少环境污染的目的。而模型预测控制,多目标优化等研究方法的提出和不断成熟,为回转窑的过程控制提供了一种新的思路。本文针对水泥回转窑的工艺及控制机理,研究了一种基于区间跟踪变量软约束的多目标预测控制算法并将其应用到水泥回转窑的过程控制中,并结合实际项目,设计了水泥回转窑的DCS控制系统和基于预测控制的专家系统,具体研究工作如下:首先,通过研究水泥回转窑煅烧工艺机理与回转窑煅烧过程中各参数间的耦合关系,揭示影响回转窑稳定运行和水泥熟料质量的原因,确定了控制回转窑系统运行的主要参数,为回转窑过程控制提供了模型基础。其次,提出一种基于区间跟踪变量软约束的多目标预测控制算法,采用变量约束项减小区间内的稳态轨迹变化幅度,并与区间跟踪项构造多目标函数,利用字典序算法对目标函数的求解进行优化,解决被控变量在区间内稳态轨迹变化幅度大的问题,并将算法应用到水泥回转窑控制中。再次,结合实际项目,设计研发了基于西门子PCS7的回转窑DCS控制系统,利用DCS硬件、工业以太网和现场总线技术搭建了DCS过程控制硬件系统结构,同时开发了基于PCS7的针对水泥行业的自动控制功能块软件,从硬件和软件两方面实现了对整个DCS系统的设计。最后,利用Visual C#开发了基于模型预测控制的专家系统软件,设计研发基于OPC技术的运行管理应用平台,采用OPC技术实现DCS及现场设备与专家系统软件系统的通讯,实现专家系统对水泥回转窑的在线优化控制。并将该预测控制软件系统在江津冀东水泥股份有限公司水泥生产线上试应用,达到了优化水泥熟料煅烧过程、降低单位能耗的目的。