1．目的及意义
水泥是国民经济的重要基础原材料，目前国内外尚无一种材料可以替代它的地位。在未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料，水泥工业已经成为国民经济发展水平和综合实力的重要标志。随着我国工业化和城镇化进程的加快，水泥消费将继续保持较高的水平，水泥工业也将进入新的发展时期。尽管我国水泥工业取得了巨大的成绩，但结构性矛盾仍比较突出，主要表现为企业规模小、产品档次低、生产能力落后、能耗少、资源消耗高、环境污染严重等问题。2017年我国水泥产量居世界第一位，总产量为23.2亿吨，这与我国工业化建设与城镇化建设是分不开的，短期时间内，国内水泥的需求量还是巨大的。不可否认，水泥的生产需要消耗大量的煤炭与电能，同时还会污染人们赖以生存的环境。因此长期以来，水泥生产被扣上了“高耗能，重污染”的帽子。在二十一世纪的今天，人们越来越重视生态环境，所以水泥产业的结构调整势在必行。这不仅仅从降低能源消耗上说，还要从工艺生产设备上不断革新技术，使得水泥产业朝低能源负荷，低资源负荷以及低环境负荷的方向发展。

未来10到20年，我国水泥工业发展的主要任务是贯彻落实科学发展观和走新型工业化道路，加快结构调整和产业升级，促进水泥产业可持续发展。水泥生产是一个热工过程，长期以来水泥生产主要是依据人工经验增加燃料从而来控制分解炉与回转窑的温度。由于人工操作存在迟滞性和不准确性，容易影响水泥质量和能源的使用情况，所以对水泥的制备提出了更高的要求。新型干法水泥回转窑温度带控制又是核心的东西，从而对新型干法水泥回转窑烧成温度带控制的设计有着重要的经济效益与社会意义。

(1).探究新型干法水泥回转窑烧成温度带控制的更好的方法，对于烧成带温度控制的研究，提供新的建模与控制方式，推动水泥研究向前发展。

(2).提高产品的生产率和降低能源的消耗。目前我国水泥回转窑的生产设备日趋大型化，自动化，生产规模也原来越大，对设备的自动化程度等要求越来越高，所以进一步降低水泥生产所需的能源消耗与环境污染尤为重要。提高水泥的生产效率，优化系统结构会给社会带来很大的社会效益。

(3).推动各个学科之间的交流与发展。新型干法水泥回转窑烧成带温度控制系统的设计不仅要了解水泥生产的工艺，还要研究控制理论，计算机，网络与多媒体技术等多门学科。为各个学科的最新成果在水泥方面的应用提供了新的思路。

国内外研究现状：水泥制备过程中伴随着复杂的物理变化和化学变化，同时回转窑系统又是一个多变量、非线性、大滞后的复杂的系统，所以增加了水泥生产过程中温度控制的难度。

从1978年开始，我国相继从国外引进了一批日产2000到4000t熟料的预分解窑生产线成套设备，从而迅速提高我国的新型干法水泥生产能力和技术水平。1980年以后，以提高质量、降低成本为目标的立窑技术改造逐渐推广，讲普通立窑改造为机械化立窑，并将电子计算机配料、控制等多种技术逐步引入生产。近些年我国在这方面取得了一些成果，王英等对比了传统PID控制与模糊PID控制的优缺点，提出了将两种控制方式优点相结合的观点并应用到了实际生产中；王蕊用模糊PID控制器应用到水泥回转窑的温度控制当中，也取得了一定的效果；陈景雨阐述了DCS分散系统在水泥制造中的应用；杨为民等人建立的模糊控制模型；孙频东则利用BP神经网络来解决水泥回转窑的优化控制问题等等。1980年Ostergrad成功地将模糊控制技术应用到了石灰窑生产过程中的控制，1982年在日本大阪水泥窑生产线成功地应用了模糊控制技术，该技术得到了迅速的发展。国外的水泥生产过程的控制正在努力实现生产自动化与系统的优化，一些公司还开发了一些优化控制的一些软件。

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2. 研究的基本内容与方案

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对新型干法水泥回转窑系统和新型干法水泥制备的工艺流程、回转窑系统的主要工艺参数、主要水泥生产设备的功能有了初步的了解后，对水泥窑系统进行一定的简化，建立适当的数学模型与控制算法，然后对该模型进行验证并总结建模与该控制研究的特点。新型干法水泥制备过程中，回转窑是水泥生产过程中的核心环节，在高温环境下连续的进行复杂的物理化学反应，并随着温度的变化，在回转窑内有固体，液体，气体三种状态。因此回转窑系统是一个多变量、非线性、大滞后的一个复杂的系统。

首先对新型干法水泥制备的工业流程进行了解，对流程的各个环节有一定的认识，而回转窑系统又是水泥生产制备的核心。为了研究回转窑系统，因此对该系统进行数学建模。通过对分解炉和回转窑的工作机理与内部过程进行分析，对部分因素进行简化，抓住主要影响因素，运用物料平衡与能量守恒原理建立相应的数学模型，然后对所建模型进行验证。当所要生产的水泥确定后，水泥原料配比是不变的，因此对喂料量采取定值。煤粉作为热量的主要来源，所以温度控制系统选择煤喷量作为控制变量，调节煤喷量作为最直接最有效的方法。将窑内温度作为被控量。由于回转窑系统是一个大惯性的延迟环节，干扰因素常常使得对象参数发生变化，传统PID控制器的效果会受到较大的影响，难以达到预期效果。传统PID控制本质为线性控制，难以解决非线性与参数的变化，从而不利用水泥的生产。为了弥补不足，可以采用模糊PID控制技术。模糊PID控制技术具有智能型，使参数在控制过程中完成自我调整，使系统的控制性能变得更加完善。对回转窑系统用Matlab软件对传统PID温度控制系统进行仿真，并且对控制对象传递函数的参数进行改变和外加扰动等情况进行仿真。并与模糊PID控制效果进行比较，从而得到模糊PID控制与传统PID控制的优缺点，并结合到水泥生产中去。从而对新型干法水泥回转窑烧成带温度控制有进一步的了解，完成此次设计。

3. 参考文献

[1]万春红,束洪春,李宏,等.水泥回转窑综合能耗智能监控系统的设计与实现[J].化工自动化及仪表,2016,43(10):1107-1110.