水泥回转窑故障诊断系统的研究
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摘要
回转窑烧成系统是新型干法水泥生产线上最重要的工艺环节，它的运行状况直接影响水泥生产的产量、质量、能耗和环境污染程度。由于其工艺复杂，工况恶劣，设备众多，控制规模庞大，一旦某一环节出现故障，很难及时诊断出故障原因，造成长时间停产。至今未见适合与新型回转窑烧成系统的故障诊断技术的文献报道。因此，展开新型干法回转窑烧成系统的故障诊断技术的研究，并开发出能对回转窑烧成系统工艺及设备进行故障预知和快速、正确诊断的系统具有理论和实际意义。
本文分析了新型干法回转窑烧成系统工艺过程，找出了常见故障征兆与原因的关系，在充分了解现有诊断技术的基础上，从回转窑烧成系统工艺自身特征出发，提出了一种基于故障案例分析和模糊推理的故障诊断算法，编制了相应的计算机程序，建立了回转窑烧成系统的计算机故障诊断系统。
文中将回转窑烧成系统故障按性质不同分为工艺故障和设备故障，按照故障诊断的要求将故障征兆分为四级：故障部件、故障位置、故障性质和严重程度。故障征兆信息可以按照在线的方式从过程控制系统的实时数据库中获取，也可按离线的方式由人工输入。所建立的回转窑烧成系统的计算机故障诊断系统具有案例学习和案例库自丰富能力，从而使该系统具有不断提高其诊断成功率的能力。这对水泥生产的优质、高产、低耗具有十分重要的意义。
鉴于新型干法水泥回转窑烧成系统的故障诊断的特殊性，它涉及到材料科学、过程控制和计算机等学科，目前尚无成熟的诊断数学模型和计算机算法。本文提出的基于故障案例分析和模糊推理的新型干法水泥回转窑烧成系统的故障诊断算法以及所建立的计算机故障诊断系统，对水泥回转窑烧成系统的故障诊断研究进行了初步的尝试和探讨，为进一步研究提供借鉴。
Rotary kiln decomposition is the most important technics tache in the cement production line, and its running status affects the output, quality, energy wastage and environment pollution. Because of its complicated technics, atrocious producing enviorment, numerous equipments and large scale control, once there is fault in some tache, it's difficult to diagnose the reason, leading to the long time stop production. But by now there is no corresponding report on fault diagnosis technology aiming at rotary kiln decomposition system. In that, the research on the fault diagnosis to the new kind rotary kiln decomposition system, and to develop a ingreted fault diagnosis system, which can predict and diagnose the rotary kiln's fault rapidly, has theory and actual significance.
On the base of fully analyzing rotary kiln decomposition's technics process, the relationship between fault phenomenon and reason has been found. On the base of the current fault diagnosis technology and rotary kiln decompostion technics character, a new fault diagnosis arithmetic based on the fault fuzzy classification and CBR (Case-based Reasoning) has been brought forward. And the corresponding computer programa and fault diagnosis system for the rotary kiln has been desined and set up.
The fault dianosis for rotary kiln devides the fault into technics fault and equipment fault according to the fault property, into four levels: fault part, fault location, fault character and degree according to the diagnosis. The fault phenomenon information can be input from the process control system's real time database on line, or be input artificially off line. The computer fault diagnosis system possess the function of case study and case database self enriching, which makes the system can impove its diagosis capability continually. It has important significance to the cement's high-quality, large-yield, low-consumption production.
Whereas the fault diagnosis on new kind cement rotary kiln has its particularity, it relate to material science, process control and computer science, there is no mature diagnosis mathmatics model and computer arithmetic. The fault diagnosis arithmetic and system brought forward in this paper has made elementary research and discuss,
supplying use for reference for farther study.
本文分析了新型干法回转窑烧成系统工艺过程，找出了常见故障征兆与原因的关系，在充分了解现有诊断技术的基础上，从回转窑烧成系统工艺自身特征出发，提出了一种基于故障案例分析和模糊推理的故障诊断算法，编制了相应的计算机程序，建立了回转窑烧成系统的计算机故障诊断系统。
文中将回转窑烧成系统故障按性质不同分为工艺故障和设备故障，按照故障诊断的要求将故障征兆分为四级：故障部件、故障位置、故障性质和严重程度。故障征兆信息可以按照在线的方式从过程控制系统的实时数据库中获取，也可按离线的方式由人工输入。所建立的回转窑烧成系统的计算机故障诊断系统具有案例学习和案例库自丰富能力，从而使该系统具有不断提高其诊断成功率的能力。这对水泥生产的优质、高产、低耗具有十分重要的意义。
鉴于新型干法水泥回转窑烧成系统的故障诊断的特殊性，它涉及到材料科学、过程控制和计算机等学科，目前尚无成熟的诊断数学模型和计算机算法。本文提出的基于故障案例分析和模糊推理的新型干法水泥回转窑烧成系统的故障诊断算法以及所建立的计算机故障诊断系统，对水泥回转窑烧成系统的故障诊断研究进行了初步的尝试和探讨，为进一步研究提供借鉴。
Rotary kiln decomposition is the most important technics tache in the cement production line, and its running status affects the output, quality, energy wastage and environment pollution. Because of its complicated technics, atrocious producing enviorment, numerous equipments and large scale control, once there is fault in some tache, it's difficult to diagnose the reason, leading to the long time stop production. But by now there is no corresponding report on fault diagnosis technology aiming at rotary kiln decomposition system. In that, the research on the fault diagnosis to the new kind rotary kiln decomposition system, and to develop a ingreted fault diagnosis system, which can predict and diagnose the rotary kiln's fault rapidly, has theory and actual significance.
On the base of fully analyzing rotary kiln decomposition's technics process, the relationship between fault phenomenon and reason has been found. On the base of the current fault diagnosis technology and rotary kiln decompostion technics character, a new fault diagnosis arithmetic based on the fault fuzzy classification and CBR (Case-based Reasoning) has been brought forward. And the corresponding computer programa and fault diagnosis system for the rotary kiln has been desined and set up.
The fault dianosis for rotary kiln devides the fault into technics fault and equipment fault according to the fault property, into four levels: fault part, fault location, fault character and degree according to the diagnosis. The fault phenomenon information can be input from the process control system's real time database on line, or be input artificially off line. The computer fault diagnosis system possess the function of case study and case database self enriching, which makes the system can impove its diagosis capability continually. It has important significance to the cement's high-quality, large-yield, low-consumption production.
Whereas the fault diagnosis on new kind cement rotary kiln has its particularity, it relate to material science, process control and computer science, there is no mature diagnosis mathmatics model and computer arithmetic. The fault diagnosis arithmetic and system brought forward in this paper has made elementary research and discuss,
supplying use for reference for farther study.
引文
[
[1] 胡道和，水泥工业热工设备，武汉工业大学出版社，(1996)；
[2] 徐章遂，房立清，王希武，左宪章，故障信息诊断原理及应用，国防工业出版社，(2000)；
[3] 钟秉林，黄仁，贾民平等，机械故障诊断学，北京：机械工业出版社，(1997)；
[4] 沈庆银，化工机械故障诊断技术，杭州：浙江大学出版社，(1994)；
[5] 陈克兴，李川奇，设备状态监测与故障诊断技术，北京：科学技术文献出版社，(1991)；
[6] 黄启明，钱宇，林伟璐等，化工过程故障诊断研究进展，化工自动化与仪表，(2000)，27(3)：1-5；
[7] 张萍，王桂增，周东华，动态系统的故障诊断方法，控制理论与应用，(2000)，17(21)：152-158；
[8] Kassidas.A,Taylor P A Mac Gregor J F.Off-line diagnosis of teterministic faults in continuous dynamic multivariable processes using speech recognition methods[J] J Process Control,1998, 8 (5—6): 381—393;
[9] Harris,C.M(ed),Shock and Vibration Handbook, Fourth Edition, McGraw-Hill,New York, (1996);
[10] 黄长艺，严普强，机械工程测试技术基础(第二版)，北京：机械工业出版社，(1995)；
[11] E.D.Kamin. A Simple Procedure for Punning Back Propagation Trained Neural Networks,IEEE.Trans.Network,1990;
[12] 武波，马玉祥，专家系统，北京理工大学出版社，(2001)；
[13] Steels, L.Second Generation Systems Future Generation Computer System, 1985, 1 (4): 213—221;
[14] Kapp P.D.An Analysis of the Distinction between Deep and Shallow Expert System,Int.J.of Expert System,1989, 2 (1): 1—32;
[15] Miline, R,RESCTOR An Expert System for Diagnosis, AAAI, 1982;
[16] 石柱，张华杰，韩振，第二代专家系统设计，计算机工程与设计，(1991)4：8-18：
[17] 林东豪．用基于案例的推理技术建立专家系统[J]．计算机与现代化，1996，3：35—37．
[18] 刘有才，刘增良．模糊专家系统原理与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1995．
[19] 吴今培，模糊诊断理论及其应用，科学出版社，1995；
[20] Marialuisa Sanseverino and Fulvio Cascio.Fiat Research Center,Model-Based Diagnosis for Automatione Repair IEEE EXPERT November-December 1997:33—37;
[21] Dony-yih Bay.University of Paris Ⅺ ,Patrick J Brezillon, University of Paris VI, Model-Based Diagnosis of Power-Station Control Systems,IEEE EXPERT February 1992;36—44;
[22] Janet Kolodner.Gorgin Institute of Technology William Mark, Lockheed,Case-Based Reasoning in Design IEEE EXPERT October,1992:34—31;
[23] Mary Lou Maher and Andre's Gomes de Silva Garza. Universtiy of Sydney.Case-Based Reasoning in Design IEEE EXPERT March-April 1997: 34—41;
[24] 胡骏，现场总线技术在新型干法回转窑水泥生产过程控制中的应用研究，硕士学位论文，浙江大学，(2003)；
[25] 俞为民，应用新技术改造企业潜力巨大，建材工业信息，(2001)，2：11-12；
[26] 朱晓莉，水泥回转窑余热利用的途径，山东建材，(2001)，3：32-33；
[27] 隋明洁，尹志成，新型2000t／d烧成系统的开发设计与应用效果，水泥技术，(2001)，2：5-6；
[28] 沈威，黄文熙，闵盘荣，水泥工艺学，中国建筑工业出版社，(1985)；
[29] 靖固，武英举，旋风预热式水泥回转窑微机控制系统，电脑学习，(1996)，3：7-9；
[30] 卢长旗，3500t／d水泥生产线自动化系统的技改经验，新实际水泥导报，(2001)，2：33-35；
[31] 简淼夫，张薇，李昌勇，水泥回转窑的二次风温测量，南京化工大学学报，(2001)，23(2)：56-59；
[32] 石常军，水泥设备维修常见疑难问题与对策，中国建材工业出版社，(2000)；
[33] 诸暨八方水泥集团1#旋窑技改方案，南京水泥研究院，(2002)；
[34] 钟义信，智能理论与技术—人工智能与神经网络，人民邮电出版社，(1992)：
[35] 霍志红，张志学，郭江，唐必光，基于神经网络的故障诊断研究，工业控制计算机，(2001)，14(10)：19-21；
[36] 刘国光，华文林 基于BP算法的发动机故障诊断，机电一体化，(2002)，4：77-79；
[37] 王伟杰，赵学增，黄文涛，基于BP网络的故障诊断正向推理方法，车用发动机，(2001)，4：33-35；
[38] 吴凌云 基于神经网络的故障诊断专家系统，现代电子技术，(2003)，1：41-43；
[39] 鞠万群，韩秋实，基于神经网络与规则库的故障诊断专家系统，北京机械工业学院学报，(2001)，16(1)：6-10；
[40] 杜晓明，于永利，规则推理和案例推理的集成研究，计算机工程，(1998)，24(5)：33-36；
[41] Ralph Barletta,Theory of Case-based Reasoning,AI Expert,(1991),8:43-49;
[42] 邹开其，徐扬，模糊系统与专家系统，西安交通大学出版社，(1987)；
[43] 沈理，一种快速模糊推理系统，计算机研究与发展，(2002)，39(4)：406-409；
[44] 贾辉，贾志军，马敬军，回转窑的使用和检修技术，水泥装备，(2003)，3：39-42；
[45] 壮柄良，华新水泥厂2000t／d回转窑主电机故障及解决措施，水泥工程(电气、自动化)，(1999)，6：26-28；
[46] 吴今培，肖建华，智能故障诊断与专家系统，科学出版社，(1990)，25—60；
[47] 周凯波，左保河，冯珊，基于案例推理的信息系统构建方法研究，华中理工大学学报，(2000)，28(9)：13-15；
[48] Daren K, Case-based Reasoning: An Introduction Expert System with Application, (1993), 6(1): 3-8;
[49] Grupe F H, Crwiler R, Ramarapu N K, et al, The Application of Case-based Reasoning to the software Development Process, Information & Software
Technology, (1998), 40(9): 493-499;
[50] 李凡，模糊专家系统，华中理工大学出版社，(1995)，144-149；
[51] 张春林，马成勇，刘均，Delphi7数据库系统设计与开发，清华大学出版社，(2003)；
[52] Mike Gunderloy,Joseph L Jorden，邱仲潘译，SQL Server 2000从入门到精通，机械工业出版社，(2000)；
[53] 刘卫，动态数据交换及其在Delphi中的实现，沧州师范专科学校学报，(2002)，18(3)：66-67；
[54] 金以慧，过程控制，清华大学出版社，(1993)；
[55] 刘忠东，钱晓露，700t／d回转窑窑尾收尘系统的改造，水泥，(2003)，3：50-51；
[56] 陈全德，预分解窑热工系统工程研究与实践，新实际水泥导报，(1996)，2(1)：17-20；
[1] 胡道和，水泥工业热工设备，武汉工业大学出版社，(1996)；
[2] 徐章遂，房立清，王希武，左宪章，故障信息诊断原理及应用，国防工业出版社，(2000)；
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[7] 张萍，王桂增，周东华，动态系统的故障诊断方法，控制理论与应用，(2000)，17(21)：152-158；
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[42] 邹开其，徐扬，模糊系统与专家系统，西安交通大学出版社，(1987)；
[43] 沈理，一种快速模糊推理系统，计算机研究与发展，(2002)，39(4)：406-409；
[44] 贾辉，贾志军，马敬军，回转窑的使用和检修技术，水泥装备，(2003)，3：39-42；
[45] 壮柄良，华新水泥厂2000t／d回转窑主电机故障及解决措施，水泥工程(电气、自动化)，(1999)，6：26-28；
[46] 吴今培，肖建华，智能故障诊断与专家系统，科学出版社，(1990)，25—60；
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[48] Daren K, Case-based Reasoning: An Introduction Expert System with Application, (1993), 6(1): 3-8;
[49] Grupe F H, Crwiler R, Ramarapu N K, et al, The Application of Case-based Reasoning to the software Development Process, Information & Software
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[56] 陈全德，预分解窑热工系统工程研究与实践，新实际水泥导报，(1996)，2(1)：17-20；