混凝土是全球應(yīng)用最廣泛的材料之一，而混凝土生產(chǎn)又離不開水泥。但是水泥行業(yè)作為污染排放大戶又飽受詬病。
面對日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，水泥生產(chǎn)商想要保持競爭力就離不開智能化運營。技術(shù)革新是水泥生產(chǎn)商實現(xiàn)生產(chǎn)改進 (比如優(yōu)化能源管理) 的重要一環(huán)。
如今，機器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)為水泥生產(chǎn)開啟了更多可能性。機器學(xué)習(xí)可以幫助這些企業(yè)改進維護策略，及早預(yù)判系統(tǒng)故障，避免發(fā)生代價高昂的停機事故，從而提升機器性能并降低能耗。
機器學(xué)習(xí)使用統(tǒng)計技術(shù)，使計算機系統(tǒng)能夠“學(xué)習(xí)”數(shù)據(jù)（即逐步提高性能），而不需被動的編程。有了自適應(yīng)機器學(xué)習(xí)算法，全球水泥生產(chǎn)商實施效能預(yù)測和預(yù)測性維護策略更易取得成功。
機器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用
如今，水泥行業(yè)及其他類似行業(yè)正在大量應(yīng)用機器學(xué)習(xí)技術(shù)。下面，我們將探討各類機器學(xué)習(xí)技術(shù)及各自的優(yōu)勢。
01 預(yù)測性維護
羅克韋爾自動化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)FactoryTalk Innovation Suite™套件，對水泥廠云平臺建立并進行云計算，對設(shè)備進行預(yù)測性維護，預(yù)判主要設(shè)備或系統(tǒng)何時會發(fā)生故障，幫助維護團隊能夠及早發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免非計劃停機。理想情況下，這項技術(shù)可以通過機器學(xué)習(xí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并映射以往發(fā)生的故障，最終理解各類故障的特征并進行分類。日后，當(dāng)曾經(jīng)誘發(fā)某一故障的類似模式出現(xiàn)時，系統(tǒng)便可加以識別并通知操作人員進行維護，以避免停機事故并降低維護成本 (隨時間的推移不斷增加)。
02 異常檢測
檢測異常狀態(tài)和軟儀表測量，基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)建立模型，在無需數(shù)據(jù)專家介入情況下，判斷各工序 (如配料、粉磨、預(yù)熱及燒成) 是否符合系統(tǒng)操作的正常模式，幫助操作員及早發(fā)現(xiàn)異常情況或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題。
舉個例子，假設(shè)篦冷機系統(tǒng)出現(xiàn)問題，以致無法充分冷卻。借助異常檢測，系統(tǒng)可以識別出異常情況——冷卻系統(tǒng)在當(dāng)前負(fù)載下排出的廢氣溫度過高，讓操作人員更早地獲取預(yù)警信息，這是常規(guī)報警機制無法企及的。因此，在停機事故、效能長期不良或其他問題發(fā)生前，操作人員就能做出反應(yīng)。
03 預(yù)測性 KPI 指標(biāo)
羅克韋爾自動化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)FactoryTalk Innovation Suite™套件和邊緣計算模塊部署，云邊結(jié)合計算，可以預(yù)測最終結(jié)果并判斷導(dǎo)致效能不良的原因，包括產(chǎn)品質(zhì)量、能效、產(chǎn)量等。該技術(shù)利用回歸分析法預(yù)測典型的工藝指標(biāo)，并判斷工藝指標(biāo)是否在指定范圍內(nèi)。
KPI指標(biāo)舉例：水泥的比表面積或熟料游離氧化鈣含量是否在設(shè)定范圍內(nèi)？回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度是否正常，如果不正常，如何使其恢復(fù)到指定范圍？尾氣排放是否合規(guī)？
04 模型預(yù)測控制 (MPC)
羅克韋爾自動化原料磨和水泥磨MPC解決方案控制磨機進料、旋粉機轉(zhuǎn)速、磨輥壓力、噴水量等操作變量，控制磨機出料顆粒度滿足質(zhì)量要求并靠近上限，同時滿足磨機電流，振動，噪音以及提升機電流等約束變量使得磨機產(chǎn)能總是趨近磨機的最大產(chǎn)能，還能夠根據(jù)磨機運行狀況利用模型預(yù)測磨機顆粒度，實現(xiàn)控制目標(biāo)。
羅克韋爾自動化水泥窯MPC解決方案控制生料進料量、窯頭及窯尾喂煤量、ID風(fēng)機轉(zhuǎn)速或擋板開度、窯轉(zhuǎn)速、篦冷機轉(zhuǎn)速等，提高窯產(chǎn)量并將熟料產(chǎn)品質(zhì)量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時還控制預(yù)熱器出口及窯尾的氣相組成，將氧含量控制在最經(jīng)濟燃燒的范圍并使CO濃度在安全范圍內(nèi)，提高燃料利用率及滿足環(huán)保排放NOx的要求；羅克韋爾自動化的水泥窯解決方案由于在實時控制的過程中能夠提前預(yù)測窯內(nèi)的運行狀況，因此能夠提前采取措施從而減少操作過程的波動，即使出現(xiàn)內(nèi)外部干擾，控制性能依然表現(xiàn)卓越，同時在設(shè)定的約束條件內(nèi)，實現(xiàn)實時優(yōu)化操作，而且能夠極大的降低操作人員的工作強度。
羅克韋爾自動化水泥MPC解決方案技術(shù)優(yōu)勢關(guān)鍵體現(xiàn)在以下幾點：
▪ 能夠在短時間內(nèi)開發(fā)過程的控制模型并進行在線調(diào)整，相比基于操作規(guī)程編程的專家系統(tǒng)能夠節(jié)省大量項目執(zhí)行時間，投資回報周期更短。
▪ 能夠不斷的控制生產(chǎn)過程操作在優(yōu)化操作點，為裝置帶來更大的效益。
▪ 控制器抗干擾能力強，操作人員接受度高，控制器投用率更高。
▪ 控制器的魯棒性強，維護工作量小。
MPC 策略可以同時優(yōu)化控制多個 KPI 指標(biāo)，包括質(zhì)量、產(chǎn)量、能耗和設(shè)備運行參數(shù)限值。例如，對磨機和回轉(zhuǎn)窯實施 MPC 策略，通過滿足合適的有效約束條件，最大化效能水平，同時防止設(shè)備運行參數(shù)超限。
許多機器學(xué)習(xí)技術(shù)都能減少加班時間，使得水泥廠更輕松地實施上述一種或多種解決方案，幫助操作人員做出決策。
機器學(xué)習(xí)的目標(biāo)很簡單：利用數(shù)據(jù)為操作人員提供決策支持，或者利用自動化技術(shù)對水泥廠進行整體運營優(yōu)化，最終減少計劃外停機時間、提升生產(chǎn)率、節(jié)省運營成本并提高能源利用率。
