回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明自動控制領(lǐng)域，具體提供了一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)。針對現(xiàn)有技術(shù)中的回轉(zhuǎn)窯自動控制方案仍需要人工進(jìn)行復(fù)雜控制操作的缺陷，本發(fā)明以模糊決策實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)選擇，基于模型預(yù)測控制方法，實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒帶溫度、窯尾殘氧量和窯尾負(fù)壓的多變量協(xié)調(diào)控制。從而可以實(shí)現(xiàn)其不依賴于過多人工操作的回轉(zhuǎn)窯自動控制，不僅可以避免人工失誤，還可以實(shí)現(xiàn)可靠的高效燃燒控制，并達(dá)到回轉(zhuǎn)窯煅燒的質(zhì)量和產(chǎn)量要求，最大限度地延長回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。
【專利說明】回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在建材、冶金、化工、環(huán)保等許多生產(chǎn)行業(yè)中，廣泛使用回轉(zhuǎn)窯來對固體物料進(jìn)行機(jī)械、物理或化學(xué)處理，成為相應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備?；剞D(zhuǎn)窯的煅燒過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，影響煅燒過程的操縱變量主要有石油焦進(jìn)料速度、回轉(zhuǎn)窯的大窯轉(zhuǎn)速、二次風(fēng)、三次風(fēng)供風(fēng)總量以及比例、引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；影響回轉(zhuǎn)窯內(nèi)石油焦煅燒過程的質(zhì)量、產(chǎn)量以及回轉(zhuǎn)窯壽命的煅燒過程的重要工藝參量包括窯頭的溫度和壓力、窯尾的溫度和壓力、煅燒帶的溫度、位置和長度、石油焦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的停留時(shí)間。因此，回轉(zhuǎn)窯過程是一個典型的多變量耦合、非線性系統(tǒng)。
[0003]目前，國內(nèi)外的回轉(zhuǎn)窯大部分都處于手動控制狀態(tài)，其中大部分至今還用最原始的人工看火操作方法，即通過人工觀察窯內(nèi)“火圈”情況，判斷窯內(nèi)熱工狀態(tài)，以此來調(diào)節(jié)進(jìn)給燃料。而且，現(xiàn)有技術(shù)中已有回轉(zhuǎn)窯的自動控制方案，都是相互獨(dú)立的簡單回路控制，仍然需要人工進(jìn)行的復(fù)雜的控制操作，而操作員由自身經(jīng)驗(yàn)、反應(yīng)速度和操作精度的限制，不僅容易出現(xiàn)失誤，而且即使在不出現(xiàn)失誤的情況下也很難保持良好的控制效果。
[0004]因此，現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)窯控制方案不能很好地將利用回轉(zhuǎn)窯的多個控制變量來將回轉(zhuǎn)窯的多個工藝參數(shù)控制在一定的范圍內(nèi)，從而達(dá)到回轉(zhuǎn)窯煅燒的質(zhì)量(石油焦的真密度、導(dǎo)電率)、產(chǎn)量(實(shí)收率、每小時(shí)產(chǎn)量)要求，并最大限度地延長回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )解決的技術(shù)問題
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯煅燒過程中的多變量協(xié)調(diào)預(yù)測控制，從而達(dá)到回轉(zhuǎn)窯煅燒的質(zhì)量和產(chǎn)量要求，最大限度地延長回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，包括:
[0009]基本控制量計(jì)算模塊，用于分別根據(jù)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒帶溫度、窯尾殘氧量和窯尾負(fù)壓與其設(shè)定值之間的偏差，通過模型預(yù)測控制計(jì)算各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量；
[0010]隸屬度計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)料速度計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)與各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)的隸屬度；
[0011]綜合控制量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述隸屬度和所述各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量，以重心法計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量。
[0012]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括窯轉(zhuǎn)速控制模塊，用于將經(jīng)第一比例控制器作用后的進(jìn)料速度與所述當(dāng)前工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速的控制量求和，并將求和結(jié)果輸出為窯轉(zhuǎn)速的控制信號。
[0013]其中，所述第一比例控制器的比例系數(shù)與回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)參數(shù)、所述進(jìn)料速度和物料的經(jīng)驗(yàn)最大和最小停留時(shí)間有關(guān)。
[0014]其中，所述窯轉(zhuǎn)速控制器中還包括限幅器，用于接收所述求和結(jié)果，并輸出將窯轉(zhuǎn)速限制在預(yù)設(shè)的最大窯轉(zhuǎn)速與最小窯轉(zhuǎn)速之間的窯轉(zhuǎn)速的控制信號。
[0015]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括二三次風(fēng)反饋控制模塊，用于將經(jīng)第二比例控制器作用后的回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制信號與所述當(dāng)前工作點(diǎn)下二三次風(fēng)總量的控制量求和，并將求和結(jié)果經(jīng)比例分配器分配后輸出為二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和三次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號。
[0016]其中，所述第二比例控制器的比例系數(shù)與所述進(jìn)料速度、物料的揮發(fā)份含量以及預(yù)設(shè)的最大窯轉(zhuǎn)速與最小窯轉(zhuǎn)速有關(guān)。
[0017]其中，所述比例分配器為二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分配的量占總量的比值為0.5至0.7。
[0018]優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括二三次風(fēng)前饋控制模塊，用于將所述當(dāng)前工作點(diǎn)下引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量與以二、三次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為擾動的前饋控制器輸出求和，并將求和結(jié)果輸出為引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號。
[0019]優(yōu)選地，該系統(tǒng)其特征在于，還包括:
[0020]紅外成像器，所述紅外成像器用于通過掃描所述回轉(zhuǎn)窯的窯皮來實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)溫度成像，并借助溫度推理與校正數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)所述煅燒帶溫度的實(shí)時(shí)測量。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明至少具有如下的有益效果:
[0023]本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于模糊決策與工作點(diǎn)選擇。也就是說，先以幾個已知的基本工作點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)，通過模型預(yù)測控制的方法根據(jù)各變量與其設(shè)定值之間的偏差分別計(jì)算這幾個基本工作點(diǎn)下的變量控制量；然后根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)料速度計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)與各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)的隸屬度，也就是當(dāng)前工作點(diǎn)與這幾個基本工作點(diǎn)的歸屬程度；最后以重心法解當(dāng)前工作點(diǎn)下各變量的控制量，也就是將隸屬度作為權(quán)重，對每個基本工作點(diǎn)下的變量控制量進(jìn)行加權(quán)平均。最終獲得的各個變量的控制量就可以用于對各個變量的獨(dú)立回路控制了。
[0024]可見，該控制系統(tǒng)以模糊決策與工作點(diǎn)選擇，基于模型預(yù)測控制方法，實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒帶溫度、窯尾殘氧量和窯尾負(fù)壓的多變量協(xié)調(diào)控制。
[0025]相較于【背景技術(shù)】而言，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)不依賴于過多人工操作的回轉(zhuǎn)窯自動控制，不僅可以避免人工失誤，還可以實(shí)現(xiàn)可靠的高效燃燒控制，并達(dá)到回轉(zhuǎn)窯煅燒的質(zhì)量和產(chǎn)量要求，最大限度地延長回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。
[0026]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0028]圖1是回轉(zhuǎn)窯及其工作過程的示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明一個實(shí)施例中回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例中回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)的原理圖；
[0031]圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例中非線性模型預(yù)測控制器的原理圖；
[0032]圖5是本發(fā)明一個實(shí)施例中回轉(zhuǎn)窯煅燒過程工作點(diǎn)的模糊隸屬度函數(shù)的示例；
[0033]圖6是本發(fā)明一個實(shí)施例中進(jìn)料速度為低的局部工作點(diǎn)的線性模型辨識激勵信號。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]實(shí)施例1
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提出了一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，為更了清楚地描述該系統(tǒng)的使用情景及功能，下面先結(jié)合說明書附 圖對控制對象的回轉(zhuǎn)窯做一簡單說明:
[0037]如圖1所示，回轉(zhuǎn)窯傾斜設(shè)置且窯尾101的位置高于窯頭105，煅燒物料通過傳送帶等傳送裝置送入窯尾101，窯轉(zhuǎn)速電機(jī)108控制回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)，物料在回轉(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)下由于重力作用而進(jìn)入預(yù)熱帶102，并且回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速越快，物料前進(jìn)的速度也就越快；與之相反回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速越慢，物料前進(jìn)的速度也就越慢。進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的物料越多，所提供的可燃燒的揮發(fā)份越多，進(jìn)而需要二次風(fēng)機(jī)和三次風(fēng)機(jī)送入更多的空氣以幫助揮發(fā)份燃燒。二次風(fēng)機(jī)106向回轉(zhuǎn)窯的窯尾101方向送風(fēng)，三次風(fēng)機(jī)107向回轉(zhuǎn)窯的窯頭105方向送風(fēng)，需要控制二次風(fēng)機(jī)106和三次風(fēng)機(jī)107提供給煅燒帶103的風(fēng)量的比例，從而使得煅燒帶103穩(wěn)定在二次風(fēng)滑環(huán)109與三次風(fēng)滑環(huán)110之間，以控制煅燒帶103的長度和位置。窯轉(zhuǎn)速電機(jī)108可以控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速，從而控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)石油焦的停留時(shí)間，進(jìn)而控制煅燒帶103的溫度。經(jīng)過煅燒的物料繼續(xù)前進(jìn)進(jìn)入冷卻帶104冷卻，然后進(jìn)入窯頭105，并最終進(jìn)入冷卻室111冷卻。進(jìn)一步地，在窯尾101后方還設(shè)置有引風(fēng)機(jī)112，引風(fēng)機(jī)112用于在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)形成負(fù)壓，以進(jìn)一步控制煅燒帶104的位置。
[0038]也就是說，可以根據(jù)實(shí)際測量的煅燒帶溫度與其預(yù)設(shè)值的之間的偏差計(jì)算窯轉(zhuǎn)速的控制量，進(jìn)而可以通過控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對煅燒帶溫度的控制。類似于“煅燒帶溫度-窯轉(zhuǎn)速”的控制關(guān)系，回轉(zhuǎn)窯中還存在有“窯尾殘氧量-二三次風(fēng)總量”和“窯尾負(fù)壓-引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速”的控制關(guān)系。
[0039]參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例所提出的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)包括:
[0040]基本控制量計(jì)算模塊201，用于分別根據(jù)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒帶溫度、窯尾殘氧量和窯尾負(fù)壓與其設(shè)定值之間的偏差Yl、y2和y3，通過模型預(yù)測控制計(jì)算各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量{%”.}、{u2, j}和{u3，j (其中j為基本工作點(diǎn)序號)；
[0041]隸屬度計(jì)算模塊202，用于根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)料速度V計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)與各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)的隸屬度M^M2'…、Mj;[0042]綜合控制量計(jì)算模塊203，用于根據(jù)所述隸屬度和所述各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量，以重心法計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量U1、U2和U3,即
【權(quán)利要求】
1.一種回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 基本控制量計(jì)算模塊，用于分別根據(jù)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒帶溫度、窯尾殘氧量和窯尾負(fù)壓與其設(shè)定值之間的偏差，通過模型預(yù)測控制計(jì)算各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量； 隸屬度計(jì)算模塊，用于根據(jù)當(dāng)前的進(jìn)料速度計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)與各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)的隸屬度； 綜合控制量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述隸屬度和所述各預(yù)設(shè)的基本工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量，以重心法計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速、二三次風(fēng)總量和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括窯轉(zhuǎn)速控制模塊，用于將經(jīng)第一比例控制器作用后的進(jìn)料速度與所述當(dāng)前工作點(diǎn)下窯轉(zhuǎn)速的控制量求和，并將求和結(jié)果輸出為窯轉(zhuǎn)速的 控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一比例控制器的比例系數(shù)與回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)參數(shù)、所述進(jìn)料速度和物料的經(jīng)驗(yàn)最大和最小停留時(shí)間有關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述窯轉(zhuǎn)速控制器中還包括限幅器，用于接收所述求和結(jié)果，并輸出將窯轉(zhuǎn)速限制在預(yù)設(shè)的最大窯轉(zhuǎn)速與最小窯轉(zhuǎn)速之間的窯轉(zhuǎn)速的控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括二三次風(fēng)反饋控制模塊，用于將經(jīng)第二比例控制器作用后的回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制信號與所述當(dāng)前工作點(diǎn)下二三次風(fēng)總量的控制量求和，并將求和結(jié)果經(jīng)比例分配器分配后輸出為二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和三次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二比例控制器的比例系數(shù)與所述進(jìn)料速度、物料的揮發(fā)份含量以及預(yù)設(shè)的最大窯轉(zhuǎn)速與最小窯轉(zhuǎn)速有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述比例分配器為二次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分配的量占總量的比值為0.5至0.7。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括二三次風(fēng)前饋控制模塊，用于將所述當(dāng)前工作點(diǎn)下引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量與以二、三次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為擾動的前饋控制器輸出求和，并將求和結(jié)果輸出為引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 紅外成像器，所述紅外成像器用于通過掃描所述回轉(zhuǎn)窯的窯皮來實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)溫度成像，并借助溫度推理與校正數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)所述煅燒帶溫度的實(shí)時(shí)測量。
【文檔編號】F27B7/42GK104019662SQ201410225399
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】史運(yùn)濤, 胡長斌, 李正熙, 王鵬, 樊生文, 孫德輝 申請人:北方工業(yè)大學(xué)