本發(fā)明涉及鋁冶煉自動(dòng)化，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及鋁水自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)入爐系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、鋁冶煉是現(xiàn)代金屬加工行業(yè)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，鋁的生產(chǎn)主要依靠電解鋁技術(shù)，將氧化鋁在高溫下電解為鋁液。在這個(gè)過(guò)程中，鋁液的高溫特性及其流動(dòng)性帶來(lái)了諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是在從電解槽中轉(zhuǎn)運(yùn)鋁液到大型熔煉爐或其他加工單元的過(guò)程中，如何有效控制液面波動(dòng)、溫度差異及運(yùn)輸安全性等成為一個(gè)重要課題。

2、傳統(tǒng)的鋁液轉(zhuǎn)運(yùn)方式大多依賴人工或半自動(dòng)化設(shè)備，將鋁液從熔煉爐中轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)運(yùn)小車上，然后通過(guò)小車將鋁液送至預(yù)定地點(diǎn)。然而，由于鋁液具有極高的溫度和強(qiáng)烈的流動(dòng)性，其在運(yùn)輸和傾倒過(guò)程中存在以下問(wèn)題：熔煉爐內(nèi)的鋁液溫度與轉(zhuǎn)運(yùn)小車或其他容器的溫度可能存在較大差異。溫度差可能導(dǎo)致液體的快速流動(dòng)不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生局部飛濺或氣泡，使傾倒過(guò)程存在安全隱患。此外，溫度差異會(huì)引起鋁液的密度變化，導(dǎo)致液體流動(dòng)狀態(tài)不一致。

3、鋁液在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，特別是小車在加速、減速或轉(zhuǎn)彎時(shí)，液面會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng)。這種波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致液體不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)飛濺、溢出等危險(xiǎn)情況，增加了鋁液轉(zhuǎn)運(yùn)的難度，并可能對(duì)操作環(huán)境和人員安全造成威脅。傳統(tǒng)的運(yùn)輸設(shè)備往往缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的能力，無(wú)法對(duì)波動(dòng)進(jìn)行有效控制。

4、在鋁液的轉(zhuǎn)運(yùn)和傾倒過(guò)程中，傳統(tǒng)設(shè)備通常需要大量人工監(jiān)控，缺乏自動(dòng)化和智能化控制手段。這樣的系統(tǒng)在處理大量鋁液時(shí)容易出現(xiàn)效率低下、工作負(fù)荷高的問(wèn)題，且存在操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。此外，傳統(tǒng)系統(tǒng)往往無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)輸參數(shù)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和生產(chǎn)效率降低。

5、這些問(wèn)題不僅降低了生產(chǎn)效率，增加了安全隱患，還影響了鋁液質(zhì)量的一致性。為了解決上述問(wèn)題，在此提出一種鋁水自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)入爐系統(tǒng)及方法，以確保鋁液在運(yùn)輸和傾倒過(guò)程中的安全性、穩(wěn)定性和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、鋁水自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)入爐方法，包括以下步驟：

3、通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的傳感器收集鋁液的初始信息并進(jìn)行預(yù)設(shè)的輸送安全分析，確保轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁液匯集成的鋁水包初始狀態(tài)符合安全運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；

4、通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)小車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)操作，并在轉(zhuǎn)運(yùn)操作過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行搖擺分析，基于搖擺分析結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)策略；

5、轉(zhuǎn)運(yùn)操作完成后，基于熔煉爐中鋁水狀態(tài)以及轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁水包當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行危險(xiǎn)分析，基于危險(xiǎn)分析結(jié)果對(duì)傾倒策略進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)并執(zhí)行優(yōu)化調(diào)節(jié)后的傾倒策略。

6、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，鋁液的初始信息包括鋁液匯集成的鋁水包的溫度、重量和實(shí)時(shí)重心位置。

7、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在鋁液完全轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)運(yùn)小車上時(shí)，在預(yù)設(shè)的安全運(yùn)輸判斷周期內(nèi)進(jìn)行多次采樣，基于多次采樣的結(jié)果確定鋁水包溫度和重量，并且記錄每次采樣時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)重心位置。

8、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，輸送安全分析指的是：

9、將鋁水包的溫度、重量分別與預(yù)設(shè)的溫度安全區(qū)間、重量安全區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，若溫度、重量分別落入預(yù)設(shè)的溫度安全區(qū)間、重量安全區(qū)間，則生成安全信號(hào)，反之則生成異常信號(hào)；

10、基于每次采樣時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)重心位置，預(yù)設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)的重心位置，計(jì)算實(shí)時(shí)重心位置與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)的重心位置之間的歐幾里得距離，然后分別求取所有歐幾里得距離的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，將歐幾里得距離的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)閾值一和標(biāo)準(zhǔn)閾值二進(jìn)行對(duì)比，如果滿足歐幾里得距離的平均值小于等于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)閾值一且標(biāo)準(zhǔn)差小于等于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)閾值二，則生成安全信號(hào)，反之則生成異常信號(hào)；

11、當(dāng)輸送安全分析的結(jié)果中全部都是安全信號(hào)時(shí)，判斷轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁液匯集成的鋁水包初始狀態(tài)符合安全運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

12、轉(zhuǎn)運(yùn)小車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)操作時(shí)劃分為三個(gè)階段，分別為加速階段、勻速階段、降速階段，并且滿足：加速階段的路程長(zhǎng)度小于等于降速階段的路程長(zhǎng)度。

13、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，搖擺分析指的是：

14、通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的液面?zhèn)鞲衅?，采集鋁液液面波動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括波動(dòng)高度、波動(dòng)頻率及液面傾斜角度，設(shè)采樣周期為t，在每個(gè)周期內(nèi)采集到的液面數(shù)據(jù)包括波動(dòng)高度、波動(dòng)頻率和液面傾斜角度；

15、然后使用公式計(jì)算搖擺指數(shù)：

16、；表示時(shí)間t時(shí)鋁液液面的波動(dòng)高度，表示液面波動(dòng)的頻率，表示液面波動(dòng)的傾斜角度，與水平方向的夾角，用于評(píng)估波動(dòng)方向的影響，k為波動(dòng)加速度的權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整液面加速度在搖擺指數(shù)中的影響，表示液面波動(dòng)的加速度，表示為液面高度變化的二階導(dǎo)數(shù)，具體為：

17、；為搖擺指數(shù)，搖擺指數(shù)用于評(píng)估鋁液液面在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

18、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，基于搖擺分析結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)策略指的是：

19、加速階段和降速階段時(shí)，對(duì)加速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在勻速階段時(shí)，對(duì)勻速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足以下條件：

20、；為預(yù)設(shè)的搖擺指數(shù)安全閾值，為預(yù)設(shè)的允許的搖擺指數(shù)最大值，為調(diào)整前的加速度或勻速度，為調(diào)整后的加速度或勻速度。

21、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，基于熔煉爐中鋁水狀態(tài)以及轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁水包當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行危險(xiǎn)分析指的是：

22、通過(guò)安裝在熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的傳感器，采集以下參數(shù)：

23、當(dāng)前熔煉爐內(nèi)鋁水溫度、轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包溫度、鋁水包的液面波動(dòng)高度最大值、鋁水包液面波動(dòng)頻率、鋁水包的總重量；

24、計(jì)算熔煉爐與轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包的溫度差異系數(shù)：

25、；為鋁的熱膨脹系數(shù)，為轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包溫度下的鋁液密度，基于溫度曲線可表示為：

26、；為參考溫度下的密度鋁液密度，為預(yù)設(shè)的鋁的密度溫度系數(shù)；

27、計(jì)算轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包的液面波動(dòng)系數(shù)：

28、；為重力加速度，為轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包的液體高度，為鋁水包內(nèi)液面的質(zhì)量，；

29、計(jì)算熔煉爐與轉(zhuǎn)運(yùn)小車鋁水包的液面壓力差異系數(shù)：

30、；為熔煉爐中鋁液溫度下的鋁液密度，為熔煉爐中鋁液的液體高度；

31、計(jì)算危險(xiǎn)程度值wx：

32、；為預(yù)設(shè)的用于歸一化的常數(shù)基準(zhǔn)值。

33、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，鋁水自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)入爐系統(tǒng)，包括：

34、數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)安裝在轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的傳感器收集鋁液的初始信息；

35、輸送安全分析模塊，進(jìn)行預(yù)設(shè)的輸送安全分析，確保轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁液匯集成的鋁水包初始狀態(tài)符合安全運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；

36、轉(zhuǎn)運(yùn)模塊，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)小車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)操作，并在轉(zhuǎn)運(yùn)操作過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行搖擺分析，基于搖擺分析結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)策略；

37、危險(xiǎn)分析模塊，在傾倒前，基于熔煉爐中鋁水狀態(tài)以及轉(zhuǎn)運(yùn)小車上的鋁水包當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行危險(xiǎn)分析；

38、自適應(yīng)優(yōu)化模塊，基于危險(xiǎn)分析結(jié)果對(duì)傾倒策略進(jìn)行自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)；

39、執(zhí)行模塊，將優(yōu)化調(diào)節(jié)后的傾倒策略轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)運(yùn)小車識(shí)別的參數(shù)組合，使得轉(zhuǎn)運(yùn)小車執(zhí)行優(yōu)化調(diào)節(jié)后的傾倒策略。

40、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

41、本發(fā)明通過(guò)在轉(zhuǎn)運(yùn)小車上安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋁液的溫度、液面波動(dòng)和壓力等關(guān)鍵參數(shù)，能夠有效減少鋁液運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的傾覆、飛濺和溢出的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)溫度差異系數(shù)、液面波動(dòng)系數(shù)和壓力差異系數(shù)的綜合分析，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)輸策略，確保鋁液在高溫和復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)輸安全。在鋁液傾倒前，系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行危險(xiǎn)分析，評(píng)估鋁液的溫度差、液面波動(dòng)和壓力情況，生成危險(xiǎn)指數(shù)。系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上通過(guò)自適應(yīng)優(yōu)化模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整傾倒的速度、角度和流量，使得鋁液傾倒過(guò)程更加平穩(wěn)，減少因流動(dòng)不均勻而導(dǎo)致的飛濺現(xiàn)象，保障傾倒操作的穩(wěn)定性。

42、本發(fā)明采用自適應(yīng)優(yōu)化控制，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)運(yùn)小車的傾倒策略，無(wú)需人工介入，顯著減少了對(duì)操作人員的依賴。這種自動(dòng)化控制不僅提高了生產(chǎn)效率，還減少了人工誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，有助于降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)加速度、勻速度和傾倒速度，使得轉(zhuǎn)運(yùn)小車能夠在安全范圍內(nèi)以較高效率完成鋁液的運(yùn)輸和傾倒。系統(tǒng)能夠根據(jù)液面波動(dòng)情況自適應(yīng)地調(diào)整速度，避免過(guò)度減速或頻繁調(diào)整，提高了運(yùn)輸效率。此外，系統(tǒng)通過(guò)精確控制傾倒過(guò)程中的流量和速度，減少了鋁液損失和資源浪費(fèi)，提升了資源利用率。

43、本發(fā)明綜合考慮了溫度差異、液面波動(dòng)和壓力差多種因素，并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可以識(shí)別的參數(shù)組合，使轉(zhuǎn)運(yùn)小車在不同工況下都能自動(dòng)適應(yīng)和調(diào)整，利于實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定的運(yùn)輸和傾倒操作，提升了系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。由于本發(fā)明減少了對(duì)人工干預(yù)的需求，并顯著降低了傾倒過(guò)程中鋁液飛濺的風(fēng)險(xiǎn)，因此能夠改善現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作環(huán)境，降低高溫和飛濺帶來(lái)的安全隱患。這種改進(jìn)不僅有助于保障人員安全，也符合環(huán)保和安全生產(chǎn)的要求。