[發(fā)明專利]回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410225399.3
• 申請(qǐng)日: 2014-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN104019662A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史運(yùn)濤;胡長斌;李正熙;王鵬;樊生文;孫德輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F27B7/42
• 分類號(hào): F27B7/42
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)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)

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(duì)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。回轉(zhuǎn)窯的煅燒過程是一個(gè)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(gè)典型的多變量耦合、非線性系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)外的回轉(zhuǎn)窯大部分都處于手動(dòng)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(dòng)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。

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(gè)控制變量來將回轉(zhuǎn)窯的多個(gè)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

(一)解決的技術(shù)問題

針對(duì)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。

(二)技術(shù)方案

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：

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。

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(hào)。

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)。

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(hào)。

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(hào)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(hào)。

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)。

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。

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(dòng)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(hào)。

優(yōu)選地，該系統(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。

(三)有益效果

本發(fā)明至少具有如下的有益效果：

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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)每個(gè)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(gè)變量的控制量就可以用于對(duì)各個(gè)變量的獨(dú)立回路控制了。