CN102072658B - 一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，首先，为了稳定料层厚度，提出了一种具有两层递阶结构的料层厚度前馈串级智能控制系统：上层结构采用前馈补偿解耦控制算法，实现料层厚度、圆辊给料机转速和排料闸门开启度之间的解耦，消除它们之间的耦合关系；下层结构针对解耦后的圆辊给料机转速和排料闸门开启度两个操作参数，建立排料闸门开度控制器和圆辊转速控制器，实现料层厚度的稳定化控制。其次，为了消除料层厚度实际值和设定值之间的偏差，建立厚度差控制器来修正料层厚度前馈串级智能控制系统。采用本发明所述控制技术，能有效保证厚料层烧结稳顺进行，节约烧结能耗，提高烧结矿的质量和产量。

Description

一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法

技术领域

本发明属于烧结生产过程控制技术领域，涉及一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法。

技术背景

实现烧结偏析布料的自动控制对于保证烧结优质高产、节能减排具有十分重要的意义。目前的烧结布料过程一般是通过改进工艺设备来改善布料效果，控制方法大多为简单的利用料层厚度进行反馈控制，对布料过程的下料量以经验进行粗调。实际生产表明，由于台车速度变化的影响，现有的控制方法对于料层厚度的跟踪控制难以实现稳定，使得厚料层烧结未发挥最大的优势。因此，研究开发稳定料层厚度的烧结偏析布料智能控制技术，有效的稳定料层厚度，保证厚料层烧结生产的稳顺进行，是保证烧结过程优质高产的有效途径。

发明内容

本发明的目的是提出一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，该稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法能稳定料层厚度，实现有效的厚料层烧结。

本发明的技术解决方案如下：

一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采用解耦方法实现料层厚度、圆辊给料机转速和排料闸门开启度之间的解耦，料层厚度设定值为整个控制系统的输入；

步骤2：分别通过对解耦出的阀门开度和圆辊给料机转速进行控制，从而实现对烧结偏析布料过程料层厚度的控制。

检测烧结过程中的料层厚度值，基于料层厚度检测值与料层厚度设定值之间的偏差，通过厚度差控制器对解耦后的圆辊给料机转速值进行，料层厚度检测值作为整个控制系统的反馈值。

步骤1中的解耦方法采用如下公式：knH_w＝vh，

式中v为台车速度，h为料层厚度，n为圆辊转速，H_w为排料闸门开口高度，k称之为布料系数，是由烧结布料设备所决定的一个常数，其计算公式为k＝ηπLB/w，η为比例系数，L为圆辊直径，B为排料闸门宽度，w为台车宽度。

η的取值范围为0.7～0.9，优选值为0.8。

排料闸门开度的控制方法为：

$H_w=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\min }}& n<n_{\min }\\ H_{\mathrm{wset}}& n_{\min }<n<n_{\max }\\ \frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\max }}& n>n_{\max }\end{array}\right.;$

式中H_w为排料闸门开口高度，v为台车速度，h为料层厚度，k为布料系数，n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，H_wset为排料闸门的初始开度。初始开度取值为排料闸门最大高度的70％大小。

1.根据权利要求2所述的稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，圆辊转速控制器的控制方法为：

$n=\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kH}}_{\mathrm{wset}}}+\mathrm{\&Delta;n},n_{\min }<n<n_{\max };$

式中n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，Δn为圆辊转速的修正值，v为台车速度，h为料层厚度，k为布料系数，H_wset为排料闸门的初始开度。H_wset取值为排料闸门最大高度的70％大小。

排料闸门开度的控制方法为：厚度差控制器采用下式实现：

式中Δn为圆辊转速的修正值，Δh为料层厚度设定值与检测值之差，H_wset为排料闸门初始开度，v为台车速度，k为布料系数。

有益效果：

目前采用的台车速度和圆辊转速度联动调节方式是料层厚度不稳定的一个主要原因，由于圆辊转速只是由台车速度乘以一个比例系数得到，而该比例系数是由经验决定的，可以一定程度上跟踪料层厚度的变化而作出相应调节，但并不能很好的保证料层厚度的稳定性。本发明提出一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，首先，为了稳定料层厚度，提出了一种具有两层递阶结构的料层厚度前馈串级智能控制系统：上层结构采用前馈补偿解耦控制算法，实现料层厚度、圆辊给料机转速和排料闸门开启度之间的解耦；下层结构针对解耦后的圆辊给料机转速和排料闸门开启度两个操作参数，，建立排料闸门开度控制器和圆辊转速控制器，实现料层厚度的稳定化控制。其次，为了消除料层厚度实际值和设定值之间的偏差，建立厚度差控制器来修正料层厚度前馈串级智能控制系统，利用反馈控制原理形成对料层厚度设定值与检测值之间偏差的控制作用，紧密跟踪料层厚度设定值。采用本发明所述控制技术，能有效保证厚料层烧结稳顺进行，节约烧结能耗，提高烧结矿的质量和产量。本发明解决了烧结偏析布料过程中料层厚度不稳定的问题，消除偏析布料过程对料层厚度稳定性影响的干扰因素，达到了对料层厚度的稳定化和精确跟踪控制，提升了烧结布料自动化水平，对烧结过程优质高产，实现节能减排效果起到了积极的作用，是烧结行业应推广的先进技术。

附图说明

图1本发明的控制系统结构示意图；

图2本发明的控制前后效果对比图【图2中，时间轴的1对应5秒，如986处对应的时间点为986*5秒】。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

参照图1，本实施例的方法包括以下几个步骤：

步骤1：建立前馈补偿解耦控制器，实现料层厚度、圆辊给料机转速和排料闸门开启度之间的解耦。

前馈补偿解耦控制算法根据物料流量平衡原理建立起料层厚度、圆辊转速和排料闸门开启度之间关系。

圆辊给料机的给料量W与物料流出线速度v_w及排料闸门开口高度H_w和排料闸门宽度B之间的关系为：

W＝ρv_wBH_w＝ρnπLBH_w    (15)

式中ρ为物料堆密度，n为圆辊转速，L为圆辊直径。

考虑取一个比例系数η来描述实际情况下的流量与理论状况下的比值，即：

W＝ηρnπLBH_w    (16)

式中η的取值范围为0.7～0.9，这里η取0.8。

此外，物料流量与台车速度和料层厚度存在如下关系：

W＝ρvwh    (17)

式中W为烧结混合料的流量，ρ为物料堆密度，v为台车速度，w为台车宽度，h为料层厚度。

则圆辊转速、闸门开度与料层厚度、台车速度之间的关系为：

W＝ρ₁vwh＝ηρ₂nπLBH_w    (18)

式中W为布料时烧结混合料的流量，ρ₁和ρ₂分别为布料到台车前后物料的堆密度，v为台车速度，w为台车宽度，h为料层厚度，n为圆辊转速，L为圆辊直径，H_w为排料闸门开口高度，B为排料闸门宽度。

忽略物料布料前后的堆密度变化，即令ρ₁＝ρ₂，并且令k＝ηπLB/w，则：

knH_w＝vh    (19)

式中v为台车速度，h为料层厚度，n为圆辊转速，H_w为排料闸门开口高度。

公式19即为前馈补偿解耦控制算法。

步骤2：利用反馈控制原理建立厚度差控制器，修正料层厚度前馈串级智能控制系统，从而消除料层厚度实际值和设定值之间的偏差。

基于机理建模的前馈补偿解耦算法对实际布料系统的应用存在一定的偏差，因此仅采用前馈控制并不能实现对料层厚度设定值的精确跟踪，需要建立反馈控制器来消除这一偏差，使得前馈补偿解耦算法更好的适应实际布料系统。厚度差控制器利用反馈控制原理形成对料层厚度设定值与检测值偏差的控制作用，从而修正料层厚度前馈串级智能控制系统，紧密跟踪料层厚度设定值。控制器的输入为料层厚度设定值与检测值之差，输出为圆辊转速的修正值。如公式20所示：

$\mathrm{\&Delta;n}=\frac{\mathrm{v\&Delta;h}}{{\mathrm{kH}}_{\mathrm{wset}}}---\left(20\right)$

式中Δn为圆辊转速的修正值，Δh为料层厚度设定值与检测值之差，H_wset为排料闸门初始开度，v为台车速度，k为常数。

步骤3：设计稳定化控制器，包括圆辊转速控制器和排料闸门开度控制器。

前馈补偿解耦控制器将圆辊转速和闸门开度进行解耦，输出圆辊转速和闸门开度的设定值。有了圆辊转速和闸门开度这两个操作参数，设计圆辊转速控制器和闸门开度控制器，紧密跟踪输入，实现料层厚度的稳定。

圆辊转速控制器和排料闸门开度控制器之间是配合来进行给料工作的，它们之间采取如下的工作模式：

首先，将排料闸门设置为一个初始开度，只通过调节圆辊转速来调整下料量，从而实现对料层厚度的控制，但圆辊转速有一个调节范围，即存在转速的最大值和最小值，圆辊转速控制算法如公式21所示：

$n=\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kH}}_{\mathrm{wset}}}+\mathrm{\&Delta;n},n_{\min }<n<n_{\max }---\left(21\right)$

式中n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，Δn为圆辊转速的修正值，v为台车速度，h为料层厚度，k为常数，H_wset为排料闸门的初始开度。

其次，排料闸门采用带死区的调节方式，即排料闸门开度并不需要经常调节，由于圆辊转速存在可调范围，当圆辊转速在其调节范围内时，排料闸门设置为初始开度，当圆辊转速调节超出这个范围，才启动排料闸门的控制。排料闸门开度控制算法如公式22所示：

$H_w=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\min }}& n<n_{\min }\\ H_{\mathrm{wset}}& n_{\min }<n<n_{\max }\\ \frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\max }}& n>n_{\max }\end{array}\right.---\left(22\right)$

式中H_w为排料闸门开口高度，v为台车速度，h为料层厚度，k为常数，n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，H_wset为排料闸门的初始开度。

实际控制案例：

以某烧结厂的实施情况为例说明本发明的优越性，该烧结厂布料时料层厚度设定值为650mm，图2为使用前后料层厚度的稳定性情况，可以看出，使用本发明后，料层厚度稳定性得到改善，与此同时，提高了料层厚度的稳定性带来了烧结矿质量和产量的提升，如下表所示。

	台时产量(t/h)	利用系数(t/hm2)	转鼓指数	筛分指数
					使用前	8955.32	1.04	81.86	5.54
使用后	12307.97	1.42	81.89	5.59

Claims (5)

1.一种稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用解耦方法实现料层厚度、圆辊给料机转速和排料闸门开启度之间的解耦，料层厚度设定值为整个控制系统的输入；

步骤2：分别通过对解耦出的排料闸门开启度和圆辊给料机转速进行控制，从而实现对烧结偏析布料过程料层厚度的控制；

步骤1中的解耦方法采用如下公式：knH_w＝vh；

式中v为台车速度，h为料层厚度，n为圆辊转速，H_w为排料闸门开口高度，k称之为布料系数，是由烧结布料设备所决定的一个常数，其计算公式为k＝ηπLB/w，η为比例系数，L为圆辊直径，B为排料闸门宽度，w为台车宽度。

2.根据权利要求1所述的稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，检测烧结过程中的料层厚度值，基于料层厚度检测值与料层厚度设定值之间的偏差，通过厚度差控制器对解耦后的圆辊给料机转速值进行修正，料层厚度检测值作为整个控制系统的反馈值。

3.根据权利要求2所述的稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，排料闸门开启度的控制方法为：

$H_w=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\min }}& n<n_{\min }\\ H_{\mathrm{wset}}& n_{\min }<n<n_{\max }\\ \frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kn}}_{\max }}& n>n_{\max }\end{array}\right.;$

式中H_w为排料闸门开口高度，v为台车速度，h为料层厚度，k为布料系数，n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，H_wset为排料闸门的初始开度。

4.根据权利要求2所述的稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，圆辊转速控制器的控制方法为：

$n=\frac{\mathrm{vh}}{{\mathrm{kH}}_{\mathrm{wset}}}+\mathrm{\&Delta;n}$ n_min<n<n_max；

式中n为圆辊转速，n_max和n_min为圆辊转速的最大值和最小值，Δn为圆辊转速的修正值，v为台车速度，h为料层厚度，k为布料系数，H_wset为排料闸门的初始开度。

5.根据权利要求2-4任一项所述的稳定料层厚度的烧结偏析布料控制方法，其特征在于，排料闸门开启度的控制方法为：厚度差控制器采用下式实现：

式中Δn为圆辊转速的修正值，Δh为料层厚度设定值与检测值之差，H_wset为排料闸门初始开度，v为台车速度，k为布料系数。