CN108861654A - 烧结厂复杂原料配料控制系统及其方法 - Google Patents

烧结厂复杂原料配料控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种烧结厂复杂原料配料控制系统，其包括上料皮带秤、配料仓、称重传感器、给料设备和控制器，上料皮带秤位于配料仓的上方，对预进入配料仓的原料进行称重，称重传感器用于称量配料仓内原料的重量，上料皮带秤和称重传感器的测量数据传输给控制器，控制器生成仓内原料分布表，得到原料动态配比，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。所述系统及方法根据配料仓上料皮带秤和称重传感器的称重值来生成仓内原料分布表，算出原料动态配比并对给料设备下料速度进行闭环控制，实现烧结厂复杂原料配料控制系统的自动控制，不仅最大化利用原材料、降低生产成本。

Description

烧结厂复杂原料配料控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及工业计算机实时控制技术领域，更具体地，涉及一种烧结厂复杂原料配料控制系统及其方法。
背景技术
烧结厂配料系统属于烧结工艺的重要环节之一。通过原料上料系统，含铁原料、溶剂、燃料、返矿等原料分别被储存在各自的配料仓中。配料生产过程中，配料仓通过下方的给料设备，将仓内原料输送至大皮带，并统一送至原料混合系统。配料时各原料需按比例配置，计算机通过调整给料设备的下料速度来调节各原料的配料比重。随着科学技术的发展，烧结工艺在不断改革，用于配料的原料种类越来越多，即使相同种类的原料，在不同运输批次下的物料性质也存在着差异。配料仓的数量是有限的，往往几种相近原料或是一种原料的几个批次要同时存储在同一配料仓中。传统的配料控制方式应用在复杂原料配料系统中，很难得到比例稳定的混合料，既浪费了原材料、提高了成本，又降低了最终烧结矿的品位和质量。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种智能优化控制烧结厂复杂原料配料的控制系统及其方法。
根据本发明的一个方面，提供一种烧结厂复杂原料配料控制系统，其包括上料皮带秤、配料仓、称重传感器、给料设备和控制器，上料皮带秤位于配料仓的上方，对预进入配料仓的原料进行称重，称重传感器用于称量配料仓内原料的重量，上料皮带秤和称重传感器的测量数据传输给控制器，控制器生成仓内原料分布表，得到原料动态配比，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。
根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述烧结厂复杂原料配料控制系统进行配料的方法，包括：步骤1，通过上料皮带秤对配料仓进行上料和称重，并将测量数据实时传输给控制器；步骤2，通过称重传感器称量配料仓内的原料重量，将测量数据实时传输给控制器；步骤3，根据上料皮带秤和称重传感器的测量数据传输给控制器，生成仓内原料分布表，所述仓内原料分布表为配料仓内各原料重量分布表，结合目标混合料的要求得到原料动态配比，所述动态配比是目标混合料对应的配料仓的底层原料的配比；步骤4，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。
本发明所述烧结厂复杂原料配料控制系统及其方法根据配料仓上料皮带秤和称重传感器的称重值来生成仓内原料分布表，算出原料动态配比并对给料设备下料速度进行闭环控制，实现烧结厂复杂原料配料控制系统的自动控制，不仅最大化利用原材料、降低生产成本，同时也提高了成品烧结矿的品位和质量、增加了全厂生产利润，具有广阔的市场前景。
附图说明
通过参考以下具体实施方式及权利要求书的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：
图1是本发明所述烧结厂复杂原料配料控制系统的示意图；
图2是配料仓内原料按层分布的示意图；
图3是本发明所述控制器的构成框图的示意图；
图4是本发明所述烧结厂复杂原料配料控制方法的流程示意图；
图5是本发明所述原料分布表生成方法的流程示意图；
图6是本发明通过控制设置在给料设备出料方向的下料皮带秤实现给料设备下料速度的调节的方法的流程示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
图1是本发明所述烧结厂复杂原料配料控制系统的示意图，如图1所示，所述配料控制系统包括上料皮带秤1、配料仓2、称重传感器3、给料设备4和控制器5，上料皮带秤1位于配料仓的上方，对预进入配料仓2的原料进行称重，称重传感器3用于称量配料仓内原料的重量，上料皮带秤1和称重传感器3的测量数据传输给控制器，控制器生成仓内原料分布表，得到原料动态配比，根据所述原料动态配比控制给料设备4的下料速度，其中，所述仓内原料分布表为配料仓内各原料重量分布表；所述动态配比是目标混合料对应的配料仓的底层原料的配比。
在本发明的一个实施例中，上述配料控制系统还包括：
下料皮带秤6，设置在给料设备出料方向，所述控制器通过对所述下料皮带秤的控制实现所述给料设备下料速度的调节，下料皮带秤6和上料皮带秤1可以采用一个皮带不同位置的称重传感器构成；
原料属性测量模块(未示出)，测量仓内原料分布表中各原料的属性，所述属性包括铁含量、碳含量和水含量中的一种或多种。
在本发明的一个优选实施例中，如图2所示，配料仓2内配料所需的原料按层分布在配料仓中，如图3所示，控制器5包括：
配料仓原料分布表生成模块51，包括：
瞬时进料平均值模型构建单元511，根据下式(1)确定配料仓内每层进料瞬时值的加权平均值，
i为配料仓内原料的层数索引，为配料仓内第i层原料进料瞬时值的加权平均值，x为权值系数，Fx为权值，Wxi为上料皮带秤在Fx权值下第i层原料的瞬时流量；
原料总料量模型构建单元512，通过每层原料的加权平均值和总上料时间根据下式(2)确定每层原料总料量累积值，
其中，Ti为第i层原料通过上料皮带秤进入配料仓的总上料时间，Wi为第i层原料总料量累积值；
底层原料累计值模型构建单元513，根据下式(3)获得配料生成中配料仓内底层原料累计值，
其中，Wad为配料生成中配料仓底层原料累计值，Wa为配料初始时刻仓内最底层原料累计值，Tc最底层原料出仓时间，Wc为Tc时间内配料仓仓重偏差瞬时值，Wn为Tc时间内配料仓顶层加入料量瞬时值；
原料分布表生成单元514，按照配料仓中原料层由底到顶的顺序生成原料分布表，
I＝[Nia,Ni,Wic,Wi,Tci,Tmi]
其中，I为原料分布表矩阵，Nia和Ni第i层原料的名称和批次号，Wic和W为第i层原料的初始累计值和当前累计值，Tci和Tmi为第i层原料上料起始时间和终止时间；
动态配比获得模块52，包括：
激活设定单元521，激活参与配料生产的配料仓；
配比表生成单元522，根据激活的配料仓最底层原料和目标混合料的要求生成所述最低层原料的配比，
Tp＝{P1 P2 … Pj … PM}
其中，Tp为配比表矩阵，Pj为第j个被激活配料仓最底层原料的配比值，M为目标混合料所需激活配料仓的总数；
给料设备下料控制模块53，包括：
下料量确定单元531，根据各配料仓的动态配比和目标配料总料根据下式(4)获得各配料仓对应的给料设备的目标下料量，
Wjq＝Wt·Pj(4)
其中，Wjq为第j个被激活配料仓的对应的给料设备目标下料量，Wt为目标配料总量；
下料速度控制单元532，根据给料设备目标下料量控制给料设备的下料速度。
图4是本发明所述烧结厂复杂原料配料控制方法的流程示意图，如图4所示，所述配料控制方法包括：
步骤1，通过上料皮带秤对配料仓进行上料和称重，并将测量数据实时传输给控制器；
步骤2，通过称重传感器称量配料仓内的原料重量，将测量数据实时传输给控制器；
步骤3，根据上料皮带秤和称重传感器的测量数据，生成仓内原料分布表，所述仓内原料分布表为配料仓内各原料重量分布表，结合目标混合料的要求得到原料动态配比，所述动态配比是目标混合料对应的配料仓的底层原料的配比；
步骤4，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，步骤3包括：
步骤31，配料仓原料依据性质和批次，按层分布，根据下式(1)确定配料仓内每层进料瞬时值的加权平均值，
i为配料仓内原料的层数索引，为配料仓内第i层原料进料瞬时值的加权平均值，x为权值系数，Fx为权值，Wxi为上料皮带秤在Fx权值下第i层原料的瞬时流量；
通过每层原料的加权平均值和总上料时间根据下式(2)确定每层原料总料量累积值，
其中，Ti为第i层原料通过上料皮带秤进入配料仓的总上料时间，Wi为第i层原料总料量累积值；
根据下式(3)获得配料生成中配料仓内底层原料累计值，
其中，Wad为配料生成中配料仓底层原料累计值，Wa为配料初始时刻仓内最底层原料累计值，Tc最底层原料出仓时间，Wc为Tc时间内配料仓仓重偏差瞬时值，Wn为Tc时间内配料仓顶层加入料量瞬时值；
按照配料仓中原料层由底到顶的顺序生成原料分布表，
Ta＝{A B … I … N}
I＝[Nia,Ni,Wic,Wi,Tci,Tmi]
其中，A、B……N为各层原料的分布表集合，I为第i层原料分布表矩阵，Nia和Ni第i层原料的名称和批次号，Wic和W为第i层原料的初始累计值和当前累计值，Tci和Tmi为第i层原料上料起始时间和终止时间。
步骤32，激活参与配料生产的配料仓，例如，控制器对参与配料生产的配料仓进行激活设定，第j个激活状态配料仓原料分布表的表达式为：
Taj＝{Aj Bj ...... Mj}(M≤N)
步骤33，生成激活状态配料仓最底层原料汇总表，其表达式为：
Tb＝{A1 A2 … Aj … AM}
Aj为第j个被激活配料仓最底层原料的子集；
步骤34，根据激活的配料仓最底层原料和目标混合料的要求(例如，目标混合料所要求的铁含量、水含量、碳含量、溶剂比例及其他因素)，控制器对原料汇总表Tb中的原料进行配比计算，生成所述最低层原料的配比，
Tp＝{P1 P2 … Pj … PM}
其中，Tp为配比表矩阵，Pj为第j个被激活配料仓最底层原料的配比值，M为目标混合料所需激活配料仓的总数；
步骤35，判断配料仓激活状态是否改变；
如果配料仓激活状态改变，返回步骤33，也就是说，控制器重新生成原料汇总表Tb和计算原料配比，并对配比表Tp进行动态更新；
如果配料仓激活状态未改变，在步骤36中，判断底层原料类型是否改变；
如果底层原料类型没有改变，执行步骤4；
如果底层原料类型改变，返回步骤33，也就是说，控制器重新生成原料汇总表Tb和计算原料配比，并对配比表Tp进行动态更新。
在本发明的一个实施例中，步骤4包括：
根据各配料仓的动态配比和目标配料总料根据下式(4)获得各配料仓对应的给料设备的目标下料量，
Wjq＝Wt·Pj (4)
其中，Wjq为第j个被激活配料仓的对应的给料设备目标下料量，Wt为目标配料总量；
根据给料设备目标下料量控制给料设备的下料速度。
在本发明的一个优选实施例中，通过控制设置在给料设备出料方向的下料皮带秤实现所述给料设备下料速度的调节，例如，通过对下料皮带秤PID闭环控制实现给料设备下料速度的调节，通过比较电子皮带秤的实际料量和目标料量来调节给料设备的下料速度，使其按照目标下料量Wjq进行下料，具体地，如图6所示，包括：
步骤41，控制器初始化，包括PID参数值的预设值初始化及下料设定值的清零初始化；
步骤42，下料皮带秤对给料设备的供给的原料进行称重；
步骤43，判断称重数据是否异常；
如果称重数据异常，在步骤44中，对于超出设定范围以外的数据进行清除处理；
如果称重数据正常，在步骤45中，输入原料下料设定值；
在步骤46中，将称重数据与设定值比较；
当称重数据大于设定值时，在步骤47中，降低给料设备的下料速度；
当称重数据低于设定值时，在步骤48中，提高给料设备的下料速度；
在步骤47或步骤48调整下料速度时，控制器实时计算称重数据和设定值得差值，直到称重数据和设定值相同。
尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。

Claims (10)

1.一种烧结厂复杂原料配料控制系统，其特征在于，包括上料皮带秤、配料仓、称重传感器、给料设备和控制器，上料皮带秤位于配料仓的上方，对预进入配料仓的原料进行称重，称重传感器用于称量配料仓内原料的重量，上料皮带秤和称重传感器的测量数据传输给控制器，控制器生成仓内原料分布表，得到原料动态配比，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。
2.根据权利要求1所述的配料控制系统，其特征在于，所述配料仓内配料所需的原料按层分布在配料仓中。
3.根据权利要求2所述的配料控制系统，其特征在于，所述控制器包括：
配料仓原料分布表生成模块，包括：
瞬时进料平均值模型构建单元，根据下式(1)确定配料仓内每层进料瞬时值的加权平均值，
其中，i为配料仓内原料的层数索引，为配料仓内第i层原料进料瞬时值的加权平均值，x为权值系数，Fx为权值，Wxi为上料皮带秤在Fx权值下第i层原料的瞬时流量；
原料总料量模型构建单元，通过每层原料的加权平均值和总上料时间根据下式(2)确定每层原料总料量累积值，
其中，Ti为第i层原料通过上料皮带秤进入配料仓的总上料时间，Wi为第i层原料总料量累积值；
底层原料累计值模型构建单元，根据下式(3)获得配料生成中配料仓内底层原料累计值，
其中，Wad为配料生成中配料仓底层原料累计值，Wa为配料初始时刻仓内最底层原料累计值，Tc最底层原料出仓时间，Wc为Tc时间内配料仓仓重偏差瞬时值，Wn为Tc时间内配料仓顶层加入料量瞬时值；
原料分布表生成单元，按照配料仓中原料层由底到顶的顺序生成原料分布表，
I＝[Nia,Ni,Wic,Wi,Tci,Tmi]
其中，I为原料分布表矩阵，Nia和Ni第i层原料的名称和批次号，Wic和W为第i层原料的初始累计值和当前累计值，Tci和Tmi为第i层原料上料起始时间和终止时间；
动态配比获得模块，包括：
激活设定单元，激活参与配料生产的配料仓；
配比表生成单元，根据激活的配料仓最底层原料和目标混合料的要求生成最低层原料的配比，
Tp＝{P1 P2 … Pj … PM}
其中，Tp为配比表矩阵，Pj为第j个被激活配料仓最底层原料的配比值，M为目标混合料所需激活配料仓的总数；
给料设备下料控制模块，包括：
下料量确定单元，根据各配料仓的动态配比和目标配料总料根据下式(4)获得各配料仓对应的给料设备的目标下料量，
Wjq＝Wt·Pj (4)
其中，Wjq为第j个被激活配料仓的对应的给料设备目标下料量，Wt为目标配料总量；
下料速度控制单元，根据给料设备目标下料量控制给料设备的下料速度。
4.根据权利要求1所述的配料控制系统，其特征在于，还包括：
下料皮带秤，设置在给料设备出料方向，所述控制器通过对所述下料皮带秤的控制实现所述给料设备下料速度的调节。
5.根据权利要求1所述的配料控制系统，其特征在于，还包括：
原料属性测量模块，测量仓内原料分布表中各原料的属性，所述属性包括铁含量、碳含量和水含量中的一种或多种。
6.一种利用权利要求1所述的烧结厂复杂原料配料控制系统进行配料的方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过上料皮带秤对配料仓进行上料和称重，并将测量数据实时传输给控制器；
步骤2，通过称重传感器称量配料仓内的原料重量，将测量数据实时传输给控制器；
步骤3，根据上料皮带秤和称重传感器的测量数据传输给控制器，生成仓内原料分布表，所述仓内原料分布表为配料仓内各原料重量分布表，结合目标混合料的要求得到原料动态配比，所述动态配比是目标混合料对应的配料仓的底层原料的配比；
步骤4，根据所述原料动态配比控制给料设备的下料速度。
7.根据权利要求6所述的配料的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
根据下式(1)确定配料仓内每层进料瞬时值的加权平均值，
其中，i为配料仓内原料的层数索引，为配料仓内第i层原料进料瞬时值的加权平均值，x为权值系数，Fx为权值，Wxi为上料皮带秤在Fx权值下第i层原料的瞬时流量；
通过每层原料的加权平均值和总上料时间根据下式(2)确定每层原料总料量累积值，
其中，Ti为第i层原料通过上料皮带秤进入配料仓的总上料时间，Wi为第i层原料总料量累积值；
根据下式(3)获得配料生成中配料仓内底层原料累计值，
其中，Wad为配料生成中配料仓底层原料累计值，Wa为配料初始时刻仓内最底层原料累计值，Tc最底层原料出仓时间，Wc为Tc时间内配料仓仓重偏差瞬时值，Wn为Tc时间内配料仓顶层加入料量瞬时值；
按照配料仓中原料层由底到顶的顺序生成原料分布表，
I＝[Nia,Ni,Wic,Wi,Tci,Tmi]
其中，I为原料分布表矩阵，Nia和Ni第i层原料的名称和批次号，Wic和W为第i层原料的初始累计值和当前累计值，Tci和Tmi为第i层原料上料起始时间和终止时间。
8.根据权利要求6所述的配料的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
激活参与配料生产的配料仓；
根据激活的配料仓最底层原料和目标混合料的要求生成最低层原料的配比，
Tp＝{P1 P2 … Pj … PM}
其中，Tp为配比表矩阵，Pj为第j个被激活配料仓最底层原料的配比值，M为目标混合料所需激活配料仓的总数。
9.根据权利要求6所述的配料的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
根据各配料仓的动态配比和目标配料总料根据下式(4)获得各配料仓对应的给料设备的目标下料量，
Wjq＝Wt·Pj (4)
其中，Wjq为第j个被激活配料仓的对应的给料设备目标下料量，Wt为目标配料总量；
根据给料设备目标下料量控制给料设备的下料速度。
10.根据权利要求9所述的配料的方法，其特征在于，通过控制设置在给料设备出料方向的下料皮带秤实现所述给料设备下料速度的调节。
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