CN220624832U - 一种石灰回转窑自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及回转窑技术领域，具体涉及一种石灰回转窑自动控制系统；包括：智能控制服务器，智能控制服务器连接有气体监测模块、成品在线监测模块、筒体扫描模块、中央控制器和工控机；中央控制器与空气调节模块和燃料调节模块连接；智能控制服务器基于获取到的各气体成份的含量、各成品成份的含量、窑体温度分布以及预设的各参数阈值向中央控制器发送控制指令；中央控制器基于接收到的控制指令，控制空气调节模块调节进入回转窑内的空气量和/或控制燃料调节模块调节进入回转窑内的燃料量，实现自动调节，从而避免由于调整参数不统一而造成产品质量不稳定以及人为操作带来的操作失误，而且有助于减少工作量和降低工作强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及回转窑技术领域，具体涉及一种石灰回转窑自动控制系统。
背景技术
回转窑是指旋转回转窑，是工业中常用的煅烧设备，主要是通过高温来煅烧多个行业中使用的物料，高温煅烧指在高温旋转滚筒内，在物料经过煅烧和输送过程，借助回转窑的转动来促进物料在回转窑内的搅拌，使得物料均匀受热，回转窑属于建材生产类设备。回转窑按处理方式不同可分为水泥回转窑、冶金化工回转窑和石灰回转窑。其中，石灰回转窑是使用较广泛的，可以煅烧小颗粒物料的回转窑，石灰回转窑适合应用于钢铁、电石以及有色金属等生产企业，可以直接煅烧10-40mm的细粒级原料石灰石或白云石。因此，石灰回转窑成为相应企业生产的核心设备。
然而，现有技术中，石灰回转窑在运行过程中的运行参数依靠工作人员进行人工实时监测，工作人员根据人工实时监测结果，凭借个人经验进行调控，由于每个工作人员的工作经验不同，面对相同的问题可能所调整的参数存在不统一，从而造成产品质量不稳定而造成不必要的损失，此外，依靠人工操作容易导致操作失误且增加工作强度和工作量。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种石灰回转窑自动控制系统，该系统助于避免由于调整参数不统一而造成产品质量不稳定以及人为操作带来的操作失误，而且有助于减少工作量和降低工作强度。
本实用新型所提供的具体技术方案如下：一种石灰回转窑自动控制系统，石灰回转窑包括窑头、窑体、窑尾和窑体主电机，包括：智能控制服务器、气体监测模块、成品在线监测模块、筒体扫描模块、中央控制器、工控机、空气调节模块和燃料调节模块；
智能控制服务器通过与气体监测模块连接，获取气体监测模块监测到气体成份及其各成份的含量；
智能控制服务器通过与成品在线监测模块连接，获取成品在线监测模块监测到的成品成份及各成份的含量；
智能控制服务器通过与筒体扫描模块连接，获取筒体扫描模块扫描到的窑体温度分布；
智能控制服务器通过与工控机连接，获取通过工控机预设的各参数阈值；
智能控制服务器通过与中央控制器连接，基于获取到的气体成份及其各成份的含量、成品成份及各成份的含量、窑体温度分布以及预设的各参数阈值，向中央控制器发送控制指令；
中央控制器通过与空气调节模块和燃料调节模块连接，中央控制器基于接收到的控制指令，控制空气调节模块调节进入回转窑内的空气量和/或控制燃料调节模块调节进入回转窑内的燃料量。
进一步地，所述系统还包括高温摄像机；
所述高温摄像机用于拍摄和存储回转窑内燃烧火焰的图像；
智能控制服务器通过与高温摄像机连接，获取高温摄像机拍摄到的回转窑内燃烧火焰的图像，并对所述图像进行辨识和分析，得出火焰的长度和温度，然后基于火焰的长度和温度向中央控制器发送控制指令。
进一步地，所述工控机通过与智能控制服务器连接，实时显示智能控制服务器获取到的气体成份及其各成份的含量、成品成份及其各成份的含量、窑体温度分布、回转窑内燃烧火焰的图像以及回转窑内燃烧火焰的长度和温度。
进一步地，所述燃料调节模块包括煤粉调节单元和煤气调节单元。
进一步地，所述系统还包括窑体主电机检测模块；
窑体主电机检测模块通过与窑体主电机连接，检测窑体主电机的工作电流；
智能控制服务器通过与窑体主电机检测模块连接，基于窑体主电机检测模块检测到的工作电流，生成控制指令；
智能控制服务器通过中央控制器与窑体主电机连接，智能控制服务器将生成的控制指令发送至中央控制器，中央控制器基于控制指令控制窑体主电机。
进一步地，所述智能控制服务器基于模型辨识、模型预测控制算法以及系统偏差控制技术生成控制指令。
进一步地，中央控制器采用PLC控制器。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过自动监测石灰回转窑的运行参数，根据监测到运行参数以及石灰转回窑的工艺参数（即，预设的各参数阈值）进行自动调整，避免了面对相同的问题可能所调整的参数存在不统一的情况，有助于确保产品质量稳定。而且通过自动调整，从而有助于避免人为调节带来的操作失误，减少工作强度和工作量，提高工作效率。
此外，本实用新型设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本实用新型一个实施例的石灰回转窑自动控制系统的电气原理图框图示意图。
1-智能控制服务器；2-气体监测模块；3-成品在线监测模块；4-筒体扫描模块；5-中央控制器；6-工控机；7-高温摄像机；8-窑体主机检测模块；9-空气调节模块；10-燃料调节模块；11-窑体主电机；10-1-煤气调节单元；10-2-煤粉调节单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例所公开的石灰回转窑自动控制系统中的燃料是煤气和煤粉，成品为石灰，需要监测成品中氧化钙（CaO）的含量。
如图1所示，本实施例提供了一种石灰回转窑自动控制系统，石灰回转窑包括窑头、窑体、窑尾和窑体主电机11，该系统包括：智能控制服务器1、气体监测模块2、成品在线监测模块3、筒体扫描模块4、中央控制器5、工控机6、空气调节模块9、燃料调节模块10、高温摄像机7以及窑体主电机检测模块8。
气体监测模块2安装在窑尾，用于监测回转窑内的气体温度、气体成份及各气体成份的含量，其中，气体成份包括一氧化碳和氧气，各气体成份的含量为一氧化碳含量和氧气含量，根据一氧化碳含量和氧气含量判断回转窑内燃烧状态。
成品在线分析模块3安装在窑头，用于监测回转窑内的成品的成份及各成份的含量，其中，成品的成份包括CaO，成份含量为CaO含量。因此可以通过CaO含量的多少，实时判断燃烧状况。
筒体扫描模块4安装在窑体中部，用于监测窑体温度分布。
高温摄像机7安装在窑头，用于拍摄燃烧火焰和燃料进入状态的图像。高温摄像机设置有存储模块和对外接口，存储模块用于存储所拍摄的图像。对外接口用于与外部设备进行连接，以通过对外接口读取存储模块中存储的图像，实现远程和离线查看，有助于对窑体内的情况进行分析和总结。
窑体主电机检测模块8通过与窑体主电机11连接，检测窑体主电机11的工作电流。
工控机6用于预先各参数阈值，其中，各种参数阈值包括回转窑内可能产生得到各气体成份的含量阈值（比如，一氧化碳含量阈值和氧气含量阈值）、成品成份含量阈值（比如，CaO含量阈值）、窑体温度分布阈值（比如，窑内 10-15m处温度最高，从15m至70m处的窑内区域温度递减，窑尾温度设定800℃）、火焰的长度阈值和火焰温度阈值以及窑体主电机工作电流阈值。其中，工控机6可以采用便携式终端或膝上笔记本电脑。
空气调节模块9用于调节进入窑体的空气量。
燃料调节模块10用于调节进入窑体的燃料量，其中，燃料调节模块包括煤粉调节单元10-2和煤气调节单元10-1；煤粉调节单元10-2用于调节煤粉进入回转窑的量；煤气调节单元10-1用于调节煤气进入回转窑的量。
需要说明的是，本实施例中的燃料主要是煤气和煤粉。
智能控制服务器1与气体监测模块2、成品在线监测模块3、筒体扫描模块4、高温摄像机7、窑体主电机检测模块8、中央控制器5以及工控机6连接。
中央控制器5与空气调节模块9、煤粉调节单元10-2、煤气调节单元10-1和窑体主电机11连接。
智能控制服务器1基于模型辨识、模型预测控制算法以及系统偏差控制技术对获取到各参数进行判断和分析，并生成相应的控制指令，然后将生成的控制指令发送至中央控制器5，中央控制器5基于接收到相应的控制指令，控制空气调节模块9、燃料调节模块10和窑体主电机11进行调节，从而实现自动调节，避免人为调节带来的操作失误。
需要说明的是，本实施例中需要监测的气体成份主要是一氧化碳和氧气。为了便于理解，本实施例成品以检测CaO的含量为例，具体执行以下步骤：
在使用时，先通过工控机6输入一氧化碳含量阈值和氧气含量阈值、成品中CaO含量阈值、窑体温度分布阈值、火焰的长度阈值和火焰温度阈值以及窑体主电机11工作电流阈值。
智能控制服务器1被配置用于执行以下操作：
获取气体监测模块2实时监测到的回转窑内的一氧化碳的含量和氧气的含量、成品在线分析模块3实时监测的成品中CaO的含量、筒体扫描模块4实时获取的窑体温度分布以及窑体主电机检测模块8实时检测到的窑体主电机11的工作电流。
获取通过工控机6输入的一氧化碳的含量阈值和氧气的含量阈值、CaO的含量阈值、窑体温度分布阈值以及窑体主电机11的工作电流阈值。
基于获取到实时数据和预设的阈值，通过包含模型辨识、模型预测控制算法、系统偏差控制技术等计算出空气调节量、燃料调节量和窑体主电机11的调节量，并根据计算出的调节量，生成相应的调节控制指令。
将调节控制指令发送至中央控制器5，比如PLC控制器，中央控制器5基于接收到的调节控制指令，控制空气调节模块9、燃料调节模块10和窑体主电机11进行相应的调节，比如增加空气进入量、减小燃料进入量和增大窑体主电机转速等。
示例性地，智能控制服务器1还被配置用于获取高温摄像机7所拍摄燃烧火焰图像，并对所拍摄的图像进行识别和分析，分析出燃烧火焰的长度和火焰的温度，并根据火焰的长度和温度以及预设的火焰的长度阈值和火焰温度阈值，计算出调节量，生成相应的调节控制指令，将调节控制指令发送至中央控制器5，中央控制器5基于接收到的调节控制指令，控制空气调节模块9和/或燃料调节模块10进行相应的调节。
其中，基于获取到实时数据和预设的阈值，通过包含模型辨识、模型预测控制算法、系统偏差控制技术等计算出空气调节量和燃料调节量，并根据计算出的调节量，生成相应的调节控制指令的过程如下：
（1）精确量的模糊化
设偏差e的基本论域为[-50℃ ,+50℃ ] ,在e的论域上定义语言变量“偏差 E”,在ec 的论域上定义语言变量“误差变化率EC”;在控制量u的论域上定义语言变量“控制量U”。语言变量值划分为 7 档: {“正大”( PB),“正中”( PM) ,“正小”( PS),“零”(0),“负小”(NS),“负中”(NM)和“负大”( NB) }。将输入偏差E和偏差变化率EC的论域定义为:{-3,-2,-1,0,1,2,3} 7 个等级；将控制量U的论域元素定义为{-3,-2,-1,0,1,2,3,}7 个等级。确定E、EC、U的赋值表总结操作者的长期的工作经验，可确定在x 上用以描述模糊子PB,…,NB 的隶属函数μ(x)。采用正太函数来确定其隶属函数。
（2）建模糊状态表
依据操作者长期对回转窑的生产进行控制,由经验总结得出结论,得到 7×7 =49 条模糊条件语句构成的模糊控制规则。通常采用下式表示:if E = PB and EC = PBthen U= PB 上述条件语句为总结出的经验,即如果欠温很多并且有下降趋势,则此时调节阀的开度应取很大。将上述 49 条控制规则制成表,窑温系统控制的模糊状态表,如表1所示：
---------规则（负号代表N,数组代表B,M,S等）----------
输入1\2-3-2-10+1+2+3
-3-3-3-3-3+3+3+3
-2-3-3-3-2+3+3+3
-1-3-2-2-1+2+3+3
0-3-2-1-1+1+1+2
+1-2-1-1+1+1+1+1
+2-1-1-1+1+1+1+1
+30000000
（3）模糊推理算法
双输入单输出模糊控制器的控制规则是由多条条件语句组成。 一条条件语句只代表某一特定情况下的一个对策。上表也可表示为:
1)if E = -3 and EC = -3 then U=-3
2)if E = -2 and EC = -2 then U=-3
3)if E = -1 and EC = -1 then U=-2
................................
if E = +3 and EC = +3 then U=0
（4）规则库蕴含的模糊关系
每一条规则都决定一个模糊关系,它们一共有49个,其中R1 ,R2 ,R3 ,...,R49分别为:
R1 = [(PB) E ×(PB)EC ]T ×(NB) U
R2 = [(PB) E ×(PM) EC]T ×(NB) U
R3 = [(PB) E ×(PS) EC]T ×(NB) U
R49 =[(NB) E ×(NB) EC] T ×(PB) U
通过49个模糊关系,Ri(i=1,2,…,49)的“并” 运算,可获取回转窑焙烧带温度控制规则的总的模糊关系 R,即: R = R1 ∨ R2 ∨ … ∨ R48 ∨ R49。
（5）模糊关系
R的计算根据已知公式:
Rk =[(E)i ×(EC)j]T × (U)l
式中:(i = 1,2,…,m;j = 1,2,…,n;k = 1,2,…,m×n;l= 1,2,…,7)
当模糊规则表的所有模糊蕴含关系Rk均求处理之后,则可根据式求得总的模糊关系 R,得出下面模糊关系表2所示：
---------规则（负号代表N,数组代表B,M,S等）----------
输入1\2-3-2-10+1+2+3
-3-3-3-3-30+0+2
-2-3-3-3-20+2+2
-1-3-3-2-10+2+2
0-3-2-10+1+2+3
+1-2-20+1+2+2+3
+2-2-2+0+2+2+3+3
+3-2+0+3+3+3+3+3
以偏差 E,偏差变化率 EC,输出量 U 制成表2,表2为回转窑温控系统模糊控制查询表,利用此表由输入偏差和偏差变化率找出输出量U 的输出控制精确值,作为PLC调节阀设定值。
实际应用中根据现场实际情况，回转窑温度波动范围为1150℃至1250℃， 则其设定偏差e基本论域为[-50,+50]，所对应量化论域为E：[-10,10]，偏差变化率ec基本论域为[-5,+5]，则误差E和误差变化率Ec的量化因子Ke、Kec初步设定为：
Ke=N/Xe=10/50=0.2Kec=N/Xec=5/10=0.5
（6）Bang-Bang控制器
当回转窑温度变化明显大幅度偏离设定值时，只用模糊控制器控制输出，会发现窑头喷煤输出频繁并可能会发生误操作，所以设计了Bang-Bang控制对模糊进行校正，及时给出最大或是最小的喷煤量调整，使回转窑温度尽快回到正常范围，Bang-Bang控制器输出如式：
（7）应用案例推理降低煤耗
案例推理实时寻找残氧量、CO浓度在最佳范围内的推杆时间、实际炉尾温度、一次侧风机风量、二次侧风量、煤气流量、煤粉量、残氧量、CO浓度存入数据库，当推杆时间发生变化，系统根据设定温度和推杆时间去自动寻找一次侧风机风量、二次侧风量、煤气流量、煤粉量，将寻找到K个案例用加权距离计算相似度计算，其公式如下：
公式中
C：当前实例
Cj： 案例库中第j个案例
：案例Cj的第i个工况特征值
ai:案例中第i特征属性的最小值
bi： 案例中第i特征属性的最大值
最终得到一组空气进入量、煤气流量、煤粉量，用这组数据对当前对应变量进行修正。与此同时案例在实施过程不断选取更优案例，剔除劣位案例自我学习。确保空煤比在最佳合理范围，使燃料充分燃烧。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本实用新型的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种石灰回转窑自动控制系统，石灰回转窑包括窑头、窑体、窑尾和窑体主电机，其特征在于，包括：智能控制服务器、气体监测模块、成品在线监测模块、筒体扫描模块、中央控制器、工控机、空气调节模块和燃料调节模块；
智能控制服务器通过与气体监测模块连接，获取气体监测模块监测到气体成份及其各成份的含量；
智能控制服务器通过与成品在线监测模块连接，获取成品在线监测模块监测到的成品成份及各成份的含量；
智能控制服务器通过与筒体扫描模块连接，获取筒体扫描模块扫描到的窑体温度分布；
智能控制服务器通过与工控机连接，获取通过工控机预设的各参数阈值；
智能控制服务器通过与中央控制器连接，基于获取到的气体成份及其各成份的含量、成品成份及各成份的含量、窑体温度分布以及预设的各参数阈值，向中央控制器发送控制指令；
中央控制器通过与空气调节模块和燃料调节模块连接，中央控制器基于接收到的控制指令，控制空气调节模块调节进入回转窑内的空气量和/或控制燃料调节模块调节进入回转窑内的燃料量。
2.根据权利要求1所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，所述系统还包括高温摄像机；
所述高温摄像机用于拍摄和存储回转窑内燃烧火焰的图像；
智能控制服务器通过与高温摄像机连接，获取高温摄像机拍摄到的回转窑内燃烧火焰的图像，并对所述图像进行辨识和分析，得出火焰的长度和温度，然后基于火焰的长度和温度向中央控制器发送控制指令。
3.根据权利要求2所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，所述工控机通过与智能控制服务器连接，实时显示智能控制服务器获取到的气体成份及其各成份的含量、成品成份及其各成份的含量、窑体温度分布、回转窑内燃烧火焰的图像以及回转窑内燃烧火焰的长度和温度。
4.根据权利要求1所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，所述燃料调节模块包括煤粉调节单元和煤气调节单元。
5.根据权利要求1所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，所述系统还包括窑体主电机检测模块；
窑体主电机检测模块通过与窑体主电机连接，检测窑体主电机的工作电流；
智能控制服务器通过与窑体主电机检测模块连接，基于窑体主电机检测模块检测到的工作电流，生成控制指令；
智能控制服务器通过中央控制器与窑体主电机连接，智能控制服务器将生成的控制指令发送至中央控制器，中央控制器基于控制指令控制窑体主电机。
6.根据权利要求1所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，所述智能控制服务器基于模型辨识、模型预测控制算法以及系统偏差控制技术生成控制指令。
7.根据权利要求1所述的石灰回转窑自动控制系统，其特征在于，中央控制器采用PLC控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322014988.4U CN220624832U (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种石灰回转窑自动控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322014988.4U CN220624832U (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种石灰回转窑自动控制系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220624832U true CN220624832U (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=90217718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322014988.4U Active CN220624832U (zh) | 2023-07-28 | 2023-07-28 | 一种石灰回转窑自动控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220624832U (zh) |
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2023
- 2023-07-28 CN CN202322014988.4U patent/CN220624832U/zh active Active
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