RU2232959C2 - Control system of material roasting process in rotating furnace - Google Patents
Control system of material roasting process in rotating furnace Download PDFInfo
- Publication number
- RU2232959C2 RU2232959C2 RU2002102511/02A RU2002102511A RU2232959C2 RU 2232959 C2 RU2232959 C2 RU 2232959C2 RU 2002102511/02 A RU2002102511/02 A RU 2002102511/02A RU 2002102511 A RU2002102511 A RU 2002102511A RU 2232959 C2 RU2232959 C2 RU 2232959C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- housing
- output
- input
- unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Temperature (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству цветных металлов, в частности к управлению процессом обжига материалов во вращающейся печи.The invention relates to the production of non-ferrous metals, in particular to controlling the process of firing materials in a rotary kiln.
Известна система управления процессом обжига клинкера (см. кн. В.С. Кочетов и др. Автоматизация производственных процессов и АСУПТ промышленности строительных материалов. Л.: Стройиздат. 1981, с.177), включающая измеритель температуры отходящих газов, регулирующий блок, исполнительный механизм на входе дымососа, первый вход регулирующего блока соединен с задатчиком, второй вход регулирующего блока соединен с измерителем температуры отходящих газов, а выход соединен с исполнительным механизмом на входе дымососа.There is a known control system for the clinker firing process (see book. V.S. Kochetov et al. Automation of production processes and automated process control systems for the building materials industry. L .: Stroyizdat. 1981, p. 177), including a flue gas temperature meter, control unit, executive the mechanism at the inlet of the exhaust fan, the first input of the control unit is connected to the master, the second input of the control unit is connected to the exhaust gas temperature meter, and the output is connected to the actuator at the inlet of the exhaust fan.
Описанная система управления процессом обжига клинкера позволяет перераспределять тепло по всей длине печи малых размеров (диаметр не более 2 м, длина не более 85 м), изменить длину зон декарбонизации и спекания, но в ограниченных (узких) пределах из-за ограничения скоростей газовых потоков, из-за возможного нарушения теплового режима в зонах спекания и декарбонизации, подсоса воздуха извне или выбросов экологически вредных газов из печи, а также не способна селективно регулировать температуру перерабатываемого материала в различных зонах по длине печи. Следует отметить также, что изменение разряжения за счет изменения сопротивления на входе дымососа существенно влияет в основном на температурное поле в зоне загрузки материала, тогда как зона разгрузки практически нечувствительна к этому управляющему воздействию. Но самый основной недостаток этой системы в том, что она не обеспечивает надежный и непрерывный контроль и регулирование температуры материала и элементов печи по всей длине прохождения материала, что снижает срок службы печи и качество получаемого клинкера при минимальных энергозатратах и экологических выбросах.The described control system for the clinker firing process allows you to redistribute heat along the entire length of the small-sized kiln (diameter no more than 2 m, length no more than 85 m), change the length of decarbonization and sintering zones, but within limited (narrow) limits due to the limitation of gas flow rates , due to a possible violation of the thermal regime in the sintering and decarbonization zones, air intake from the outside or emissions of environmentally harmful gases from the furnace, and is also not able to selectively control the temperature of the processed material in various zones along the length of the furnace. It should also be noted that a change in the discharge due to a change in the resistance at the inlet of the exhaust fan substantially affects mainly the temperature field in the material loading zone, while the discharge zone is practically insensitive to this control action. But the main drawback of this system is that it does not provide reliable and continuous control and regulation of the temperature of the material and furnace elements along the entire length of the material, which reduces the life of the furnace and the quality of the clinker obtained with minimal energy consumption and environmental emissions.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство управления, известное из RU 2 068 162 C1, кл. F 27 В 7/24, F 27 D 19/00, 20.10.1996, содержащее цилиндрический корпус, зону разгрузки и охлаждения, зону спекания, зону декорбанизации и зону загрузки и сушки материала.The closest in technical essence and the achieved result is a control device known from RU 2 068 162 C1, cl. F 27 B 7/24, F 27 D 19/00, 10.20.1996, comprising a cylindrical body, an unloading and cooling zone, a sintering zone, a dekorbanization zone, and a material loading and drying zone.
Как известно, при постоянном химическом составе шихты качество клинкера определяется температурным режимом, т.е. температурой и временем тепловой обработки материала в зонах декарбонизации и спекания. Известно также, что качество клинкера имеет экспериментальную зависимость от температуры в зонах декарбонизации и спекания (см. Е.Г. Древицкий и др. Повышение энергоэффективности работы вращающихся печей., М.: Стройиздат, 1990, с.89):As you know, with a constant chemical composition of the charge, the quality of the clinker is determined by the temperature regime, i.e. temperature and time of heat treatment of material in decarbonization and sintering zones. It is also known that the quality of the clinker has an experimental temperature dependence in the decarbonization and sintering zones (see EG Drevitsky et al. Improving the energy efficiency of rotary kilns., M .: Stroyizdat, 1990, p. 89):
А=9020-0,208*(Тсп-1550)2, (1)A = 9020-0.208 * (T cn -1550) 2 , (1)
где А - активность клинкера (28 сут*кПа),where A is the activity of clinker (28 days * kPa),
Tсп - температура в зоне спекания.T cn is the temperature in the sintering zone.
Аналогичная зависимость существует для качества клинкера и температуры в зоне декарбонизации.A similar relationship exists for clinker quality and temperature in the decarbonization zone.
Изменение влажности шихты, подаваемой в печь, вызовет изменение теплопотребления в зоне сушки и, как следствие, изменение температуры отходящих газов. Поддержание температуры отходящих газов на заданном уровне является необходимым условием работы электрофильтров, что вызывает необходимость увеличить или уменьшить количество топлива, подаваемого в печь. Следовательно, изменение влажности шихты, подаваемой в печь, приводит к изменению температурного режима в зонах декарбонизации и спекания.A change in the moisture content of the charge supplied to the furnace will cause a change in heat consumption in the drying zone and, as a result, a change in the temperature of the exhaust gases. Maintaining the temperature of the exhaust gases at a given level is a prerequisite for the operation of electrostatic precipitators, which makes it necessary to increase or decrease the amount of fuel supplied to the furnace. Therefore, a change in the moisture content of the charge supplied to the furnace leads to a change in the temperature regime in the decarbonization and sintering zones.
Известное устройство не в состоянии обеспечить оперативное формирование необходимых или желаемых значений температуры материала во всех зонах печи в функции текущих входных величин (влажности материала и т.д.) и заданных критериев управления. Оно также не может вести оперативный непрерывный контроль температуры материала во всех зонах, поэтому, хотя оно и имеет регулирующие механизмы, воздействующие практически на все зоны печи, не в состоянии обеспечить поддержание желаемых или оптимальных температурных режимов перерабатываемого материала и элементов печи (корпуса, футеровки и обмазки), т.е. не обеспечивается поддержание заданного оптимального распределения температурного поля по всей длине печи или во всех ее зонах по длине. Это снижает срок службы элементов электрофильтров и печи, надежность ведения процесса из-за возможности сегрегации материала или прожога корпуса, а также приводит к снижению качества получаемого продукта.The known device is not able to provide prompt formation of the necessary or desired values of the temperature of the material in all zones of the furnace as a function of the current input values (material moisture, etc.) and the specified control criteria. It also cannot conduct operational continuous monitoring of the temperature of the material in all zones, therefore, although it has regulating mechanisms that affect almost all zones of the furnace, it is not able to maintain the desired or optimal temperature conditions of the processed material and elements of the furnace (body, lining and coating), i.e. it is not ensured that the specified optimal distribution of the temperature field is maintained along the entire length of the furnace or in all its zones along the length. This reduces the service life of the elements of electrostatic precipitators and furnaces, the reliability of the process due to the possibility of segregation of the material or burn through the housing, and also leads to a decrease in the quality of the resulting product.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение сроков службы оборудования и качества готового продукта.The technical result of the invention is to increase the service life of the equipment and the quality of the finished product.
Для достижения технического результата система управления процессом обжига материала во вращающейся печи, содержащая цилиндрический корпус, включающий зону разгрузки и охлаждения, зону спекания, зону декарбонизации, зону загрузки и сушки материала, при этом согласно изобретению она дополнительно содержит регулятор подачи топлива в зоны разгрузки и спекания, регулятор загрузки шихты в печь, регулятор разряжения внутри корпуса печи, на входы каждого из регуляторов подключены соответственно выходы блоков памяти и выдачи уставок, сканер инфракрасного излучения поверхности цилиндрического корпуса с блоком преобразования сканированных сигналов сканера в температуру наружной поверхности корпуса, блок термодинамической модели идентификации температуры наружной поверхности корпуса в температуру материала внутри него, блок выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса, блок выдачи прогнозируемой или желаемой температуры материала в функции длины корпуса, блок синхронного сравнения желаемой и идентифицированной или измеренной величин температуры материала в корпусе, блок математической модели расчета желаемой температуры обжига материала по длине корпуса, блок ввода исходных данных для моделирования, блок синхронизации сигналов и блок переключения сигнала отклонения температуры материала от желаемой величины в каждой зоне корпуса, в которой выход блока преобразования сканированных сигналов сканера в температуру наружной поверхности корпуса через первый вход и выход блока термодинамической модели идентификации температуры в наружной поверхности корпуса в температуру материала в функции длины корпуса соединен с первым входом блока выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса, выход которого соединен с первым входом блока синхронного сравнения желаемой и измеренной величин температуры материала в корпусе, второй вход которого через выход и первый вход блока выдачи желаемой температуры материала в функции длины корпуса, а также выход и вход блока математической модели расчета желаемой температуры обжига материала по длине корпуса, соединен с первым выходом блока ввода исходных данных для моделирования, другой выход которого соединен со вторым входом блока термодинамической модели идентификации температуры наружной поверхности корпуса в температуру материала внутри него, первый выход блока синхронизации сигналов одновременно соединен со вторым входом блока выдачи желаемой температуры материала в функции длины корпуса и вторым входом блока выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса, а выход блока синхронного сравнения желаемой и измеренной величин температуры материала в корпусе и выход блока синхронизации сигналов соединены соответственно через первый и второй входы и выход блока переключения сигнала отклонения температуры материала от желаемой величины в каждой зоне корпуса со входом блока памяти и выдачи уставок.To achieve a technical result, a system for controlling the process of firing a material in a rotary kiln, comprising a cylindrical body, including a discharge and cooling zone, a sintering zone, a decarbonization zone, a material loading and drying zone, further according to the invention, it further comprises a fuel supply regulator for the unloading and sintering zones , a regulator for loading the charge into the furnace, a rarefaction regulator inside the furnace body, respectively, the outputs of the memory blocks and issuing the settings are connected to the inputs of each regulator, a scanner infrared radiation of the surface of a cylindrical body with a unit for converting the scanned signals of the scanner into the temperature of the outer surface of the body, a block of a thermodynamic model for identifying the temperature of the outer surface of the body into the temperature of the material inside it, a unit for issuing an identified material temperature as a function of the length of the body, a unit for generating the predicted or desired material temperature as a function body length, synchronous comparison unit of the desired and identified or measured tempo values material ratios in the housing, a mathematical model block for calculating the desired firing temperature of the material along the length of the housing, an input block for modeling, a signal synchronization unit and a signal switching unit for deviating the material temperature from the desired value in each housing zone, in which the output of the scanner signal conversion unit is to the temperature of the outer surface of the housing through the first input and output of the block thermodynamic model for identifying the temperature in the outer surface of the housing in temperatures for a material as a function of the length of the housing, it is connected to the first input of the unit for issuing the identified temperature of the material as a function of the length of the housing, the output of which is connected to the first input of the unit for synchronously comparing the desired and measured values of the temperature of the material in the housing, the second input of which through the output and the first input of the output of the desired temperature material as a function of the length of the housing, as well as the output and input of the block of the mathematical model for calculating the desired firing temperature of the material along the length of the housing, is connected to the first output of the input unit and input data for modeling, the other output of which is connected to the second input of the thermodynamic model for identifying the temperature of the outer surface of the housing to the temperature of the material inside it, the first output of the signal synchronization unit is simultaneously connected to the second input of the output unit of the desired material temperature as a function of the length of the housing and the second input of the output unit identified temperature of the material as a function of the length of the housing, and the output of the synchronous comparison unit of the desired and measured values of the temperature of the material and in the housing unit and synchronization signals output respectively connected through first and second inputs and an output signal switching unit material temperature deviation from the desired value in each zone of the body to the inlet of the storage unit and outputting the set points.
При этом она дополнительно содержит блоки датчиков температуры материала и печных газов в зонах загрузки и сушки и разгрузки и охлаждения, выходы которых соединены со входами блока ввода исходных данных для моделирования.At the same time, it additionally contains blocks of temperature sensors for the material and furnace gases in the zones of loading and drying and unloading and cooling, the outputs of which are connected to the inputs of the input data input unit for modeling.
Блок - схема предлагаемой системы управления процессом обжига материала во вращающейся печи представлена на чертеже. Она содержит цилиндрический корпус - 1, последовательно по длине, условно, разделенный на зону разгрузки и охлаждения - 1.1, зону спекания - 1.2, зону декорбанизации - 1.3, зону загрузки и сушки материала - 1.4, регулятор подачи топлива в зоны разгрузки и спекания - 2, регулятор загрузки шихты в печь - 3 и регулятор разряжения внутри корпуса печи - 4, на входы (in5-2), (in5-3), (m5-4) каждого из регуляторов подключены соответственно выходы (out5-2), (out5-3), (out5-4) блоков памяти и выдачи уставок - 5, сканер инфракрасного излучения поверхности цилиндрического корпуса печи - 6 с блоком преобразования сканированных сигналов сканера в температуру наружной поверхности корпуса печи - 7, блок термодинамической модели идентификации температуры наружной поверхности корпуса в температуру материала внутри него - 8, блок выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса печи - 9, блок выдачи прогнозированной или желаемой температуры материала в функции длины корпуса печи - 10, блок синхронного сравнения желаемого и идентифицированного или измеренного значения температуры материала в корпусе печи - 11, блок математической модели расчета желаемой температуры обжига материала по длине корпуса печи - 12, блок ввода исходных данных для моделирования - 13, блок синхронизации сигналов - 14, и блок переключения сигнала отклонения температуры материала от желаемой величины в каждой зоне корпуса печи - 15.The block diagram of the proposed control system for the process of firing the material in a rotary kiln is shown in the drawing. It contains a cylindrical body - 1, sequentially along the length, conventionally divided into the unloading and cooling zone - 1.1, the sintering zone - 1.2, the dekorbanization zone - 1.3, the loading and drying zone of the material - 1.4, the fuel supply regulator to the unloading and sintering zones - 2 , the charge controller in the furnace charge - 3 and the vacuum regulator inside the furnace body - 4, respectively, the outputs (out5-2), (out5 are connected to the inputs (in5-2), (in5-3), (m5-4) of each of the controllers -3), (out5-4) memory units and issuing settings - 5, infrared scanner for the surface of the cylindrical furnace body - 6 s the locus for converting the scanned scanner signals to the temperature of the outer surface of the furnace body - 7, the block of the thermodynamic model for identifying the temperature of the outer surface of the furnace into the temperature of the material inside it - 8, the unit for issuing the identified temperature of the material as a function of the length of the furnace body - 9, the unit for generating the predicted or desired temperature of the material as a function of the length of the furnace body - 10, the synchronous comparison unit of the desired and identified or measured temperature values of the material in the furnace body - 11 , a mathematical model block for calculating the desired firing temperature of the material along the length of the furnace body - 12, an input block for modeling data - 13, a signal synchronization unit - 14, and a signal switching unit for deviating the material temperature from the desired value in each zone of the furnace body - 15.
Причем в ней выход (out7-8) блока преобразования сканированных сигналов сканера в температуру наружной поверхности корпуса - 7, через первый вход (in7-8) и выход (out8-9) блока термодинамической модели идентификации температуры наружной поверхности корпуса в температуру материала в функции длины корпуса - 8, соединен с первым входом (in8-9) блока выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса - 9, выход (out9-11) которого соединен с первым входом (in9-11) блока синхронного сравнения желаемой и измеренной величины температуры материала в корпусе - 11, второй вход которого (in10-11), через выход (out10-11) и первый вход (in12-10) блока выдачи желаемой температуры материала в функции длины корпуса - 10, а также выход (out12-10) и вход (in13-12) блока математической модели расчета желаемой температуры обжига материала по длине корпуса - 12, соединен с первым выходом (out13-12) блока ввода исходных данных для моделирования - 13, другой выход (out13-8) которого соединен со вторым входом (in13-8) термодинамической модели идентификации температуры наружной поверхности корпуса в температуру материала внутри него - 8, первый выход (out14-9, 10) блока синхронизации сигналов - 14 одновременно соединен со вторым входом (in14-10) блока выдачи желаемой температуры материала в функции длины корпуса - 10 и вторым входом (in14-9) блока выдачи идентифицированной температуры материала в функции длины корпуса - 9, а выход (out11-15) блока синхронного сравнения желаемой и измеренной величины температуры материала в корпусе - 11 и выход (out14-15) блока синхронизации сигналов - 14 соединены соответственно через первый (in11-15) и второй (in14-15) входы и выход (out15-5) блока переключения сигнала отклонения температуры материала от желаемой величины в каждой зоне корпуса - 15 со входом (in15-5) блока памяти и выдачи уставок - 5.Moreover, in it is the output (out7-8) of the block for converting the scanned signals of the scanner to the temperature of the outer surface of the casing - 7, through the first input (in7-8) and the output (out8-9) of the block of the thermodynamic model for identifying the temperature of the outer surface of the casing in the material temperature as a function case length - 8, connected to the first input (in8-9) of the unit for issuing the identified material temperature as a function of case length - 9, the output (out9-11) of which is connected to the first input (in9-11) of the unit for synchronously comparing the desired and measured temperature material in the housing - 11, the second input of which (in10-11), through the output (out10-11) and the first input (in12-10) of the unit for issuing the desired material temperature as a function of the length of the housing - 10, as well as the output (out12-10) and the input (in13-12) of the mathematical model block for calculating the desired firing temperature of the material along the length of the casing - 12, is connected to the first output (out13-12) of the input block for modeling input - 13, the other output (out13-8) of which is connected to the second input (in13-8) thermodynamic model for identifying the temperature of the outer surface of the housing in the temperature of the material inside it - 8, ne the first output (out14-9, 10) of the signal synchronization unit - 14 is simultaneously connected to the second input (in14-10) of the unit for issuing the desired material temperature as a function of the length of the housing - 10 and the second input (in14-9) of the unit for issuing the identified material temperature in the function the length of the housing is 9, and the output (out11-15) of the synchronous comparison unit of the desired and measured temperature values of the material in the housing is 11 and the output (out14-15) of the signal synchronization block is 14 connected through the first (in11-15) and second (in14 -15) inputs and output (out15-5) of the deviation signal switching unit temperature of the material from the desired value in each zone of the housing - 15 with the input (in15-5) of the memory unit and issuing the settings - 5.
Кроме того, система управления процессом обжига материала во вращающейся печи содержит также блок датчиков температуры материала и печных газов в зоне разгрузки - 16, выход (out16-13) которого соединен со входом (in16-13) блока ввода исходных данных для моделирования - 13, атак же блок датчиков температуры материала в зоне загрузки - 17, выход (out17-13) которого соединен со входом (in17-13) блока ввода исходных данных для моделирования - 13.In addition, the control system for the process of firing the material in a rotary kiln also contains a block of sensors for temperature of the material and furnace gases in the discharge zone - 16, the output (out16-13) of which is connected to the input (in16-13) of the input block for inputting data for modeling - 13, the attacks are the block of temperature sensors of the material in the loading zone - 17, the output (out17-13) of which is connected to the input (in17-13) of the input block for inputting data for modeling - 13.
Для изложения сущности изобретения и доказательства достижения поставленной цели приведем описание работы системы по предлагаемому изобретению.To state the essence of the invention and evidence of achieving this goal, we describe the operation of the system according to the invention.
Сначала в блоки 8 и 12 из блока 13 вводятся исходные данные, включая критерии управления и значения контролируемых или легко измеряемых блоками 16 и 1 7 температур материала в зонах загрузки и разгрузки соответственно.First, the initial data are entered into blocks 8 and 12 from block 13, including control criteria and the values of the material temperatures controlled and easily measured by blocks 16 and 1 7 in the loading and unloading zones, respectively.
В блоке 12 с помощью специально разработанной математической модели адекватной процессу, состоящей из системы уравнений (в частности системы дифференциальных уравнений в частных производных), по специально разработанному алгоритму для заданных критериев управления, с учетом ограничений осуществляется оперативный расчет желаемой (оптимальной) температуры материала в функции длины печи, удовлетворяющей выбранным критериям оптимальности управления. Одновременно рассчитываются значения уставок для регуляторов 2, 3 и 4, которые сохраняются в памяти блока 5.In block 12, using a specially developed mathematical model adequate to the process, consisting of a system of equations (in particular, a system of partial differential equations), according to a specially developed algorithm for given control criteria, taking into account the constraints, an operative calculation of the desired (optimal) material temperature in the function the length of the furnace that meets the selected criteria for optimal control. At the same time, the settings for the controllers 2, 3 and 4 are calculated, which are stored in the memory of unit 5.
Рассчитанная в блоке 12 желаемая температура материала в функции длины корпуса печи, синхронно по зонам, выдается блоком 10 в блок 11, при этом значения желаемой температуры сохраняются в памяти блока 10.The desired material temperature calculated in block 12 as a function of the length of the furnace body, synchronously by zones, is output by block 10 to block 11, while the values of the desired temperature are stored in the memory of block 10.
В блоке 11 желаемая температура материала синхронно по зонам сравнивается с идентифицированной температурой материала, т.е. синхронно по зонам осуществляется расчет абсолютной ошибки отклонения (рассогласования) (в дальнейшем просто "ошибка отклонения") по формуле:In block 11, the desired material temperature is synchronously compared by zones with the identified material temperature, i.e. synchronously over the zones, the absolute deviation (mismatch) error is calculated (hereinafter simply “deviation error”) according to the formula:
DTi=TS*i-TSi, (2)DT i = TS * i -TS i , (2)
где i - номер зоны по длине печи синхронно задается, в автоматическом (по специально разработанному алгоритму синхронизации), или ручном (оператором) режиме блоком 14,where i is the zone number along the length of the furnace is synchronously set, in automatic (according to a specially developed synchronization algorithm), or manual (operator) mode block 14,
TS*i - средняя желаемая температура материала в рассматриваемой зоне,TS * i - the average desired temperature of the material in the considered zone,
TSi - средняя идентифицированная температура материала в рассматриваемой зоне.TS i is the average identified temperature of the material in the area under consideration.
Полученная в результате синхронного сравнения желаемой и идентифицированной температур материала в функции длины печи ошибка отклонения, синхронно по зонам, согласно специально разработанному алгоритму переключения ошибки отклонения (выбора регулятора), из блока 11, через блок 15 и блок 5 поступает на соответствующий регулятор 2, 3 или 4, в котором согласно заданному закону регулирования управляющего воздействия, выбранному по известной методологии ТАР (ПИ или ПИД, причем не исключено, что все регуляторы будут функционировать по одним и тем же законам), рассчитывается корректирующее воздействие. Например, в случае выбора "ПИ" закона корректирующее воздействие рассчитывается по формуле:The deviation error obtained as a result of synchronous comparison of the desired and identified material temperatures as a function of the furnace length, synchronously across the zones, according to a specially developed algorithm for switching the deviation error (selection of the regulator), from block 11, through block 15 and block 5 goes to the corresponding controller 2, 3 or 4, in which, according to a given law of regulation of the control action, selected according to the well-known TAP methodology (PI or PID, it is possible that all the regulators will operate according to the same same laws), corrective action is calculated. For example, in the case of choosing the “PI” law, the corrective effect is calculated by the formula:
где j - номер выбранного регулятора (2, 3 или 4),where j is the number of the selected controller (2, 3 or 4),
К1i и К2i - соответствующие настроечные коэффициенты пропорциональной и интегральной составляющих “ПИ” алгоритма (см, кн. Б.З. Барласов, В.И. Ильин. Наладка приборов и систем автоматизации. М.: Высшая школа, 1985, с.64).K1 i and K2 i are the corresponding tuning coefficients of the proportional and integral components of the “PI” algorithm (see, book. B.Z. Barlasov, V.I. Ilyin. Adjustment of devices and automation systems. M: Higher school, 1985, p. 64).
С выхода регулятора на соответствующий исполнительный механизм (на чертеже не показан) подается значение управляющего воздействия, рассчитанного по формуле:From the output of the regulator to the appropriate actuator (not shown in the drawing), the value of the control action is calculated, calculated by the formula:
Yj=Gj+ΔGj, (4)Y j = G j + ΔG j , (4)
где Yj - значение управляющего воздействия с соответствующего j-го регулятора,where Y j is the value of the control action from the corresponding j-th controller,
Gj - значение уставки на соответствующий j-й регулятор (выдается из памяти блока 5).G j - the value of the setting for the corresponding j-th controller (issued from the memory of block 5).
Следует отметить, что на первом, после запуска системы, цикле работы системы, до того как были получены первые значения средней идентифицированной температуры материала по зонам в функции длины корпуса печи, значение ошибки отклонения по зонам, в функции длины корпуса печи, равно нулю, следовательно значения управляющих воздействий, выдаваемых регуляторами 2, 3 и 4 на соответствующие исполнительные механизмы, равны соответствующим значениям уставок, хранящимся в памяти блока 5 и подаваемым им на соответствующие регуляторы.It should be noted that in the first, after the start of the system, system operation cycle, before the first values of the average identified material temperature by zones as a function of the furnace body length were obtained, the value of the deviation error by zones, as a function of the furnace body length, is zero, therefore the values of the control actions issued by the regulators 2, 3 and 4 on the corresponding actuators are equal to the corresponding values of the settings stored in the memory of unit 5 and supplied by them to the respective controllers.
Оперативный непрерывный контроль температуры материала в функции длины корпуса печи осуществляется следующим образом.Operational continuous monitoring of the temperature of the material as a function of the length of the furnace body is as follows.
С помощью ИК-сканера 6, непрерывно, с заданным интервалом времени τ=1/3*τзап (τзап - время запаздывания изменения температуры наружной поверхности печи, от температуры внутренней поверхности печи) сканируется инфракрасное излучение поверхности печи по всей ее длине. В блоке 7 инфракрасное излучение поверхности печи, сосканированное ИК-сканером 6, автоматически преобразовывается в температуру поверхности печи по всей ее длине, которая затем поступает в блок 8, где с помощью специально разработанной термодинамической модели идентификации, с учетом температур материала и печных газов в зонах загрузки и разгрузки, контролируемых или легко измеряемых блоками 16 и 17 и введенных, вместе с остальными исходными данными, блоком 13, осуществляется идентификация (перерасчет) температуры наружной поверхности печи в функции длины корпуса печи в температуру материала, в функции длины корпуса печи, которая после этого, синхронно по зонам, подается блоком 9 (при этом сохраняясь в памяти блока 9) в блок 11, где синхронно по зонам сравнивается с желаемой температурой материала в функции длины корпуса печи (см.выше).Using an IR scanner 6, continuously, with a given time interval τ = 1/3 * τ zap (τ zap is the delay time of the change in temperature of the outer surface of the furnace, from the temperature of the inner surface of the furnace), infrared radiation of the furnace surface is scanned along its entire length. In block 7, the infrared radiation of the furnace surface scanned by an IR scanner 6 is automatically converted to the temperature of the furnace surface along its entire length, which then goes to block 8, where, using a specially developed thermodynamic identification model, taking into account the temperatures of the material and furnace gases in the zones loading and unloading, controlled or easily measured by blocks 16 and 17 and entered, together with other initial data, by block 13, identification (recalculation) of the temperature of the outer surface of the furnace as a function of the length of the furnace casing to the temperature of the material, as a function of the length of the furnace casing, which then, synchronously by zones, is supplied by block 9 (while being stored in the memory of block 9) to block 11, where it is synchronously compared by zones with the desired material temperature in the function furnace body length (see above).
Специально разработанные математические модели, заложенные в блоки 8 и 12, а так же описание технической реализации всего предлагаемого изобретения здесь не приводятся, но могут быть представлены при экспертизе заявленного технического решения.Specially developed mathematical models embedded in blocks 8 and 12, as well as a description of the technical implementation of the entire proposed invention are not given here, but can be presented during the examination of the claimed technical solution.
Все алгоритмы, упомянутые выше, составляются под конкретный процесс, на основе анализа априорной информации, полученной путем экспериментальных действий, а так же математического моделирования рассматриваемого процесса.All the algorithms mentioned above are compiled for a specific process, based on an analysis of a priori information obtained through experimental actions, as well as mathematical modeling of the process in question.
Из описания работы предложенной системы очевидно, что предлагаемое изобретение позволяет обеспечить оперативное формирование необходимых или желаемых (оптимальных) значений температуры материала во всех зонах печи в функции текущих входных величин (влажности материала и т.д.) и заданных критериев управления. Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет вести оперативный непрерывный контроль температуры материала во всех зонах, а также обеспечивает поддержание оптимальных (желаемых) температурных режимов перерабатываемого материала и элементов печи (корпуса, футеровки, обмазки) с помощью соответствующих регулирующих устройств, осуществляющих воздействия практически на все зоны печи, по заданным, специально разработанным алгоритмам.From the description of the proposed system, it is obvious that the invention allows for the rapid formation of the necessary or desired (optimal) values of the temperature of the material in all zones of the furnace as a function of the current input values (material moisture, etc.) and specified control criteria. In addition, the present invention allows for operational continuous monitoring of the temperature of the material in all zones, and also ensures the maintenance of optimal (desired) temperature conditions of the processed material and furnace elements (body, lining, coating) using appropriate control devices that affect almost all zones furnaces, according to specified, specially developed algorithms.
Из описания работы предложенной системы следует, что совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения обеспечивает высокую точность поддержания без резких перепадов амплитуд температур желаемого (оптимального) распределения температурного поля по величине отклонения контролируемого температурного поля по всей длине печи или во всех ее зонах по длине. Это безусловно увеличивает срок службы элементов печи (корпуса, футеровки), обеспечивает желаемое качество готовой продукции, выявление и предотвращение на ранних стадиях возникновения опасных ситуаций, приводящих к сегрегации материала и прожига корпуса.From the description of the proposed system, it follows that the set of distinguishing features of the invention provides high accuracy of maintaining without sharp changes in temperature amplitudes the desired (optimal) temperature field distribution over the deviation of the controlled temperature field along the entire length of the furnace or in all its zones along the length. This certainly increases the service life of the furnace elements (casing, lining), provides the desired quality of the finished product, the identification and prevention of the early stages of the occurrence of dangerous situations leading to segregation of material and burning of the casing.
Таким образом, предлагаемое изобретение полностью отвечает поставленной цели.Thus, the present invention is fully consistent with the goal.
Пример работы системы. Испытания проводились на печи размером 4,8×180 м, находящейся на открытом воздухе, материал футеровки - доломитовые кирпичи высотой 200 мм, толщина бандажа 30 мм, топливо - Шебелинский газ, влажность шихты W=36,65%, до включения системы печь работала в ручном режиме, при этом производительность по шихте составляла GS=4620 кг/ч, расход топлива GT=10200 м3 1 ч, разрежение GP=16,1 мм в.ст.An example of the system. The tests were carried out on a 4.8 × 180 m open-air furnace, lining material — dolomite bricks 200 mm high, band thickness 30 mm, fuel — Shebelinsky gas, charge moisture W = 36.65%, before the system was turned on, the furnace worked in manual mode, while the charge rate was GS = 4620 kg / h, fuel consumption GT = 10200 m 3 1 h, rarefaction GP = 16.1 mm century
Был задан критерий управления:The control criterion was set:
GS→MAXGS → MAX
и ограничения:and limitations:
12 мм в.ст.<GР<18 мм в.ст.12 mm east <GP <18 mm east
8600 кПа<Асп<8774 кПа8600 kPa <Asp <8774 kPa
GT≤10200 м3/чGT≤10200 m 3 / h
DT*i=±1,5°C, i=1, 2, 3, 4.DT * i = ± 1.5 ° C, i = 1, 2, 3, 4.
Для заданного критерия управления, с учетом ограничений был разработан алгоритм расчета уставок на регуляторы 2, 3 и 4, а также желаемой температуры материала в функции длины печи. Кроме того, имеются алгоритм синхронизации и алгоритм переключения сигнала отклонения (выбора регулятора), которые могут быть предоставлены только при экспертизе заявки по существу (“ноу-хау” авторов).For a given control criterion, taking into account the limitations, an algorithm was developed for calculating the settings for controllers 2, 3 and 4, as well as the desired material temperature as a function of the furnace length. In addition, there is a synchronization algorithm and an algorithm for switching the deviation signal (regulator selection), which can be provided only with substantive examination of the application (“know-how” of the authors).
После ввода исходных данных из блока 13 в блоки 8 и 12, в последнем по алгоритму расчета уставок на регуляторы 2, 3 и 4, а также желаемой температуры материала в функции длины печи рассчитали значения уставок на регуляторы 2, 3 и 4 (табл. 1) и значения средней по зонам желаемой температуры материала в функции длины печи (табл. 2), удовлетворяющие заданному критерию и с учетом заданных ограничений.After entering the initial data from block 13 into blocks 8 and 12, in the latter, according to the algorithm for calculating the settings for regulators 2, 3 and 4, as well as the desired material temperature as a function of the furnace length, the values of the settings for regulators 2, 3 and 4 were calculated (Table 1 ) and the values of the average temperature over the zones of the desired temperature of the material as a function of the furnace length (Table 2), satisfying the given criterion and taking into account the given restrictions.
Значения уставок были помещены в память блока 5, откуда были выданы на соответствующие регуляторы. После выхода печи на режим, ИК-сканером 6, было сосканировано инфракрасное излучение поверхности печи, преобразованное в блоке 7 в температуру наружной поверхности печи (табл.3).The values of the settings were placed in the memory of block 5, from where they were issued to the corresponding controllers. After the furnace entered the mode, an IR scanner 6 scanned infrared radiation of the furnace surface, converted in block 7 to the temperature of the outer surface of the furnace (Table 3).
По термодинамической математической модели, заложенной в блоке 8, с учетом значений температур материала и печных газов в зонах разгрузки и загрузки, измеренных блоками 16 и 17 (табл.4), была произведена идентификация температуры поверхности печи, по ее длине, в температуру материала, в функции длины печи (табл.5).According to the thermodynamic mathematical model laid down in block 8, taking into account the temperature values of the material and furnace gases in the unloading and loading zones measured by blocks 16 and 17 (Table 4), the furnace surface temperature was identified by its length into the material temperature, as a function of the length of the furnace (table 5).
Идентифицированная (табл.6) и желаемая (табл.2) средние по зонам температуры материала в функции длины корпуса печи, синхронизированные по зонам блоком 14, реализующим алгоритм синхронизации, выдаются блоками 9 и 10 соответственно в блок 11, где в результате их сравнения, синхронно по зонам, по формуле (2) рассчитывается ошибка отклонения (табл.6).The identified (Table 6) and desired (Table 2) material average temperature zones as a function of the length of the furnace body, synchronized across the zones by block 14 that implements the synchronization algorithm, are issued by blocks 9 and 10, respectively, to block 11, where as a result of their comparison, synchronously by zones, according to the formula (2), the deviation error is calculated (Table 6).
Полученное значение ошибки отклонения из блока 11, синхронно по зонам, поступает в блок 15, где по специально разработанному алгоритму переключения сигнала отклонения (выбора регулятора), из-за не выполнения условия:The obtained value of the deviation error from block 11, synchronously by zones, enters block 15, where, according to a specially developed algorithm for switching the deviation signal (select the regulator), due to the failure of the condition:
где DT*i - максимально допустимое заданное значение ошибки отклонения для i-й зоны,where DT * i is the maximum allowable set value of the deviation error for the i-th zone,
DTi - рассчитанное в блоке 11 текущее значение ошибки отклонения для i-й зоны, осуществляется выбор соответствующего регулятора, на который через блок 5 и подается значение этой ошибки отклонения.DT i - the current value of the deviation error calculated in block 11 for the i-th zone, the corresponding controller is selected, to which the value of this deviation error is fed through block 5.
После отработки ошибки отклонения соответствующими регуляторами по своим заданным законам регулирования (ПИ, ПИД) регуляторы изменяют соответствующие управляющие воздействия и выдают их (табл.7) на соответствующие исполнительные механизмы, возвращая отклонившийся профиль температуры материала в функции длины корпуса печи к заданному (сформированному блоком 12).After working out the deviation error by the respective regulators according to their predetermined control laws (PI, PID), the regulators change the corresponding control actions and give them (Table 7) to the corresponding actuators, returning the deviated material temperature profile as a function of the furnace body length to the specified (formed by block 12 )
Спустя время τ=1/3*τзап процедура (в дальнейшем просто "процедура") сканирования, преобразования сигналов сканера в температуру наружной поверхности печи (табл.8), измерения блоками 16 и 17 температуры материала и печных газов в зонах загрузки и разгрузки (табл.9), идентификацию температуры наружной поверхности печи в температуру материала в функции длины корпуса печи (табл. 10), синхронного по зонам сравнения желаемой и идентифицированной температур материала в функции длины корпуса печи (табл.11) повторяется.After a time τ = 1/3 * τ, the start procedure (hereinafter simply referred to as the “procedure”) for scanning, converting the scanner signals to the temperature of the outer surface of the furnace (Table 8), measuring blocks 16 and 17 of the temperature of the material and furnace gases in the loading and unloading zones (Table 9), the identification of the temperature of the outer surface of the furnace in the temperature of the material as a function of the length of the furnace body (Table 10), synchronous over the zones of comparison of the desired and identified temperature of the material as a function of the length of the furnace body (Table 11) is repeated.
Теперь, согласно алгоритму переключения сигнала отклонения (выбора регулятора), выполняется условие (5), т.е. ошибка отклонения находится в допустимых пределах, поэтому регуляторами ее отработка не осуществляется и управляющие воздействия не изменяются.Now, according to the algorithm for switching the deviation signal (controller selection), condition (5) is satisfied, i.e. the deviation error is within acceptable limits, therefore, the regulators do not work it out and the control actions are not changed.
Спустя время τ=1/3*τзап процедура циклично повторяется, и в случае не выполнения условия (5) осуществляется переключение сигнала отклонения на соответствующие регуляторы, отработка ошибки регуляторами, до тех пор, пока не будет изменено задание на работу печи.After a time τ = 1/3 * τ zap, the procedure is repeated cyclically, and if condition (5) is not fulfilled, the deviation signal is switched to the corresponding controllers, the error is processed by the controllers until the task for the furnace operation is changed.
В случае изменения задания на работу печи, из блока 13, в блоки 8 и 12, вводятся новые исходные данные, осуществляется расчет новых уставок на регуляторы и новой желаемой температуры материала в функции длины корпуса печи, затем осуществляется цикличное выполнение процедуры и в случае не выполнения условия (5), т.е. выхода ошибки отклонения из заданного интервала, осуществляется работа системы по синхронной по зонам отработке этой ошибки.In case of changing the furnace operation task, from block 13, into blocks 8 and 12, new initial data are entered, new settings for the regulators and the new desired material temperature are calculated as a function of the furnace body length, then the procedure is carried out cyclically and if not performed conditions (5), i.e. output error deviations from a given interval, the system is working on synchronous zones processing this error.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102511/02A RU2232959C2 (en) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Control system of material roasting process in rotating furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002102511/02A RU2232959C2 (en) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Control system of material roasting process in rotating furnace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002102511A RU2002102511A (en) | 2003-08-27 |
| RU2232959C2 true RU2232959C2 (en) | 2004-07-20 |
Family
ID=33412264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002102511/02A RU2232959C2 (en) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | Control system of material roasting process in rotating furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2232959C2 (en) |
-
2002
- 2002-02-01 RU RU2002102511/02A patent/RU2232959C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104451119B (en) | A kind of bogie type gas heat treatment furnace temperature control system and temp. control method | |
| US4357135A (en) | Method and system for controlling multi-zone reheating furnaces | |
| CN108895854A (en) | The intelligent control method of gas industry kiln in-furnace temperature | |
| CN111684228B (en) | Calciner for a cement production system and method for operating a calciner | |
| JP2021526624A (en) | Optimization of control of rotary kiln | |
| RU2232959C2 (en) | Control system of material roasting process in rotating furnace | |
| CN218673186U (en) | Intelligent control system for temperature of ceramic kiln | |
| CN109141015A (en) | Double-hearth lime kiln two close cycles temperature control equipment and its application method | |
| CN115507666A (en) | Intelligent control system and method for temperature of ceramic kiln | |
| CN104422268B (en) | A kind of dry kiln temperature control equipment and method | |
| GB2146464A (en) | Heating furnace control | |
| Zanoli et al. | Energy efficiency technologies in cement and steel industry | |
| SU361989A1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF HEAT MODE OF BURNING OF RAW MATERIAL IN A ROTATING FURNACE | |
| SU881111A1 (en) | Method of automatic control of launching and stopping process of pyrolysis furnaces | |
| SU827944A1 (en) | Automated complex for control of rotating furnace operation | |
| SU1002789A1 (en) | Apparatus for automatic control of raw mixture roasting process | |
| SU787853A1 (en) | Automatic control method for material drying process in shaft furnace | |
| Voicu et al. | Digital Control Systems for Thermal Regimes in Industrial Furnaces. | |
| Zhou et al. | Supervisory control for rotary kiln temperature based on reinforcement learning | |
| SU609049A1 (en) | Device for automatic regulation of process of ceramic tile drying and roasting | |
| SU1520328A1 (en) | Apparatus for automatic control of roasting process of raw stock in rotary kiln | |
| SU1274994A1 (en) | Method for producing fluosulfonic acid anhydride parallel sets | |
| SU1096478A1 (en) | Automated set for burning swelling materials in rotary furnace | |
| SU1121545A1 (en) | Method of controlling fuel supply to heating furnace | |
| SU1373717A1 (en) | Method of automatic control of single-flow two-chamber tube furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050202 |