專利名稱：回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置。
回轉(zhuǎn)窯是燒結(jié)法氧化鋁和濕法水泥生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯熱工過程的穩(wěn)定程度對生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重大影響。因此在生產(chǎn)過程中，操作人員的主要任務(wù)是根據(jù)工藝條件變化隨時(shí)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)，以保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的熱工過程盡量處于穩(wěn)定狀態(tài)。
現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置一般由三只溫度傳感器、兩只壓力變送器、一臺(tái)單回路控制器及相應(yīng)的控制策略、兩套執(zhí)行器構(gòu)成，其中三只溫度傳感器分別為一只輻射式高溫計(jì)(用來測量回轉(zhuǎn)窯燒成帶物料溫度)、兩只熱電偶(分別用來測量回轉(zhuǎn)窯窯尾氣流溫度和排風(fēng)機(jī)入口陵氣氣流溫度)，其控制策略為單回路PID調(diào)節(jié)，兩套執(zhí)行器用來調(diào)節(jié)風(fēng)量和入窯的燃煤量。這種單回路PID調(diào)節(jié)只能適用于工藝條件波動(dòng)很小的情況，當(dāng)燃煤或料漿的成份或其它工藝條件波動(dòng)稍大時(shí)，它就難以適應(yīng)，表現(xiàn)為調(diào)節(jié)品質(zhì)變差、控制質(zhì)量惡化，不得不退出自動(dòng)控制狀態(tài)，進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)由于這種調(diào)節(jié)的自身特性，使得執(zhí)行器頻繁動(dòng)作，既增加了熱工過程的擾動(dòng)，又縮短了執(zhí)行器的壽命。另外，現(xiàn)有的裝置在熱工參數(shù)的獲取上存在著不合理性及不準(zhǔn)確性。這種裝置以窯尾氣流溫度間接反映窯內(nèi)氣體的燃燒情況，它不能真實(shí)地反映窯內(nèi)空氣的過剩系數(shù)。因而會(huì)出現(xiàn)因窯內(nèi)空氣過剩系數(shù)偏低，一氧化碳含量偏高，甚至發(fā)生″跑煤″，使電收塵器內(nèi)發(fā)生″爆炸″的現(xiàn)象。個(gè)別單位還出現(xiàn)過因此原因燒毀整臺(tái)電收塵器的惡性事故，損失巨大。再如燒成帶物料溫度參數(shù)，系采用輻射式高溫計(jì)測量。這種測量方式受測量條件影響較大，當(dāng)物料成份或燃煤成份等因素變化造成窯內(nèi)煙霧或粉塵較大時(shí)，會(huì)使測量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，導(dǎo)致控制裝置失靈或使控制質(zhì)量大大降低。由于回轉(zhuǎn)窯的大滯后特性，還造成控制滯后，調(diào)節(jié)過程波動(dòng)太大等狀況。
本實(shí)用新型的目的是提供一種回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置，該裝置可以提高熱工參數(shù)測量過程的抗干擾能力和測量精度，適應(yīng)波動(dòng)范圍較大的工藝條件，延長回轉(zhuǎn)窯窯襯和執(zhí)行器的壽命，降低燃煤消耗，保證電收塵器的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還大大降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置，由熱工參數(shù)測量儀器組合、自動(dòng)控制儀器組合和執(zhí)行儀器組合及輔助設(shè)備組合構(gòu)成，特點(diǎn)是所述熱工參數(shù)測量儀器組合包括光纖比色溫度傳感器及轉(zhuǎn)換器、滑弧式測溫器及延時(shí)保持器、氧量變送器，三者通過電纜分別接至自動(dòng)控制儀器組合，所述自動(dòng)控制儀器組合由操作員面板、以及包含有PID控制器、雙維加權(quán)模糊邏輯控制器、軟手動(dòng)控制器等功能和過程狀態(tài)判別器的計(jì)算機(jī)組成，來自測量儀器組合的測量信號(hào)和由操作員面板輸入的參數(shù)，分別傳遞到狀態(tài)判別器，經(jīng)分析計(jì)算后，輸出控制狀態(tài)信號(hào)，根據(jù)不同的熱工狀態(tài)自動(dòng)地開啟PID控制器或雙維加權(quán)模糊邏輯控制器或軟手動(dòng)控制器，被開啟的控制器經(jīng)對測量信號(hào)和設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出控制信號(hào)給執(zhí)行儀器組合及輔助設(shè)備組合。
熱工參數(shù)測量儀器組合由一臺(tái)光纖比色溫度傳感器及轉(zhuǎn)換器，一臺(tái)滑弧式測溫器及延時(shí)保持器，一臺(tái)氧量變送器組成。其中，光纖比色溫度傳感器安裝在回轉(zhuǎn)窯窯頭前端約3米的支架上，該支架可以上下左右移動(dòng)，回轉(zhuǎn)窯窯頭罩端面的左上側(cè)開一直徑Φ200mm的圓孔，光纖比色溫度傳感器的光學(xué)瞄準(zhǔn)器透過該孔對準(zhǔn)燒成帶的物料目標(biāo)，它是一種能量比較式傳感器，它同時(shí)測量兩種相臨波長的紅外能量比值來表征被測點(diǎn)的溫度，因而當(dāng)有煙霧、 粉塵等因素干擾時(shí)，對測量結(jié)果的影響大大減小，從而提高了測量值的精度， 其允許工作環(huán)境溫度為-20℃-150℃，量程為800℃-1300℃，精度為1.0級(jí)， 光纖比色溫度傳感器通過一根光纜，接至轉(zhuǎn)換器。
滑弧式測溫器是在回轉(zhuǎn)窯筒體上安裝一對并列的相互絕緣的弧形金屬板，該金屬板與筒體也絕緣，其寬度為200毫米，將插入回轉(zhuǎn)窯分解帶處的一支熱電偶的輸出信號(hào)接至這兩片弧形金屬板上，弧形板與回轉(zhuǎn)窯同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在弧形板的下方，通過一對被彈簧頂在弧形板上的電刷，把信號(hào)引出來。由于弧形板的長度只有回轉(zhuǎn)窯筒體周長的1/5，因而大大減小了滑弧和電刷的磨損，延長了壽命，減少了維護(hù)工作量。由于滑弧的寬度為200毫米，這樣當(dāng)回轉(zhuǎn)窯由于自身運(yùn)轉(zhuǎn)的需要而沿軸線方向移動(dòng)時(shí)(正常為±40毫米左右)，也不會(huì)出現(xiàn)電刷″掉軌″現(xiàn)象。延時(shí)保持器為一普通的記憶電路，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，它的輸出等于輸入，當(dāng)輸入斷開時(shí)，它的輸出則″保持″為斷開前的輸入值。這樣，當(dāng)電刷與滑弧脫離接觸時(shí)，就保持為臨″脫離″前的數(shù)值，當(dāng)電刷與滑弧重新接觸時(shí)，則為新的輸入值。由于分解帶物料的溫度對燒結(jié)狀態(tài)具有″超前″預(yù)報(bào)作用，因此這一信號(hào)測取難題的解決，對提高熱工過程控制質(zhì)量具有明顯作用?；∈綔y溫器安裝在回轉(zhuǎn)窯分解帶處，其允許工作環(huán)境溫度為-25℃-250℃，量程為300℃-1000℃，精度為1.0級(jí)，滑弧式測溫器通過補(bǔ)償導(dǎo)線接至延時(shí)保持器。
氧量變送器安裝在回轉(zhuǎn)窯尾部的立煙道上， 窯尾氣流經(jīng)過導(dǎo)流管進(jìn)入變送器的氣室后，以濃差電池的原理測出其中的氧含量，從而真實(shí)地測量出窯內(nèi)燃煤燃燒的完全程度，保證電收塵器的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，導(dǎo)流管還可將氣流中沉積的煙塵送回?zé)煹?，以免堵塞氣室，氧量變送器由一只氧化鋯探頭及其控制和測量電路組成。
自動(dòng)控制儀器組合由操作員面板和三個(gè)過程狀態(tài)判別器以及相應(yīng)的PID控制器、雙維加權(quán)模糊邏輯控制器和軟手動(dòng)控制器組成。其中，操作員面板是人機(jī)聯(lián)系的界面工具，通過它輸入操作規(guī)定的條件，例如燒成帶的物料燒結(jié)溫度給定值等；過程狀態(tài)判別器是一個(gè)由減法電路、比較電路和微分電路組成的裝置，它的輸入信號(hào)是來自熱工參數(shù)測量儀器組合的燒成帶、分解帶物料實(shí)際溫度和廢氣中的含氧量，以及通過操作員面板輸入的各自的給定值，它的輸出信號(hào)分別是以上各量對應(yīng)的偏差值及其變化率，該偏差值同時(shí)與預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)值比較，按比較的結(jié)果不同，自動(dòng)啟動(dòng)對應(yīng)的控制器，使之開始工作，三種控制器的工作范圍可以根據(jù)不同的窯型、產(chǎn)品，在偏差值的一定范圍之間任意組合。
執(zhí)行儀器及輔助設(shè)備組合由兩臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器、一臺(tái)滑差電機(jī)控制器、兩套彩色工業(yè)電視監(jiān)視器、一套語言報(bào)警器和一臺(tái)多筆記錄議組成。其中兩臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器分別安裝在鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門和排風(fēng)機(jī)風(fēng)門處，利用連桿將執(zhí)行器輸出的角度變化變?yōu)轱L(fēng)門開度的調(diào)整，兩臺(tái)均為角行程電動(dòng)執(zhí)行器，調(diào)整范圍為0-90度，輸出力矩分別為25公斤，米和40公斤，米。一臺(tái)滑差電機(jī)控制器接收自動(dòng)控制儀器組合的指令，調(diào)整供煤螺旋的轉(zhuǎn)速，從而改變噴入回轉(zhuǎn)窯的煤粉量、其調(diào)節(jié)范圍為100r.p.m到1000r.p.m。兩套彩色工業(yè)電視監(jiān)視器分別安裝在回轉(zhuǎn)窯筒體前端的正面和上方，透過高溫玻璃孔用以觀察回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的物料燒結(jié)狀況和進(jìn)入冷卻機(jī)的料流狀況，它們分別由一只彩色CCD攝象機(jī)、一只三可變鏡頭和一臺(tái)彩色監(jiān)視器組成，前兩者裝在一只密封的帶有冷卻水套的防護(hù)罩內(nèi)，以適應(yīng)惡劣環(huán)境，其允許工作環(huán)境溫度為-20℃-100℃，后者裝在控制室內(nèi)。一套語言報(bào)警器由八路控制開關(guān)和八句不同的語音電路構(gòu)成。當(dāng)生產(chǎn)過程失常時(shí)，由自動(dòng)控制儀器組合自動(dòng)判斷出故障部位后觸發(fā)相應(yīng)的控制開關(guān)，接通其電路，通過揚(yáng)聲器予以告知故障部位。一臺(tái)多筆記錄議可以連續(xù)記錄各相關(guān)的工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)過程，以供操作人員和管理人員使用。
本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置工作過程如下所述，當(dāng)本裝置開啟后，首先進(jìn)入狀態(tài)選擇，即由操作人員根據(jù)各生產(chǎn)設(shè)備的狀況決定進(jìn)入何種狀態(tài)。當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備正常時(shí)，即可投入″自動(dòng)″狀態(tài)(自動(dòng)狀態(tài)包括PID控制、模糊邏輯控制和軟手動(dòng)狀態(tài))，否則進(jìn)入″手動(dòng)″操作。此時(shí)，三個(gè)過程狀態(tài)(燒成帶溫度、分解帶溫度、廢氣含氧量)判別器分別輸出燒成帶物料實(shí)際溫度x1′、分解帶物料實(shí)際溫度x2′、陵氣中實(shí)際含氧量x3′與各自的給定值x1、x2、x3的偏差量e1、e2、e3，以及它們的變化率e1′、e2′、e3′，即
x1′-x1＝e1x2′-x2＝e2x3′-x3＝e3同時(shí)，e1、e2、 e3自動(dòng)地與已設(shè)定的固定值A(chǔ)1、A2；B1、B2； C1、C2分別相比較。其中A1、B1、C1分別為燒成帶溫度、分解帶溫度、廢氣含氧量適合進(jìn)行PID控制的偏差上限值，A2、B2、C2分別為上述三個(gè)參數(shù)適合進(jìn)行模糊邏輯控制的上限值。例如若e1＜A1，則自動(dòng)切換到PID控制；若A1＜e1＜A2，則自動(dòng)切換到模糊邏輯控制；若e1＞A2，且持續(xù)3分鐘以上，則自動(dòng)切換到軟手動(dòng)狀態(tài)，并發(fā)出語言報(bào)警，提醒操作人員干預(yù)。e2、e3的情況與e1類似?？刂破靼l(fā)出的動(dòng)作指令分別傳送到執(zhí)行儀器組合，分別調(diào)整給煤機(jī)構(gòu)和送風(fēng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，從而穩(wěn)定熱工過程。PID控制器、軟手動(dòng)控制器和模糊邏輯控制器分別在不同的熱工過程自動(dòng)投入、切出，以便能有效地發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，避開其不足。它們的輸出信號(hào)Ui與對應(yīng)的偏差值ei和偏差變化率ei′的關(guān)系分別是PID控制器ui=kp(ei+1Ti∫eidt+Tdei′)]]>kp比例系數(shù)Ti積分時(shí)間Td微分時(shí)間軟手動(dòng)控制器 Ui＝K.eiK為轉(zhuǎn)換系數(shù)模糊邏輯控制器Ui＝α.ei+(1-α).ei′ α為加權(quán)系數(shù)其中在模糊邏輯狀態(tài)判別器里，利用邏輯″或″和″與″電路對ei和ei′的符號(hào)關(guān)系進(jìn)行判斷，從而確定其在過渡過程中的位置，并選定不同的α值，以調(diào)整偏差值量ei和偏差變化率ei′對輸出信號(hào)作用的權(quán)，實(shí)現(xiàn)了雙維加權(quán)模糊邏輯控制，加快了調(diào)節(jié)過程，增強(qiáng)了抗干擾能力。
本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置由于測量儀器采用光纖比色溫度傳感器、滑弧式測溫器、氧量變送器使得獲取的信號(hào)更為合理、準(zhǔn)確，并且采用了雙維加權(quán)模糊邏輯控制器，使控制過程更接近于人工操作的思維過程，通過對三種過程控制器的有機(jī)組合，避免了單純PID控制時(shí)執(zhí)行儀器組合的頻繁動(dòng)作，延長了執(zhí)行器的壽命，又使得控制裝置的適應(yīng)范圍大大加寬，避免了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度的大起大落，從而延長了窯襯的使用壽命，降低了檢修費(fèi)用和燃煤的消耗，增加了產(chǎn)量，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本；同時(shí)配置較簡單，操作使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高(給定值的±3％)，還大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。


圖1為本實(shí)用新型自動(dòng)控制裝置的配置示意圖；圖2為熱工參數(shù)測量儀器組合方框圖；圖3為自動(dòng)控制儀器組合的方框圖；圖4為雙維加權(quán)模糊邏輯控制器方框圖5為滑弧式測溫器示意圖；圖6為光纖比色溫度傳感器安裝示意圖。
圖5和圖6中，1回轉(zhuǎn)窯筒體，2回轉(zhuǎn)窯窯襯，3分解帶測溫?zé)犭娕迹?補(bǔ)償導(dǎo)線，5滑弧，6絕緣支承，7電刷，8刷握，9補(bǔ)償導(dǎo)線，10彈簧，11物料，12光纖比色測溫傳感器，13瞄準(zhǔn)目鏡，14卡筒，15升降支架，16光纜，17回轉(zhuǎn)窯窯頭罩上開的圓孔，18回轉(zhuǎn)窯窯頭罩。
本實(shí)用新型回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置的設(shè)備配置和使用方法如下所述，首先在回轉(zhuǎn)窯窯頭罩端面的左上側(cè)開一直徑Φ200mm的圓孔，離孔前面約3米處安裝光纖比色溫度傳感器、調(diào)整支架的高低和角度，通過其光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡，使測量點(diǎn)對準(zhǔn)燒成帶的物料，然后將其固定。顯然，在工作過程中，不能再移動(dòng)該傳感器。然后在回轉(zhuǎn)窯分解帶處安裝滑弧、熱電偶及電刷。再在回轉(zhuǎn)窯窯尾煙道處安裝氧量變送器，使其導(dǎo)流管的角度正好能使煙氣中沉積的粉塵自然流下。其它設(shè)備為常規(guī)安裝。之后，將測量儀器組合、執(zhí)行儀器組合及輔助設(shè)備組合的線路接至自動(dòng)控制儀器組合的相應(yīng)接線端子上，送電。最后，在操作員面板上送入給定的燒成帶物料溫度值x1，分解帶物料溫度值x2，廢氣中的含氧量x3，本控制裝置即可開始正常工作。當(dāng)工藝條件發(fā)生變化需要改變回轉(zhuǎn)窯的熱工條件時(shí)，只需改變上述三個(gè)給定值參數(shù)，本控制裝置即可控制回轉(zhuǎn)窯在新的熱工條件下穩(wěn)定生產(chǎn)。做為輔助設(shè)備的兩臺(tái)彩色工業(yè)電視監(jiān)視器可以在遠(yuǎn)離惡劣現(xiàn)場的控制室內(nèi)清晰地觀察到窯內(nèi)的實(shí)際狀況。
權(quán)利要求1.一種回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置，由熱工參數(shù)測量儀器組合、自動(dòng)控制儀器組合和執(zhí)行儀器組合及輔助設(shè)備組合構(gòu)成，所述熱工參數(shù)測量儀器組合包括光纖比色溫度傳感器及轉(zhuǎn)換器、滑弧式測溫器及延時(shí)保持器、氧量變送器，三者通過電纜分別接至自動(dòng)控制儀器組合，所述自動(dòng)控制儀器組合由操作員面板、以及包含有PID控制器、雙維加權(quán)模糊邏輯控制器、軟手動(dòng)控制器等功能和過程狀態(tài)判別器的計(jì)算機(jī)組成，其特征在于所述光纖比色溫度傳感器安裝在回轉(zhuǎn)窯筒體前端的支架上，該支架可以上下左右移動(dòng)，回轉(zhuǎn)窯窯頭罩端面的左上測開一圓孔，光纖比色溫度傳感器的光學(xué)瞄準(zhǔn)器透過該孔對準(zhǔn)燒成帶的物料目標(biāo)，光纖比色溫度傳感器通過一報(bào)光纜，接至轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于滑弧式測溫器是在回轉(zhuǎn)窯筒體上安裝一對并列的相互絕緣的弧形金屬板，該金屬板與筒體也絕緣，將插入回轉(zhuǎn)窯分解帶處的一支熱電偶的輸出信號(hào)接至這兩片弧形金屬板上，弧形板與回轉(zhuǎn)窯同步轉(zhuǎn)動(dòng)，在弧形板的下方，通過一對被彈簧頂在弧形板上的電刷，把信號(hào)引出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置，其特征在于氧量變送器安裝在回轉(zhuǎn)窯尾部的立煙道上，窯尾氣流經(jīng)過導(dǎo)流管進(jìn)入變送器的氣室。
專利摘要本實(shí)用新型的回轉(zhuǎn)窯熱工過程自動(dòng)控制裝置由測量儀器、自動(dòng)控制儀器和執(zhí)行儀器及輔助設(shè)備構(gòu)成。測量儀器包括光纖比色溫度傳感器、滑弧式測溫器、氧量變送器,三者通過電纜分別接至自動(dòng)控制儀器;自動(dòng)控制儀器由包括操作員面板、以及包含有PID控制器、雙維加權(quán)模糊邏輯控制器、軟手動(dòng)控制器等功能和過程狀態(tài)判別器的計(jì)算機(jī)組成,其輸出信號(hào)給執(zhí)行儀器及輔助設(shè)備。本裝置信號(hào)獲取合理、準(zhǔn)確,控制范圍寬,抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)F27B7/20GK2294437SQ96248700
公開日1998年10月14日 申請日期1996年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月24日
發(fā)明者王士釗, 宋培凱, 丁自君, 王金順, 任明林, 張文海, 趙曉春, 徐京, 宮會(huì)剛, 耿建國, 苗中秋 申請人:山東鋁業(yè)公司