基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表的制作方法
【專利摘要】基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表。在化工、電力、水泥、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中，煤粉輸送的穩(wěn)定性是煤粉穩(wěn)定燃燒的重要前提之一，與產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備安全息息相關(guān)。而傳統(tǒng)的煤粉計(jì)量設(shè)備（轉(zhuǎn)子秤），由于其設(shè)計(jì)的缺陷，容易發(fā)生卡秤導(dǎo)致煤粉計(jì)量不準(zhǔn)。本發(fā)明利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓來建立煤粉輸送量軟儀表。軟儀表的輸入包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓、羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓、粉體流動(dòng)系數(shù)、校正因子等，輸出為煤粉輸送量。較為典型的應(yīng)用案例包括基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓而建立喂煤量的軟儀表，煤粉輸送量異常的智能辨識(shí)，以及煤粉輸送量的自校正等。且此方法不需增加硬件投資，可以在DCS、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等支持實(shí)時(shí)計(jì)算的系統(tǒng)中快速實(shí)施，性價(jià)比高。
【專利說明】基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制儀表領(lǐng)域，具體是一種在工業(yè)生產(chǎn)過程中，通過測量羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓來確定煤粉輸送量的軟儀表。

【背景技術(shù)】
[0002]煤作為重要的燃料，廣泛應(yīng)用于水泥、冶金、化工、電力等流程工業(yè)中。為了煤燃燒均勻穩(wěn)定，在生產(chǎn)過程中，原料煤首先會(huì)經(jīng)過煤磨加工處理后得到細(xì)度均一、水份含量較低的煤粉。然后，煤粉會(huì)經(jīng)過計(jì)量裝置精確計(jì)量，然后再用羅茨鼓風(fēng)機(jī)將煤粉送入燃燒室內(nèi)。
[0003]為了保證燃燒的均勻穩(wěn)定，喂煤量的精確計(jì)量非常重要:多噴煤很容易導(dǎo)致爐膛溫度過高、燃燒不充分等現(xiàn)象，造成能源的浪費(fèi)；而少噴煤則會(huì)導(dǎo)致爐膛溫度過低，則常常會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問題。
[0004]轉(zhuǎn)子秤是目前使用最廣泛的煤粉測量裝置。轉(zhuǎn)子秤由定量喂料機(jī)、環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤、鎖風(fēng)裝置和微機(jī)控制部分等組成。煤粉由粉體定量喂料機(jī)送入環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤，轉(zhuǎn)子秤葉輪旋轉(zhuǎn)，使煤粉在進(jìn)料口至出料口半圓周內(nèi)均勻流動(dòng)，由于秤體采用天平結(jié)構(gòu)，此時(shí)圓盤形秤體一側(cè)有煤粉，另一半沒有煤粉，使秤體失去平衡，煤粉的重量經(jīng)稱重傳感器檢測送入控制儀表，同時(shí)把檢測到的速度信號(hào)送入儀表，兩者相除即可得到流量值，控制轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)流量。
[0005]但是，其設(shè)計(jì)是基于煤粉流動(dòng)性好的假設(shè)。實(shí)際上，由于各種原因，煤粉經(jīng)常會(huì)卡在轉(zhuǎn)子秤的秤盤上，導(dǎo)致稱重測量信號(hào)不準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致煤粉的加入量偏高或偏低，即所謂的秤“偏實(shí)”、“偏虛”等問題。一方面，這不利于穩(wěn)定生產(chǎn)和精細(xì)化管理；另一方面，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生的“沖煤”、“斷煤”對爐膛燃燒的問題造成非常明顯的沖擊，如不及時(shí)干預(yù)，會(huì)造成明顯的質(zhì)量事故甚至安全事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服轉(zhuǎn)子秤的缺陷，本發(fā)明提出了利用轉(zhuǎn)子秤下游設(shè)備一羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與煤粉輸送量之間的相關(guān)性，建立煤粉輸送量軟儀表，來解決轉(zhuǎn)子秤計(jì)量不準(zhǔn)的問題。從羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力對煤粉輸送量的散布圖中可以看出，兩者之間的相關(guān)性非常好。
[0007]本發(fā)明目的是提出一種基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表方法，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程中煤粉輸送量的在線軟測量。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P與物料輸送量C之間的相關(guān)性建立軟儀表模型；軟儀表模型的輸入為羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P ;軟儀表模型的輸出為物料輸送量C ;將該軟儀表模型置入支持實(shí)時(shí)計(jì)算的系統(tǒng)中實(shí)施構(gòu)成軟儀表。
[0009]進(jìn)一步的，所述的軟儀表模型的輸入包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P、或/和流量系數(shù)K、或/和校正因子A。
[0010]進(jìn)一步的，所述的物料輸送量C與羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P是線性相關(guān)的，軟儀表模型為C =ΚΦΡ+Α。
[0011]進(jìn)一步的，建立軟儀表模型的步驟包括:數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正，其中離線實(shí)施部分包括數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立，在線實(shí)施部分包括組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正。
[0012]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)的采集與處理數(shù)據(jù)步驟，包含確定軟儀表模型的流量系數(shù)K。
[0013]進(jìn)一步的，組態(tài)與在線運(yùn)行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P的原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0014]進(jìn)一步的，在線校正步驟，軟儀表模型的輸入包括校正因子；采用手動(dòng)調(diào)整校正因子的方法來實(shí)現(xiàn)在線校正。
[0015]進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)的采集和處理中，應(yīng)采集煤粉計(jì)量裝置所計(jì)量的煤粉輸送量和其對應(yīng)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，由于煤粉計(jì)量裝置與羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力之間存在一定的時(shí)間延遲，數(shù)據(jù)需進(jìn)行時(shí)序校正。
[0016]本發(fā)明還提供了一種煤粉輸送量異常的智能辨識(shí)與報(bào)警方法，根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，當(dāng)偏差量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，則認(rèn)為煤粉輸送量異常，報(bào)警通知操作人員。
[0017]本發(fā)明還提供了一種煤粉輸送量的自校正方法，根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，并將偏差作為前饋信號(hào)，輸送給控制系統(tǒng)，在偏差發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)整喂煤量，實(shí)現(xiàn)自校正，以保持燃燒過程的穩(wěn)定。
[0018]本發(fā)明所述軟儀表可以應(yīng)用于電力、化工、水泥、冶金等各行業(yè)中對煤粉輸送量的在線軟測量。軟測量結(jié)果可以與實(shí)際測量信號(hào)相比，從而實(shí)現(xiàn)對煤粉輸送量檢測異常的智能辨識(shí)，并提供自動(dòng)報(bào)警給操作人員，避免出現(xiàn)生產(chǎn)事故。更進(jìn)一步，還可以與自動(dòng)控制系統(tǒng)相連接，在自校正煤粉輸送量，使生產(chǎn)過程保持平穩(wěn)。
[0019]本發(fā)明所述軟儀表不需要硬件投資，利用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)，具有良好的性價(jià)比，在行業(yè)內(nèi)有很強(qiáng)的推廣意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與煤粉輸送量的散布圖；
圖2是軟儀表模型的模型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是軟儀表的實(shí)施步驟圖；
圖4是煤粉輸送量異常的智能辨識(shí)與報(bào)警。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]如圖2、3所示，基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表，其實(shí)施一般包括四個(gè)步驟，即數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正。其中離線實(shí)施部分包括“數(shù)據(jù)的采集與處理”、“軟儀表模型的建立”，“組態(tài)與在線運(yùn)行”、“在線校正”為在線實(shí)施部分。
[0023]數(shù)據(jù)的采集與處理數(shù)據(jù)
為建立本發(fā)明所述軟儀表，應(yīng)采集煤粉計(jì)量裝置所計(jì)量的煤粉輸送量和其對應(yīng)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)。為保證軟儀表的精度，煤粉輸送量的數(shù)據(jù)范圍應(yīng)不少于其量程范圍的50%。
[0024]由于煤粉計(jì)量裝置與羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力之間存在一定的時(shí)間延遲，數(shù)據(jù)需進(jìn)行時(shí)序校正。
[0025]建立軟儀表模型
軟測量儀表的核心是軟測量模型的建立，也即待估計(jì)變量(煤粉輸送量)與其它直接測量變量(羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力)間的關(guān)聯(lián)模型。軟測量建模的方法多種多樣。目前，軟測量建模方法包括:機(jī)理建模、回歸分析、狀態(tài)估計(jì)、模式識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、支持向量機(jī)坐寸ο
[0026]作為一個(gè)舉例，下面所述的數(shù)據(jù)回歸方法建立軟儀表模型為例進(jìn)行說明，
C = K* (P - P0) +A
其中，
C 煤粉輸送量，t/h。
[0027]P---羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，是儀表測量值，Pa。
[0028]P0---羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓，是羅茨鼓風(fēng)機(jī)未輸送任何粉末時(shí)的壓力，這是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的固有屬性。設(shè)備本身未發(fā)生變化時(shí)，此參數(shù)近似為常數(shù)。
[0029]K —粉體流動(dòng)系數(shù)。粉體流動(dòng)系數(shù)與管道的截面積、角度等幾何參數(shù)，以及煤粉本身的形狀、粒徑等有關(guān)。對于特定工廠的特定裝置而言，此參數(shù)近似為常數(shù)。
[0030]A —校正因子。用于修正軟儀表模型的預(yù)測誤差。
[0031]將通過上述“數(shù)據(jù)采集與處理”得到的物料輸送量C與羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，可以得到粉體流動(dòng)系數(shù)K和校正因子A。而羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓Ptl可以由實(shí)驗(yàn)確定。
[0032]上述方法僅為舉例，建立軟儀表模型的方法多種多樣，閱讀過本說明書的本行業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員，可以選擇不同方法建立軟儀表模型從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中所述的軟儀表。
[0033]本發(fā)明的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的煤粉輸送量軟儀表，利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P與煤粉輸送量C之間的相關(guān)性關(guān)系，建立起所述的軟儀表模型，所述的軟儀表模型輸入為羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P，軟儀表模型的輸出為物料輸送量C。將該軟儀表模型置入實(shí)時(shí)計(jì)算的系統(tǒng)中構(gòu)成軟儀表。所述的羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P與煤粉輸送量C的模型關(guān)系可以是線性的，也可以是非線性的。
[0034]羅茨鼓風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓Ptl、和/或粉體流動(dòng)系數(shù)K、和/或校正因子A，也可以加入，作為模型的輸入。模型結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
[0035]組態(tài)與在線運(yùn)行
在建立軟儀表模型后，軟儀表可以在任何支持實(shí)時(shí)計(jì)算的系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)施。所述的系統(tǒng)包括但不限于單片機(jī)、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。一般可以在工廠現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)中實(shí)施。
[0036]組態(tài)與在線運(yùn)行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P的原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0037]在線校正
由于本發(fā)明所述基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的軟儀表具有平穩(wěn)可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，其維護(hù)工作量低，不需頻繁的在線校正。然而，在軟儀表長期使用后、或者羅茨鼓風(fēng)機(jī)、煤磨等相關(guān)設(shè)備檢修后，可以通過在線校正的方法減小測量誤差，提高測量精度。
[0038]所述在線校正中，手動(dòng)調(diào)整校正因子A是一種簡便、易操作的在線校正方法。
[0039]除上述實(shí)施方式外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
[0040]在實(shí)現(xiàn)煤粉輸送量軟儀表后，最簡單的方法是顯示給操作人員。但其更重要的目的是，是實(shí)現(xiàn)對煤粉輸送量的智能辨識(shí)與自校正，以避免轉(zhuǎn)子秤“卡煤”造成的煤粉測量不準(zhǔn)而導(dǎo)致的質(zhì)量事故與安全事故。
[0041]下面有兩個(gè)實(shí)施案例:
案例I煤粉輸送量異常的智能辨識(shí)與報(bào)警
如圖4所示，根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，當(dāng)偏差量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，則認(rèn)為煤粉輸送量異常，報(bào)警通知操作人員。
[0042]案例2煤粉輸送量的自校正
根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，并將偏差作為前饋信號(hào)，輸送給控制系統(tǒng)(如MPC控制器、模糊控制器等)。在偏差發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)整喂煤量，實(shí)現(xiàn)自校正，以保持燃燒過程的穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:利用羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P與物料輸送量C之間的相關(guān)性建立軟儀表模型；軟儀表模型的輸入為羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P ;軟儀表模型的輸出為物料輸送量C ;將該軟儀表模型置入支持實(shí)時(shí)計(jì)算的系統(tǒng)中實(shí)施構(gòu)成軟儀表。
2.如權(quán)利要求1所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的軟儀表模型的輸入包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P、或/和流量系數(shù)K、或/和校正因子A。
3.如權(quán)利要求2所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的物料輸送量C與羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P是線性相關(guān)的，軟儀表模型為C =K*P+A。
4.如權(quán)利要求1中所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:建立軟儀表模型的步驟包括:數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正，其中離線實(shí)施部分包括數(shù)據(jù)的采集與處理、軟儀表模型的建立，在線實(shí)施部分包括組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正。
5.如權(quán)利要求4中所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述數(shù)據(jù)的采集與處理數(shù)據(jù)步驟，包含確定軟儀表模型的流量系數(shù)K。
6.如權(quán)利要求4中所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:組態(tài)與在線運(yùn)行步驟，包含濾波處理模塊，對羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓P的原始信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
7.如權(quán)利要求4中所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:在線校正步驟，軟儀表模型的輸入包括校正因子；采用手動(dòng)調(diào)整校正因子的方法來實(shí)現(xiàn)在線校正。
8.如權(quán)利要求4中所述的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表，其特征在于:數(shù)據(jù)的采集和處理中，應(yīng)采集煤粉計(jì)量裝置所計(jì)量的煤粉輸送量和其對應(yīng)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，由于煤粉計(jì)量裝置與羅茨鼓風(fēng)機(jī)壓力之間存在一定的時(shí)間延遲，數(shù)據(jù)需進(jìn)行時(shí)序校正。
9.一種煤粉輸送量異常的智能辨識(shí)與報(bào)警方法，根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及權(quán)利要求1-8之一的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，當(dāng)偏差量超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，則認(rèn)為煤粉輸送量異常，報(bào)警通知操作人員。
10.一種煤粉輸送量的自校正方法，根據(jù)煤粉計(jì)量裝置計(jì)量而得的煤粉輸送量，以及權(quán)利要求1-8之一的基于羅茨鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的物料輸送量軟儀表測量而得的煤粉輸送量，計(jì)算輸送量偏差，并將偏差作為前饋信號(hào)，輸送給控制系統(tǒng)，在偏差發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)整喂煤量，實(shí)現(xiàn)自校正，以保持燃燒過程的穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104200119SQ201410477126
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】歐丹林, 陳強(qiáng), 張書法, 康培培 申請人:浙江邦業(yè)科技有限公司