回转窑控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种回转窑控制系统，包括：窑转速控制模块，其包括第一反馈控制器、第一比例控制器和限幅器；二三次风机控制模块，其包括第二反馈控制器、第二比例控制器、第三比例控制器和第四比例控制器；以及引风机控制模块，其包括第三反馈控制器、第一前馈补偿控制器、第二前馈补偿控制器和求和器。通过采用根据本发明实施例的回转窑控制系统，对窑转速、二次风机、三次风机和引风机进行综合协调控制，精确控制了回转窑的多个工艺参数，从而实现了回转窑煅烧的质量和产量要求，同时最大限度延长了回转窑的使用寿命。
【专利说明】回转窑控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种回转窑控制系统。
【背景技术】
[0002]在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛使用回转窑来对固体物料进行机械、物理或化学处理，成为相应企业生产的核心设备。
[0003]回转窑的煅烧过程是一个复杂的物理化学过程，影响煅烧过程的操纵变量主要有石油焦进料速度、回转窑的大窑转速、二次风、三次风供风总量以及比例、引风机的转速；影响回转窑内石油焦煅烧过程的质量、产量以及回转窑寿命的煅烧过程的重要工艺参量包括多个参数，分别是窑头的温度和压力、窑尾的温度和压力、煅烧带的温度、位置和长度、石油焦在回转窑内的停留时间。因此回转窑过程是一个典型的多变量耦合、非线性系统。目前国内外的回转窑大部分都处于手动控制状态，其中大部分至今还用最原始的人工看火操作方法，即通过人工观察窑内“火圈”情况，判断窑内热工状态，以此来调节进给燃料。目前已经存在的有限的回转窑的自动控制方案，都是相互独立的简单回路控制策略，而没有实现回转窑煅烧的综合协调的控制方案。
[0004]因此，现有的回转窑控制方案不能很好地利用回转窑的多个控制变量来将回转窑的多个工艺参数控制在一定的范围内，从而达到回转窑煅烧的质量(石油焦的真密度、导电率)和产量(实收率、每小时产量)要求，同时最大限度延长回转窑的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是对回转窑的多个控制变量进行综合协调控制，以达到回转窑煅烧的质量和产量要求，最大限度延长回转窑的使用寿命。
[0006]为此目的，本发明提供了一种回转窑控制系统，包括:窑转速控制模块，其包括第一反馈控制器、第一比例控制器和限幅器，其中所述第一反馈控制器用于接收煅烧带温度实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出窑转速反馈控制量；所述第一比例控制器用于接收设定的进料速度，并输出窑转速基本控制量；所述限幅器用于接收所述第一反馈控制器与所述第一比例控制器的输出的求和，并输出将窑转速限制在预设的最大窑转速与最小窑转速之间的窑转速控制量；二三次风机控制模块，其包括第二反馈控制器、第二比例控制器、第三比例控制器和第四比例控制器，其中所述第二反馈控制器用于接收残氧量实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出总风量反馈控制量；所述第四比例控制器用于接收所述窑转速控制量，并输出总风量基本控制量；所述第二比例控制器和所述第三比例控制器分别用于接收所述第二反馈控制器与所述第四比例控制器的输出的求和，并输出二次风机控制量和三次风机控制量。
[0007]优选地，上述回转窑控制系统还包括:引风机控制模块，其包括第三反馈控制器、第一前馈补偿控制器、第二前馈补偿控制器和求和器，其中所述第三反馈控制器用于接收窑尾负压实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出引风机反馈控制量；所述第一前馈补偿控制器用于接收所述二次风机控制量，并输出二次风扰动对于窑尾负压的补偿量；所述第二前馈补偿控制器用于接收所述三次风机控制量，并输出三次风扰动对于窑尾负压的补偿量；所述求和器用于对所述第三反馈控制器、所述第一前馈补偿控制器和所述第二前馈补偿控制器的输出进行求和，以输出引风机控制量。
[0008]优选地，上述回转窑控制系统还包括:红外成像器，所述红外成像器用于通过扫描所述回转窑的窑皮来实现窑内温度成像，并借助温度推理与校正数据来实现所述煅烧带温度的实时测量。
[0009]优选地，所述第一比例控制器的比例系数与所述回转窑的结构参数、所述设定的进料速度和物料的经验最大和最小停留时间有关。
[0010]优选地，所述第二比例控制器的比例系数与所述第三比例控制器的比例系数之和为I。
[0011]优选地，所述第二比例控制器的比例系数取值为0.5至0.7，所述第三比例控制器的比例系数取值为0.3至0.5。
[0012]优选地，所述第四比例控制器的比例系数与所述进料速度、物料的挥发份含量以及所述预设的最大窑转速与最小窑转速有关。
[0013]优选地，所述第一反馈控制器是模糊控制器；和/或所述第二反馈控制器是模糊控制器；和/或所述第三反馈控制器是比例积分微分控制器。
[0014]通过采用根据本发明实施例的回转窑控制系统，在一定进料速度的情况下，通过实时测量煅烧带温度、残氧量和窑尾负压来对窑转速、二次风机、三次风机和引风机进行综合协调控制，精确控制了回转窑的多个工艺参数，从而实现了回转窑煅烧的质量和产量要求，同时最大限度延长了回转窑的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示例性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0016]图1示出了回转窑的示意图；
[0017]图2示出了根据本发明实施例的回转窑控制系统的原理图；
[0018]图3示出了根据本发明实施例的第一反馈控制器的原理图；
[0019]图4示出了根据本发明实施例的第二反馈控制器的原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述，应当注意，实施例是示例性的而非限制性的。
[0021]图1示出了回转窑的示意图。如图1所示，回转窑倾斜设置且窑尾101的位置高于窑头105，煅烧物料通过传送带等传送装置送入窑尾101，窑转速电机108控制回转窑的旋转，物料在回转窑的旋转下由于重力作用而进入预热带102，并且回转窑的转速越快，物料前进的速度也就越快；与之相反回转窑的转速越慢，物料前进的速度也就越慢。进入回转窑的物料越多，所提供的可燃烧的挥发份越多，进而需要二次风机和三次风机送入更多的空气以帮助挥发份燃烧。二次风机106向回转窑的窑尾101方向送风，三次风机107向回转窑的窑头105方向送风，需要控制二次风机106和三次风机107提供给煅烧带103的风量的比例，从而使得煅烧带103稳定在二次风滑环109与三次风滑环110之间，以控制煅烧带103的长度和位置。窑转速电机108可以控制回转窑的转速，从而控制回转窑内石油焦的停留时间，进而控制煅烧带103的温度。经过煅烧的物料继续前进进入冷却带104冷却，然后进入窑头105，并最终进入冷却室111冷却。进一步地，在窑尾101后方还设置有引风机112，引风机112用于在回转窑内形成负压，以进一步控制煅烧带104的位置。
[0022]图2示出了根据本发明实施例的回转窑控制系统的原理图。
[0023]如图2所示，整体而言，根据本发明实施例的回转窑控制系统可分为三个控制模块，其中窑转速控制模块用于控制窑转速，二三次风机控制模块用于控制二次风机和三次风机，引风机控制模块用于控制引风机以进一步地控制煅烧带。
[0024]窑转速控制模块包括第一反馈控制器、比例控制器Kl和限幅器。将预定的进料速度u输入到比例控制器K1，得到窑转速基本控制量，即Kl*u。比例控制器Kl的基本作用是为了提供与回转窑煅烧的负荷(产量)成正比的可以燃烧的物料挥发分的量，以提供足够的热量来维持煅烧带温度，因此比例控制器的Kl是大于零的实数:窑转速越大，回转窑内的物料挥发分挥发得越快，提供的挥发分越多，进料速度小，相应的窑转速小，回转窑内的物料挥发分溢出速度慢，可以维持小负荷(产量)的煅烧带温度。比例控制器Kl乘以进料速度提供基本的燃料量，维持回转窑煅烧工况的热平衡。比例控制器Kl的比例系数Kl取值原理如下:
[0025]对于一定的进料速度，在回转窑内的停留时间要满足在(Tniin, Tmax)的范围内，相应地，回转窑的转速在(nmin，nmax)的范围内。如果停留时间τ太小，则不能满足物料的最小的停留时间，如果停留时间τ太大，则难以保证回转窑的产量。进料速度对于窑内物料停留时间的经验计算公式如公式(I):
[0026]
【权利要求】
1.一种回转窑控制系统，其特征在于，该系统包括: 窑转速控制模块，其包括第一反馈控制器、第一比例控制器和限幅器，其中所述第一反馈控制器用于接收煅烧带温度实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出窑转速反馈控制量；所述第一比例控制器用于接收设定的进料速度，并输出窑转速基本控制量；所述限幅器用于接收所述第一反馈控制器与所述第一比例控制器的输出的求和，并输出将窑转速限制在预设的最大窑转速与最小窑转速之间的窑转速控制量； 二三次风机控制模块，其包括第二反馈控制器、第二比例控制器、第三比例控制器和第四比例控制器，其中所述第二反馈控制器用于接收残氧量实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出总风量反馈控制量；所述第四比例控制器用于接收所述窑转速控制量，并输出总风量基本控制量；所述第二比例控制器和所述第三比例控制器分别用于接收所述第二反馈控制器与所述第四比例控制器的输出的求和，并输出二次风机控制量和三次风机控制量。
2.根据权利要求1所述的回转窑控制系统，其特征还在于，该系统还包括: 引风机控制模块，其包括第三反馈控制器、第一前馈补偿控制器、第二前馈补偿控制器和求和器，其中所述第三反馈控制器用于接收窑尾负压实时测量值与其设定值之间的偏差，并输出引风机控反馈控制量；所述第一前馈补偿控制器用于接收所述二次风机控制量，并输出二次风扰动对于窑尾负压的补偿量；所述第二前馈补偿控制器用于接收所述三次风机控制量，并输出三次风扰动对于窑尾负压的补偿量；所述求和器用于对所述第三反馈控制器、所述第一前馈补偿控制器和所述第二前馈补偿控制器的输出进行求和，以输出引风机控制量。
3.根据权利要求1所述的回转窑控制系统，其特征还在于，该系统还包括: 红外成像器，所述红外成像器用于通过扫描所述回转窑的窑皮来实现窑内温度成像，并借助温度推理与校正数据来实现所述煅烧带温度的实时测量。
4.根据权利要求1所述的回转窑控制系统，其特征在于: 所述第一比例控制器的比例系数与所述回转窑的结构参数、所述设定的进料速度和物料的经验最大和最小停留时间有关。
5.根据权利要求1所述的回转窑控制系统，其特征在于: 所述第二比例控制器的比例系数与所述第三比例控制器的比例系数之和为I。
6.根据权利要求5所述的回转窑控制系统，其特征在于: 所述第二比例控制器的比例系数取值为0.5至0.7，所述第三比例控制器的比例系数取值为0.3至0.5。
7.根据权利要求1所述的回转窑控制系统，其特征在于: 所述第四比例控制器的比例系数与所述进料速度、物料的挥发份含量以及所述预设的最大窑转速与最小窑转速有关。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的回转窑控制系统，其特征在于: 所述第一反馈控制器是模糊控制器；和/或所述第二反馈控制器是模糊控制器；和/或所述第三反馈控制器是比例积分微分控制器。
【文档编号】F27B7/42GK104006651SQ201410225400
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】史运涛, 胡长斌, 李正熙, 王鹏, 樊生文, 孙德辉 申请人:北方工业大学