专利名称：一种熔炼炉除尘风机的控制方法及其控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种熔炼炉除尘风机的控制方法及其控制系统。
背景技术：
铜作为国民经济、国防军工发展的基础材料和重要战略物资，降低其冶炼过程中的能耗对于提高我国能源利用效率具有重大的战略意义。废杂铜作为不直接依赖新铜矿开发的原材料，其冶炼再生的工频熔炼技术近年来得到了极大的推广，精确控制废杂铜在工频熔炼过程中的能耗将会极大地提高铜资源的循环利用率和资源利用率，符合国家提高能源利用效率的发展规划。废杂铜成分复杂，通过工频熔炼炉的高温熔炼，熔点低于铜的杂质会随着熔炼产生的高温剧烈燃烧，产生烟气颗粒从熔炼炉顶部的引风通道排出。比如废杂铜中夹杂的油污、锌、包裹铜线的绝缘橡胶或塑料等物质在熔炼炉内的高温中剧烈燃烧，产生浓烈的烟雾；熔点高于铜的杂质会在熔融的铜液里形成固态的浮渣，通过捞渣从铜液中分离，从而实现废杂铜提纯和再生利用。目前在国内废杂铜的冶炼企业中，对于工频熔炼炉内烟雾的测量主要依靠操作工人的现场目测，不同的工人在经验不同、主观感知不同以及疲劳状况不同的条件下，同样的烟雾情况也有可能给出不同的描述，所以无法客观地量化炉内的烟雾浓度，更无法根据不同的烟雾情况自动地调整除尘风机的转速。废杂铜在工频熔炼炉的熔炼属于间歇过程，每一炉的熔炼都需要多次上料、搅拌和捞渣等工序，其上料是通过运载工料的上料小车沿上料轨道到达熔炼炉，通过上料窗口向炉内倾倒工料实现的。熔炼炉的顶部是烟雾的引风通道，通过除尘风机形成的负压迅速排走炉内的烟雾，防止烟雾扩散。虽然目前不少冶炼企业都为工频熔炼炉的除尘风机配备了变频调速器，期望工人使用变频调速器来调节除尘风机的速度，降低能耗。但是由于缺乏有效的检测工频熔炼炉烟雾浓度的仪表，对于除尘风机的变频调速还停留在依据工人对炉内烟雾的目测进行手动调速的阶段。由于工人忙于上料、搅拌、捞渣，无法及时而且准确的调整除尘风机的速度，同时因为调速增加了实际的工作强度，所以工人没有积极性去频繁地调节风机转速。于是在实际的生产中，除尘风机恒定高速运行，变频调速器就成了摆设，无法实现节能的目的。除尘风机恒定高速运行虽能确保烟雾从引风通道迅速排出，但在烟雾浓度较小时，低速即可实现烟雾的迅速排出；在除尘风机无需高速运行的工况下，如果还保持恒定高速运行，不但除尘风机自身浪费大量的电能，而且会带走了大量用于熔炼加热的热量，延长冶炼的时间，造成工频加热电能的巨大浪费；同时，排烟通道的后半段处于恒定的高风压环境，将降低烟雾回收布袋的使用寿命。公开号为CN 102322434A的中国专利公开了一种基于图像处理的熔炼炉除尘风机节能的控制方法，该方法对提取了烟雾图像中的火光亮度信息和背景清晰度信息，然后对火光亮度信息和背景清晰度信息进行了阈值划分，最后根据阈值划分的结果判断熔炼炉内的烟雾浓度等级实现除尘风机的控制。然而，该方法从烟雾图像提取的反映炉内烟雾浓度情况的特征值种类太少，无法从全局上描述熔炼炉的实际烟雾情况，例如在熔炼炉进行加料和搅拌工况时，炉内的火光亮度都达到最高并且炉内的清晰度信息都为O，但是加料时炉内的烟雾浓度要比搅拌高得多，因此仅亮度信息和背景清晰度信息是无法区分加料工况和搅拌工况的烟雾浓度的。同时该方法利用亮度信息和背景信息进行阈值划分的方法对烟雾浓度的误判率高，阈值划分从空间上描述的是矩形区域，而图像特征值的分布往往是不规则椭圆形的。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种熔炼炉除尘风机的控制方法及其控制系统，能够有效检测熔炼炉内的烟雾浓度实现除尘风机的自动高效控制，实现工频熔炼的节能减排。一种熔炼炉除尘风机的控制方法，包括如下步骤(I)当熔炼炉进入上料工况前，开启除尘风机使其以最大转速运行；(2)当熔炼炉进入上料工况后，实时采集熔炼炉内工料上方的烟雾图像；(3)从所述的烟雾图像中选取内壁ROI (Region of Interest,感兴趣区域)和挡板ROI，对所述的ROI进行特征提取，得到内壁ROI的纹理特征值Wet、运动特征值Sg_和能量特征值Ee以及挡板ROI的纹理特征值WETB，从而建立由WET、WETB、Sgmm和Ee四个特征值组成的特征向量；(4)使当前烟雾图像对应的特征向量与数据库内各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量进行隶属度计算，取对应隶属度最大的烟雾浓度等级为当前熔炼炉内的烟雾浓度等级，每个烟雾浓度等级对应一个频率值；(5)实时根据熔炼炉内每一时刻烟雾浓度等级对应的频率值通过变频调速器控制除尘风机的转速。所述的步骤(I)中，当熔炼炉进入上料工况前开启除尘风机使其以最大转速运行的具体实现方法为a.在距离熔炼炉上料窗口若干米处的上料轨道上安装振动传感器，并通过振动传感器采集振动信号；b.对所述的振动信号进行平滑去噪，并对去噪后的振动信号进行离散插值傅里叶变换得到其频谱；c.计算所述的频谱在频率区间[fmin，fmax]上的幅值之和P，进而对P进行阈值判断，若P > Pmin，则立即开启除尘风机使其以最大转速运行；其中，fmin和fmax分别为给定的频率上下限，Pmin为给定的阈值。所述的步骤(4)中，根据以下公式使当前烟雾图像对应的特征向量与数据库内各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量进行隶属度计算
权利要求
1.一种熔炼炉除尘风机的控制方法，包括如下步骤 (1)当熔炼炉进入上料工况前，开启除尘风机使其以最大转速运行； (2)当熔炼炉进入上料工况后，实时采集熔炼炉内工料上方的烟雾图像； (3)从所述的烟雾图像中选取内壁ROI和挡板R0I，对所述的ROI进行特征提取，得到内壁ROI的纹理特征值Wet、运动特征值Sg_和能量特征值Ee以及挡板ROI的纹理特征值Wetb,从而建立由WET、WETB、Sgmm和E6四个特征值组成的特征向量； (4)使当前烟雾图像对应的特征向量与数据库内各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量进行隶属度计算，取对应隶属度最大的烟雾浓度等级为当前熔炼炉内的烟雾浓度等级，每个烟雾浓度等级对应一个频率值； (5)实时根据熔炼炉内每一时刻烟雾浓度等级对应的频率值通过变频调速器控制除尘风机的转速。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的步骤(I)中，当熔炼炉进入上料工况前开启除尘风机使其以最大转速运行的具体实现方法为 a.在距离熔炼炉上料窗口若干米处的上料轨道上安装振动传感器，并通过振动传感器采集振动信号； b.对所述的振动信号进行平滑去噪，并对去噪后的振动信号进行离散插值傅里叶变换得到其频谱； c.计算所述的频谱在频率区间[fmin，f_]上的幅值之和P，进而对P进行阈值判断，若P ^ Pmin，则立即开启除尘风机使其以最大转速运行；其中，fmin和fmax分别为给定的频率上下限，Pmin为给定的阈值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的步骤(4)中，根据以下公式使当前烟雾图像对应的特征向量与数据库内各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量进行隶属度计算
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于根据以下方法计算每个烟雾浓度等级所对应的中心特征向量 首先，分别在上料、搅拌、除渣和出炉化验四种工况下，采集熔炼炉内工料上方的多张烟雾图像； 然后，根据经验将这些烟雾图像归类于各烟雾浓度等级，并根据步骤(3)建立得到每张烟雾图像的特征向量； 最后，对于任一烟雾浓度等级，对归属于该烟雾浓度等级的所有烟雾图像的特征向量求平均，得到的平均特征向量即为该烟雾浓度等级的中心特征向量。
5.一种熔炼炉除尘风机的控制系统，其特征在于，包括 振动检测单元，用于采集上料轨道的振动信号； 图像采集单元，用于实时采集熔炼炉内工料上方的烟雾图像； 图像处理单元，用于在熔炼炉进入上料工况前对所述的振动信号进行调理及频谱分析后输出频率信号；并在熔炼炉进入上料工况后对所述的烟雾图像进行特征提取、计算及判断后输出频率信号； 变频调速单元，用于根据所述的频率信号控制除尘风机的转速。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于所述的图像处理单元包括 信号处理模块，用于对所述的振动信号进行调理及频谱分析后输出频率信号； ROI选取模块，用于从所述的烟雾图像中选取内壁ROI和挡板ROI ； 特征提取模块，用于提取出内壁ROI的纹理特征值Wet、运动特征值Sg_和能量特征值Ee，提取出挡板ROI的纹理特征值Wetb ； 数据存储模块，用于存储各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量和频率值； 浓度等级判断模块，用于为烟雾图像建立由WET、WETB、Sgnm和艮四个特征值组成的特征向量；使当前烟雾图像对应的特征向量与数据存储模块中各烟雾浓度等级所对应的中心特征向量进行隶属度计算，取对应隶属度最大的烟雾浓度等级为当前熔炼炉内的烟雾浓度等级，进而根据该烟雾浓度等级对应的频率值输出对应的频率信号。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于所述的图像处理单元连接有人机界面单元，所述的人机界面单元用于实时显示当前烟雾图像及其特征向量以及当前熔炼炉内的烟雾浓度等级及其对应的频率值。
8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于所述的图像处理单元通过千兆以太网接口连接有服务器。
9.根据权利要求5 8任一权利要求所述的控制系统，其特征在于所述的图像处理单元采用DMSoC。
全文摘要
本发明公开了一种熔炼炉除尘风机的控制方法，其通过提取出烟雾图像中能量特征、纹理特征和运动特征并结合半监督的烟雾浓度分级模型，实时准确的检测了熔炼炉内的烟雾浓度，实现了除尘风机的高效控制，避免了炉内大量热量的释放，有利于节省熔炼炉的电能，缩短冶炼的时间，降低了除尘风机的能耗和提高了除尘风机的使用寿命；同时其通过给样本贴上烟雾浓度等级标签，使用半监督PSFCM算法建立确定的烟雾浓度分级模型，降低了烟雾浓度的误判率，避免因风机转速过低有毒烟雾溢出的情况。本发明还公开了一种实现上述方法的控制系统，其通过使用嵌入式DMSoC平台，实现了系统的模块化和低功耗工作，使得设备更方便使用和安装。
文档编号F04D27/00GK103047165SQ201310007169
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者宋执环, 陈文伟, 李斌, 黄健 申请人:浙江大学