本实用新型涉及监控系统技术领域，特别涉及一种圆盘造球智能化生产控制系统。
背景技术：
随着资源不断的枯竭和国际铁矿石价格的不断攀升，高炉使用的原燃料质量不断出现劣化。对于大型高炉，高炉的操作、铁水质量均与原料有着非常密切的关系，其中原材料对高炉操作的顺利运行、稳定起着非常重要的作用。造球机是为高炉提供球团矿物料的设备，造球机的成球合格率及矿石物料的部分比例会直接影响到高炉的生产质量。
目前，造球工段生产过程过于依赖人工操作，加水量、加料量、造球盘转速、造球盘倾角由操作人员凭经验和眼力调整，无法保证生球水分达标，也不能保证较高且稳定的生球球径合格率，这不仅造成生产浪费也会影响烧结工段的生产效益。
目前国内外对粒度检测的方法主要包括机械的筛网筛分法、激光衍射法、电感应法等(后两者主要针对尘埃颗粒)，随着数字图像处理技术在粒度识别领域中的应用，颗粒测量技术向着范围广、测量准确度和精确度高、重现性好、速度快的方向发展。
近年来，随着数字图像处理技术的广泛应用，非接触式的视频在线自动检测技术逐渐兴起。非接触式是指通过工业相机采集物料图像，可以实时进行物料的现场监控和检测。因此有必要配套相应的能化生产控制系统和控制方法，进一步提高成球合格率，提升产品质量。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种有效控制成球合格率的圆盘造球智能化生产控制系统。
为此，本实用新型技术方案如下：
一种圆盘造球智能化生产控制系统，包括上位机控制单元、现场控制单元、检测单元和执行单元；所述上位机控制单元包括设置在控制室内且依次连接的第二光纤收发器、高速处理服务器和显示器；所述现场控制单元包括第一光纤收发器、交换机、触摸屏、可编程逻辑控制器和MPI‐ETH转换器；所述检测单元包括粒径检测装置、红外水分检测仪、电磁流量计和工艺参数接收装置；所述执行单元包括送料电机、旋转电机变频器、电动执行阀、倾角控制装置和报警装置；其中，所述第一光纤收发器与所述第二光纤收发器之间通过光纤连接；所述第一光纤收发器与所述交换机之间、所述第二光纤收发器与所述高速处理服务器之间、所述MPI‐ETH转换器与所述交换机之间、所述触摸屏与交换机之间均通过网线连接；所述可编程逻辑控制器与所述MPI‐ETH转换器之间通过数据传输线连接；所述高速处理服务器与所述显示器之间通过VGA视频线连接。
所述可编程逻辑控制器通过MPI线缆与所述MPI‐ETH转换器的MPI端连接。
所述粒径检测装置设置在造球盘成球区上方；所述红外水分检测仪设置在原料传送带及生球辊筛上方；所述电磁流量计设置在加水管路上。
所述送料电机与圆盘造球装置的物料传送带传动轴连接；所述旋转电机变频器与圆盘造球装置造球圆盘下方控制转轴转动的旋转电机连接；所述电动执行阀安装在圆盘造球装置的造球加水主管路上；所述倾角控制装置与圆盘造球装置的角度调节螺杆连接；所述报警装置安装在现场箱上。
与现有技术相比，该圆盘造球智能化生产控制系统能够准确监控造球机成球区域造球质量和状态、出现异常物料并及时报警，实现造球生产工艺的智能调节，实现将成球合格率控制在预期合格率范围之内，有效提高生球合格率，提升产品质量。
附图说明
图1为本实用新型的圆盘造球智能化生产控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。
一种配合圆盘造球装置使用的圆盘造球智能化生产控制系统，如图1所示，该圆盘造球智能化生产控制系统包括上位机控制单元、现场控制单元、检测单元和电动执行单元；其中，上位机控制单元包括设置在控制室内且依次连接的第二光纤收发器3、高速处理服务器1和显示器2；现场控制单元包括第一光纤收发器4、交换机5、触摸屏6、可编程逻辑控制器7和MPI‐ETH转换器8；检测单元包括粒径检测装置9、红外水分检测仪10、电磁流量计11和工艺参数收发装置12；电动执行单元包括送料电机13、旋转电机变频器14、电动执行阀15、倾角调节装置16和报警装置17。
第二光纤收发器3与高速处理服务器1之间通过网线连接；网线的长度为1～5m。高速处理服务器1和显示器2之间通过VGA视频线连接，显示器2用于显示高速处理服务器1采集和经计算处理后的结果数据。
第一光纤收发器4和第二光纤收发器3之间通过光纤连接，用于将现场采集到的相关信息通过光纤传输至控制室的高速处理服务器中进行数据处理并通过显示屏实时显示，或将控制室内操控人员发布的生产指令传输给现场控制单进行相应工艺参数的调节。
第一光纤收发器4、触摸屏6和MPI‐ETH转换器8通过交换机5实现相互连通，使上位机控制单元和现场控制单元均可以对生产工艺的预设参数进行调节；其中，触摸屏6包括具有人机交互设置功能的触摸屏，用于现场操作和人工生产参数修正，实现产能过低或满足操作权限时人工对生产工艺参数进行调节，经触摸屏6修正的参数发送至可编程逻辑控制器7的同时传送至高速处理服务器1进行存储备份；具体地，第一光纤收发器4与交换机之间、触摸屏6与交换机5之间和MPI‐ETH转换器8与交换机5之间均通过网线连接，网线的长度为1～5m；可编程逻辑控制器7通过西门子MPI线缆与ETH‐MPI转换器8的MPI端口连接。
检测单元用于对现场圆盘造球过程中与造球合格率相关的多项实际工艺数值进行采集。其中，粒径检测装置9用于对造球盘上的实时造球的粒径进行检测并将相应粒径及粒径分布的检测数据反馈给可编程逻辑控制器7；该粒径检测装置9可以选用现有设备也可以采用与本申请同日申请的视频生球粒径仪对粒径进行实时检测。如采用与本申请同日申请的视频生球粒径仪，即将视频生球粒径仪的成像设备设置在造球球盘上方，成像设备通过网线连接至第一光纤收发器4，将采集的成球图像通过光纤发送至设置在控制室内的图像处理装置，通过图像处理计算出相关的生球平均粒径和粒径分布数据，并传送至高速处理服务器1中，用于现场控制单元对生成的粒径分布数据进行采集。
红外水分检测仪10、电磁流量计11和工艺参数收发装置12均通过数据传输线连接至可编程逻辑控制器7。其中：
红外水分检测仪为两台，包括分别设置在原料送料传送带上的红外水分检测仪和设置在生球辊筛上方的红外水分检测仪10；该系统中的两条红外水分检测仪均采用非接触式在线监测模式，分别对原料水分和实际送入造球盘的原料水分进行检测；目前，市场现售的非接触式在线监测模式的红外水分检测仪的测量精度达到0.01％，其可以直接向上位机控制单元或可编程逻辑控制器7输出4～20mA模拟量信号；其中，设置在原料送料传送带上方的红外水分检测仪用于对原料水分进行检测并将数据传输至高速处理服务器1，以计算出造球过程中适宜的加水量；设置在生球辊筛上方的红外水分检测仪10用于对实际造球过程中的原料水分进行检测，并将检测数据输送至可编程逻辑控制器7，用于后续对造球工艺参数进行调整时作为判断依据；
电磁流量计11安装在圆盘造球装置的加水管路上，用于检测加水管路中水流量；具体地，本系统采用重庆川仪自动化股份有限公司流量仪表分公司生产的f1088型号的电磁流量计11，其可以直接向可编程逻辑控制器7输出4～20mA模拟量信号；
工艺参数收发装置12用于接收对造球过程中的原料投放速度预设值进行采集并发送给可编程逻辑控制器7。在一般生产实践过程中，原料投入比例一般由单独生产系统进行控制，因此，通过工艺参数收发装置12将造球控制系统和生产系统进行关联；工艺参数收发装置12同时具有向生产系统发送原料投放速度修改提示的功能，用于当其他参数调节作用不明显时，提出原料投放速度修改的申请。其他工艺预设参数：圆盘倾角按照圆盘最优工作参数人为进行设定；生球合格率范围、生球粒径合格范围、加水管路的加水量和圆盘转速的预设值通过上位机控制单元进行设定并传输至可编程逻辑控制器7中；
相对于检测单元作为该生产控制系统的数据输入单元，电动执行单元为数据输出单元，实现通过可编程逻辑控制器7对圆盘造球装置的生产工艺参数进行调节；其中：
送料电机13与圆盘造球装置的物料传送带传动轴连接，用于控制传送带的带速，实现对每批生球产品的给料量的控制；
旋转电机变频器14与圆盘造球装置造球圆盘下方控制转轴转动的旋转电机连接；通过旋转电机变频器14调节旋转电机转速，实现造球圆盘的转速调节；
电动执行阀15安装在圆盘造球装置的加水管路的流量控制阀门上，用于调节加水管路中的水流流量，实现对没批物料加水量的控制；
倾角控制装置16与圆盘造球装置的角度调节螺杆连接，实现对造球圆盘倾角的调节。
报警装置17包括蜂鸣器，其安装在现场箱上，用于当造球粒径的合格率低于期望值下限时触发低产能报警，提醒现场操作人员通过触摸屏6的触摸屏对生产参数进行修正。
一种上述圆盘造球智能化生产控制系统配合使用的圆盘造球智能化生产控制方法，采用神经网络控制模型将采集原料投放速度、来料粒度、加水量、圆盘倾角、圆盘转速等设置为初始控制参数；生产过程由粒径检测设备对生球粒径情况进行实时处理和监控，并由上位机控制单元将实时处理数据传送至可编程逻辑控制器，由可编程逻辑控制器按照合理范围内同等条件下水多则生球粒径大，圆盘转速快生球粒径大的规律对造球加水和圆盘转速进行周期性调节，以将生球粒径合格率控制在期望值以上。当生球粒径合格率低于期望值下限时触发低产能报警，可通过设置在控制室内或现场的人机界面设备进行生产参数修正。
针对某一批原料粒径均匀分布状况和生产需求，确定生球产品合格率不低于80％，因此，根据预期产品合格率并结合生产控制过程中的使用范围，将生球产品合格率接受范围为83％～88％。
如图所示，为圆盘造球智能化生产控制方法的具体步骤：
S1、设定生球产品合格率接受范围为83％～88％，将粒径检测设备检测出的上一批生球物料的粒径分布数据结合设定的合格生球粒径范围(D1～D2)计算出上一批生球物料粒径的合格率a：
若合格率a≤83％时，进入步骤S2；
若合格率a＞83％时，返回步骤S1；
S2、判断截止上一批生球物料的小球比例曲线斜率K1与大球比例曲线斜率K2：
若K1≤0且K2＞0，即生球物料粒径偏大，则进入步骤S3；
若K1＞0且K2≤0，即生球物料粒径偏小，则进入步骤S6；
若K1＞0且K2＞0，即生球物料粒径为离散变化状态，则进入步骤S9；
S1、将粒径检测设备检测出的上一批生球物料的粒径分布数据结合设定的合格生球粒径范围计算出上一批生球物料粒径的合格率a：
若合格率a≤83％时，进入步骤S2；
若合格率a＞83％时，返回步骤S1；
S2、判断截止上一批生球物料的小球比例曲线斜率K1与大球比例曲线斜率K2：
若K1≤0且K2＞0，即生球物料粒径偏大，则进入步骤S3；
若K1＞0且K2≤0，即生球物料粒径偏小，则进入步骤S6；
若K1＞0且K2＞0，即生球物料粒径为离散变化状态，则进入步骤S9；
S3、通过位于生球辊筛上方的红外水分检测仪采集生球物料的含水量，并与预设的生球物料含水量进行比较，以判断生球过程中加水量偏小、偏大或适宜：
其中，当采集生球物料的含水量小于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏小，当采集生球物料的含水量大于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏大；
若加水量适宜或偏小，则进入步骤S4；
若加水量偏大，则调节电动执行阀减小加水流量至与预设加水量一致，并通过粒径检测设备采集15分钟后生球物料粒径的合格率b1：
若合格率b1≥88％，则返回步骤S1；
若合格率a＜b1＜88％则进入步骤S5；
若合格率b1≤a，则进入步骤S4；
S4、调节电动执行阀使加水量与预设加水量一致，并调节旋转电机变频器使造球盘的转速减速0.1r/min；通过粒径检测设备采集15分钟后的生球物料粒径的合格率d1：
若合格率d1≥88％，则返回步骤S1；
若合格率83％＜d1＜88％，则再次调节旋转电机变频器使造球盘的转速减速0.1r/min，后延迟返回步骤S1；
若合格率d1≤83％，则启动报警装置并生成增加给料量申请，并返回步骤S1；
若增加给料量申请通过工艺参数收发装置发送至生产系统得到批准，则由生产系统给出新的给料比例，并相应转化为送料电机转速调整量发送给可编程逻辑控制器7进行调节；
S5、调节电动执行阀使加水量低于预设加水量0.15％，并通过粒径检测设备采集15分钟后的生球物料粒径的合格率c1：
若合格率c1≥88％，则返回步骤S1；
若合格率c1≤b1，则返回步骤S4；
若合格率b1＜c1＜88％，则调节电动执行阀使加水量低于预设加水量0.25％，后延迟返回步骤S1；
S6、通过位于生球辊筛上方的红外水分检测仪采集生球物料的含水量，并与预设生球物料含水量进行比较，以判断生球过程中加水量偏小、偏大或适宜：
其中，当采集生球物料的含水量小于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏小，当采集生球物料的含水量大于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏大；
若加水量适宜或偏多，则进入步骤S7；
若加水量偏大，则调节电动执行阀减小加水流量至与预设加水量一致，并通过粒径检测设备采集15分钟后的生球物料粒径的合格率b2：
若合格率b2≥88％，则返回步骤S1；
若合格率a＜b2＜88％，则进入步骤S8；
若合格率b2≤a，则进入步骤S7；
S7、调节电动执行阀使加水量与预设加水量一致，并调节旋转电机变频器使造球盘的转速加速0.1r/min；通过粒径检测设备采集15分钟后的生球物料粒径的合格率d2：
若合格率d2≥88％，则返回步骤S1；
若合格率83％＜d2＜88％，则再次调节旋转电机变频器使造球盘的转速加速0.1r/min，延迟15分钟后返回步骤S1；
若合格率d2≤83％，则启动报警装置并生成减少给料量申请，延迟15分钟后返回步骤S1；
同上，若增加给料量申请通过工艺参数收发装置发送至生产系统得到批准，则由生产系统给出新的给料比例，并相应转化为送料电机转速调整量发送给可编程逻辑控制器7进行调节；
S8、调节电动执行阀使加水量高于预设加水量0.15％，并通过粒径检测设备采集15分钟后的生球物料粒径的合格率c2：
若合格率c2≥88％，则返回步骤S1；
若合格率c2≤b2，则返回步骤S7；
若合格率b2＜c2＜88％，则调节电动执行阀使加水量高于预设加水量0.25％，延迟15分钟后返回步骤S1；
S9、通过位于生球辊筛上方的红外水分检测仪采集生球物料的含水量，并与预设生球物料含水量进行比较，以判断生球过程中加水量偏小、偏大或适宜：
其中，当采集生球物料的含水量小于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏小，当采集生球物料的含水量大于预设的生球物料含水量时，判断为生球过程中加水量偏大；
若加水量偏小，则调节电动执行阀使加水量与预设加水量一致，并调节旋转电机变频器使造球盘的转速减速0.1r/min，延迟15分钟后返回步骤S1；
若加水量偏大，则调节电动执行阀使加水量与预设加水量一致，并调节旋转电机变频器使造球盘的转速加速0.1r/min，延迟15分钟后返回步骤S1。
其中，步骤S1～S9中所述的“延迟”时间T为15分钟，为保证变更控制条件后对系统生效时间的最小时间。