專利名稱：一種熔煉爐除塵風機的控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔煉爐除塵風機的控制方法及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
銅作為國民經(jīng)濟、國防軍工發(fā)展的基礎(chǔ)材料和重要戰(zhàn)略物資，降低其冶煉過程中的能耗對于提高我國能源利用效率具有重大的戰(zhàn)略意義。廢雜銅作為不直接依賴新銅礦開發(fā)的原材料，其冶煉再生的工頻熔煉技術(shù)近年來得到了極大的推廣，精確控制廢雜銅在工頻熔煉過程中的能耗將會極大地提高銅資源的循環(huán)利用率和資源利用率，符合國家提高能源利用效率的發(fā)展規(guī)劃。廢雜銅成分復(fù)雜，通過工頻熔煉爐的高溫熔煉，熔點低于銅的雜質(zhì)會隨著熔煉產(chǎn)生的高溫劇烈燃燒，產(chǎn)生煙氣顆粒從熔煉爐頂部的引風通道排出。比如廢雜銅中夾雜的油污、鋅、包裹銅線的絕緣橡膠或塑料等物質(zhì)在熔煉爐內(nèi)的高溫中劇烈燃燒，產(chǎn)生濃烈的煙霧；熔點高于銅的雜質(zhì)會在熔融的銅液里形成固態(tài)的浮渣，通過撈渣從銅液中分離，從而實現(xiàn)廢雜銅提純和再生利用。目前在國內(nèi)廢雜銅的冶煉企業(yè)中，對于工頻熔煉爐內(nèi)煙霧的測量主要依靠操作工人的現(xiàn)場目測，不同的工人在經(jīng)驗不同、主觀感知不同以及疲勞狀況不同的條件下，同樣的煙霧情況也有可能給出不同的描述，所以無法客觀地量化爐內(nèi)的煙霧濃度，更無法根據(jù)不同的煙霧情況自動地調(diào)整除塵風機的轉(zhuǎn)速。廢雜銅在工頻熔煉爐的熔煉屬于間歇過程，每一爐的熔煉都需要多次上料、攪拌和撈渣等工序，其上料是通過運載工料的上料小車沿上料軌道到達熔煉爐，通過上料窗口向爐內(nèi)傾倒工料實現(xiàn)的。熔煉爐的頂部是煙霧的引風通道，通過除塵風機形成的負壓迅速排走爐內(nèi)的煙霧，防止煙霧擴散。雖然目前不少冶煉企業(yè)都為工頻熔煉爐的除塵風機配備了變頻調(diào)速器，期望工人使用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)除塵風機的速度，降低能耗。但是由于缺乏有效的檢測工頻熔煉爐煙霧濃度的儀表，對于除塵風機的變頻調(diào)速還停留在依據(jù)工人對爐內(nèi)煙霧的目測進行手動調(diào)速的階段。由于工人忙于上料、攪拌、撈渣，無法及時而且準確的調(diào)整除塵風機的速度，同時因為調(diào)速增加了實際的工作強度，所以工人沒有積極性去頻繁地調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速。于是在實際的生產(chǎn)中，除塵風機恒定高速運行，變頻調(diào)速器就成了擺設(shè)，無法實現(xiàn)節(jié)能的目的。除塵風機恒定高速運行雖能確保煙霧從引風通道迅速排出，但在煙霧濃度較小時，低速即可實現(xiàn)煙霧的迅速排出；在除塵風機無需高速運行的工況下，如果還保持恒定高速運行，不但除塵風機自身浪費大量的電能，而且會帶走了大量用于熔煉加熱的熱量，延長冶煉的時間，造成工頻加熱電能的巨大浪費；同時，排煙通道的后半段處于恒定的高風壓環(huán)境，將降低煙霧回收布袋的使用壽命。公開號為CN 102322434A的中國專利公開了一種基于圖像處理的熔煉爐除塵風機節(jié)能的控制方法，該方法對提取了煙霧圖像中的火光亮度信息和背景清晰度信息，然后對火光亮度信息和背景清晰度信息進行了閾值劃分，最后根據(jù)閾值劃分的結(jié)果判斷熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度等級實現(xiàn)除塵風機的控制。然而，該方法從煙霧圖像提取的反映爐內(nèi)煙霧濃度情況的特征值種類太少，無法從全局上描述熔煉爐的實際煙霧情況，例如在熔煉爐進行加料和攪拌工況時，爐內(nèi)的火光亮度都達到最高并且爐內(nèi)的清晰度信息都為O，但是加料時爐內(nèi)的煙霧濃度要比攪拌高得多，因此僅亮度信息和背景清晰度信息是無法區(qū)分加料工況和攪拌工況的煙霧濃度的。同時該方法利用亮度信息和背景信息進行閾值劃分的方法對煙霧濃度的誤判率高，閾值劃分從空間上描述的是矩形區(qū)域，而圖像特征值的分布往往是不規(guī)則橢圓形的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種熔煉爐除塵風機的控制方法及其控制系統(tǒng)，能夠有效檢測熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度實現(xiàn)除塵風機的自動高效控制，實現(xiàn)工頻熔煉的節(jié)能減排。一種熔煉爐除塵風機的控制方法，包括如下步驟(I)當熔煉爐進入上料工況前，開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行；(2)當熔煉爐進入上料工況后，實時采集熔煉爐內(nèi)工料上方的煙霧圖像；(3)從所述的煙霧圖像中選取內(nèi)壁ROI (Region of Interest,感興趣區(qū)域)和擋板ROI，對所述的ROI進行特征提取，得到內(nèi)壁ROI的紋理特征值Wet、運動特征值Sg_和能量特征值Ee以及擋板ROI的紋理特征值WETB，從而建立由WET、WETB、Sgmm和Ee四個特征值組成的特征向量；(4)使當前煙霧圖像對應(yīng)的特征向量與數(shù)據(jù)庫內(nèi)各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量進行隸屬度計算，取對應(yīng)隸屬度最大的煙霧濃度等級為當前熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度等級，每個煙霧濃度等級對應(yīng)一個頻率值；(5)實時根據(jù)熔煉爐內(nèi)每一時刻煙霧濃度等級對應(yīng)的頻率值通過變頻調(diào)速器控制除塵風機的轉(zhuǎn)速。所述的步驟(I)中，當熔煉爐進入上料工況前開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行的具體實現(xiàn)方法為a.在距離熔煉爐上料窗口若干米處的上料軌道上安裝振動傳感器，并通過振動傳感器采集振動信號；b.對所述的振動信號進行平滑去噪，并對去噪后的振動信號進行離散插值傅里葉變換得到其頻譜；c.計算所述的頻譜在頻率區(qū)間[fmin，fmax]上的幅值之和P，進而對P進行閾值判斷，若P > Pmin，則立即開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行；其中，fmin和fmax分別為給定的頻率上下限，Pmin為給定的閾值。所述的步驟(4)中，根據(jù)以下公式使當前煙霧圖像對應(yīng)的特征向量與數(shù)據(jù)庫內(nèi)各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量進行隸屬度計算
權(quán)利要求
1.一種熔煉爐除塵風機的控制方法，包括如下步驟 (1)當熔煉爐進入上料工況前，開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行； (2)當熔煉爐進入上料工況后，實時采集熔煉爐內(nèi)工料上方的煙霧圖像； (3)從所述的煙霧圖像中選取內(nèi)壁ROI和擋板R0I，對所述的ROI進行特征提取，得到內(nèi)壁ROI的紋理特征值Wet、運動特征值Sg_和能量特征值Ee以及擋板ROI的紋理特征值Wetb,從而建立由WET、WETB、Sgmm和E6四個特征值組成的特征向量； (4)使當前煙霧圖像對應(yīng)的特征向量與數(shù)據(jù)庫內(nèi)各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量進行隸屬度計算，取對應(yīng)隸屬度最大的煙霧濃度等級為當前熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度等級，每個煙霧濃度等級對應(yīng)一個頻率值； (5)實時根據(jù)熔煉爐內(nèi)每一時刻煙霧濃度等級對應(yīng)的頻率值通過變頻調(diào)速器控制除塵風機的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的步驟(I)中，當熔煉爐進入上料工況前開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行的具體實現(xiàn)方法為 a.在距離熔煉爐上料窗口若干米處的上料軌道上安裝振動傳感器，并通過振動傳感器采集振動信號； b.對所述的振動信號進行平滑去噪，并對去噪后的振動信號進行離散插值傅里葉變換得到其頻譜； c.計算所述的頻譜在頻率區(qū)間[fmin，f_]上的幅值之和P，進而對P進行閾值判斷，若P ^ Pmin，則立即開啟除塵風機使其以最大轉(zhuǎn)速運行；其中，fmin和fmax分別為給定的頻率上下限，Pmin為給定的閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述的步驟(4)中，根據(jù)以下公式使當前煙霧圖像對應(yīng)的特征向量與數(shù)據(jù)庫內(nèi)各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量進行隸屬度計算
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于根據(jù)以下方法計算每個煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量 首先，分別在上料、攪拌、除渣和出爐化驗四種工況下，采集熔煉爐內(nèi)工料上方的多張煙霧圖像； 然后，根據(jù)經(jīng)驗將這些煙霧圖像歸類于各煙霧濃度等級，并根據(jù)步驟(3)建立得到每張煙霧圖像的特征向量； 最后，對于任一煙霧濃度等級，對歸屬于該煙霧濃度等級的所有煙霧圖像的特征向量求平均，得到的平均特征向量即為該煙霧濃度等級的中心特征向量。
5.一種熔煉爐除塵風機的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括 振動檢測單元，用于采集上料軌道的振動信號； 圖像采集單元，用于實時采集熔煉爐內(nèi)工料上方的煙霧圖像； 圖像處理單元，用于在熔煉爐進入上料工況前對所述的振動信號進行調(diào)理及頻譜分析后輸出頻率信號；并在熔煉爐進入上料工況后對所述的煙霧圖像進行特征提取、計算及判斷后輸出頻率信號； 變頻調(diào)速單元，用于根據(jù)所述的頻率信號控制除塵風機的轉(zhuǎn)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像處理單元包括 信號處理模塊，用于對所述的振動信號進行調(diào)理及頻譜分析后輸出頻率信號； ROI選取模塊，用于從所述的煙霧圖像中選取內(nèi)壁ROI和擋板ROI ； 特征提取模塊，用于提取出內(nèi)壁ROI的紋理特征值Wet、運動特征值Sg_和能量特征值Ee，提取出擋板ROI的紋理特征值Wetb ； 數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量和頻率值； 濃度等級判斷模塊，用于為煙霧圖像建立由WET、WETB、Sgnm和艮四個特征值組成的特征向量；使當前煙霧圖像對應(yīng)的特征向量與數(shù)據(jù)存儲模塊中各煙霧濃度等級所對應(yīng)的中心特征向量進行隸屬度計算，取對應(yīng)隸屬度最大的煙霧濃度等級為當前熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度等級，進而根據(jù)該煙霧濃度等級對應(yīng)的頻率值輸出對應(yīng)的頻率信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像處理單元連接有人機界面單元，所述的人機界面單元用于實時顯示當前煙霧圖像及其特征向量以及當前熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度等級及其對應(yīng)的頻率值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像處理單元通過千兆以太網(wǎng)接口連接有服務(wù)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5 8任一權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的圖像處理單元采用DMSoC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熔煉爐除塵風機的控制方法，其通過提取出煙霧圖像中能量特征、紋理特征和運動特征并結(jié)合半監(jiān)督的煙霧濃度分級模型，實時準確的檢測了熔煉爐內(nèi)的煙霧濃度，實現(xiàn)了除塵風機的高效控制，避免了爐內(nèi)大量熱量的釋放，有利于節(jié)省熔煉爐的電能，縮短冶煉的時間，降低了除塵風機的能耗和提高了除塵風機的使用壽命；同時其通過給樣本貼上煙霧濃度等級標簽，使用半監(jiān)督PSFCM算法建立確定的煙霧濃度分級模型，降低了煙霧濃度的誤判率，避免因風機轉(zhuǎn)速過低有毒煙霧溢出的情況。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述方法的控制系統(tǒng)，其通過使用嵌入式DMSoC平臺，實現(xiàn)了系統(tǒng)的模塊化和低功耗工作，使得設(shè)備更方便使用和安裝。
文檔編號F04D27/00GK103047165SQ201310007169
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者宋執(zhí)環(huán), 陳文偉, 李斌, 黃健 申請人:浙江大學