專利名稱：基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，尤其適用于水泥、冶金工業(yè)。
背景技術(shù)：
物料計量與定量給料是水泥冶金行業(yè)的一項重要的技術(shù)與裝備。物料計量和定量給料對穩(wěn)定水泥冶金工業(yè)日常生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量、節(jié)約能耗、降低成本等起著至關(guān)重要的作用，是每個水泥冶金企業(yè)關(guān)心的問題。同時，也對節(jié)能減排、資源綜合利用等方面有重要作用。因此，水泥冶金工業(yè)的計量與定量給料技術(shù)與裝備也是政府和社會所關(guān)心的問題。物料計量與定量給料技術(shù)與裝備貫穿著整個水泥冶金生產(chǎn)過程。按照功用分類可分為兩種:一是商業(yè)與管理用途的計量與定量給料，商業(yè)用的原材料(包括燃料)進(jìn)廠、成品出廠及以生產(chǎn)考核為目標(biāo)的用料、產(chǎn)量等，它對生產(chǎn)過程沒有或較少產(chǎn)生影響；二是生產(chǎn)用途的計量與定量給料，原料配料、生料與輔料定量喂料、煤粉定量喂煤等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，它直接影響生產(chǎn)過程，是生產(chǎn)流程中一個不可或缺的節(jié)點(diǎn)。在生產(chǎn)用途的計量與定量給料中，一般采用基于物理方法的直接測量儀器，包括各式流量計和計量秤，例如:沖板式或溜槽式固體沖擊流量計；科里奧利流量計；斗式秤(簡易斗式秤、減量法斗式秤);圓盤秤；懸臂秤(懸臂式恒速皮帶秤、雙懸臂秤);螺旋絞刀秤；核子皮帶秤；調(diào)速皮帶定量給料秤等。但由于水泥、冶金行業(yè)的粗放性，這些流量計或者計量秤往往會有較大的測量誤差。軟測量技術(shù)是近年來得到廣泛發(fā)展的一種新技術(shù)。軟測量的基本思想是把自動控制理論與生產(chǎn)過程知識有機(jī)結(jié)合起來，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，針對難于測量或者暫時不能測量的重要變量，選擇另一些容易測量的變量，通過構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推斷和估計，以軟件來代替硬件功能。這類方法響應(yīng)迅速，能夠連續(xù)給出主導(dǎo)變量信息，且具有投資低、維護(hù)保養(yǎng)簡單等特點(diǎn)。基于軟測量技術(shù)實現(xiàn)的儀表，稱之為軟測量儀表，簡稱軟儀表。斗式提升機(jī)是水泥冶金行業(yè)中應(yīng)用廣泛的一種物料連續(xù)輸送機(jī)械。它是一種利用均勻固接于牽引件上的一系列料斗，豎向提升物料的連續(xù)輸送機(jī)械，分為環(huán)鏈、板鏈和皮帶三種。斗式提升機(jī)具有輸送量大、提升高度高、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)，適于輸送粉狀、粒狀及小塊狀的無磨琢性及磨琢性小的物料，如:煤、水泥、石塊、砂、粘土、礦石等。在水泥冶金行業(yè)中，磨機(jī)、窯、物料倉等重要生產(chǎn)裝置的入口物料的輸送，常常采用斗式提升機(jī)。由于水泥、冶金行業(yè)的粗放性，基于物理方式的物料計量設(shè)備，包括流量計、計量稱等，很容易被生產(chǎn)中的各種異常工況影響。如設(shè)備磨損、打滑、粘料和倉壓變化等，都會造成計量設(shè)備測量不準(zhǔn)。在實際使用過程中，常常發(fā)生測量噪音過大、測量值偏實、測量值偏虛等異常情況，嚴(yán)重影響裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)和全廠物料衡算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)在使用中存在的問題，提供一種采用在線計算而非直接測量的方式，實現(xiàn)對物料輸送量計量的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量的建立方法。本發(fā)明解決現(xiàn)有問題的技術(shù)方案是:基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，利用斗式提升機(jī)功率P與物料輸送量C之間的相關(guān)性建立軟測量模型，軟測量模型的輸入包含斗式提升機(jī)功率P ;軟測量模型的輸出包含物料輸送量C ;將該軟測量模型置入支持實時計算的系統(tǒng)中實施構(gòu)成軟儀表。斗式提升機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，其功率P與物料輸送量C之間的相關(guān)性很好，且相關(guān)性只和物料顆粒間的摩擦系數(shù)有關(guān)，而不受設(shè)備磨損、打滑、粘料和倉壓變化等影響。因此，本發(fā)明所述物料輸送量軟儀表，與傳統(tǒng)計量儀表相比，工作穩(wěn)定性高、計量精度較高。同時，軟儀表不需要硬件投資，日常維護(hù)費(fèi)用也要低很多。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的軟測量模型的輸入包括斗式提升機(jī)功率P、或/和物料輸送高度H、或/和摩擦系數(shù)K、或/和校正系數(shù)A。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的物料輸送量C與斗式提升機(jī)功率P是線性的，軟測量模型為 C = P * 367 / (H * K) + A。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的物料輸送量C與斗式提升機(jī)功率P是非線性的，可以利用多項式擬合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等非線性的數(shù)據(jù)擬合方法建立軟測量模型。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的斗式提升機(jī)功率P用斗式提升機(jī)電流I替代作為模型輸入。作為進(jìn)一步改進(jìn)，建立軟測量模型包括輸入變量的選擇、數(shù)據(jù)的采集與處理、軟測量模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行，在線校正五個步驟。作為進(jìn)一步改進(jìn)，軟測量模型的輸入包括校正系數(shù)；可采用手動調(diào)整校正系數(shù)的方法來實現(xiàn)在線校正。作為進(jìn)一步改進(jìn)，在組態(tài)與在線運(yùn)行步驟，包含濾波處理模塊，對斗式提升機(jī)功率(或電流)的原始信號進(jìn)行濾波處理。本發(fā)明可以應(yīng)用于水泥、冶金工業(yè)中磨機(jī)、窯等多個生產(chǎn)流程物料量的在線測量，典型的應(yīng)用包括窯喂料量、磨機(jī)出口入庫量的測量，計算精度較高，對實現(xiàn)裝置的穩(wěn)定操作和物料衡算有著重要的意義。本發(fā)明也可以應(yīng)用于部分類型磨機(jī)的循環(huán)量、粗粉返回量等磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的測量，便于計算和監(jiān)控磨機(jī)和選粉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對磨機(jī)的穩(wěn)定操作有著很大的意義。本發(fā)明所述軟儀表不需要硬件投資，可利用現(xiàn)有PLC系統(tǒng)/DCS系統(tǒng)進(jìn)行實施。具有很好的性價比，在行業(yè)內(nèi)有很強(qiáng)的推廣意義。


圖1是斗式提升機(jī)功率和提升機(jī)物料輸送量的散布圖。圖2是本發(fā)明所述軟儀表的模型結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為軟儀表的實施步驟圖。圖4為實施的軟儀表效果圖
具體實施例方式下面結(jié)合具體的步驟和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1，經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)分析，斗式提升機(jī)功率和提升機(jī)物料輸送量的相關(guān)性非常好。圖1中為某水泥廠回轉(zhuǎn)窯入口斗式提升機(jī)功率和提升機(jī)物料輸送量(窯入口生料喂料量)的散布圖。從圖中可以看出，所有散點(diǎn)均集中在對角線左右，這說明兩者呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正相關(guān)性。參見圖3，軟測量儀表的實施一般包括五個步驟，即輸入變量的選擇、數(shù)據(jù)采集與處理、軟測量模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行和在線校正。其中輸入變量的選擇、數(shù)據(jù)采集與處理、軟測量模型的建立為離線實施部分，組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正為在線實施部分。輸入變量的選擇
對于本發(fā)明的軟儀表，其輸入為斗式提升機(jī)功率P，其輸出為物料輸送量C。為提高儀表的精度和實施的便利性，軟測量模型的輸入還可以包括物料輸送高度
H、或/和摩擦系數(shù)K、或/和校正系數(shù)A。其中，
C---斗式提升機(jī)單位時間內(nèi)所輸送的物料量，t/h。P —斗式提升機(jī)功率，是儀表測量值，可以由智能電表等測量儀表在線測量而得，KW。H 斗式提升機(jī)所提升物料的高度，為設(shè)備參數(shù)，m。K 物料顆粒間的摩擦系數(shù)。此系數(shù)與輸送物料的物料類型、粒徑等有關(guān)，但與設(shè)備本身無關(guān)。對于特定工廠的特定裝置而言，此參數(shù)近似為常數(shù)。A —校正系數(shù)。用于修正軟測量模型的預(yù)測誤差。眾所周知，電功率P是電流I和電壓V的乘積，考慮到斗式提升機(jī)的工作電壓V較為穩(wěn)定，作為一種簡化的方案，也可以用斗式提升機(jī)電流I替代斗式提升機(jī)功率P，作為模型的輸入。數(shù)據(jù)采集與處理
建立精確的軟測量模型，需要采集一段時間的數(shù)據(jù)，用于回歸模型參數(shù)，驗證軟儀表的實施效果。為建立本發(fā)明所述軟儀表，應(yīng)采集斗式提升機(jī)的物料輸送量和其對應(yīng)的斗式提升機(jī)功率或電流的實時測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也可以是裝置測試數(shù)據(jù)。為保證軟儀表有較寬的適用范圍，數(shù)據(jù)的覆蓋面必須較寬。為保證模型的精度，其數(shù)據(jù)范圍應(yīng)不少于物料輸送量量程范圍的50%。斗式提升機(jī)的功率或者電流的測量信號一般噪音很大，需要進(jìn)行降噪處理。一階濾波是可適用的最簡 單的一種降噪處理方法。軟測量模型的建立
軟測量儀表的核心是軟測量模型的建立，也即待估計變量(物料輸送量)與其它直接測量變量(斗式提升機(jī)功率或電流)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、模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、支持向量機(jī)等。作為一個舉例，可以根據(jù)以下公式采用數(shù)據(jù)回歸的方法建立軟測量模型，C = P * 367 / (H * K)+ A 其中， C 物料輸送量，t/h。
P ---斗式提升機(jī)功率，KW。
H 斗式提升機(jī)所提升物料的高度，m。
K 物料顆粒間的摩擦系數(shù)。
A 校正系數(shù)。
根據(jù)上述“數(shù)據(jù)采集與處理”而得的物料輸送量C與斗式提升機(jī)功率P的數(shù)據(jù)，以及設(shè)備手冊中查得的物料提升高度H，進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，可以得到摩擦系數(shù)K和校正系數(shù)A。
上述方法僅為舉例，實現(xiàn)軟測量建模的方法是多種多樣的，閱讀過本說明書的本行業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員，可以通過不同的軟測量建模方法來實現(xiàn)本發(fā)明中所述的軟儀表。
實際上，物料輸送量和斗式提升機(jī)功率的關(guān)系在很寬的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)是非線性的，如果采用多項式擬合、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等非線性的數(shù)據(jù)擬合方法，可以得到更精確的軟測量模型。
組態(tài)與在線運(yùn)行 在軟測量模型建立后，軟測量儀表可以在任何支持實時計算的系統(tǒng)中進(jìn)行實施。這些系統(tǒng)包括但不僅限于單片機(jī)、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為減少投資，一般可以在工廠現(xiàn)有的PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)中組態(tài)實施。
熟悉支持實時計算的系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)人員，在得到軟測量模型后，可以很方便地在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行組態(tài)實施。
斗式提升機(jī)功率或電流的原始測量信號的噪音較大。作為一種改進(jìn)，為提高軟儀表的測量精度，在組態(tài)時，可以增加一個濾波處理模塊，對原始信號進(jìn)行濾波處理。在各類支持實時計算的系統(tǒng)中，一般均預(yù)定義了各種濾波處理模塊，如無預(yù)定義，在各類數(shù)據(jù)處理的書籍或文獻(xiàn)上也可以得到相關(guān)的知識。
圖4為在國內(nèi)某廠實施的軟儀表效果圖。圖中虛線為稱量秤實測的物料輸送量，實線為軟儀表在線預(yù)測的物料輸送量。圖中顯示，軟儀表的在線預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果基本一致，而且比實測信號的噪音更小，顯示其運(yùn)行更穩(wěn)定，精度更高。
在線校正 斗式提升機(jī)具有運(yùn)行平穩(wěn)可靠、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)地，本發(fā)明所述基于斗式提升機(jī)功率的軟儀表也具有平穩(wěn)可靠、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。因此，本發(fā)明的軟儀表維護(hù)工作量低，不需要頻繁的在線校正。
在軟儀表長期使用后或者斗式提升機(jī)檢修后，如果存在較大的測量誤差，也可以對軟儀表進(jìn)行在線校正，來提高測量精度。
作為一種最優(yōu)的方法，軟測量模型的輸入應(yīng)包括如前所述的校正系數(shù)A。這樣，可以通過手動調(diào)整校正系數(shù)來實現(xiàn)在線校正功能。這是一種簡便、易操作的在線校正方法。
權(quán)利要求
1.基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:利用斗式提升機(jī)功率P與物料輸送量C之間的相關(guān)性建立軟測量模型；軟測量模型的輸入包含斗式提升機(jī)功率P ;軟測量模型的輸出包含物料輸送量C;將該軟測量模型置入支持實時計算的系統(tǒng)中實施構(gòu)成軟儀表。
2.如權(quán)利要求1所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的軟測量模型的輸入包括斗式提升機(jī)功率P、或/和物料輸送高度H、或/和摩擦系數(shù)K、或/和校正系數(shù)A。
3.如權(quán)利要求2所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的物料輸送量C與斗式提升機(jī)功率P是線性的，軟測量模型為C = P * 367 / (H * K) +A0
4.如權(quán)利要求1所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的物料輸送量C與斗式提升機(jī)功率P是非線性的，可以利用多項式擬合、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等非線性的數(shù)據(jù)擬合方法建立軟測量模型。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:所述的斗式提升機(jī)功率P用斗式提升機(jī)電流I替代作為模型輸入。
6.如權(quán)利要求1所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:建立軟測量模型包括輸入變量的選擇、數(shù)據(jù)的采集與處理、軟測量模型的建立、組態(tài)與在線運(yùn)行、在線校正五個步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:其特征在于:軟測量模型的輸入包括校正系數(shù)；可采用手動調(diào)整校正系數(shù)的方法來實現(xiàn)在線校正。
8.如權(quán)利要求6所述的基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，其特征在于:在組態(tài)與在線運(yùn)行步驟，包含濾波處理模塊，對斗式提升機(jī)功率(或電流)的原始信號進(jìn)行濾波處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于斗式提升機(jī)功率的物料輸送量軟儀表，利用斗式提升機(jī)功率P與物料輸送量C之間的相關(guān)性建立軟測量模型，軟測量模型的輸入包含斗式提升機(jī)功率P；軟測量模型的輸出包含物料輸送量C；將該軟測量模型置入支持實時計算的系統(tǒng)中實施構(gòu)成軟儀表。本發(fā)明也可以應(yīng)用于部分類型磨機(jī)的循環(huán)量、粗粉返回量等磨機(jī)內(nèi)部參數(shù)的測量，便于計算和監(jiān)控磨機(jī)和選粉機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對磨機(jī)的穩(wěn)定操作有著很大的意義。本發(fā)明所述軟儀表不需要硬件投資，可利用現(xiàn)有PLC系統(tǒng)/DCS系統(tǒng)進(jìn)行實施。具有很好的性價比，在行業(yè)內(nèi)有很強(qiáng)的推廣意義。
文檔編號G01F1/86GK103148904SQ20131000572
公開日2013年6月12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)明者袁亦斌 申請人:浙江邦業(yè)科技有限公司