一種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置和自動控制方法

2023-09-13 17:06:55

一種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置和自動控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置和自動控制方法，在電石爐生產過程中根據電石爐爐頂料倉的料位情況進行自動布料，同時根據布料機上料鬥的料位情況進行料鬥自動補料，核心思路是處理器通過採集各個爐頂料倉的料位情況判斷是否有料倉缺料，同時採集布料機料鬥的儲料情況；當出現料倉缺料狀況時同時布料機上的料鬥儲料情況滿足補料條件時進行自動下料，如果布料機上的料鬥儲料情況不滿足則給料鬥加料到滿足補料條件然後進行補料操作；沒有爐頂料倉需要補料時將所有料鬥裝滿料，如此循環；本發明提出的環形布料裝置安全穩定、自動化程度高，能夠滿足電石爐爐頂料倉的無人化自動加料。
【專利說明】一種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置和自動控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於冶煉爐【技術領域】及自動控制領域，特別涉及一種用於密閉電石爐的料 鬥式布料裝置和自動控制方法。

【背景技術】
[0002] 我國已成為世界上最大的電石生產國和消費國。而原料供應是電石生產的重要組 成部分，良好的原料供應能夠提升電石生產的效率。在傳統的電石爐原料供應過程中，基本 都需要有人在供料現場進行協調操作，有的還需要人在現場對輸送上來的原料進行手動處 理。而在原料的輸送過程中會產生大量的粉塵，還有噪聲，會使得原料供應的現場環境比較 惡劣，如果人長時間處於這樣的生活環境中，容易誘發一些不必要的疾病，會對人的身心健 康產生很不好的影響。因此對於電石爐生產過程的原料供應方式進行現代化改造是迫在眉 睫的，研究出一種能夠脫離人工、在現場自動進行原料供應操作的自動供料系統是十分有 必要的。這樣不但能夠使人免於工作於惡劣的環境中，同時採用自動供料系統也能夠更加 精確的控制電石爐生產過程供料情況，提升生產效率。


【發明內容】

[0003] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種用於密閉電石爐的料 鬥式布料裝置和自動控制方法，能夠根據各個爐頂料倉的缺料情況自動的進行補料，擺脫 了人的現場管理，實現了電石爐原料供應的安全、穩定、高效的自動化輸送。
[0004] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是：
[0005] -種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置，包括一個環形轉動裝置1，環形轉動裝置 1連接有用於控制其啟停與轉速的交流電機2,其特徵在於，在環形轉動裝置1上固定有若 幹個可自動翻轉的儲料料鬥3,儲料料鬥3隨環形轉動裝置1轉動，每個儲料料鬥3的內部 安裝有用於檢測料位的雷達料位計4,外部安裝有用於檢測儲料料鬥3位置的霍爾線性位 置傳感器5,在環形轉動裝置1外部設置有向儲料料鬥3供料的振動給料機7以及向電石爐 爐頂供料的爐頂料倉8,爐頂料倉8位於儲料料鬥3下方，所述交流電機2、儲料料鬥3、雷達 料位計4、霍爾線性位置傳感器5以及振動給料機7通過現場總線12連接PLC控制器13， PLC控制器13根據儲料料鬥3的位置以及儲料料鬥3和爐頂料倉8的料量，控制儲料料鬥 3翻轉通過爐頂料倉8向電石爐加料。
[0006] 所述環形轉動裝置1外部安裝有輔助檢測各個儲料料鬥3位置的電磁鐵6，所述電 磁鐵6通過電磁繼電器自動控制開關。
[0007] 在所述儲料料鬥3底部靠近環形旋轉裝置1中心的位置安裝有與儲料料鬥3底部 相連接的油壓缸，儲料料鬥3底部通過轉軸與環形旋轉裝置1遠離中心的部分相連接，當需 要翻轉儲料料鬥3時，PLC控制器13控制油壓缸推動儲料料鬥3圍繞轉軸進行翻轉；當儲 料料鬥3中的原料全部加入到電石爐中後，PLC控制器13又控制油壓缸收縮，將儲料料鬥3 拉回到原始位置。
[0008] 所示爐頂料倉8由主體9、進料口閥門10和下料口閥門11組成，其中進料口閥門 10和下料口閥門11分別位於主體9的頂部開口和底部開口處。
[0009] 本發明還提供了用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置的自動控制方法，包括如下步 驟：
[0010] 實時採集獲取爐頂料倉8和儲料料鬥3中的料量；
[0011] 實時採集獲取儲料料鬥3的位置；
[0012] 判斷儲料料鬥3是否滿足布料條件，如不滿足，則控制交流電機2工作，帶動環形 轉動裝置1和其上的儲料料鬥3轉動，將未滿料的儲料料鬥3對應至振動給料機7,由振動 給料機7向其中加料，直至滿足布料條件；
[0013] 當滿足布料條件時，判斷是否有爐頂料倉8缺料，當有，控制交流電機2工作，帶動 環形轉動裝置1和其上的儲料料鬥3轉動，將滿料的儲料料鬥3對應至缺料的爐頂料倉8， 控制其翻轉向爐頂料倉8加料。
[0014] 優選地，當儲料料鬥3滿足布料條件，同時又沒有處於缺料狀態的爐頂料倉8時， 判斷是否所有的儲料料鬥3都滿料，如果有未滿料的儲料料鬥3,則控制交流電機2工作，帶 動環形轉動裝置1和其上的儲料料鬥3轉動，將未滿料的儲料料鬥3對應至振動給料機7， 由振動給料機7向其中加料，直至所有的儲料料鬥3處於滿料狀態。
[0015] 所述布料條件為：
[0016] 當一半以上的儲料料鬥3滿料時滿足布料條件；
[0017] 當一半以上的儲料料鬥3未滿料時，如果滿料的儲料料鬥3個數大於等於缺料的 爐頂料倉8個數的一倍時，滿足布料條件；
[0018] 否則不滿足布料條件。
[0019] 當儲料料鬥3不滿足布料條件，或者當儲料料鬥3滿足布料條件，但沒有爐頂料倉 8缺料，又有儲料料鬥3處於未滿料狀態，需要利用振動給料機7進行加料時，採用振動給料 機-料鬥單級排隊模型進行排隊計算，由振動給料機7和缺料的儲料料鬥3構成排隊系統， 系統中缺料的儲料料鬥3為顧客，振動給料機7為服務機構，向缺料的儲料料鬥3提供加料 服務，服務規則屬於先到先服務模式，設該輸入過程為泊松過程，事件流強度為λ，服務時 間服從一般分布，即構成Μ/G/l排隊模型；
[0020] 當儲料料鬥3滿足布料條件，向缺料的爐頂料倉8加料時，採用環形轉動裝置-爐 頂料倉單級排隊模型進行排隊計算，由環形轉動裝置1和缺料的爐頂料倉8構成排隊系統， 系統中缺料的爐頂料倉8為顧客，環形轉動裝置1為服務窗，向缺料的爐頂料倉8提供加料 服務，排隊系統容量和潛在顧客數均為常數，設爐頂料倉8缺料事件發生的間隔時間和環 形轉動裝置1為爐頂料倉8服務的時間均為負指數分布，每個爐頂料倉8出現缺料的強度 均為λ，環形轉動裝置1的平均服務率為μ ;假設在某時刻η個爐頂料倉8中有c個出現缺 料狀況，剩餘n-c個的料位還未到達下限，那麼n-c個料倉出現缺料狀況的強度為λ (n-c)， 則該排隊系統構成一個生滅過程，相鄰狀態之間系統內料鬥數相差不大於1，即下一狀態待 加料的爐頂料倉數目只可能增加一個或減少一個，該過程的一步轉移只能發生在相鄰狀態 之間，即構成M/M/1/n/n單服務窗閉合式排隊模型。
[0021] 在任何狀態下，需要保證任一個爐頂料倉8的進料口閥門10和下料口閥門11至 少有一個處於關閉狀態。
[0022] 本發明同時對各個爐頂料倉8的下料情況進行實時監測，判斷固定時間內爐頂料 倉8中的下料量是否滿足設定閾值，當不滿足時進行報警操作，提醒操作員檢查是否有設 備故障以及生產是否正常。
[0023] 與現有技術相比，本發明電石爐爐頂料倉加料系統分為振動給料機向料鬥內加料 和環形轉動裝置向爐頂料倉加料兩個工作過程，在生產過程中爐內的原料不斷的被消耗， 這些原料由輸料管提供，當輸料管中的料位下降到一定程度的時候，啟動環形轉動裝置，將 有料的料鬥旋轉至缺料料倉上方，完成爐頂料倉內混合塊料的補充；在爐頂料倉加料完畢 後，環形轉動裝置將空料鬥旋轉至振動給料機下方，向其中加入新的混合塊料。整個工作過 程中存在多種隨機事件，根據上述兩個排隊模型進行建模仿真控制。
[0024] 在密閉電石爐原料輸送供應過程中依據兩個原則，首先PLC控制器收集到儲料 料鬥上雷達料位計的數據，判斷料位情況是否滿足布料條件，不滿足條件時依據振動給料 機-料鬥單級排隊模型給環形轉動裝置上的儲料料鬥進行加料操作使其達到布料條件；當 滿足布料條件時控制器處理採集到的密閉電石爐爐頂料倉中雷達料位計數據，檢查是否有 電石爐爐頂料倉處於缺料狀態，當有料鬥處於缺料狀態時同時依據環形轉動裝置-爐頂料 倉排隊模型給缺料爐頂料倉進行補料操作；沒有爐頂料倉缺料時系統依據振動給料機-料 鬥單級排隊模型將所有環形轉動裝置上的儲料料鬥全部裝滿原料。如此循環進行，保證電 石爐生產過程中原料能夠安全、高效、穩定的供應到電石爐爐體中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明一種用於密閉電石爐料鬥式自動布料裝置結構圖。
[0026] 圖2是本發明儲料料鬥結構示意圖。
[0027] 圖3是本發明儲料料鬥俯視圖。
[0028] 圖4是本發明爐頂料倉結構示意圖。
[0029] 圖5是本發明爐頂料倉俯視圖。
[0030] 圖6是本發明一種用於密閉電石爐料鬥式自動布料裝置的自動控制方法控制流 程圖。
[0031] 圖7是本發明根據振動給料機-料鬥單級排隊模型的系統排隊狀態流圖。
[0032] 圖8是本發明根據環形轉動裝置-爐頂料倉單級排隊模型的系統排隊狀態流圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。
[0034] 如圖1所示，本發明用於密閉電石爐的料鬥式自動布料裝置包括一個環形轉動裝 置1，環形轉動裝置上安裝有一個交流電機2,該交流電機2能夠被用於自動控制環形轉動 裝置1的啟停和轉速，在環形轉動裝置1上還固定有若干個可自動翻轉的儲料料鬥3。
[0035] 其翻轉實現的方法是：在儲料料鬥3底部靠近環形旋轉裝置1中心的位置安裝有 與儲料料鬥3底部相連接的油壓缸，儲料料鬥3底部通過轉軸與環形旋轉裝置1遠離中心 的部分相連接，當需要翻轉儲料料鬥3時，PLC控制器13控制油壓缸推動儲料料鬥3圍繞 轉軸進行翻轉；當儲料料鬥3中的原料全部加入到電石爐中後，PLC控制器13又控制油壓 缸收縮，將儲料料鬥3拉回到原始位置。
[0036] 如圖2所示，儲料料鬥3內部側上方安裝有可檢測其料位的雷達料位計4,儲料料 鬥3外側下方安裝有可檢測其位置的霍爾線性位置傳感器5,如圖3所示，在環形轉動裝置 1外部還安裝有輔助檢測各個儲料料鬥3位置的電磁鐵6,電磁鐵6可通過電磁繼電器自動 控制開關。在環形轉動裝置1的外部，還有一個給儲料料鬥3供料的振動給料機7,以及若 幹個用於給電石爐爐頂供料的爐頂料倉8,如圖4和圖5所示爐頂料倉8由主體9、進料口 閥門10和下料口閥門11組成。各個雷達料位計4、霍爾線性位置傳感器5和電磁鐵6,以 及需要進行自動控制的執行裝置都通過現場總線12連接到用於自動控制本料鬥式布料裝 置自動運行的PLC控制器13, PLC控制器13收集所述裝置安裝的所有傳感器的數據並對這 些數據進行濾波處理，根據收集到的數據情況以及系統運行前預設好的一些閾值和其他參 數採用相應的自動控制方法進行對應的自動布料以及自動加料處理。
[0037] 如圖6所示，根據實際應用過程中的現場的不同情況採用的相應的自動控制方法 如下：
[0038] (l)PLC控制器13在每次循環開始時採集到各個數據信息（主要包括料位信息與 位置信息），根據採集到的數據情況進行處理之後進行下一步動作。
[0039] (2)根據得到的採集數據，當儲料料鬥3儲料情況不滿足給電石爐的爐頂料倉8布 料時。在加料過程中首先採用振動給料機-料鬥單級排隊模型進行排隊計算。
[0040] 在由環形轉動裝置1上的缺料的儲料料鬥3和混合塊料倉的振動給料機7構成的 排隊系統中，缺料的儲料料鬥3為顧客，混合塊料倉的振動給料機7作為服務機構，向缺料 的儲料料鬥3提供加料服務，服務規則屬於先到先服務模式。設該輸入過程為泊松過程，事 件流強度為λ，服務時間服從一般分布，即構成Μ/G/l排隊模型。
[0041] 系統排隊情況如圖7所示，在Μ/G/l排隊模型示意圖中各記號的定義說明如下：
[0042] Wn :表示第η個儲料料鬥3加料結束時，排隊系統內還留有的儲料料鬥3的個數， 將離開的儲料料鬥3編為第η號。
[0043] Cn :表示第η+1號儲料料鬥3在加料期間，新進入排隊系統的儲料料鬥3的個數。 從圖中可以看出，當第η+2號儲料料鬥3在加料時，排隊系統內有原有的W n-1個儲料料鬥3 和新加入排隊的Cn個儲料料鬥3,即Wn+1 = Wn+Cn-1。
[0044] 記Tn為第η號儲料料鬥3離開的瞬間，下一個（第η+1號）儲料料鬥3所需的服 務時間（從第η號離開排隊系統開始算起）。由Τ η的定義可知，服務時間{Τη，η > 1}是獨 立且同分布的隨機變量序列，記服務時間均值是TF，方差為σ$，負荷強度ρ = λΤΡ。
[0045] 在實際生產過程中，振動給料機7的電機轉速通常設定為恆定值，振動給料機7將 一個儲料料鬥3從料空加到料滿的時間可認為是定值，所以服務時間服從定長分布，8卩 〇 F =0。
[0046] 根據Pollaczek-Khintchine (P-K)公式，得到下列環形轉動裝置1加料Μ/G/l單 級排隊模型的運行指標：
[0047] 排隊系統中的儲料料鬥3的個數均值：
[0048]

【權利要求】
1. 一種用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置，包括一個環形轉動裝置（1)，環形轉動裝 置（1)連接有用於控制其啟停與轉速的交流電機（2)，其特徵在於，在環形轉動裝置（1)上 固定有若干個可自動翻轉的儲料料鬥（3)，儲料料鬥（3)隨環形轉動裝置（1)轉動，每個儲 料料鬥（3)的內部安裝有用於檢測料位的雷達料位計（4)，外部安裝有用於檢測儲料料鬥 (3)位置的霍爾線性位置傳感器（5)，在環形轉動裝置（1)外部設置有向儲料料鬥（3)供料 的振動給料機（7)以及向電石爐爐頂供料的爐頂料倉（8)，爐頂料倉（8)位於儲料料鬥（3) 下方，所述交流電機（2)、儲料料鬥（3)、雷達料位計（4)、霍爾線性位置傳感器（5)以及振動 給料機⑵通過現場總線（12)連接PLC控制器（13)，PLC控制器（13)根據儲料料鬥（3) 的位置以及儲料料鬥（3)和爐頂料倉（8)的料量，控制儲料料鬥（3)翻轉通過爐頂料倉（8) 向電石爐加料。
2. 根據權利要求1所述用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置，其特徵在於，所述環形轉 動裝置（1)外部安裝有輔助檢測各個儲料料鬥（3)位置的電磁鐵（6)，所述電磁鐵（6)通過 電磁繼電器自動控制開關。
3. 根據權利要求1所述用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置，其特徵在於，在所述儲料 料鬥（3)底部靠近環形旋轉裝置（1)中心的位置安裝有與儲料料鬥（3)底部相連接的油壓 缸，儲料料鬥（3)底部通過轉軸與環形旋轉裝置（1)遠離中心的部分相連接，當需要翻轉儲 料料鬥（3)時，PLC控制器（13)控制油壓缸推動儲料料鬥（3)圍繞轉軸進行翻轉；當儲料 料鬥（3)中的原料全部加入到電石爐中後，PLC控制器（13)又控制油壓缸收縮，將儲料料 鬥（3)拉回到原始位置。
4. 根據權利要求1所述用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置，其特徵在於，所示爐頂料 倉（8)由主體（9)、進料口閥門（10)和下料口閥門（11)組成，其中進料口閥門（10)和下料 口閥門（11)分別位於主體（9)的頂部開口和底部開口處。
5. 根據權利要求1所述用於密閉電石爐的料鬥式布料裝置的自動控制方法，其特徵在 於，包括如下步驟： 實時採集獲取爐頂料倉（8)和儲料料鬥（3)中的料量； 實時採集獲取儲料料鬥（3)的位置； 判斷儲料料鬥（3)是否滿足布料條件，如不滿足，則控制交流電機（2)工作，帶動環 形轉動裝置（1)和其上的儲料料鬥（3)轉動，將未滿料的儲料料鬥（3)對應至振動給料機 (7)，由振動給料機（7)向其中加料，直至滿足布料條件； 當滿足布料條件時，判斷是否有爐頂料倉（8)缺料，當有，控制交流電機（2)工作，帶動 環形轉動裝置（1)和其上的儲料料鬥（3)轉動，將滿料的儲料料鬥（3)對應至缺料的爐頂 料倉（8)，控制其翻轉向爐頂料倉（8)加料。
6. 根據權利要求5所述自動控制方法，其特徵在於，當儲料料鬥（3)滿足布料條件，同 時又沒有處於缺料狀態的爐頂料倉（8)時，判斷是否所有的儲料料鬥（3)都滿料，如果有未 滿料的儲料料鬥（3)，則控制交流電機（2)工作，帶動環形轉動裝置（1)和其上的儲料料鬥 (3)轉動，將未滿料的儲料料鬥（3)對應至振動給料機（7)，由振動給料機（7)向其中加料， 直至所有的儲料料鬥（3)處於滿料狀態。
7. 根據權利要求5或6所述自動控制方法，其特徵在於，所述布料條件為： 當一半以上的儲料料鬥（3)滿料時滿足布料條件； 當一半以上的儲料料鬥（3)未滿料時，如果滿料的儲料料鬥（3)個數大於等於缺料的 爐頂料倉（8)個數的一倍時，滿足布料條件； 否則不滿足布料條件。
8. 根據權利要求7所述自動控制方法，其特徵在於， 當儲料料鬥（3)不滿足布料條件，或者當儲料料鬥（3)滿足布料條件，但沒有爐頂料倉 (8)缺料，又有儲料料鬥（3)處於未滿料狀態，需要利用振動給料機（7)進行加料時，採用振 動給料機-料鬥單級排隊模型進行排隊計算，由振動給料機（7)和缺料的儲料料鬥（3)構 成排隊系統，系統中缺料的儲料料鬥（3)為顧客，振動給料機（7)為服務機構，向缺料的儲 料料鬥（3)提供加料服務，服務規則屬於先到先服務模式，設該輸入過程為泊松過程，事件 流強度為λ，服務時間服從一般分布，即構成Μ/G/l排隊模型； 當儲料料鬥（3)滿足布料條件，向缺料的爐頂料倉（8)加料時，採用環形轉動裝置-爐 頂料倉單級排隊模型進行排隊計算，由環形轉動裝置（1)和缺料的爐頂料倉（8)構成排隊 系統，系統中缺料的爐頂料倉（8)為顧客，環形轉動裝置（1)為服務窗，向缺料的爐頂料倉 (8)提供加料服務，排隊系統容量和潛在顧客數均為常數，設爐頂料倉（8)缺料事件發生的 間隔時間和環形轉動裝置（1)為爐頂料倉（8)服務的時間均為負指數分布，每個爐頂料倉 (8)出現缺料的強度均為λ，環形轉動裝置（1)的平均服務率為μ ;假設在某時刻η個爐 頂料倉（8)中有c個出現缺料狀況，剩餘n-c個的料位還未到達下限，那麼n-c個料倉出現 缺料狀況的強度為λ (η-c)，則該排隊系統構成一個生滅過程，相鄰狀態之間系統內料鬥數 相差不大於1，即下一狀態待加料的爐頂料倉數目只可能增加一個或減少一個，該過程的一 步轉移只能發生在相鄰狀態之間，即構成M/M/1/n/n單服務窗閉合式排隊模型。
9. 根據權利要求7所述自動控制方法，其特徵在於，在任何狀態下，保證任一個爐頂料 倉（8)的進料口閥門（10)和下料口閥門（11)至少有一個處於關閉狀態。
10. 根據權利要求7所述自動控制方法，其特徵在於，對各個爐頂料倉（8)的下料情況 進行實時監測，判斷固定時間內爐頂料倉（8)中的下料量是否滿足設定閾值，當不滿足時 進行報警操作，提醒操作員檢查是否有設備故障以及生產是否正常。
【文檔編號】F27D3/00GK104296534SQ201410546793
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】韓九強, 陳岐, 劉俊, 鄭輯光, 張新曼 申請人:西安交通大學