基于音源特征的烧结机风量控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于音源特征的烧结机风量控制方法及系统。烧结车间设置有声音信号采集器，主抽风机出口设置有风量检测仪，所述方法包括：步骤1：采集各种工况下烧结车间声音数据；对烧结车间声音数据进行信源重构，获得信源重构样本集；利用获得的信源重构样本集构建烧结机漏风率评价模型；步骤2：实时采集烧结车间声音数据，依据漏风率评价模型在线计算烧结机漏风率指标；步骤3：实时采集主抽风机的出口风量，依据检测到的出口风量和烧结机的理论风量计算风机的出口误差风量；依据烧结机漏风率指标计算烧结机的漏风风量补偿值，再依据漏风风量补偿值和出口误差风量计算烧结机误差风量，根据烧结机误差风量对主抽风机电机频率进行调节。

【技术实现步骤摘要】
基于音源特征的烧结机风量控制方法及系统
本专利技术涉及一种基于音源特征的烧结机风量控制方法及系统。
技术介绍
铁矿石烧结是现代钢铁冶金流程中的重要环节，其最主要生产环节是在台车式烧结机上将混合均匀的小颗粒状原料点火燃烧，使其熔合成块状烧结矿。为保证烧结矿结结块的强度和化学成分，需要原料在烧结机上得到充分燃烧。混合搅拌均匀的小颗粒状原料在烧结机上是以厚料层形式均匀分布的，为保证原料的充分燃烧，烧结机会在原料层下方设置风箱并连接烧结主抽风机，通过主抽风机产生的负压，将新鲜空气带入到燃烧的原料层中。烧结生产需要为烧结机提供有效的风量控制，来满足提高烧结矿产量、质量和降低生产能耗的目的。烧结机漏风是抽风烧结过程中风量的一个重要影响因素，由于烧结机的密封结构和长期使用的保养问题，烧结生产过程中的漏风现象，会导致实际烧结风量要严重低于设定风量，造成原料燃烧不充分的现象，影响烧结矿质量。烧结机及其附属的风箱、风管、阀门等，由于结构复杂，且工作在高温状态，使漏风率的检测一直缺少行之有效的手段，这就造成烧结主抽风机的风量闭环控制系统缺少的关键的反馈变量，无法进行精确的实时风量调节。所以目前的烧结生产只能做到风管风量控制，而做不到针对烧结机的风量控制。目前烧结生产的解决方案是加大烧结主抽风机的风量，采用冗余风量的方式克服这一问题，但是这就造成了主抽风机能源的浪费，也容易造成烧结矿燃烧过度的现象。对于烧结生产而言，主抽风机烧结厂最大的用电设备，以一台550平方米的烧结机为例，其烧结主抽风机的电机功率可以达到9600千瓦，耗电非常惊人，如果可以对烧结风量进行精确控制，减少浪费，就会产生非常大的经济效益。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种便于烧结机风量调节的基于音源特征的烧结机风量控制方法。为达到上述目的，本专利技术一种基于音源特征的烧结机风量控制方法，烧结机所在车间设置有若干声音信号采集器，主抽风机出口设置有风量检测仪，所述方法包括如下步骤：步骤1：分别采集正常工况下和故障状态下的烧结车间声音数据；对烧结车间声音数据进行信源重构，获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集；利用获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集构建基于音源特征的烧结机漏风率评价模型；步骤2：实时采集烧结车间声音数据，依据烧结机漏风率评价模型在线计算烧结机漏风率指标，获得基于音源特征的烧结机漏风率指标；步骤3：实时采集主抽风机的出口风量，依据检测到的出口风量和烧结机的理论风量计算获得风机的出口误差风量；依据基于音源特征的烧结机漏风率指标计算烧结机的漏风风量补偿值，再依据漏风风量补偿值和风机的出口误差风量计算烧结机误差风量，依据烧结机误差风量对主抽风机电机频率进行调节。进一步地，所述步骤1中构建基于音源特征的烧结机漏风率评价模型的具体方法为：步骤1.1：对采集到的烧结车间声音数据进行处理，获得正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault；步骤1.2：将正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault混合并进独立成分分析，获得烧结机生产车间声音信号的信源重构模型；步骤1.3：利用获得的信源重构模型对正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault分别进行信源重构，获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集；步骤1.4：对比漏风故障信源重构样本集与正常信源重构样本集在不同声音来源上的差异，按照降序选出差异最大的若干个独立声音源，作为漏风故障特征音源集F，F＝{f1，…，fk}，其中，fi为第i个特征音源；步骤1.5：分析正常信源重构样本集中在特征音源中的强度分布，采用统计参数估计的方法，按照人工设定的显著度α计算正常信源重构样本在特定音源fi的强度分布置信上限UCLi，将UCLi作为该特征音源对应的强度阈值，得到特征音源对应的强度阈值集TH，TH＝{th1，…，thk}；步骤1.6：定义各特征频率对漏风率的贡献率，记为Ω＝{ω1，…，ωk}；特征频率fi处的漏风率贡献指标定义为表达式ci＝G(si，thi，ωi)；定义烧结机漏风率指标为其中si为当前样本在特征频率f处的声音强度；优化和计算各特征频率对漏风故障的贡献率Ω＝{ω1，…，ωk}，确定烧结机漏风率指标C的最优参数，最终获得基于音源特征的烧结机漏风率评价模型。进一步地，所述步骤2中获得基于音源特征的烧结机漏风率指标的方法包括：步骤2.1：对采集到的烧结车间声音数据进行采样和去噪处理，获得在线声音样本；步骤2.2：对在线样本进行音源分析，获得在线故障特征音源对应的声音强度集Sj，Sj＝{sj1，…，sjk}，其中，j为当前样本的序号，i为特征音源序号，sji为当前样本第i个特征对应的声音强度；步骤2.3：计算在线样本在特征频率fi处的漏风故障贡献指标cji＝G(sji，thi，ωi)，将每个特征频率对应的漏风故障贡献指标累加，得到第j个在线样本的烧结机漏风率指标进一步地，所述步骤3中计算获得风机的出口误差风量的方法为：步骤3.1：设定烧结机理论风量F0并检测主抽风机出口风量F1，利用公式Ferr＝F0-F1，计算获得风机出口风量误差Ferr；步骤3.2：利用烧结机漏风率评价模型及在线声音数据计算烧结机漏风率C，依据设定的策略和烧结机漏风率计算烧结机风量补偿值Fm，Fm＝f(R)；步骤3.3：通过风机出口风量误差Ferr和风量补偿值Fm计算烧结风量误差Fa，计算公式为Fa＝Ferr+Fm；步骤3.4：依据烧结机风量误差Fa及相应的控制策略，计算主抽风机电机频率设定值Piset以对环冷风机电机频率进行调节，实现对烧结机风量的控制，其中Piset＝Gi(Fa)。本专利技术一种烧结机风量控制控制方法，以烧结车间声音信号作为检测手段的烧结机漏风率评价方法；利用盲源分离技术，构造了一种烧结机漏风率的特征表示方法，该特征表示方法，为烧结机漏风率提供了可监测的依据；通过计算特征音源上的强度阈值，定义了一种可供数值计算的烧结机漏风率评价标准，该判据是烧结机漏风率自动检测的基础。本专利技术通过对主抽风机出口风量检测反馈和烧结机漏风检测反馈，实现了烧结抽风系统的全程控制；精确控制烧结风量，提高了烧结生产的稳定性，提高了烧结矿质量；通过精确调节主抽风机电机频率，可以大量减少冗余风量，降低烧结生产能耗；为达到上述目的，本专利技术一种基于音源特征的烧结机风量控制系统，包括设置在烧结车间的声音信号采集器、设置在主抽风机出口处的风量检测仪；所述声音信号采集器与漏风检测服务器通讯连接；所述风量检测仪与主抽风机控制器通讯连接；所述漏风检测服务器与主抽风机控制器通讯连接；所述主抽风机控制器与主抽风机变频器电连接；所述系统按照上述的基于音源特征的烧结机风量控制方法对烧结机风量进行控制。本专利技术基于音源特征的烧结机风量控制系统，通过对生产过程中采集到的音频信号进行分析和计算，得到漏风量的评价值，以漏风率评价值和环冷风机出风口的风量检测值作为控制系统的反馈信号，以环冷风机的电机运行频率作为调节量，实现了烧结机风量的在线闭环控制。本专利技术通过对主抽风机出口风量检测反馈和烧结机漏风检测反馈，实现了烧结抽风系统的全程控制；能够精确控制烧结风量，提高了烧结生产的稳定性，提高了烧结矿质量；通过精确调节主抽风机电机频率，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于音源特征的烧结机风量控制方法，烧结机所在车间设置有若干声音信号采集器，主抽风机出口设置有风量检测仪，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：分别采集正常工况下和故障状态下的烧结车间声音数据；对烧结车间声音数据进行信源重构，获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集；利用获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集构建基于音源特征的烧结机漏风率评价模型；步骤2：实时采集烧结车间声音数据，依据烧结机漏风率评价模型在线计算烧结机漏风率指标，获得基于音源特征的烧结机漏风率指标；步骤3：实时采集主抽风机的出口风量，依据检测到的出口风量和烧结机的理论风量计算获得风机的出口误差风量；依据基于音源特征的烧结机漏风率指标计算烧结机的漏风风量补偿值，再依据漏风风量补偿值和风机的出口误差风量计算烧结机误差风量，依据烧结机误差风量对主抽风机电机频率进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于音源特征的烧结机风量控制方法，烧结机所在车间设置有若干声音信号采集器，主抽风机出口设置有风量检测仪，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：分别采集正常工况下和故障状态下的烧结车间声音数据；对烧结车间声音数据进行信源重构，获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集；利用获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集构建基于音源特征的烧结机漏风率评价模型；步骤2：实时采集烧结车间声音数据，依据烧结机漏风率评价模型在线计算烧结机漏风率指标，获得基于音源特征的烧结机漏风率指标；步骤3：实时采集主抽风机的出口风量，依据检测到的出口风量和烧结机的理论风量计算获得风机的出口误差风量；依据基于音源特征的烧结机漏风率指标计算烧结机的漏风风量补偿值，再依据漏风风量补偿值和风机的出口误差风量计算烧结机误差风量，依据烧结机误差风量对主抽风机电机频率进行调节。2.根据权利要求1所述的基于音源特征的烧结机漏风量控制方法，其特征在于，所述步骤1中构建基于音源特征的烧结机漏风率评价模型的具体方法为：步骤1.1：对采集到的烧结车间声音数据进行处理，获得正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault；步骤1.2：将正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault混合并进独立成分分析，获得烧结机生产车间声音信号的信源重构模型；步骤1.3：利用获得的信源重构模型对正常数据集Xnormal和漏风故障数据集Xfault分别进行信源重构，获得正常工作信源重构样本集和漏风故障信源重构样本集；步骤1.4：对比漏风故障信源重构样本集与正常信源重构样本集在不同声音来源上的差异，按照降序选出差异最大的若干个独立声音源，作为漏风故障特征音源集F，F＝{f1，…，fk}，其中，fi为第i个特征音源；步骤1.5：分析正常信源重构样本集中在特征音源中的强度分布，采用统计参数估计的方法，按照人工设定的显著度α计算正常信源重构样本在特定音源fi的强度分布置信上限UCLi，将UCLi作为该特征音源对应的强度阈值，得到特征音源对应的强度阈值集TH，TH＝{th1，…，thk}；步骤1.6：定义各特征频率对漏风率的贡献率，记为Ω＝{ω1，…，ωk}；特征频率fi处的漏风率贡献指标...

【专利技术属性】
技术研发人员：方田，叶学农，
申请(专利权)人：中冶华天南京工程技术有限公司，中冶华天工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32