嵌入式高炉喷吹煤粉质量流量计的设计与开发--《东北大学》2011年硕士论文
嵌入式高炉喷吹煤粉质量流量计的设计与开发
【摘要】：高炉煤粉喷吹是现代高炉炼铁普遍采用的一项技术,而煤粉流量的检测是高炉喷煤技术的一个重要环节。在大喷吹量煤粉输送的前提下,如何稳定、均匀、准确地调节煤粉喷吹量,是维持炉温稳定、保持炉况顺行,使得高炉达到最佳冶炼状态的基本前提之一。设计一个精确、稳定的高炉煤粉质量流量检测装置是两相流检测领域一个亟待解决的难题。本文以南钢3#高炉煤粉检测系统为背景,根据对南钢现场工艺的调研分析,在电容法测量煤粉流动信号的基础上,结合互相关算法及线性回归等相关知识,设计一个嵌入式煤粉质量流量计来实现煤粉质量流量的在线检测。本文主要完成了以下工作：(1)对电容法速度和浓度传感器进行了优化设计,确定两种传感器的结构尺寸,并设计制作了上下游平行极板式的速度传感器以及旋转角为180°的螺旋极板式的浓度传感器。(2)针对信号检测电路存在的问题,提出了利用数字信号合成技术产生正弦信号、利用交流激励法进行C/V转换、对电路的动态响应进行分析并优化电路参数以获得最佳动态响应时间等电路设计方法。(3)采用S3C6410作为系统的数字处理单元并外扩AD采集电路,在Platform Builder环境下实现硬件电路驱动程序的编写并定制Windows EmbeddedCE 6.0作为嵌入式操作系统。(4)分析比较常用的速度和质量流量算法,速度计算选用基于FFT的互相关算法,并对速度算法进行优化以及对速度计算结果进行校正。浓度测量中考虑温度变化对浓度的影响。然后利用非线性回归分析对质量流量算法进行分段建模,并实现模型识别以及模型校正功能。(5)利用Visual Studio 2005软件实现速度和流量算法,并实现数据存储以及人机接口界面等功能。(6)结合硬件电路进行浓度和速度信号检测的相关实验,并对基于非线性回归分析的流量算法进行精度分析。结果表明,该质量流量计的设计精度能够满足现场的精度要求。
【关键词】：
【学位授予单位】：东北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TF321;TH814.6【目录】：
摘要5-7Abstract7-13第1章 绪论13-19 1.1 课题背景与意义13-14 1.2 国内外煤粉流量检测技术研究和应用现状14-17 1.3 本课题主要研究内容17-19第2章 流量测量系统的总体设计19-37 2.1 传感器的选择19-20 2.2 信号检测电路的选择20-25
2.2.1 充放电电容测量电路20-23
2.2.2 交流激励C/V转换电路23-25 2.3 嵌入式数字电路的选取25-29
2.3.1 嵌入式系统简介26-27
2.3.2 嵌入式微处理器简介27-28
2.3.3 S3C6410处理器的选择28-29 2.4 嵌入式操作系统的选取29-33
2.4.1 嵌入式操作系统概念及特点29-31
2.4.2 常见的嵌入式操作系统31-32
2.4.3 WinCE 6.0操作系统的选择32-33 2.5 模数转换芯片的选取33-34 2.6 本章小结34-37第3章 传感器及硬件平台的设计37-67 3.1 传感器设计37-42
3.1.1 浓度传感器的设计37-40
3.1.2 速度传感器的设计40-42
3.1.3 电容传感器设计的注意事项42 3.2 电源部分设计42-43 3.3 信号提取电路设计43-59
3.3.1 正弦激励信号发生电路设计44-49
3.3.2 C/V转换电路设计49-52
3.3.3 交流放大器设计52-53
3.3.4 相敏解调电路设计53-54
3.3.5 移相电路设计54-55
3.3.6 滤波电路设计55-58
3.3.7 浓度电压调节电路设计58-59 3.4 AD转换电路设计59-61
3.4.1 电路设计原理图59-60
3.4.2 AD7656的工作原理60-61 3.5 数字电路设计61-65
3.5.1 串行通信电路设计62
3.5.2 USB接口电路设计62-63
3.5.3 存储设备SD卡电路的设计63-64
3.5.4 LCD和触摸屏接口电路64-65 3.6 电路设计注意事项65-66 3.7 本章小结66-67第4章 操作系统定制及AD驱动的实现67-79 4.1 WinCE 6.0操作系统的定制67-68
4.1.1 操作系统定制流程67-68
4.1.2 Platform Builder简介68 4.2 WinCE 6.0驱动程序开发68-72
4.2.1 驱动程序开发基础68-70
4.2.2 驱动程序模型70-71
4.2.3 驱动程序的系统结构71-72 4.3 AD7656驱动程序的实现72-77
4.3.1 流接口函数的实现73-76
4.3.2 加载流接口驱动程序76-77 4.4 本章小结77-79第5章 算法分析及实现79-107 5.1 常见速度算法79-89
5.1.1 相关算法79-84
5.1.2 波形比较法84-87
5.1.3 最小差法87-89 5.2 流量测量方法分析89-96
5.2.1 煤粉体积浓度的确定90-92
5.2.2 速度算法的优化及校正92-96 5.3 其它流量测量方法96-106
5.3.1 流量软测量方法简介96-97
5.3.2 辅助变量的选择97
5.3.3 测量数据的处理97-98
5.3.4 流量测量模型的建立98-99
5.3.5 基于多元非线性回归流量算法的实现99-103
5.3.6 模型的识别103-104
5.3.7 流量校正模块104-106 5.4 人机界面的实现106 5.5 本章小结106-107第6章 实验与结果分析107-121 6.1 螺旋极板式浓度传感器均匀性误差测试107-109 6.2 交流激励法与充放电法电路对比实验109-112
6.2.1 交流激励电路输出电压与激励频率关系实验109-110
6.2.2 稳定性对比实验110-111
6.2.3 灵敏度与线性度对比实验111-112 6.3 滤波电路动态响应分析112-116
6.3.1 品质因子Q对动态响应的影响113-114
6.3.2 器件参数对动态响应的影响114-115
6.3.3 滤波器阶数对动态响应的影响115-116 6.4 速度算法对比分析实验116-118 6.5 质量流量算法精度分析实验118-121
6.5.1 瞬时质量流量算法精度118-119
6.5.2 累积质量流量算法精度119-121第7章 结论与展望121-123参考文献123-127致谢127
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京公网安备75号喷吹煤,PCI coal,音标,读音,翻译,英文例句,英语词典
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1)&&PCI coal
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提高烟煤使用比例,可以降低喷吹煤中Al2O3含量。
2)&&gas injection
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对喷吹煤气后高炉的成渣过程进行了模拟研究,结果表明:FeO的含量决定了初渣的性能。
3)&&pulverized coal injection
A model and application of the BF tuyere erosion
by pulverized coal injection;
高炉粉煤喷吹风口磨损模型及应用
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5)&&bituminous coal injection
The present paper describes the whole process of the BF bituminous coal injection technology and especially elaborates the functions of the system,hardware configuration, principle of the system design,software design of the system and system control pattern.
叙述高炉烟煤喷吹技术整个工艺过程,着重阐述系统功能、硬件配置、系统设计原则、系统软件设计以及系统的控制方式,经运行考验证明系统性能稳定可靠。
6)&&pulverized coal injection
For pulverized coal injection systems of blast furnaces, a neural network (NN) flowrate measurement model based on Genetic Algorithms (GA) is presented.
针对高炉煤粉喷吹系统 ,建立一种基于遗传算法的神经网络流量测量模型 ,考虑BP算法训练神经网络测量模型时收敛速度慢、动态特性不够理想等不足 ,用改进的遗传算法来优化神经网络测量模型的参数 ,以提高测量系统的精度·现场实验表明 ,最大满量程误差小于 3 。
this paper discussed the application of FNAOC in thepulverized coal injection system of the Rotary-Kiln.
本文讨论了模糊神经网络控制(FNNC)方法在回转窑煤粉喷吹系统上的应用,提出了一种使回转窑生产线上用于加热的煤粉喷吹系统在生产过程中能够根据各反馈信号自动调节煤粉喷吹流量的控制方法。
The pulverized coal injection system is the main electric equipment that be special stress on protecting for the rotary kiln.
煤粉喷吹系统为回转窑重点保护的主要电气设备。
补充资料：高炉喷吹粒煤工艺介绍
80年代以来，英国、法国、美国的少数高炉采用了喷吹粒煤工艺。粒煤的平均粒度约０.６ｍｍ，最大颗粒２－３ｍｍ。１９９１年１０月，英国斯肯索帕厂维多利亚高炉喷吹粒煤的月平均喷煤量达到了２０１ｋｇ／ｔ铁。此时的煤焦置换比仍然比较高（０.９３－１.０ｔ／ｔ），炉顶煤气中含尘量仍保持在７ｋｇ／ｔ铁左右（说明粒煤全部在炉内消化），高炉操作顺行。由于喷吹粒煤具有磨煤机投资低，电耗少以及制煤、喷吹安全性好的优点，加上喷煤量也能达到２００ｋｇ／ｔ铁，国内有些工厂也想采用喷吹粒煤工艺，其中唐钢已经引进了二手设备，供２５００ｍ３高炉使用，目前正在安装调试，不久将投入运行。
如果国内其他工厂也想采用粒煤工艺，建议先要考虑一下本厂的实际情况，与国外高炉对照一下，需要多高的喷煤量，是否具备了喷吹粒煤的条件：? １?英国斯肯索帕厂的原燃料条件本来就很好，为了将喷煤量提高到２００ｋｇ／ｔ铁，焦炭Ｍ４０强度从原来的８２%－８３％提高到８６.７％，Ｍ１０＝５.７％（年平均），烧结矿ＩＳＯ强度从７２％提高到７６％。显然，中国大部分高炉的原燃料尚未达到这种上好条件，也就不能要求达到同样的喷煤量。? ２?喷吹粒煤并不是什么煤种都一样，参照国外经验，宜选择含有较多结晶水的高挥发份烟煤或褐煤，因为这种粒煤具有较强的急热爆裂性，在风口前燃烧时会产生爆裂而进一步被粉碎。根据德国亚森大学的试验结果，即使用了有较强爆裂性的煤种，粒煤在风口前的燃烧率也仅为烟煤粉的７０％左右。如果选用普通烟煤或无烟煤，那么粒煤的燃烧率就会更低达不到粉煤的喷煤量，在喷吹等同煤量时，进入炉内的未燃粒煤就会相应增多，要充分注意喷吹粒煤燃烧率低这一特点。? ３?维多利亚高炉喷吹２０１ｋｇ／ｔ铁粒煤时的风温为１１３９℃，富氧率为８.５２％（相当于１００Ｎｍ３／ｔ铁氧气）而宝钢３号高炉１９９８年５月月平均喷吹混合煤粉１９７ｋｇ／ｔ铁，风温１１９９℃，富氧率仅为２.２％（相当于３０Ｎｍ３／ｔ铁氧气）。在我国目前电价和制氧成本较高的情况下，富氧量的多少是决定高炉喷煤经济效益的主要因素，因此必须根据本厂条件计算以煤代焦降低铁水成本和富氧增加铁水成本两笔经济账。过多的富氧会使高炉喷煤变成得不偿失。? ４?在相同燃烧率的条件下，喷吹带有较多结晶水的粒煤在风口前的燃烧生成热量要比一般烟煤少（比无烟煤更少），为了满足高炉操作必需的最低理论燃烧温度，必然要有更多的热量补偿手段棗富氧和风温。如要降低昂贵的富氧量，必须要有高风温（１％富氧率，约相当于７５℃风温）。显然，我国的大部分高炉目前都还不具备高风温的条件，因此，喷吹粒煤与喷吹粉煤相比，更加无法期望较高的喷煤量。
说明：补充资料仅用于学习参考，请勿用于其它任何用途。