CN109028097A - 一种用于给料炉排的控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于给料炉排的控制***，包括：依次设置的伺服电缸结构单元、编码器、伺服驱动器、运动控制器、可编程逻辑控制器和人机界面，其中，伺服电缸结构单元包括伺服电缸和伺服电机，并且伺服电缸将伺服电机的旋转运动转换成给料炉排的直线运动；编码器用于测量伺服电机的角位移和角速度；伺服驱动器用于控制伺服电机的运动；运动控制器用于控制给料炉排的运动；可编程逻辑控制器和人机界面用于编写控制程序和操作界面。根据本发明的控制***，可以保持洁净的现场环境，节省能源，且噪音低，节能干净，抗冲击力强，操作维护简单；避免采用位移式拉绳传感器带来的易干扰和故障损坏等问题；可以实现各炉排的同步和不同步控制。

Description

一种用于给料炉排的控制***

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧技术领域，具体而言涉及一种用于给料炉排的控制***。

背景技术

目前随着城市化建设的发展，城市生活垃圾日益增多，采用传统的填埋方式已经不能满足需求，垃圾焚烧发电逐渐成为垃圾处理的主要途径，垃圾经过现代化的焚烧处理，实现了垃圾的减量化、无害化和资源化再利用。

垃圾从进料口倒入溜槽，通过给料炉排的往复推动将垃圾送入焚烧炉内的炉床上进行焚烧。垃圾焚烧中给料炉排是整个生产当中非常重要的设备，其工作稳定性和控制方式影响着整个焚烧过程的质量和可持续性，从而影响了整个垃圾焚烧电厂的生活垃圾处理能力和经济效益。每台焚烧炉根据炉型的不同一般有3到6个不等的给料炉排，每个给料炉排设置有单独的给料小车，目前给料炉排大部分采用液压驱动，前进后退由液压油站的电磁阀来控制，推进速度通过调整比例阀的开度来调节。液压油站噪音大，油管众多，如果不及时更换易损件，容易出现漏油事件，污染现场环境，可维护性差。由于燃烧的工况时刻变化，有时甚至会有巨大的波动，采用这种控制显然速度调整比较滞后，而且给料炉排后退速度一般不可控。给料炉排的工作环境恶劣，给料炉排的位移式拉绳传感器常常因为腐蚀等原因出现钢丝绳断裂、零位漂移等故障，而且复杂的电磁环境容易干扰传感器信号，导致控制***不能正确检测给料炉排位置，甚至给料炉排运行至机械行程末端卡死了给料炉排，给料炉排无法再工作，造成停炉生产事故，工作人员必须进入炉膛清理垃圾，加重了运行人员劳动强度，恢复工作一般需要停炉数天检修，也造成数十万的重大损失。根据现场生产的需要，经常需要几个给料炉排同步或者不同步控制，而现有炉排很难兼顾两者。

因此，有必要提供一种用于给料炉排的控制***，以解决上述技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对目前的不足，本发明提供一种用于给料炉排的控制***，包括：依次设置的伺服电缸结构单元、编码器、伺服驱动器、运动控制器、可编程逻辑控制器和人机界面，其中，所述伺服电缸结构单元与所述给料炉排连接，所述伺服电缸结构单元包括依次设置的伺服电缸和伺服电机，并且所述伺服电缸将所述伺服电机的旋转运动转换成所述给料炉排的直线运动，以实现所述给料炉排的前进、后退的运动；所述编码器设置在所述伺服电机的末端，用于测量所述伺服电机的角位移和角速度；所述伺服驱动器用于控制所述伺服电机的运动；所述运动控制器用于控制所述给料炉排的前进、后退的运动；所述可编程逻辑控制器和所述人机界面用于编写控制程序和操作界面，所述控制程序用于实现所述给料炉排的同步或不同步控制，所述操作界面用于设置所述给料炉排的运行参数，并根据故障提示信息进行故障处理。

进一步，所述给料炉排的前进、后退的运动通过半闭环控制***进行控制，并且所述半闭环控制***采用所述编码器和所述伺服电缸结构单元进行控制。

进一步，所述半闭环控制***包括三个闭环负反馈PID调节***。

进一步，所述闭环负反馈PID调节***包括位置环负反馈PID调节***、速度环负反馈PID调节***和电流环负反馈PID调节***。

进一步，所述位置环负反馈PID调节***的给定为所述伺服电机的位置反馈，所述位置环负反馈PID调节***的输出为所述位置反馈和给定位置的比较。

进一步，所述速度环负反馈PID调节***的给定为所述位置环负反馈PID调节***的所述输出，所述速度环负反馈PID调节***的输出为所述速度环负反馈PID调节***的所述给定和所述伺服电机的速度反馈的比较。

进一步，所述电流环负反馈PID调节***的给定为所述速度环负反馈PID调节***的所述输出，所述电流环负反馈PID调节***的输出为所述给料炉排的运动距离、运动速度和运动加速度。

进一步，所述电流环负反馈PID调节***在所述伺服驱动器的内部实现。

进一步，还包括机械限位、软件限位或硬件限位开关。

进一步，所述硬件限位开关包括正极限开关、负极限开关或原点开关。

综上所述，根据本发明的用于给料炉排的控制***，利用伺服电缸将伺服电机的旋转运动转换成给料炉排的直线运动，伺服电缸可以在恶劣环境下无故障长期工作，无易损件需要维护更换，可以保持洁净的现场环境，节省能源，并消除了液压油泄漏污染环境的缺点，且噪音低，节能干净，抗冲击力强，操作维护简单；采用编码器测量伺服电机的角位移和角速度，避免了采用位移式拉绳传感器带来的易干扰和故障损坏等问题；而且可以灵活的实现各炉排的同步和不同步控制，几个炉排的前进和后退速度和进程可以相同也可以不同，减少控制***频繁的人工干预、减少操作人员的劳动强度。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为本发明实施例的用于给料炉排的控制***的框图；

图2为本发明实施例的通过半闭环控制***控制给料炉排运动的控制原理图。

附图标记说明：

100、用于给料炉排的控制*** 101、伺服电缸结构单元

1011、伺服电缸 1012、伺服电机

102、编码器 103、伺服驱动器

104、运动控制器 105、可编程逻辑控制器

106、人机界面 107、机械限位

1071、初始位置机械限位 1072、末端位置机械限位

108、硬件限位开关 1081、正极限开关

1082、负极限开关 1083、原点开关

109、给料炉排

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出具体的实施方案，以便阐释本发明如何改进目前存在的问题。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

每台焚烧炉根据炉型的不同一般有3到6个不等的给料炉排，每个给料炉排设置有单独的给料小车，目前给料炉排大部分采用液压驱动，前进后退由液压油站的电磁阀来控制，推进速度通过调整比例阀的开度来调节。液压油站噪音大，油管众多，如果不及时更换易损件，容易出现漏油事件，污染现场环境，可维护性差。由于燃烧的工况时刻变化，有时甚至会有巨大的波动，采用这种控制显然速度调整比较滞后，而且给料炉排后退速度一般不可控。给料炉排的工作环境恶劣，给料炉排的位移式拉绳传感器对安装人员的技能要求比较高，安装过程中如果操作不当很容易损坏，常常因为腐蚀等原因出现钢丝绳断裂、零位漂移等故障，而且复杂的电磁环境容易干扰传感器信号，导致控制***不能正确检测给料炉排位置，甚至给料炉排运行至机械行程末端卡死了给料炉排，给料炉排无法再工作，造成停炉生产事故，工作人员必须进入炉膛清理垃圾，加重了运行人员劳动强度，恢复工作一般需要停炉数天检修，也造成数十万的重大损失。根据现场生产的需要，经常需要几个给料炉排同步或者不同步控制，而现有炉排很难兼顾两者。

示例性实施例

图1示出了本发明的实施例的一种用于给料炉排的控制***100的框图。下面参照图1来具体描述该用于给料炉排的控制***100。

如图1所示，本发明提供一种用于给料炉排109的控制***100，包括：依次设置的伺服电缸结构单元101、编码器102、伺服驱动器103、运动控制器104、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)105和人机界面(human machine interface，HMI)106，其中，所述伺服电缸结构单元101与所述给料炉排109连接，所述伺服电缸结构单元101包括依次设置的伺服电缸1011和伺服电机1012，并且所述伺服电缸1011将所述伺服电机1012的旋转运动转换成所述给料炉排109的直线运动，以实现所述给料炉排109的前进、后退的运动；所述编码器102设置在所述伺服电机1012的末端，用于测量所述伺服电机1012的角位移和角速度；所述伺服驱动器103用于控制所述伺服电机的运动；所述运动控制器104用于控制所述给料炉排109的运动；所述可编程逻辑控制器105和所述人机界面106用于编写控制程序和操作界面，所述控制程序用于实现所述给料炉排109的同步或不同步控制，所述操作界面用于设置所述给料炉排109的运行参数，并根据故障提示信息进行故障处理。

根据本发明的用于给料炉排的控制***，利用伺服电缸1011将伺服电机1012的旋转运动转换成所述给料炉排109的直线运动，伺服电缸1011可以在恶劣环境下无故障长期工作，无易损件需要维护更换，可以保持洁净的现场环境，节省能源，并消除了液压油泄漏污染环境的缺点，且噪音低，节能干净，抗冲击力强，操作维护简单；采用编码器102测量伺服电机1012的角位移和角速度，避免了采用位移式拉绳传感器带来的易干扰和故障损坏等问题；而且可以灵活的实现各炉排的同步和不同步控制，几个炉排的前进和后退速度和进程可以相同也可以不同，减少控制***频繁的人工干预、减少操作人员的劳动强度。

其中，所述给料炉排109的前进、后退的运动通过半闭环控制***进行控制，并且所述半闭环控制***采用所述编码器102和所述伺服电缸结构单元101进行控制。所述伺服电缸结构单元101的推力可达35吨，速度可达1m/s，行程为2500mm，完全满足给料炉排的需求。伺服电缸结构单元101只需要普通交流电就可以控制给料炉排的运动，其运行过程中噪音小，操作维护简单；采用所述编码器102和所述伺服电缸结构单元101对所述给料炉排109的前进、后退的运动进行控制，结构紧凑、外形尺寸较小。

图2示出了通过半闭环控制***控制给料炉排运动的控制原理图。如图2所示，所述半闭环控制***包括三个闭环负反馈PID调节***。具体地，所述闭环负反馈PID调节***包括位置环负反馈PID调节***、速度环负反馈PID调节***和电流环负反馈PID调节***。

其中，伺服电缸1011通过编码器102测量伺服电机1012的角位移和角速度，并将所测信号反馈到进给***，反馈位置信息和位置给定比较后的输出直接作为速度环的给定。速度环的给定和伺服电机1012的速度反馈比较后作为电流环的设定，通过对给料炉排109的运动距离、速度、加速度等进行控制，从而可以精确控制给料炉排109的前进、后退的速度和行程。

具体地，所述位置环负反馈PID调节***的给定为所述伺服电机1012的位置反馈；所述位置环负反馈PID调节***的输出为所述位置反馈和给定位置的比较,示例性地，由位置控制调节器对位置反馈和给定位置进行比较。

所述速度环负反馈PID调节***的给定为所述位置环负反馈PID调节***的输出，即伺服电机1012的位置反馈和和给定位置的比较；所述速度环负反馈PID调节***的输出为所述速度环负反馈PID调节***的所述给定和所述伺服电机1012的速度反馈的比较，示例性地，由速度控制调节器对速度环负反馈PID调节***的给定和速度反馈进行比较。

所述电流环负反馈PID调节***在所述伺服驱动器103的内部实现。所述电流环负反馈PID调节***的给定为所述速度环负反馈PID调节***的输出，即所述速度环负反馈PID调节***的所述给定和所述伺服电机的速度反馈的比较；所述电流环负反馈PID调节***的输出为所述给料炉排109的运动距离、运动速度和运动加速度。由伺服电缸1011将伺服电机1012的旋转运动转换成所述给料炉排109的直线运动，以实现给料炉排109的前进、后退的运动，从而可以精确控制给料炉排109的前进、后退的速度和行程。

本发明的半闭环控制***采用半闭环的控制方式，在焚烧工况剧烈变化时对给料炉排速度可操作性强，动态响应快。可以实现多段速控制，给料压缩冲程需要快速推进，正常给料时候需要平缓的速度推进，后退速度可以根据现场运行需要进行设置。给料炉排推进的长度可以设置，定位和重复定位精度高。给料炉排能够频繁启停，由于其具有优异的控制性和稳定性，可以实现24小时不间断给料。

本发明采用编码器102对伺服电机1012的角位移和角速度进行测量，用户无需考虑位置检测装置的安装问题，而且避免了给料炉排的位移式拉绳传感器因为腐蚀等原因出现钢丝绳断裂、零位漂移等故障，并且编码器102在复杂的电磁环境下编码器抗干扰能力强，检测精度高。而且运用可编程逻辑控制器105和人机界面106编写控制程序和操作界面，可以大大加强给料炉排109的运动控制的灵活性和自动化程度。

进一步地，所述控制***还包括设置在所述给料炉排109的行程的两端的机械限位107、设置在所述控制程序内部的软件限位和在所述给料炉排109的最大行程附近和最小行程附近的硬件限位开关108。进一步地，机械限位107包括初始位置机械限位1071和末端位置机械限位1072。所述硬件限位开关108包括正极限开关1081、负极限开关1082和原点开关1083。在长期运行中，如果出现位置偏差超出设置范围，可以执行回原点操作，重新校正零点。机械限位107、软件限位和硬件限位开关108的三道安全保障，大大减小了给料炉排的卡死和冲出行程范围的情况出现，极大提高了给料炉排运行的安全可靠性和易维护性。

综上所述，根据本发明的用于给料炉排的控制***，利用伺服电缸将伺服电机的旋转运动转换成给料炉排的直线运动，伺服电缸可以在恶劣环境下无故障长期工作，无易损件需要维护更换，可以保持洁净的现场环境，节省能源，并消除了液压油泄漏污染环境的缺点，且噪音低，节能干净，抗冲击力强，操作维护简单；采用编码器测量伺服电机的角位移和角速度，避免了采用位移式拉绳传感器带来的易干扰和故障损坏等问题；可以灵活的实现各炉排的同步和不同步控制，几个炉排的前进和后退速度和进程可以相同也可以不同，可以实现多段速控制，减少控制***频繁的人工干预、减少操作人员的劳动强度；半闭环控制***控制给料炉排的运动，能够适应复杂焚烧工况，精准控制给料炉排的运动，动态响应快；提供机械限位、软件限位和硬件限位三道安全保障，提升给料炉排运行的安全可靠性和易维护性。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种用于给料炉排的控制***，其特征在于，包括：

依次设置的伺服电缸结构单元、编码器、伺服驱动器、运动控制器、可编程逻辑控制器和人机界面，

其中，所述伺服电缸结构单元与所述给料炉排连接，所述伺服电缸结构单元包括依次设置的伺服电缸和伺服电机，并且所述伺服电缸将所述伺服电机的旋转运动转换成所述给料炉排的直线运动，以实现所述给料炉排的前进、后退的运动；

所述编码器设置在所述伺服电机的末端，用于测量所述伺服电机的角位移和角速度；

所述伺服驱动器用于控制所述伺服电机的运动；

所述运动控制器用于控制所述给料炉排的前进、后退的运动；

所述可编程逻辑控制器和所述人机界面用于编写控制程序和操作界面，所述控制程序用于实现所述给料炉排的同步或不同步控制，所述操作界面用于设置所述给料炉排的运行参数，并根据故障提示信息进行故障处理。

2.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，所述给料炉排的前进、后退的运动通过半闭环控制***进行控制，并且所述半闭环控制***采用所述编码器和所述伺服电缸结构单元进行控制。

3.根据权利要求2所述的控制***，其特征在于，所述半闭环控制***包括三个闭环负反馈PID调节***。

4.根据权利要求3所述的控制***，其特征在于，所述闭环负反馈PID调节***包括位置环负反馈PID调节***、速度环负反馈PID调节***和电流环负反馈PID调节***。

5.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于，所述位置环负反馈PID调节***的给定为所述伺服电机的位置反馈，所述位置环负反馈PID调节***的输出为所述位置反馈和给定位置的比较。

6.根据权利要求5所述的控制***，其特征在于，所述速度环负反馈PID调节***的给定为所述位置环负反馈PID调节***的所述输出，所述速度环负反馈PID调节***的输出为所述速度环负反馈PID调节***的所述给定和所述伺服电机的速度反馈的比较。

7.根据权利要求6所述的控制***，其特征在于，所述电流环负反馈PID调节***的给定为所述速度环负反馈PID调节***的所述输出，所述电流环负反馈PID调节***的输出为所述给料炉排的运动距离、运动速度和运动加速度。

8.根据权利要求7所述的控制***，其特征在于，所述电流环负反馈PID调节***在所述伺服驱动器的内部实现。

9.根据权利要求1所述的控制***，其特征在于，还包括机械限位、软件限位或硬件限位开关。

10.根据权利要求9所述的控制***，其特征在于，所述硬件限位开关包括正极限开关、负极限开关或原点开关。