[发明专利]一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台及其仿真方法

权利要求书

1.一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，其特征在于：软件仿真装置、信号转换装置、控制系统、监控装置顺序连接；

软件仿真装置：用于建立水泥熟料煅烧过程动态模型并进行水泥熟料煅烧仿真，得到虚拟工况参数反馈至信号转换装置，并接收信号转换装置的控制参数；

信号转换装置：用于实现软件仿真装置与控制系统的数据转换和实时通信；

控制系统：将经信号转换装置传输的虚拟工况参数反馈至监控装置，并将接收的监控装置的过程参数输出至信号转换装置，实现水泥熟料煅烧仿真过程的闭环控制；

监控装置：带有人机交互界面，用于监控水泥熟料煅烧过程动态模型的虚拟工况参数和控制系统的控制参数。

2.根据权利要求1所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，其特征在于：所述信号转换装置采用数据采集卡。

3.根据权利要求1所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，其特征在于：所述控制系统采用PLC。

4.一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

在监控装置所建立的水泥熟料煅烧过程动态模型中输入过程参数并发送至控制系统；控制系统将过程参数输出至信号转换装置，经信号转换装置进行数据转换再输出至软件仿真装置的内存中并存储；

软件仿真装置通过建立接口模块调用内存中的过程参数，通过运行水泥熟料煅烧过程动态模型得到虚拟工况参数；再次通过接口模块实现软件仿真装置与数据采集卡的实时通信，将软件仿真装置输出的虚拟工况参数经信号转换装置反馈至控制系统；监控装置接收控制系统的虚拟工况参数并通过人机交互界面进行图形化显示。

5.根据权利要求4所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，其特征在于：所述虚拟工况参数为烧成带温度。

6.根据权利要求4所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真平台，其特征在于：所述过程参数包括煤质、窑型规格和窑速。

7.根据权利要求4所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真方法，其特征在于：所述建立接口模块是指在仿真装置中利用Visual C++编译动态链接库，动态链接库包括gPROMS数据读取输出函数和板卡驱动程序调用函数；输入输出函数用于gPROMS数据的读/写操作，实现数据的输入和输出功能；板卡驱动程序调用函数用于调用板卡的驱动程序，实现gPROMS数据写入板卡和板卡数据写入gPROMS的功能。

8.根据权利要求4所述的一种水泥熟料煅烧过程半实物仿真方法，其特征在于：所述建立水泥熟料煅烧过程动态模型包括以下步骤：

首先根据煤质、窑型规格和窑速等输入条件，根据化学动力学反应式和物质平衡公式得到气固相物质与窑内温度的函数关系式T_l=f（n_i/j,l），T_l为微元l的窑内温度，n_i/j为窑内气固相物质的摩尔量，l为窑内微元；

其中，化学动力学反应式为Δn·i/j=VR,lΠCi/jαk(TT0)βexp([-(ER)(1T-1T0)])---(1)]]>

表示每单位时间微元内反应生成或消耗的固相组分i或气相组分j的摩尔量；V_R,l为微元l内的反应体积；C^α_i/j为固相组分i或气相组分j的有效反应浓度；α为反应级数；k为指前因子；T为反应温度；T₀为参考温度；β为温度系数；E为反应活化能；R为气体常数；

物质平衡公式为∂ni∂t=-∂vsni∂l+Δn·i---(2)]]>

n_i表示微元内固相组分i的摩尔量；t表示时间；v_s表示固体运动速度，根据窑型规格和窑速得到；l表示窑轴向微元；表示每单位时间微元内反应生成或消耗的固相组分i的摩尔量；

然后将该函数关系式带入固相能量平衡公式（3）中，消去固相能量平衡公式（3）中气固相物质摩尔量相，式（3）仅包含一个未知量T_l，方程可解，运行模型得到烧成带温度侧线；

其中，固相能量平衡如式（3）为

∂qs∂t=-∂vsqs∂l+Δq·s,r+Δq·s,t---(3)]]>

q_s表示微元内固相摩尔显热，由物质热容和温度确定；表示固相反应热流量；表示固相接收的热流量，根据煤质得到。