兗礦科澳鋁業(yè)有限公司用于陽(yáng)極炭素石油焦煅燒的45m滾筒烘干機(jī)，原配有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，存在如下問(wèn)題：(1)目前滾筒烘干機(jī)內(nèi)襯使用情況只能通過(guò)巡檢員肉眼觀察，由于滾筒烘干機(jī)窯體較長(zhǎng)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部脫落、掉磚，甚至紅窯等情況。(2)在冷卻機(jī)排料端，雖然可參照上位機(jī)顯示的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)人工調(diào)整冷卻水量達(dá)到控制排料溫度的目的，但該方法操作工勞動(dòng)強(qiáng)度較大。延誤調(diào)整易造成水量過(guò)大，使煅后焦?jié)穸却�，影響產(chǎn)品質(zhì)量。(3)窯內(nèi)三個(gè)溫度帶的長(zhǎng)度、位置，特別是煅燒帶的長(zhǎng)度和位置是直接反映燒成工況的重要參數(shù)，系統(tǒng)采用人工目測(cè)方式，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度帶的偏移趨勢(shì)，影響滾筒烘干機(jī)煅燒產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。(4)現(xiàn)有的石油焦煅燒系統(tǒng)中沒(méi)有窯尾煙氣含氧量檢測(cè)，無(wú)法合理控制煅燒給風(fēng)量，影響煅后焦的實(shí)收率，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為改進(jìn)以上缺點(diǎn)，對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下，富通新能源銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干機(jī)械設(shè)備。
1、設(shè)計(jì)原理
在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上．45m滾筒烘干機(jī)燃燒控制硬件系統(tǒng)增加滾筒烘干機(jī)簡(jiǎn)體紅外掃描儀+氧化鋯煙氣氧含量分析儀+現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器+以太網(wǎng)+上位機(jī)，結(jié)合上位控制、管理軟件，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，使?jié)L筒烘干機(jī)煅燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：測(cè)量和顯示煅燒帶位置、長(zhǎng)度及其變化趨勢(shì)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)窯內(nèi)襯破損、紅窯等情況并及時(shí)報(bào)警；根據(jù)排料溫度以及蒸汽溫度高低通過(guò)控制閥門(mén)開(kāi)度自動(dòng)調(diào)節(jié)直冷水流量，實(shí)現(xiàn)排料溫度的自動(dòng)控制功能；實(shí)現(xiàn)窯尾煙氣含氧量的在線(xiàn)檢測(cè)功能，并可通過(guò)滾筒烘干機(jī)燃燒控制輔助管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)／自動(dòng)控制的無(wú)擾切換功能。滾筒烘干機(jī)燃燒控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
2、設(shè)計(jì)方案
2.1煅燒帶溫度、位置測(cè)量方案設(shè)計(jì)
利用掃描窯皮溫度測(cè)量煅燒帶位置，利用窯內(nèi)物料溫度掃描測(cè)量煅燒帶最高溫度，運(yùn)用圖像處理技術(shù)，利用窯內(nèi)物料溫度測(cè)量結(jié)果對(duì)窯皮溫度場(chǎng)圖像進(jìn)行補(bǔ)償，可有效提高煅燒帶位置檢測(cè)的精度。
2.2冷卻窯排料溫度控制方案設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)冷卻窯系統(tǒng)及相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，得出排料溫度與蒸汽溫度具有很強(qiáng)的相關(guān)性，排料溫度滯后蒸汽溫度17min～20min。因此，系統(tǒng)確定了以蒸汽溫度為被控對(duì)象的閉環(huán)控制方案，即采用串級(jí)PID調(diào)節(jié)器，通過(guò)控制直接冷卻水流量來(lái)控制排料溫度簡(jiǎn)化為通過(guò)控制擋板開(kāi)度來(lái)控制蒸汽溫度，解決了大滯后溫度控制的難題。同時(shí)在控制系統(tǒng)中根據(jù)煅燒窯的排料溫度、入料量、煅后焦塊粉比等擾動(dòng)量，進(jìn)行前饋控制，進(jìn)一步減小排料溫度的波動(dòng)。
2.3控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)
由于原系統(tǒng)的PLC選用的是AB的SLC500系列，考慮與原系統(tǒng)的兼容及升級(jí)需要，新系統(tǒng)仍以AB的PLC為控制設(shè)備，選擇了AB的LOGIX 62系列PLC。通過(guò)以太網(wǎng)與原系統(tǒng)PLC，以及上位工控機(jī)組成兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)。PLC負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，PC機(jī)作為算法運(yùn)算以及上位監(jiān)控設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)控制算法、數(shù)據(jù)庫(kù)管理，完成車(chē)間的生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控等功能。原系統(tǒng)上位機(jī)組態(tài)選用的是RSview 32，為了考慮與原系統(tǒng)的兼容及升級(jí)需要，新系統(tǒng)選用RSview SE組態(tài)編程軟件進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。
2.4設(shè)備選型
滾筒烘干機(jī)簡(jiǎn)體溫度掃描儀選用以法國(guó)HGH探頭為掃描探頭的紅外窯筒體掃描儀。氧含量分析系統(tǒng)主要測(cè)試窯尾氧氣含量，用以分析滾筒烘干機(jī)內(nèi)的燃燒狀況。窯尾的溫度最高達(dá)到1100℃，主要考慮氧化鋯探頭的耐高溫性，系統(tǒng)選擇耐溫為1400℃的氧化鋯探頭，而沉灰室上方距滾筒烘干機(jī)中心還有1. 5m的距離，現(xiàn)在市場(chǎng)上能耐1400℃的氧化鋯只有1. 2m．專(zhuān)門(mén)定制了ZO - 3003型氧化鋯氧量分析儀。
3、系統(tǒng)調(diào)試
3.1系統(tǒng)上位軟件的設(shè)計(jì)與總體調(diào)試
實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)，按現(xiàn)場(chǎng)要求實(shí)現(xiàn)了負(fù)壓、風(fēng)量、尾氣氧含量等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示，故障語(yǔ)音報(bào)警等功能。完成遠(yuǎn)程控制、手動(dòng)／自動(dòng)切換控制功能，以及歷史數(shù)據(jù)管理保存、歷史曲線(xiàn)顯示等。
3.2煅燒帶位置測(cè)量算法軟件開(kāi)發(fā)調(diào)試
利用掃描窯皮溫度測(cè)量煅燒帶位置，使用窯內(nèi)物料溫度掃描測(cè)量煅燒帶最高溫度，對(duì)窯皮溫度場(chǎng)圖像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆桨�，以及運(yùn)用圖像處理技術(shù)完成了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實(shí)現(xiàn)了煅燒帶的劃分。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)觀察基本吻合。
3.3冷卻窯排料溫度控制算法及軟件實(shí)現(xiàn)
以蒸汽溫度為控制對(duì)象，下料量作為前饋，將各種干擾諸如煅后焦形狀、環(huán)境溫度等作為模糊修正的排料溫度自動(dòng)控制方案，采用串級(jí)模糊PID控制算法完成了排料溫度的自動(dòng)控制。
4、應(yīng)用效果
4.1溫度帶位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)
系統(tǒng)采用滾筒烘干機(jī)簡(jiǎn)體紅外溫度掃描十窯內(nèi)物料溫度掃描測(cè)檢方案，運(yùn)用圖像處理技術(shù)，提出了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實(shí)現(xiàn)了煅燒帶的劃分，完成了煅燒帶位置、長(zhǎng)度、偏移方向及偏移速度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。為現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行工況調(diào)節(jié)提供了溫度帶的定量數(shù)據(jù)，對(duì)進(jìn)一步穩(wěn)定燃燒工況，減少炭損具有重要的意義。燃燒帶位置及變化趨勢(shì)如圖2所示：
4.2排料溫度自動(dòng)控制
新系統(tǒng)采用以蒸汽溫度控制為外環(huán)，直冷水流量控制為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)PID控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了排料溫度的串級(jí)PID控制算法，解決了冷卻窯大滯后、非線(xiàn)性被控對(duì)象的自動(dòng)控制難題。提高了冷卻窯排料溫度控制的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)煅后焦溫度的穩(wěn)定控制。
5、結(jié)語(yǔ)
燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)用后，不僅實(shí)現(xiàn)了滾筒烘干機(jī)破損預(yù)警，提高煅燒石油焦的實(shí)收率和質(zhì)量，通過(guò)自動(dòng)控制和氧氣測(cè)量裝置，還有效抑制一些有害氣體的排放，防止環(huán)境污染；同時(shí)，直接冷卻水自動(dòng)控制的投入，可以節(jié)約大量用水，提高設(shè)備的使用率�？梢�(jiàn)，這一系統(tǒng)技術(shù)性佳，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
