高效余熱利用實訓(xùn)裝置設(shè)計

劉　斌，趙丹丹，楊　旭

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南　南陽　473000）

高效余熱利用實訓(xùn)裝置設(shè)計

劉斌，趙丹丹，楊旭

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南南陽473000）

GE控制技術(shù)、西門子控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的核心技術(shù)，是現(xiàn)代計算機控制技術(shù)和自動控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的集中體現(xiàn)。目前80余所實驗室實驗、實訓(xùn)教學(xué)依然采用傳統(tǒng)實驗對象板進行控制，如流水燈控制、電動機控制等。這些被控對象實驗板用按鈕和LED來顯示PAC輸入輸出接點的通斷狀態(tài)，雖然具有價格便宜等優(yōu)點，但是實驗實訓(xùn)操作不直觀、不形象，體現(xiàn)不了設(shè)備的先進性，學(xué)生興趣不高。由于實驗實訓(xùn)內(nèi)容單一，各項目模塊獨立互不關(guān)聯(lián)，沒有很好地融入最新的組態(tài)技術(shù)、變頻技術(shù)、檢測傳感技術(shù)，缺乏綜合的多功能控制與虛擬仿真裝置，使得實驗實訓(xùn)裝置功能單一，GE智能平臺突出的控制性能沒有很好地發(fā)揮出來，目前關(guān)于GE智能平臺配套實訓(xùn)裝置的研究還很少。

GE智能平臺；瀝青攪拌設(shè)備；自動恒溫

從GE提供的應(yīng)用案例資料來看，GE智能平臺在國內(nèi)外主要應(yīng)用在金屬加工機械控制、污水處理、生物質(zhì)電廠、鍋爐循環(huán)等工業(yè)領(lǐng)域。到目前還沒有查到GE智能平臺用于瀝青攪拌設(shè)備，特別是該設(shè)備余熱利用方面的案例。因此，GE智能平臺應(yīng)用于筑路機械行業(yè)的過程控制系統(tǒng)的技術(shù)研究應(yīng)該屬首例。該技術(shù)研究對瀝青攪拌設(shè)備實現(xiàn)智能化、人性化、環(huán)保化、網(wǎng)絡(luò)化將產(chǎn)生積極的推動作用。更重要的是借助該項目的典型技術(shù)案例開發(fā)實訓(xùn)裝置，在教儀公司和其他高等院校也沒有相應(yīng)的報道。

在瀝青加熱過程中，使用GE智能控制平臺可以通過模擬量輸出模塊控制變頻器來實現(xiàn)給煤量的調(diào)節(jié)，始終保證導(dǎo)油管離開導(dǎo)熱油爐的出口溫度恒定在170℃。通過智能化控制達到余熱利用率最大，加熱鍋爐省煤節(jié)能。核心控制單元采用國際控制領(lǐng)域最先進的可編程自動化控制器（PAC）RX3i，過程控制PPS軟件內(nèi)置過程控制PID功能塊，對出口溫度的變化作出實時反映，并能夠記錄整個控制過程，使整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。

1　瀝青攪拌設(shè)備工藝流程

首先，為冷骨料由集料給料機進行一次計量配料后經(jīng)傾斜皮帶輸送機進入干燥滾筒內(nèi)，進行冷骨料烘干加熱，加熱后的煙氣進入除塵系統(tǒng)。隨后經(jīng)過篩分的熱骨料按規(guī)格分級進入熱料倉各倉室內(nèi)暫時儲存。然后，各個規(guī)格的熱骨料再通過計量系統(tǒng)分別計量后進入攪拌器。熔化、脫水后的熱態(tài)瀝青，通過計量進入攪拌器。礦粉由粉料倉送出，經(jīng)計量后進入攪拌器。熱骨料、瀝青、礦粉在攪拌器內(nèi)強行攪拌成為合格成品料。成品料通過成品料輸送機進入成品料倉，最后通過放料機放料至運輸車內(nèi)，運往施工現(xiàn)場。生產(chǎn)流程方框圖，如圖1所示。

2　瀝青供給系統(tǒng)和導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)的工作原理

工作作原理是：打開卸油罐上蓋，向內(nèi)傾倒瀝青。在倒瀝青過程中，為防止卸油罐溢出，應(yīng)先打開相應(yīng)的三通閥，同時將瀝青泵打開。瀝青將從卸油罐里面被抽出注入到瀝青罐內(nèi)。控制啟動三通旋塞閥既能使瀝青在回路中循環(huán)，有可將瀝青送至瀝青稱量罐中，稱量罐內(nèi)注入瀝青多少由工程需要的油石比來確定；需向攪拌器注入瀝青時，由PLC控制瀝青噴灑泵啟動，經(jīng)瀝青噴管噴入攪拌器。導(dǎo)熱油管經(jīng)過導(dǎo)熱油爐加熱后，在導(dǎo)熱油泵的加壓下開始流入各攪拌瀝青罐內(nèi)的導(dǎo)熱油管中循環(huán)流動，加熱并提高瀝青溫度。在導(dǎo)油管與瀝青熱交換后，導(dǎo)油管的回油又進入到導(dǎo)熱油爐中再次加熱。如圖2所示。

圖1　瀝青攪拌設(shè)備的生產(chǎn)流程方框圖

圖2　導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)原理圖

余熱循環(huán)利用的解決方案是將瀝青攪拌設(shè)備工作過程中排出的高溫氣體去加熱瀝青。使用GE智能控制平臺進行控制，通過檢測導(dǎo)熱油管進入導(dǎo)熱油爐前的進口溫度，動態(tài)調(diào)整導(dǎo)熱油爐的進煤量。通過智能化控制達到余熱利用率最大，導(dǎo)熱油爐省煤節(jié)能，運行安全。運行界面如圖3所示。

圖3　控制系統(tǒng)運行界面

3　控制系統(tǒng)設(shè)計

以GE智能控制平臺為系統(tǒng)開發(fā)工具，利用自帶模擬量輸入模塊檢測轉(zhuǎn)換溫度參數(shù)，根據(jù)進、出口溫度計算出導(dǎo)熱油爐給煤量，通過模擬量輸出模塊控制變頻器來實現(xiàn)給煤量的調(diào)節(jié)。始終保證導(dǎo)油管離開導(dǎo)熱油爐的出口溫度恒定在170℃。通過智能化控制達到余熱利用率最大，加熱鍋爐省煤節(jié)能。核心控制單元采用國際控制領(lǐng)域最先進的可編程自動化控制器RX3i，上位機運行過程控制軟件Profcy Process Systems（PPS），PPS軟件內(nèi)置過程控制PID功能塊，對出口溫度的變化作出實時反映，并能夠記錄整個控制過程，使整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖4所示。

圖4　自動恒溫控制系統(tǒng)框圖

構(gòu)建教學(xué)模型時把結(jié)構(gòu)部分用CAD繪出來進行展示即可，重點放在電氣部分。把電氣部分從設(shè)備中提取出來，在相應(yīng)的裝配位置處用開關(guān)、電位器、指示燈和電流表等來模擬代替。按鈕開關(guān)代表數(shù)字量輸入、多圈電位器代表模擬量輸入、指示燈代表數(shù)字量輸出、電流表代表模擬量輸出。實訓(xùn)裝置如圖5所示。

圖5　自動恒溫控制系統(tǒng)實訓(xùn)裝置

4　結(jié)語

GE智能控制瀝青攪拌設(shè)備的余熱利用系統(tǒng)的研發(fā)和GE智能控制瀝青攪拌設(shè)備的余熱利用系統(tǒng)實訓(xùn)裝置的研制與使用，在《現(xiàn)代電氣控制技術(shù)》、《可編程控制器》、《機電一體化設(shè)計》、《過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用》等課程的實踐教學(xué)和瀝青攪拌設(shè)備實際操作培訓(xùn)中得到了很好的驗證。從實際應(yīng)用中可以看出實訓(xùn)裝置可視化效果好，模擬現(xiàn)場逼真，參數(shù)變化來源于設(shè)備真實的工藝運行過程，容易理解便于分析和模擬，學(xué)生操作簡單。在大型裝備控制技術(shù)教學(xué)中，存在著學(xué)生對生產(chǎn)現(xiàn)場缺乏感性認識，對不同被控對象運動方式、工藝過程及指令等內(nèi)容的學(xué)習(xí)不得要領(lǐng)，更談不上順利地編寫程序、調(diào)試、監(jiān)控、下載、接線等技能的培養(yǎng)。使用本裝置組織教學(xué)，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段，把理論教學(xué)由單一的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)向多樣化教學(xué)，把驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)性實訓(xùn)，實現(xiàn)了教學(xué)方式的開放性、教學(xué)內(nèi)容的可視性、教學(xué)手段的實踐性的有機統(tǒng)一。

［1］李海鵬，孔德勇，王鵬.干燥滾筒內(nèi)流場和傳熱過程的數(shù)值模擬［J］.工程機械，2011，42（6）：20-23.

［2］孫祖望.瀝青攪拌設(shè)備的節(jié)能減排［J］.建設(shè)機械技術(shù)與管理，2011（6）：41-44.

［3］馮忠緒，趙利軍.智能化攪拌設(shè)備［J］.工程機械，2005（8）：71-72.

Design of High Effciency Waste Heat Utilization Training Device

Liu Bin，Zhao Dandan，Yang Xu
（Henan Polytechnic Institute，Nanyang，473000，China）

Ge control technology，Siemens control technology has become a modern industrial control system is widely used in the core technology，embodying the modern computer control technology and automatic control technology in industrial production systems.At present，more than 80 laboratory experiments，training teaching is still using the traditional experimental object board control，such as water lamp control，motor control，etc..

GE intelligent platform； asphalt mixing equipment； automatic constant temperature

劉斌（1982-），男，漢族，河南南陽人，河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，南京理工大學(xué)計算機技術(shù)專業(yè)碩士研究生，助教，主要從事自動控制方面的教學(xué)和研究工作。