水泥企業(yè)烘干系統(tǒng)的計算機(jī)控制

□□ 王金山 (山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

水泥生產(chǎn)過程中，對各種原料、燃料以及其他配料都必須進(jìn)行烘干處理，確保物料中的水分能達(dá)到水泥生產(chǎn)工藝要求，否則物料在粉磨、輸送和儲存?zhèn)}內(nèi)會發(fā)生堵塞和結(jié)拱現(xiàn)象，并嚴(yán)重影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，增加能耗，導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。烘干系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)為烘干產(chǎn)量、能耗和物料中的水分。這就要求企業(yè)既要增加產(chǎn)能、降低能耗，又要達(dá)到水分合格率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對水泥企業(yè)烘干工藝的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行必要的設(shè)備配套及改造，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高物料烘干效率，增加產(chǎn)能，降低能耗具有十分重要的意義。

1 水泥企業(yè)烘干系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，我國大部分水泥廠采用操作簡單、對物料適應(yīng)性較好的回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)及其烘干系統(tǒng)來烘干物料。烘干系統(tǒng)的能耗約占整個生產(chǎn)過程總能耗的10%～15%，且粉塵污染嚴(yán)重。因此，烘干系統(tǒng)的節(jié)電、節(jié)煤、增產(chǎn)、除塵十分重要。水泥企業(yè)一般采用沸騰爐燃燒室技術(shù)，該技術(shù)取得了一定的節(jié)能、增產(chǎn)效果，在國內(nèi)得到了發(fā)展，但各企業(yè)取得的效果并不一致。部分企業(yè)使用后節(jié)煤效果達(dá)到30%以上，產(chǎn)量也有大幅度提高，而且還可以使用爐渣、劣質(zhì)煤等作燃料，為水泥企業(yè)取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能效果良好。部分企業(yè)節(jié)能效果差，僅節(jié)能10%～20%，有些企業(yè)甚至未取得效果。分析原因主要是沸騰爐的操作是人工操作，操作人員的操作水平有高有低，再加上關(guān)聯(lián)設(shè)備不配套等原因造成。因此，對烘干系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)自動控制，可以消除人工操作的影響，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高物料烘干效率，增加產(chǎn)能，降低能耗。

2 微機(jī)自動控制原理

計算機(jī)自動控制原理如圖1所示。

圖1 計算機(jī)自動控制原理

通過熱電偶、傳感器、攝像頭等檢測元件對生產(chǎn)過程的各種工況參數(shù)(測量值)進(jìn)行檢測，對這些數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠接受的數(shù)字信號輸入計算機(jī)，計算機(jī)將測量值與給定值進(jìn)行比較，然后按照預(yù)先的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果通過數(shù)模轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理輸出給各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控對象加以操作或調(diào)整，同時在控制臺顯示或打印，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。

3 烘干系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制方案

水泥企業(yè)烘干系統(tǒng)環(huán)境條件比較惡劣，加上控制參數(shù)較多，用傳統(tǒng)的儀表控制難度大，所以采用自動控制方案。烘干系統(tǒng)工作參數(shù)控制點如圖2所示，其微機(jī)控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖2 烘干系統(tǒng)1.喂煤控制點；2.風(fēng)量控制點；3.風(fēng)室壓力檢測點；4.沸點以下溫度檢測點；5.懸浮溫度檢測點；6.懸浮壓力檢測點；7.烘干機(jī)入口溫度檢測點；8.烘干機(jī)入口壓力監(jiān)測點；9.喂料控制點；10.烘干機(jī)出口溫度檢測點；11.烘干機(jī)出口物料檢測點

圖3 控制系統(tǒng)硬件圖

控制過程如下：

(1)依據(jù)烘干機(jī)出口廢氣溫度的變化自動調(diào)節(jié)物料的喂料量，實現(xiàn)物料的閉環(huán)自動控制。

(2)確保燃燒室溫度基本恒溫，根據(jù)爐內(nèi)溫度變化自動調(diào)節(jié)控制喂煤量和鼓風(fēng)量。

(3)配置CCD攝像頭監(jiān)控主要設(shè)備的運(yùn)行情況，配置顯示器顯示重要參數(shù)，如沸騰爐運(yùn)行情況及各點溫度、風(fēng)量、風(fēng)壓等，配置打印機(jī)打印各運(yùn)行參數(shù)。

3.2 檢測系統(tǒng)

3.2.1溫度檢測

懸浮溫度和烘干機(jī)入口溫度的檢測采用WRN-120型鎳鉻鎳硅熱電偶。

烘干機(jī)出口溫度控制在60～200 ℃之間，若出口溫度<60 ℃，易造成收塵系統(tǒng)結(jié)露，影響系統(tǒng)正常工作，如>200 ℃，則浪費(fèi)能源，損壞收塵器，可以選用WRK-120型鎳鉻烤銅熱電偶。

3.2.2風(fēng)壓檢測

風(fēng)壓風(fēng)量的檢測大部分采用U型管或膜合壓力計儀表控制系統(tǒng)顯示風(fēng)壓，也可以用0～9 806.65 Pa微壓傳感器，其測量結(jié)果精確，可以線性地將風(fēng)室的壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號送入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理和顯示。

3.3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個局部阻力可以變化的節(jié)流系統(tǒng)，對被調(diào)節(jié)對象的控制是通過改變其阻力大小來實現(xiàn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是針對喂料量、喂煤量及鼓風(fēng)量的有效調(diào)節(jié)來改變被調(diào)節(jié)對象，以達(dá)到自動控制的目的。

3.3.1喂煤量和喂料量的調(diào)節(jié)

由于原料的性質(zhì)不同，喂煤和喂料可以選用圓盤喂料機(jī)、電磁振動喂料機(jī)、電子皮帶秤、葉輪給料機(jī)、螺旋喂料機(jī)等設(shè)備來完成。用手動信號或自動控制信號，控制喂料機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)喂煤量和喂料量。如果選用圓盤喂料機(jī)，水泥企業(yè)一般會選用Φ600的圓盤機(jī)喂煤，Φ1 300的圓盤機(jī)喂料。圓盤喂料機(jī)的控制參數(shù)見表1。

表1 圓盤喂料機(jī)控制參數(shù)

3.3.2鼓風(fēng)量的調(diào)節(jié)

在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處設(shè)置DN250型對價式蝶閥，由DKJ316型電動執(zhí)行器控制蝶閥的開度，以實現(xiàn)風(fēng)量的控制。電動執(zhí)行器主要參數(shù)見表2。

表2 電動執(zhí)行器主要參數(shù)

3.4 主機(jī)

處理器采用80C196芯片，該芯片是Intel公司的16位單片機(jī)，具有以下功能：

(1)芯片內(nèi)部的EPROM/ROM，可達(dá)16 K寄存器RAM有512個。

(2)A/D轉(zhuǎn)換器(8位)。

(3)特殊中斷方式。不可屏蔽中段(NMI)、陷入中段(TRAP)和非法操作碼中斷。TRAP用于軟件調(diào)試，產(chǎn)生軟件中斷；非法操作碼中斷為軟硬故障而造成的程序飛跑現(xiàn)象提供了一種恢復(fù)手段。

(4)2個不可擦除的可編程只讀存貯器UPROM。

(5)外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS，是一種微代碼硬件終端處理器，對終端提供類似于DMA(直接存貯器訪問)的響應(yīng)。

(6)具有3個PWM(脈寬調(diào)制)輸出，用于直接驅(qū)動電機(jī)類的執(zhí)行元件，濾波后獲得直流輸出(D/A輸出)。

(7)時間處理陣列EPA，包含若干個捕獲/比較模塊和若干個比較模塊用來實現(xiàn)輸入事件捕獲和輸出事件發(fā)生的功能。

(8)可在掉電方式下工作。

3.5 信號處理

從熱電偶、傳感器檢測到的微弱信號，經(jīng)過信號放大處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號輸入給計算機(jī)。

3.6 圖像信號處理

圖像信號處理系統(tǒng)線路如圖4所示。由CCD探頭檢測到的現(xiàn)場圖像信號，轉(zhuǎn)換為電信號，然后送入由計算機(jī)控制的模擬開關(guān)，經(jīng)CRT顯示器顯示。

圖4 圖像及檢測線路圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

計算機(jī)通過熱電偶、傳感器、攝像頭等檢測元件對生產(chǎn)過程的各種工況參數(shù)(測量值)進(jìn)行采樣檢測，如果測量值與給定值有差別，則按照預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算，將對應(yīng)的處理數(shù)據(jù)輸出給各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控對象加以操作或調(diào)整，同時在控制臺顯示或打印。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

5 安全保護(hù)措施

5.1 增加穩(wěn)定性

水泥企業(yè)環(huán)境條件差，電網(wǎng)穩(wěn)定性差，干擾因素多，為提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗干擾性能。因此，在硬件設(shè)計中應(yīng)使用二級電源穩(wěn)壓和LC濾波，能夠達(dá)到很好的抗干擾性能，保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 加強(qiáng)報警和保護(hù)措施

生產(chǎn)中意外事件時有發(fā)生，如物料中存在異物、通風(fēng)受阻等情況，均會導(dǎo)致故障出現(xiàn)。因此，需要加強(qiáng)報警和保護(hù)措施，當(dāng)某個檢測點出現(xiàn)異常情況，立即聲光報警，工作人員便可及時將系統(tǒng)切換為手動控制，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

6 結(jié)語

計算機(jī)已應(yīng)用到水泥工業(yè)的各個方面，且由于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的多樣性，不同控制系統(tǒng)及軟件具有不同特點，但計算機(jī)控制原理都是相同的，水泥企業(yè)生產(chǎn)控制和技術(shù)人員，需要掌握計算機(jī)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用，以適應(yīng)現(xiàn)代化水泥工業(yè)生產(chǎn)、管理、科研、設(shè)計等方面的需要。