輸灰系統(tǒng)自動化控制設(shè)計與實現(xiàn)

［摘 要］在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，輸灰系統(tǒng)作為關(guān)鍵的物料搬運設(shè)施，其高效和穩(wěn)定的運行對于保證整個生產(chǎn)流程的順暢至關(guān)重要。為了提升輸灰系統(tǒng)的工作效率并降低運行成本，文章探討了輸灰系統(tǒng)的自動化控制設(shè)計和實施，并提出了幾種控制策略。研究詳述了控制系統(tǒng)實施與調(diào)試階段的關(guān)鍵步驟，通過一系列的實際項目案例分析，驗證了自動化控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的效果，并根據(jù)研究結(jié)果提出了針對性建議，也對未來工業(yè)自動化及輸灰系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了前瞻性的思考，特別強(qiáng)調(diào)了智能化控制系統(tǒng)和可持續(xù)發(fā)展的重要性，以期減少人為錯誤，降低維護(hù)成本。

［關(guān)鍵詞］輸灰系統(tǒng)；自動化控制；控制策略；智能化

［中圖分類號］TM75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0016–03

1 輸灰系統(tǒng)概述

在各類工業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在電力、建材及化工行業(yè)，粉煤灰的處理和輸送是不可或缺的環(huán)節(jié)。高效和可靠的輸灰系統(tǒng)不僅可保障生產(chǎn)的連續(xù)性和環(huán)境的安全，還直接影響到整個工廠的運行效率和成本控制。因此，對于輸灰系統(tǒng)的研究與優(yōu)化具有十分重要的現(xiàn)實意義。

輸灰系統(tǒng)主要通過氣力輸送的方式，利用氣流的力量將粉煤灰從一處傳輸?shù)搅硪惶?。根?jù)氣流的方向和作用力的不同，輸灰系統(tǒng)大體可分為正壓輸灰系統(tǒng)和負(fù)壓輸灰系統(tǒng)。正壓輸灰系統(tǒng)中，壓縮空氣或者其他氣體（通過特定的送風(fēng)設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)生成），然后將這些氣體引入含有粉煤灰的儲倉或容器中，通過加壓使粉煤灰與氣流混合，在壓力推動下通過輸灰管道送往預(yù)定位置。負(fù)壓輸灰系統(tǒng)通過在系統(tǒng)的終端創(chuàng)建負(fù)壓環(huán)境，利用真空吸力引導(dǎo)粉煤灰移動至收集點。一般情況下，負(fù)壓輸灰系統(tǒng)比正壓輸灰系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生的灰塵和噪聲更少，但需要更精細(xì)的控制設(shè)備來保持系統(tǒng)穩(wěn)定。無論是正壓輸灰系統(tǒng)還是負(fù)壓輸灰系統(tǒng)，輸灰過程中都涉及幾個關(guān)鍵組件：氣源設(shè)備、輸灰管道、分離器（布袋除塵器）、儲存?zhèn)}。

氣源設(shè)備是提供動力源的設(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)或真空泵。輸灰管道主要根據(jù)工程的需要，選擇合適直徑和材質(zhì)的管道，確保氣體和粉煤灰能有效混合并順暢傳輸。分離器位于輸灰的終點，用于將粉煤灰從氣流中分離出來，通常通過旋風(fēng)分離器或濾袋分離器實現(xiàn)。儲存?zhèn)}作為集中收集設(shè)備，主要用于進(jìn)一步的處理或處置。

輸灰系統(tǒng)是根據(jù)不同工業(yè)過程的具體需要進(jìn)行設(shè)計，所以不同輸灰系統(tǒng)的設(shè)計和配置也會有所差異。例如，在電力行業(yè)中，大型燃煤電廠的廢灰處理就廣泛應(yīng)用氣力輸灰技術(shù)，旨在實現(xiàn)粉煤灰的高效清除和環(huán)保處置。而在水泥制造業(yè)中，輸灰系統(tǒng)則更多用于原料的輸送和混合。各種類型的輸灰系統(tǒng)在設(shè)計時都需充分考慮系統(tǒng)的效率、可靠性及經(jīng)濟(jì)性，以確保其能在特定工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定高效地運行。

2 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，對輸灰系統(tǒng)的自動化控制要求也越來越高。實現(xiàn)高度自動化的輸灰系統(tǒng)，不僅可以提高生產(chǎn)效率和安全性，還能有效降低運維成本。

自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計需遵循以下基本要求。

（1）準(zhǔn)確性。系統(tǒng)需要精確控制輸灰量，確保按需輸送，避免過量或不足。

（2）可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)保證其在各種條件下的穩(wěn)定運行，減少停機(jī)時間，提高生產(chǎn)連續(xù)性。

（3）用戶友好。控制系統(tǒng)應(yīng)提供直觀、易用的人機(jī)交互界面，便于操作人員監(jiān)控和管理。

控制系統(tǒng)組件是構(gòu)建自動化控制系統(tǒng)的主要部分，涉及以下主要組件的選擇和配置。

（1）傳感器。用于實時監(jiān)測系統(tǒng)中各項關(guān)鍵參數(shù)，如壓力、流速和溫度等，是智能控制的基礎(chǔ)。

（2）可編程邏輯控制器（PLC/DCS）。PLC/DCS是自動化控制系統(tǒng)的大腦，根據(jù)輸入信號（來自傳感器）計算并輸出控制命令。

（3）人機(jī)界面。系統(tǒng)應(yīng)提供可視化的操作平臺，讓操作員能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，執(zhí)行啟動、停止或其他特定操作。

控制策略的設(shè)計及有效的控制策略是實現(xiàn)自動化目標(biāo)的關(guān)鍵。以下幾種策略是設(shè)計中?？紤]的。

（1）反饋控制。這是最常見的控制策略之一，系統(tǒng)根據(jù)輸出反饋調(diào)整輸入，以維持輸出在某個預(yù)定的目標(biāo)值上。

（2）前饋控制。與反饋控制相比，前饋控制通過直接測量擾動并在其影響系統(tǒng)輸出之前進(jìn)行補(bǔ)償。

（3）安全性考慮。設(shè)計必須包括應(yīng)對突發(fā)情況的安全預(yù)案，如緊急停機(jī)按鈕、報警系統(tǒng)等，確保人員和設(shè)備的安全。

設(shè)計一個有效的自動化控制系統(tǒng)，不僅需要細(xì)致的規(guī)劃和精確的實施，還需要對系統(tǒng)各組成部分進(jìn)行周密的測試和調(diào)整，以確保能夠達(dá)到最優(yōu)的工作狀態(tài)。

3 實施與調(diào)試

為確保自動化控制系統(tǒng)的成功布署，實施和調(diào)試階段至關(guān)重要。在這一階段，設(shè)計的控制系統(tǒng)從理論轉(zhuǎn)化為實際操作并進(jìn)行必要的優(yōu)化。

實施計劃的制訂旨在保證整個項目按照規(guī)定的時間框架和預(yù)算推進(jìn)，遵循了如下方法。

（1）項目管理模型。根據(jù)項目復(fù)雜性和靈活性要求選用敏捷或瀑布模型進(jìn)行管理。

（2）階段里程碑。定義清晰的里程碑和交付成果，確保項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)得到適當(dāng)關(guān)注。

（3）風(fēng)險評估。分析可能的風(fēng)險因素，并為可能出現(xiàn)的問題制訂應(yīng)對策略。

調(diào)試過程包括對系統(tǒng)的基本功能和額外特性進(jìn)行測試，確保一切運行正常。這通常涉及以下方面。

（1）分步實施。逐步啟動系統(tǒng)的不同部分，逐一驗證其功能。

（2）迭代優(yōu)化。在實際運行過程中調(diào)整參數(shù)，通過反復(fù)測試找到最佳配置。

（3）團(tuán)隊合作。調(diào)試是一個團(tuán)隊工作，需要各方面專家的緊密合作。

系統(tǒng)的測試驗證環(huán)節(jié)是確?？刂葡到y(tǒng)可以按照預(yù)期目標(biāo)運行的關(guān)鍵，包括以下方面。

（1）性能測試。驗證系統(tǒng)是否滿足了性能需求，如響應(yīng)時間、處理量等。

（2）穩(wěn)定性測試。確定系統(tǒng)在長時間運行下的可靠性。

（3）安全測試。確認(rèn)所有安全特性均按設(shè)計正確實現(xiàn)。

通過上述步驟的仔細(xì)施行，可以保證輸灰自動化控制系統(tǒng)的順利啟動并高效運行，為后續(xù)的維護(hù)和升級提供了堅實的基礎(chǔ)。

4 案例研究

4.1 項目概述

以1 臺330 MW 熱電機(jī)組為例，原輸灰系統(tǒng)采用正壓懸浮流輸送系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用時域控制方法，輸灰系統(tǒng)輸送頻次高、運行氣量大、系統(tǒng)頻繁卡頓，經(jīng)常出現(xiàn)管道磨損、漏灰等現(xiàn)象。后通過市場調(diào)研，對輸灰系統(tǒng)主要部分進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計，并提出優(yōu)化后節(jié)氣指標(biāo)50%、控制程序簡化、管道合并等優(yōu)化策略。

4.2 設(shè)計與實施過程

（1）系統(tǒng)配置。控制系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行修編，取消系統(tǒng)先流化再加壓的控制邏輯，調(diào)整落料結(jié)束觸發(fā)條件，并整合單元輸送優(yōu)化配置條件（圖1）。

（2）軟件開發(fā)。結(jié)合先導(dǎo)輸送技術(shù)，定制開發(fā)控制邏輯和人機(jī)交互界面。

（3）實施挑戰(zhàn)。在輸灰系統(tǒng)的自動化控制設(shè)計和實施過程中，控制系統(tǒng)可能會遇到現(xiàn)有設(shè)備與新系統(tǒng)不兼容問題，通常需要在設(shè)備采購前，進(jìn)行充分的需求分析和設(shè)備選型，確保新設(shè)備與現(xiàn)有設(shè)備兼容。輸灰系統(tǒng)運行環(huán)境可能存在高溫、腐蝕、振動等惡劣條件，本次在系統(tǒng)設(shè)計階段考慮到環(huán)境因素，選擇的輸灰技術(shù)及材料，可確保系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行。另外，定期的維護(hù)和檢修也是確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的重要措施。作為新技術(shù)運行，參數(shù)調(diào)整方面缺乏經(jīng)驗，通過大量的系統(tǒng)操作和維護(hù)的專業(yè)培訓(xùn)，確保操作人員能夠熟練使用控制系統(tǒng)，并了解系統(tǒng)異常情況處理的方法，保證系統(tǒng)高效運行。

4.3 性能評估

（1）系統(tǒng)功效。通過系統(tǒng)整體優(yōu)化設(shè)計，同等工況下輸送次數(shù)由優(yōu)化前20 次/h，降低至5 次/h，單位耗氣量由40.88 Nm3/t，下降至14.35 Nm3/t，系統(tǒng)單管出力由45 t/h 提升至96.9 t/h，輸送氣源壓力降低至0.35 MPa 以下，輸送系統(tǒng)流速降低至8 m/s。改造前后對比見表1、表2。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。從實驗數(shù)據(jù)分析，直接經(jīng)濟(jì)效益分析平均每天節(jié)約氣量約為2.9 萬方，折算電費約為44.5 萬元，折算標(biāo)煤約為445 t，減排CO2 約867 t/a。間接經(jīng)濟(jì)效益分析主要為系統(tǒng)自動化程度提高，節(jié)約人力支出約10 萬元/a，節(jié)約系統(tǒng)設(shè)備更換約15 萬元。

4.4 結(jié)果討論

通過本次項目整體效果分析，自動化系統(tǒng)的完善必須借助于基礎(chǔ)設(shè)備的運行良好，而基礎(chǔ)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運行又與自動化控制密不可分，故兩者的深度結(jié)合也是項目成功的主要手段。

5 系統(tǒng)維護(hù)與未來展望

通過實際案例分析，展示了在實際運行中控制系統(tǒng)的性能，并給出了系統(tǒng)性能優(yōu)化和問題解決的實際例證。系統(tǒng)維護(hù)建議如下。

（1）持續(xù)監(jiān)控與優(yōu)化。建議對系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，通過收集運行數(shù)據(jù)來實現(xiàn)持續(xù)優(yōu)化。

（2）人員培訓(xùn)。強(qiáng)調(diào)了專業(yè)操作人員培訓(xùn)在確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行中的重要性。

（3）技術(shù)升級。鑒于技術(shù)的快速發(fā)展，建議定期審視和升級控制系統(tǒng)，以保持其高效運作。

分析時代發(fā)展，未來數(shù)字化電廠、智能化操作是未來工業(yè)系統(tǒng)自動化控制的主要發(fā)展趨勢，對其進(jìn)行研究將是必要的項目，未來發(fā)展趨勢主要有以下方面。

（1）智能化控制。隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計未來的控制系統(tǒng)將更加智能化，能夠自主學(xué)習(xí)、優(yōu)化及適應(yīng)各種運行條件。

（2）可持續(xù)發(fā)展?？紤]到環(huán)境保護(hù)和資源永續(xù)使用，輸灰系統(tǒng)的未來設(shè)計將更注重環(huán)保和低能耗。

6 結(jié)論

自動化輸灰系統(tǒng)的設(shè)計和實施是一個復(fù)雜且富有挑戰(zhàn)的工程，需要精心規(guī)劃和持續(xù)優(yōu)化。通過本研究的發(fā)現(xiàn)和分析，可以提高自動化輸灰系統(tǒng)的設(shè)計和實施效果，對未來的工業(yè)應(yīng)用和發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，主要有以下幾點。

（1）系統(tǒng)設(shè)計重要性。強(qiáng)調(diào)了對系統(tǒng)細(xì)致規(guī)劃的必要性，并闡述了自動化控制系統(tǒng)在提高運行效率、降低成本、增強(qiáng)可靠性方面的關(guān)鍵作用。

（2）實施與調(diào)試。實施過程中遇到的問題強(qiáng)調(diào)了靈活性和應(yīng)變能力的重要性，而系統(tǒng)調(diào)試階段的細(xì)致工作則確保了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。

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