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摘 要：本文浅析高岭土烧结窑炉的控制系统发展状况、控制系统总体设计、系统实现的功能与特点，以及系统改造后的初步效益核算等。
关键词：高岭土 烧结 炉窑 控制 设计和改造
一、引言
高岭土烧结窑炉的发展，已由过去的矩形手工操作立窑，向着自动化、大型化、绿色化（环保、节能和智能型）窑炉的方向发展。大家知道，绿色窑炉的标准是：低消耗（节能型）、低污染（环保型）、低成本、高效率。实现绿色窑炉，需要努力的方向是：研究新的自动控制方式和方法、降低窑炉风机电耗和噪音、研究先进的燃烧器、使用新型的耐火材料和涂料、建立廢气净化研究检测中心。实现绿色窑炉的目标：燃料消耗进一步下降10~20％、窑炉热效率提高10~20％、电力消耗下降10~30％、噪音和烟尘有较大程度的下降。为此，这样就对原有的窑炉控制手段和方法提出了更高的技术要求。
在窑炉的控制方法上，目前已由九十年代的手动调节控制，发展成为智能化控制；由分散型控制变为集散型控制；温度由以前的单纯PID调节方法变为PID加上模糊控制的调节方法；传动由常规控制变为变频技术的线速度控制等。随着窑炉长度的增加和生产量的提高，烧成的周期也大大缩短。多种因素的变化，加上窑炉控制目标又是一个多输入、多输出、多变量、大滞后、非线性的变化量，这样过去的控制方法就越来越不适应当前的窑炉发展要求了。随着计算机技术和电子技术的发展，计算机控制技术逐渐取代了传统控制技术，并且系统控制中的容错技术对窑炉的控制实现也成为了可能。
二、控制系统总体设计
1.系统的管理
系统设计利用过程控制级计算机和先进的控制软件，并在软件中加上先进的容错技术，依靠计算机本身的高可靠性和高稳定性，对各项过程进行控制，从而实现系统的实时监视，实时管理、实时控制、出错实时报警、实时控制过程中的数据存储。同时，通过光纤通讯管理人员管理计算机进行通讯，完成技术数据的监控、记录存储和报表打印等功能。
2.风机系统的控制
系统设计时，利用独立的可编程序控制器，风机用变频器和外用控制硬件组成，以及可编程的通讯端口和过程控制级计算机通讯，实现计算机的管理控制。结合容错技术、在线检测到风机及控制设备出现故障时，自动切换到另一台备用电机运行，这样确保了设备的安全可靠运行。
3.传动系统的控制
设计利用独立的速度反馈信号模块和电机专用三相交流模块，对传动电机实现线速度的闭环控制，并利用专用的RS232／RS485信号通讯模块，同过程控制级计算机实行通讯，这样可以方便，可靠，准确地设置每台传动电机之间的速度差，以保证产品在窑内烧成段的运行不重叠。同时，利用容错技术、检测设备的实时运行情况，发现异常能自动切换到备用控制回路，保证传动的正常运行，防止堵窑等事故的发生。
4.控制窑炉温度
作为窑炉的温度，它是一个大滞后的非线性量，在窑炉的控制中占有非常重要的地位。如何解除温度的滞后性，是成为窑炉温度控制的关键所在。我们可以利用计算机的混沌模糊控制技术，再外加容错技术的方法，从而取代传统的智能仪表。而外加计算机管理，则是常规模式。
5.其他项目控制
除了上述窑炉控制方法外，还有气体、压力、报警（其中报警控制由报警输入模块和报警输出模块组成）等控制，并用过程控制级计算机连接，从而完成其余各项控制。
三、实现的功能与特点
1.整机系统
1.1整机利用高可靠的控制软件和人机界面，从而实现了友好的人机对话，使得操作更为方便、快捷了。
1.2减少了由车间设备管理员每时、每日需要查看现场，或向上一级领导递送报表的繁锁程序。
1.3在系统软件设计中，利用了混沌模糊控制技术和超强容错技术，切实保证了设备运行中的高可靠性。
1.4在温度的控制过程中，利用了模糊控制技术，使得控制温度的精确度和准确度都得到了提高，这样精度可达≤±5℃，大大避免了在窑炉设备压力和气氛变化过程中温度出现超调和欠调的现象。
1.5利用三相交流电机模块和速度反馈模块，对传动电机实行闭环控制，从而实现传动电机的线速度控制，避免了传统变频器调速的不一致性，使得传动电机的速度更加准确。与此同时，也避免产品在窑内运行过程中前后不一致的现象。
1.6这样设计，实现了无纸自动记录实时控制过程中的有关参数，方便以后备查，打印和调用。
1.7设计通过网络技术，实现管理人员同时直接管理设备，随时进行实时数据，报表的打印，且随时撑握设备的运行工况。
1.8准确、实时、完善的报警功能，使设备运行更加安全、更加可靠。
1.9系统正常运行后，产品质量有了保障，可提高5~8％，其节能率达3~5％以上，达到较好的节能增效效果。
2.系统的缺点和存在的问题
2.1系统集成性、可靠性、安全性要求的提高，从而导致了项目设备的成本增加，投资增大。
2.2如此多项的高新技术运用，对负责维护、修理的技术人员来说，就需要专门技术培训了，并提出了更高的技术水准和要求。
四、效益核算
根据其他类似的炉窑设计、控制运行经验，该控制系统正常运行后，确实在经济运行上效果显著，大致体现在如下几个方面：
1.系统采用在线检测试粉料设备，可以节省了相应的现场测量粉料的工作人员。由于采用在线检测设备，可以实现多台由一个人定期抽检的方式进行，这样便减少了操作工人及现有测量设备的能耗。同时，也减少了人工操作失误造成的损失。
2.初步核算，仅上述与过去方式相比，最多可节约操作工人20个，按目前每人一年工资加管理费15000元计算，每年便可节约人力成本费30万元。再说，从目前测量耗电角度来看，有的采用微波炉测量水分，这样的节电效果可计算如下：一台微波炉功率（P）按1200W计算，那么年耗电量（W）便为：
W =Ph=1.2×24×300＝8640 (KWh)
折合电费：
F＝8640×0.8元＝6912（元／年）
3.由于实现了料粉在线检测和自动控制温度，从而稳定了粉料的质量，减少了损毁和残次的缺陷，并可提高产品质量5~8％，整体能耗又下降了5％左右。显然，其经济效果也是非常显著的。
五、结束语
炉窑系统实行多项自动化控制，不但自动化程度提高，而且用能也得到了优化，总的能耗得到下降，并可提高产品质量、产量几个百分点，其产品缺陷与损毁率大为降低，可谓一举多得。
1.该系统采用应用成熟的设备，安装调试时间仅一个月左右，其系统控制部分为工控机，使用年限可达到50万小时，且系统稳定耐用性也强。
2.以投入的角度来讲，虽然投资较大，但可以分步实施。第一期工程安排一部分，第二期工程完成一部分，最后对整个系统进行完成的调试。这样既不影响生产，又能完成相应的控制改造工作。
参考文献
[1]王常力等.集散型控制系统的设计与应用.清华大学出版社，2000.6.
[2]陶永华等.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]张明光等.水泥熟料生产过程DCS控制系统.计算机测量与控制，2003.9.
[4]周万珍等编著．PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004.
[5]杨向东等.分散控制系统中的通信方式问题探讨.自动化仪表，2004.3.
[6]贺庆之．过程控制仪表与装置[M].西安：中国轻工业出版社，2005
[7]周学慧等.DCS与PLC控制系统的特点分析.平项山工学院学报，2005.1.
[8]王大海等.现场总线网络控制在ABB DCS中的应用.可编程控制器与工厂自动化，2005.6.
作者简介：洪莉（1981-），女，助理工程师，毕业于安徽淮北煤炭工业学校、安徽理工大学“工业企业电气自动化”和“机械电气工程”专业，现在淮北朔里矿业高岭土煅烧厂从事机电技术管理与研究工作。
关键词：高岭土 烧结 炉窑 控制 设计和改造
一、引言
高岭土烧结窑炉的发展，已由过去的矩形手工操作立窑，向着自动化、大型化、绿色化（环保、节能和智能型）窑炉的方向发展。大家知道，绿色窑炉的标准是：低消耗（节能型）、低污染（环保型）、低成本、高效率。实现绿色窑炉，需要努力的方向是：研究新的自动控制方式和方法、降低窑炉风机电耗和噪音、研究先进的燃烧器、使用新型的耐火材料和涂料、建立廢气净化研究检测中心。实现绿色窑炉的目标：燃料消耗进一步下降10~20％、窑炉热效率提高10~20％、电力消耗下降10~30％、噪音和烟尘有较大程度的下降。为此，这样就对原有的窑炉控制手段和方法提出了更高的技术要求。
在窑炉的控制方法上，目前已由九十年代的手动调节控制，发展成为智能化控制；由分散型控制变为集散型控制；温度由以前的单纯PID调节方法变为PID加上模糊控制的调节方法；传动由常规控制变为变频技术的线速度控制等。随着窑炉长度的增加和生产量的提高，烧成的周期也大大缩短。多种因素的变化，加上窑炉控制目标又是一个多输入、多输出、多变量、大滞后、非线性的变化量，这样过去的控制方法就越来越不适应当前的窑炉发展要求了。随着计算机技术和电子技术的发展，计算机控制技术逐渐取代了传统控制技术，并且系统控制中的容错技术对窑炉的控制实现也成为了可能。
二、控制系统总体设计
1.系统的管理
系统设计利用过程控制级计算机和先进的控制软件，并在软件中加上先进的容错技术，依靠计算机本身的高可靠性和高稳定性，对各项过程进行控制，从而实现系统的实时监视，实时管理、实时控制、出错实时报警、实时控制过程中的数据存储。同时，通过光纤通讯管理人员管理计算机进行通讯，完成技术数据的监控、记录存储和报表打印等功能。
2.风机系统的控制
系统设计时，利用独立的可编程序控制器，风机用变频器和外用控制硬件组成，以及可编程的通讯端口和过程控制级计算机通讯，实现计算机的管理控制。结合容错技术、在线检测到风机及控制设备出现故障时，自动切换到另一台备用电机运行，这样确保了设备的安全可靠运行。
3.传动系统的控制
设计利用独立的速度反馈信号模块和电机专用三相交流模块，对传动电机实现线速度的闭环控制，并利用专用的RS232／RS485信号通讯模块，同过程控制级计算机实行通讯，这样可以方便，可靠，准确地设置每台传动电机之间的速度差，以保证产品在窑内烧成段的运行不重叠。同时，利用容错技术、检测设备的实时运行情况，发现异常能自动切换到备用控制回路，保证传动的正常运行，防止堵窑等事故的发生。
4.控制窑炉温度
作为窑炉的温度，它是一个大滞后的非线性量，在窑炉的控制中占有非常重要的地位。如何解除温度的滞后性，是成为窑炉温度控制的关键所在。我们可以利用计算机的混沌模糊控制技术，再外加容错技术的方法，从而取代传统的智能仪表。而外加计算机管理，则是常规模式。
5.其他项目控制
除了上述窑炉控制方法外，还有气体、压力、报警（其中报警控制由报警输入模块和报警输出模块组成）等控制，并用过程控制级计算机连接，从而完成其余各项控制。
三、实现的功能与特点
1.整机系统
1.1整机利用高可靠的控制软件和人机界面，从而实现了友好的人机对话，使得操作更为方便、快捷了。
1.2减少了由车间设备管理员每时、每日需要查看现场，或向上一级领导递送报表的繁锁程序。
1.3在系统软件设计中，利用了混沌模糊控制技术和超强容错技术，切实保证了设备运行中的高可靠性。
1.4在温度的控制过程中，利用了模糊控制技术，使得控制温度的精确度和准确度都得到了提高，这样精度可达≤±5℃，大大避免了在窑炉设备压力和气氛变化过程中温度出现超调和欠调的现象。
1.5利用三相交流电机模块和速度反馈模块，对传动电机实行闭环控制，从而实现传动电机的线速度控制，避免了传统变频器调速的不一致性，使得传动电机的速度更加准确。与此同时，也避免产品在窑内运行过程中前后不一致的现象。
1.6这样设计，实现了无纸自动记录实时控制过程中的有关参数，方便以后备查，打印和调用。
1.7设计通过网络技术，实现管理人员同时直接管理设备，随时进行实时数据，报表的打印，且随时撑握设备的运行工况。
1.8准确、实时、完善的报警功能，使设备运行更加安全、更加可靠。
1.9系统正常运行后，产品质量有了保障，可提高5~8％，其节能率达3~5％以上，达到较好的节能增效效果。
2.系统的缺点和存在的问题
2.1系统集成性、可靠性、安全性要求的提高，从而导致了项目设备的成本增加，投资增大。
2.2如此多项的高新技术运用，对负责维护、修理的技术人员来说，就需要专门技术培训了，并提出了更高的技术水准和要求。
四、效益核算
根据其他类似的炉窑设计、控制运行经验，该控制系统正常运行后，确实在经济运行上效果显著，大致体现在如下几个方面：
1.系统采用在线检测试粉料设备，可以节省了相应的现场测量粉料的工作人员。由于采用在线检测设备，可以实现多台由一个人定期抽检的方式进行，这样便减少了操作工人及现有测量设备的能耗。同时，也减少了人工操作失误造成的损失。
2.初步核算，仅上述与过去方式相比，最多可节约操作工人20个，按目前每人一年工资加管理费15000元计算，每年便可节约人力成本费30万元。再说，从目前测量耗电角度来看，有的采用微波炉测量水分，这样的节电效果可计算如下：一台微波炉功率（P）按1200W计算，那么年耗电量（W）便为：
W =Ph=1.2×24×300＝8640 (KWh)
折合电费：
F＝8640×0.8元＝6912（元／年）
3.由于实现了料粉在线检测和自动控制温度，从而稳定了粉料的质量，减少了损毁和残次的缺陷，并可提高产品质量5~8％，整体能耗又下降了5％左右。显然，其经济效果也是非常显著的。
五、结束语
炉窑系统实行多项自动化控制，不但自动化程度提高，而且用能也得到了优化，总的能耗得到下降，并可提高产品质量、产量几个百分点，其产品缺陷与损毁率大为降低，可谓一举多得。
1.该系统采用应用成熟的设备，安装调试时间仅一个月左右，其系统控制部分为工控机，使用年限可达到50万小时，且系统稳定耐用性也强。
2.以投入的角度来讲，虽然投资较大，但可以分步实施。第一期工程安排一部分，第二期工程完成一部分，最后对整个系统进行完成的调试。这样既不影响生产，又能完成相应的控制改造工作。
参考文献
[1]王常力等.集散型控制系统的设计与应用.清华大学出版社，2000.6.
[2]陶永华等.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，2002.
[3]张明光等.水泥熟料生产过程DCS控制系统.计算机测量与控制，2003.9.
[4]周万珍等编著．PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004.
[5]杨向东等.分散控制系统中的通信方式问题探讨.自动化仪表，2004.3.
[6]贺庆之．过程控制仪表与装置[M].西安：中国轻工业出版社，2005
[7]周学慧等.DCS与PLC控制系统的特点分析.平项山工学院学报，2005.1.
[8]王大海等.现场总线网络控制在ABB DCS中的应用.可编程控制器与工厂自动化，2005.6.
作者简介：洪莉（1981-），女，助理工程师，毕业于安徽淮北煤炭工业学校、安徽理工大学“工业企业电气自动化”和“机械电气工程”专业，现在淮北朔里矿业高岭土煅烧厂从事机电技术管理与研究工作。