一種陶瓷輥道窯溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

龍威舜，藍(lán)萬聰

摘 要：在建筑陶瓷生產(chǎn)線中，輥道窯爐的燒成溫度穩(wěn)定對產(chǎn)品燒成質(zhì)量起決定性的作用，輥道窯是一種連續(xù)性生產(chǎn)模式，這種模式?jīng)Q定了溫度的自動控制要求比較高。由于各種原因，導(dǎo)致輥道窯很難持續(xù)滿窯生產(chǎn)，會出現(xiàn)不間斷的空窯現(xiàn)象。在傳統(tǒng)窯爐的溫度控制中，往往需要人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)針對空窯的情況進(jìn)行手動調(diào)節(jié)溫度，這樣無形中增加了很大的操作難度，同時容易產(chǎn)生不良品。本文設(shè)計(jì)了一套窯爐空窯溫度自動控制系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)空窯時，根據(jù)空窯位置及設(shè)定的溫度控制參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而保持窯爐內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：輥道窯；空窯；燒成溫度；自動控制

1 前言

傳統(tǒng)的陶瓷輥道窯生產(chǎn)中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，會導(dǎo)致窯爐空窯，這就需要窯爐操作員及時對窯爐溫度進(jìn)行監(jiān)控并結(jié)合產(chǎn)品在窯爐內(nèi)空窯的位置進(jìn)行手動調(diào)節(jié)。由于原料配方或者設(shè)備故障原因等客觀存在的因素導(dǎo)致出現(xiàn)空窯，對異常問題的處理高度依賴個人經(jīng)驗(yàn)。本文設(shè)計(jì)的方案主要是通過獲取各段窯爐的傳動線速度并監(jiān)控進(jìn)磚信號開發(fā)對窯爐內(nèi)產(chǎn)品位置進(jìn)行實(shí)時動態(tài)仿真模擬控件，從而獲取產(chǎn)品在窯爐內(nèi)的位置狀態(tài)信息，根據(jù)這些信息系統(tǒng)利用算法進(jìn)行智能分析出窯爐內(nèi)哪個位置存在空窯或稀窯，然后根據(jù)用戶設(shè)定的溫度控制參數(shù)，系統(tǒng)將自動進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)溫度自動調(diào)節(jié)到生產(chǎn)需求。空窯溫度控制系統(tǒng)的投入使用將大大降低窯爐操作人員的工作強(qiáng)度，提升溫度控制的及時度及精度，同時也在節(jié)約能源方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。

2 溫度自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1整體控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

窯爐空窯溫度自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括傳動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、進(jìn)磚信號采集系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)三個部分，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能，通過PLC采集進(jìn)磚信號實(shí)現(xiàn)磚塊位置傳輸給計(jì)算機(jī)，通過通訊模式實(shí)現(xiàn)對傳動速度的采集和溫度的采集，匯總給計(jì)算機(jī)通過算法實(shí)現(xiàn)窯爐空窯溫度自動控制的功能。整個系統(tǒng)運(yùn)行的最終目的是：當(dāng)窯爐空窯或稀窯時，系統(tǒng)可以控制窯爐降低溫度，當(dāng)空窯結(jié)束時，控制窯爐恢復(fù)生產(chǎn)溫度，從而達(dá)到在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下節(jié)能的目的。

2.2傳動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)獲取窯爐的速度，主要是通過采集變頻器的頻率，通過電機(jī)和輥棒之間線性關(guān)系換算成窯爐速度（如圖2） 。

2.3進(jìn)磚檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

進(jìn)磚信號的采集通過在窯頭適當(dāng)位置安裝光電開關(guān)，信號輸入到PLC，計(jì)算機(jī)通過與PLC通訊獲取窯爐進(jìn)磚信號。（如圖3）

2.4溫控控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

窯爐的溫度控制是通過溫度傳感器熱電偶對溫度采集，溫度控制器根據(jù)采集的文圖與設(shè)定溫度結(jié)合計(jì)算機(jī)指令設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行PID自動演算，得出控制燃?xì)獾拈y門開度，從而形成一個閉環(huán)控制（如圖4）。熱電偶按設(shè)計(jì)要求在窯爐各部位分散安裝，熱電偶通導(dǎo)線連接到溫度控制器上，計(jì)算機(jī)通過串口通信獲取各溫控?cái)?shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)通過Modbus RTU通訊協(xié)議獲取設(shè)置溫控表參數(shù)。計(jì)算機(jī)設(shè)置到溫控表的設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算輸出開度參數(shù)到電磁閥設(shè)置燃?xì)忾y門開度，控制燃?xì)饬髁?，從而對窯爐溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 溫度自動控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)

3.1窯爐磚塊運(yùn)動仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

本系統(tǒng)主要是設(shè)計(jì)一種算法，利用編程中的面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，將磚塊、傳動分段分解為一個對象，然后將磚塊和傳動分段的各種參數(shù)量化為該對象的屬性，將磚塊和傳動分段對象儲存到數(shù)據(jù)集合中運(yùn)用一系列算法運(yùn)算，從而得到每塊磚。當(dāng)前時間點(diǎn)在窯爐內(nèi)的精確位置情況，進(jìn)而將磚塊信息提供給空窯管理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的算法控制運(yùn)算（如圖5）。

系統(tǒng)定時獲取所有傳動分段的各個屬性的參數(shù)，然后將傳動分段儲存到一個傳動分段集合中，同時監(jiān)控窯爐進(jìn)磚信號，監(jiān)控到有進(jìn)磚信號立馬生成一個磚塊對象放入磚塊集合中。當(dāng)進(jìn)磚信號保持時間tk大于一塊磚在第一個窯爐分段運(yùn)動一個磚塊長度所消耗的時間tb時，tk清零，系統(tǒng)認(rèn)為下一塊磚已經(jīng)進(jìn)窯了，系統(tǒng)會再生成一個磚塊對象放入磚塊集合中，以此類推，直到進(jìn)磚信號消除。同時，系統(tǒng)會對磚塊集合進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)磚塊集合內(nèi)的磚塊數(shù)量大于0時，開始對集合進(jìn)行定時循環(huán)，根據(jù)磚塊所在窯爐分段的每周期速度對磚塊的位置Pb進(jìn)行改變。當(dāng)磚塊位置小于所在窯爐分段的開始位置Pds或大于結(jié)束位置Pde時，磚塊所在窯爐傳動分段N-1或N+1，當(dāng)磚塊位置大于窯爐長度時，當(dāng)前磚塊從磚塊集合中剔除。

3.2窯爐空窯管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

通過系統(tǒng)獲取到窯爐內(nèi)的磚塊信息，根據(jù)磚塊的位置數(shù)據(jù)，再結(jié)合用戶設(shè)定的各項(xiàng)空窯管理參數(shù)（如圖6）進(jìn)行對磚塊進(jìn)行分類，分類后的磚塊將會被分成多個有頭磚、有尾磚的磚塊組。磚塊進(jìn)行分組后，系統(tǒng)只需要對各組的頭磚和尾磚的位置進(jìn)行監(jiān)控，如果磚塊組的頭磚或尾磚進(jìn)入或離開某個儀表或設(shè)備的監(jiān)控區(qū)域，系統(tǒng)將會對該儀表或設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)的控制，從而實(shí)現(xiàn)空窯自動溫度控制。

3.3溫度控制算法

本設(shè)計(jì)中溫度控制采用溫控器進(jìn)行控制，溫控器上的三個基本參數(shù)調(diào)節(jié)決定了供給燃燒器的氣體正確流量的計(jì)算：比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)（分別由比例范圍Pb，積分時間Ti和微分時間Td進(jìn)行定義），PID算法為經(jīng)典的溫度控制模式?；诖u塊模擬仿真和空窯管理預(yù)設(shè)置的參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)空窯或者恢復(fù)滿窯時，觸發(fā)了功能模塊的功能，從而通過控制溫度控制器的設(shè)定溫度去匹配產(chǎn)品的燒成溫度需求，進(jìn)而通過PID演算出燃?xì)忾y門的開度去控制實(shí)際溫度，從而形成一個溫度場的閉環(huán)控制，達(dá)到溫度場的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要解決空窯溫度穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)了一套算法仿真窯爐窯內(nèi)磚塊運(yùn)動，搭配空窯自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)窯內(nèi)溫度、壓力等相關(guān)的工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)窯爐的穩(wěn)定生產(chǎn)，大大減輕了操作人員的工作強(qiáng)度和避免異?？崭G導(dǎo)致的生產(chǎn)異常問題。通過實(shí)踐證明，搭載此系統(tǒng)的窯爐智能控制系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度控制的平穩(wěn)，在節(jié)能方面也起了很大作用。

參考文獻(xiàn)

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