张国翊(中铝包头铝业炭素厂,内蒙古 包头 014040)
炭素焙烧生产是炭素制品生产过程中的一个重要工序,敞开式环式焙烧炉是焙烧炉的一种,通常由34、36、38个彼此分离的炉室组成,用天然气或煤气在火道内燃烧后,通过火道壁的间接加热,来完成对阳极炭块的焙烧。目前国内平均天然气消耗为3.5GJ/t,升温周期为216h,焙烧阳极块加热升温周期一般为1100-1200℃。而国外发达国家焙烧天然气消耗2.4GJ/t,阳极块焙烧周期为148-180h,即节约大量能源,又大幅提高产量。
中铝包铝炭素厂在2005年新建一个36室7火道敞开式焙烧炉,为达到国外先进国家的焙烧水平,采用了PLC+IPC技术来实现自动化燃烧控制。这套系统要求燃烧温度测点温度控制误差范围为±5℃;预热段温度控制误差范围±10℃。
通过研究,系统共采用温度检测点70个,负压检测点34个,执行机构28个,加热器84个,控制点107个,选用美国AB公司的可编程控制器(PLC)和工业控制计算机(IPC)及相应控制软件(如RSlogix500、RSView32和RSLink)进行编程。
系统分主机操作管理系统和现场就地控制站,控制功能被集中在中央的工业控制计算机(IPC)上,而现场就地控制站的设备可通过自身所带的PLC来实现现场自动和手动控制。系统分三层网络,第一层为现场操作控制站;第二层为主控室调节操作站;第三层为高级管理站和数据库管理站,每层之间通过计算机网络进行连接,来确保各种数据的实时交换和操作控制。
2.1 第一层现场操作站的主要功能
2.1.1 通过PLC监测系统所需天然气流量、压力、焙烧温度、负压、火道温度和制品温度。
2.2 通过PLC检测在焙烧生产中的各区域的温度、负压和排烟架蝶阀的开合度。
2.3 通过PLC控制7火道84个天然气加热电磁阀的开关频率,控制排烟架7个电动蝶阀的开合度。
2.4 通过PLC处理现场检测数据,和设定数据进行比较,自动进行调整,同时在现场操作站将检测数据进行实时显示。
2.5 在PLC操作显示器上可进行设备给定值的设定,常规控制系统的修改,故障显示及故障处理时的设备的开停。
2.6 第二层主控室IPC调节操作站的主要功能
2.6.1 通过IPC可改变操作模式,操作员可以在中控室通过IPC发出操作命令。
2.6.2 通过IPC可对整个焙烧的燃烧控制系统进行初始化参数设置,并给每个子站各种控制参数的设置,给出燃烧曲线的设置,协调参数的设置。
2.6.3 通过IPC进行火焰移动的协调管理。
2.6.4 通过IPC显示焙烧炉运行情况和火焰系统运行位置和状况。
2.6.5 通过IPC显示温度控制趋势曲线,对报警、错误等进行管理。
2.7 第三层高级管理站和数据库管理站主要功能
2.7.1 通过IPC,管理员可管理整个计算机网络的运行情况,对于系统的突发事件进行处理和维护。
2.7.2 通过IPC管理员可设定多种参数调节变量,对温度控制量和负压控制量进行优化计算控制
2.7.3 通过IPC,可自动生成焙烧过程中的各种数据报表(如:班报、日报、阅报、年报等),记录焙烧曲线的运行情况。
2.7.4 通过IPC存储记录历史趋势,如标志记录、报警报告、数据库存储。
2.7.5 通过IPC建立各种指标数据库。
PLC+IPC系统在炭素阳极环式焙烧炉生产中的应用,使得中铝包头铝业股份公司炭素厂的炭素产品有了质和量的飞跃,由于温度控制效果好,达到先进国家的控制水平,使得阳极炭块制品平稳升温,温差小(控制在±5℃之内),因此产品的质量稳定,合格率高。
中铝包头铝业股份公司炭素厂焙烧炉已经运行十年多,在这期间由PLC+IPC组成的控制系统工作稳定,故障率为零,完全实现了焙烧生产的自动化运行。因此我们感到PLC+IPC在工业自控方面的优势所在,它既利用了PLC在自动控制上的可靠稳定性及便于维护的特点,又发挥了IPC在运行软件的帮助下起到的监控作用,实现了焙烧生产的自动化流程。因此,我们相信随着PLC和IPC设备的不断更新和进步,PLC+IPC系统必将在工业自控领域得到更为广泛的发展。
[1]美国AB公司RSlogix500.
[2]美国AB公司RSView32.
[3]美国AB公司RSLink.
[4]梁国伟测量技术及仪表.机械工业出版社,2002.