高效余热利用实训装置设计

刘　斌，赵丹丹，杨　旭

（河南工业职业技术学院，河南　南阳　473000）

高效余热利用实训装置设计

刘斌，赵丹丹，杨旭

（河南工业职业技术学院，河南南阳473000）

GE控制技术、西门子控制技术已经成为现代工业控制系统广泛应用的核心技术，是现代计算机控制技术和自动控制技术在工业生产系统中的集中体现。目前80余所实验室实验、实训教学依然采用传统实验对象板进行控制，如流水灯控制、电动机控制等。这些被控对象实验板用按钮和LED来显示PAC输入输出接点的通断状态，虽然具有价格便宜等优点，但是实验实训操作不直观、不形象，体现不了设备的先进性，学生兴趣不高。由于实验实训内容单一，各项目模块独立互不关联，没有很好地融入最新的组态技术、变频技术、检测传感技术，缺乏综合的多功能控制与虚拟仿真装置，使得实验实训装置功能单一，GE智能平台突出的控制性能没有很好地发挥出来，目前关于GE智能平台配套实训装置的研究还很少。

GE智能平台；沥青搅拌设备；自动恒温

从GE提供的应用案例资料来看，GE智能平台在国内外主要应用在金属加工机械控制、污水处理、生物质电厂、锅炉循环等工业领域。到目前还没有查到GE智能平台用于沥青搅拌设备，特别是该设备余热利用方面的案例。因此，GE智能平台应用于筑路机械行业的过程控制系统的技术研究应该属首例。该技术研究对沥青搅拌设备实现智能化、人性化、环保化、网络化将产生积极的推动作用。更重要的是借助该项目的典型技术案例开发实训装置，在教仪公司和其他高等院校也没有相应的报道。

在沥青加热过程中，使用GE智能控制平台可以通过模拟量输出模块控制变频器来实现给煤量的调节，始终保证导油管离开导热油炉的出口温度恒定在170℃。通过智能化控制达到余热利用率最大，加热锅炉省煤节能。核心控制单元采用国际控制领域最先进的可编程自动化控制器（PAC）RX3i，过程控制PPS软件内置过程控制PID功能块，对出口温度的变化作出实时反映，并能够记录整个控制过程，使整个控制系统稳定、可靠。

1　沥青搅拌设备工艺流程

首先，为冷骨料由集料给料机进行一次计量配料后经倾斜皮带输送机进入干燥滚筒内，进行冷骨料烘干加热，加热后的烟气进入除尘系统。随后经过筛分的热骨料按规格分级进入热料仓各仓室内暂时储存。然后，各个规格的热骨料再通过计量系统分别计量后进入搅拌器。熔化、脱水后的热态沥青，通过计量进入搅拌器。矿粉由粉料仓送出，经计量后进入搅拌器。热骨料、沥青、矿粉在搅拌器内强行搅拌成为合格成品料。成品料通过成品料输送机进入成品料仓，最后通过放料机放料至运输车内，运往施工现场。生产流程方框图，如图1所示。

2　沥青供给系统和导热油加热系统的工作原理

工作作原理是：打开卸油罐上盖，向内倾倒沥青。在倒沥青过程中，为防止卸油罐溢出，应先打开相应的三通阀，同时将沥青泵打开。沥青将从卸油罐里面被抽出注入到沥青罐内。控制启动三通旋塞阀既能使沥青在回路中循环，有可将沥青送至沥青称量罐中，称量罐内注入沥青多少由工程需要的油石比来确定；需向搅拌器注入沥青时，由PLC控制沥青喷洒泵启动，经沥青喷管喷入搅拌器。导热油管经过导热油炉加热后，在导热油泵的加压下开始流入各搅拌沥青罐内的导热油管中循环流动，加热并提高沥青温度。在导油管与沥青热交换后，导油管的回油又进入到导热油炉中再次加热。如图2所示。

图1　沥青搅拌设备的生产流程方框图

图2　导热油循环系统原理图

余热循环利用的解决方案是将沥青搅拌设备工作过程中排出的高温气体去加热沥青。使用GE智能控制平台进行控制，通过检测导热油管进入导热油炉前的进口温度，动态调整导热油炉的进煤量。通过智能化控制达到余热利用率最大，导热油炉省煤节能，运行安全。运行界面如图3所示。

图3　控制系统运行界面

3　控制系统设计

以GE智能控制平台为系统开发工具，利用自带模拟量输入模块检测转换温度参数，根据进、出口温度计算出导热油炉给煤量，通过模拟量输出模块控制变频器来实现给煤量的调节。始终保证导油管离开导热油炉的出口温度恒定在170℃。通过智能化控制达到余热利用率最大，加热锅炉省煤节能。核心控制单元采用国际控制领域最先进的可编程自动化控制器RX3i，上位机运行过程控制软件Profcy Process Systems（PPS），PPS软件内置过程控制PID功能块，对出口温度的变化作出实时反映，并能够记录整个控制过程，使整个控制系统稳定、可靠。控制系统框图如图4所示。

图4　自动恒温控制系统框图

构建教学模型时把结构部分用CAD绘出来进行展示即可，重点放在电气部分。把电气部分从设备中提取出来，在相应的装配位置处用开关、电位器、指示灯和电流表等来模拟代替。按钮开关代表数字量输入、多圈电位器代表模拟量输入、指示灯代表数字量输出、电流表代表模拟量输出。实训装置如图5所示。

图5　自动恒温控制系统实训装置

4　结语

GE智能控制沥青搅拌设备的余热利用系统的研发和GE智能控制沥青搅拌设备的余热利用系统实训装置的研制与使用，在《现代电气控制技术》、《可编程控制器》、《机电一体化设计》、《过程装备控制技术及应用》等课程的实践教学和沥青搅拌设备实际操作培训中得到了很好的验证。从实际应用中可以看出实训装置可视化效果好，模拟现场逼真，参数变化来源于设备真实的工艺运行过程，容易理解便于分析和模拟，学生操作简单。在大型装备控制技术教学中，存在着学生对生产现场缺乏感性认识，对不同被控对象运动方式、工艺过程及指令等内容的学习不得要领，更谈不上顺利地编写程序、调试、监控、下载、接线等技能的培养。使用本装置组织教学，充分利用现代教育技术和手段，把理论教学由单一的课堂教学转向多样化教学，把验证性实验转变为生产性实训，实现了教学方式的开放性、教学内容的可视性、教学手段的实践性的有机统一。

［1］李海鹏，孔德勇，王鹏.干燥滚筒内流场和传热过程的数值模拟［J］.工程机械，2011，42（6）：20-23.

［2］孙祖望.沥青搅拌设备的节能减排［J］.建设机械技术与管理，2011（6）：41-44.

［3］冯忠绪，赵利军.智能化搅拌设备［J］.工程机械，2005（8）：71-72.

Design of High Effciency Waste Heat Utilization Training Device

Liu Bin，Zhao Dandan，Yang Xu
（Henan Polytechnic Institute，Nanyang，473000，China）

Ge control technology，Siemens control technology has become a modern industrial control system is widely used in the core technology，embodying the modern computer control technology and automatic control technology in industrial production systems.At present，more than 80 laboratory experiments，training teaching is still using the traditional experimental object board control，such as water lamp control，motor control，etc..

GE intelligent platform； asphalt mixing equipment； automatic constant temperature

刘斌（1982-），男，汉族，河南南阳人，河南工业职业技术学院教师，南京理工大学计算机技术专业硕士研究生，助教，主要从事自动控制方面的教学和研究工作。