浅析窑炉能耗管理的分段温度控制方式

杨红

摘 要：窑炉烧成能耗在陶瓷企业综合能耗中占比最大，烧成技术和窑炉结构是影响窑炉能耗的两个关键因素，设备的自动化程度不断提高，促进了烧成工艺的不断创新。本文从控制系统构成、动态走砖及程序编写三个方面，介绍分段温度控制方式在窑炉烧成工艺上的应用。通过调整烧成制度，节省燃气消耗，降低企业成本。

关键词：烧成周期;动态走砖;易控天地

1 前 言

温控表调节燃气执行器开度，经过PID运算，来完成对仪表设定温度值和热电偶实际温度值的控制。在产品质量达标情况下，窑炉每一段热电偶的温度结合在一起，组成窑炉烧成温度曲线。窑炉在实际生产过程中，窑内会出现没有进砖的情况，这时可以通过对控制系统进行配置及程序编写，对温度进行调节，实现烧成温度曲线的调整，从而达到节能降耗的目的。下面介绍分段温度控制系统。

2 窑炉分段温度控制系统组成

分段温度控制系统主要包括工控机、易控天地组态软件、温控表、执行器。工控机配置型号为TPC6000 - 8172W0的平板电脑，平板电脑安装易控天地组态软件，温控表选择欧姆龙E5EC-PR2ADM-804产品。

3 窑炉动态走砖

分段温度控制系统运行前，首先要确定砖块在窑炉内的具体位置，砖块位置的确定是通过计算，得出窑炉每一段砖块流动的线速度，根据线速度，工控机组态软件对窑内动态走砖进行模拟，从而可以直观地呈现砖块在窑内的具体位置。砖块流动的线速度即辊棒线速度，可以通过以下几个参数来确定：窑炉每一段的长度、窑炉每一段传动电机转速和速比、变频器频率、传动比以及辊棒直径。计算如下所示：

辊棒转速（rpm）=一级减速转速（rpm）/传动比;

一级减速转速（rpm）=电机转速（rpm）/速比;

辊棒线速度（m/min）=辊棒转速（rpm）×辊棒直径（mm）×3.14 / 1000;

每一段烧成周期（min）=每一段长度 （m）/辊棒线速度（m/min）;

总的烧成周期（min）=∑每一段烧成周期（min）。

每一段在不同变频器频率运行情况下，可以计算出该频率对应的烧成周期：

相应的每一段烧成周期（min）= 每一段烧成周期（min）×50（HZ）/ 相应的频率（HZ）;

相应的总烧成周期（min） =∑相应的每一段烧成周期（min）;

相应的辊棒线速度（m/min）=每一段长度（m）/相应的每一段烧成周期（min）。

根据以上表达式，工控机组态软件和传动变频器通讯，采集每一段的变频器频率，计算得出每一段的烧成周期，每一段的烧成周期得出每一段的辊棒线速度，根据每一段的辊棒线速度模拟砖块在辊道窑内的动态走砖情况，易控天地计算程序如下所示（理论计算值与实际值会存在偏差，这里引入修正系数）：

Tag.CDSV.CDSV1=Tag.Inv.Inv1*Tag.变频器.齿轮比1*Tag.GYCS.速度修正系数1;

Tag.CDSV.CDSV2=Tag.Inv.Inv2*Tag.变频器.齿轮比2*Tag.GYCS.速度修正系数2;

Tag.CDSV.CDSV3=Tag.Inv.Inv3*Tag.变频器.齿轮比3*Tag.GYCS.速度修正系数3;

Tag.CDSV.CDSV4=Tag.Inv.Inv4*Tag.变频器.齿轮比4*Tag.GYCS.速度修正系数4;

Tag.CDSV.CDSV5=Tag.Inv.Inv5*Tag.变频器.齿轮比5*Tag.GYCS.速度修正系数5;

if（Tag.CDSV.CDSV1！=0）

{Tag.GYCS.烧成周期1=Tag.变频器.长度1/Tag.CDSV.CDSV1;

Tag.GYCS.平均速度1=Tag.GYCS.速度修正系数1*Tag.YL.窑炉长度1/Tag.GYCS.烧成周期1;}

if（Tag.CDSV.CDSV2！=0）

{Tag.GYCS.烧成周期2=Tag.变频器.长度2/Tag.CDSV.CDSV2;

Tag.GYCS.平均速度2=Tag.GYCS.速度修正系数2*Tag.YL.窑炉长度2/Tag.GYCS.烧成周期2;}

if（Tag.CDSV.CDSV3！=0）

{Tag.GYCS.烧成周期3=Tag.变频器.长度3/Tag.CDSV.CDSV3;

Tag.GYCS.平均速度3=Tag.GYCS.速度修正系数3*Tag.YL.窑炉长度3/Tag.GYCS.烧成周期3;}

if（Tag.CDSV.CDSV4！=0）

{Tag.GYCS.烧成周期4=Tag.变频器.长度4/Tag.CDSV.CDSV4;

Tag.GYCS.平均速度4=Tag.GYCS.速度修正系数4*Tag.YL.窑炉长度4/Tag.GYCS.烧成周期4;}

if（Tag.CDSV.CDSV5！=0）

{Tag.GYCS.燒成周期5=Tag.变频器.长度5/Tag.CDSV.CDSV5;

Tag.GYCS.平均速度5=Tag.GYCS.速度修正系数5*Tag.YL.窑炉长度5/Tag.GYCS.烧成周期5;}

Tag.GYCS.烧成周期=Tag.GYCS.烧成周期1+Tag.GYCS.烧成周期2+Tag.GYCS.烧成周期3+Tag.GYCS.烧成周期4+Tag.GYCS.烧成周期5;

易控天地软件和PLC建立通讯关系，PLC通过窑炉入口光电检测元件采集砖块进入辊道窑的信号，窑炉传动在实际控制当中，会出现晃动的状况，工控机经易控天地和PLC进行数据交互，根据采集的正转、反转、停止及入口进砖信号，实时调整在辊道窑内每一段砖块的动态走砖情况。

4 温度调节功能及程序编写

砖块在窑炉内的具体位置确定好以后，接下来考虑对温度的自动控制调节;首先确定热电偶在窑炉的具体位置，当窑炉执行空窑分段温度自动控制时，把当前烧成工艺即温控表设定值存储到中间变量，然后按照以下步骤进行参数预设：

（1）预设开始空窑距离值ff（单位：m），当没有砖块的距离大于ff值，空窑开始;

（2）预设结束空窑距离值gg（单位：m），当进入的连续砖块大于gg值，空窑结束，连续砖块即砖块与砖块之间的距离小于砖块长度乘以系数;

（3）预设热电偶降温调节距离值hh（单位：m）和热电偶升温调节距离值kk（单位：m），预设降温调节值tt（单位：℃）;当空窑开始条件满足时，热电偶和空窑部分砖尾的距离大于hh值时，热电偶进行降温调节，降低值参照tt值;当空窑结束条件满足时，热电偶和新砖块砖头的距离小于kk值时，热电偶进行升温调节，调节值参照预先存储的中间变量值。在进行升降温调节时，预设调节梯度值，按照调节梯度，调整温度到设定的温度值。

（4）在温度调节时，为确保易控组态正确的把调节值写入到本地温控表，可以通过以下程序实现：

bool  booRev=false; int  index=Tag.全局.TEMP;

switch（index）

{   case 1：int a=0;

do  {booRev=IO.S1.WriteTag（IO.S1.IO变量2.Name，Tag.CDSFW.CDSFW1.Value*100）; a++;}

while（booRev==false&&a<5）;

if（booRev== false）        MessageBox.Show（“写温控表1失败！”）;  break;

case 2：int b=0;

do  {booRev=IO.S2.WriteTag（IO.S2.IO变量2.Name，Tag.CDSFW.CDSFW2.Value*100）; b++;}

while（booRev==false&&b<5）;

if（booRev== false）        MessageBox.Show（“写温控表2失败！”）;  break;

case 3：int c=0;

do {booRev=IO.S3.WriteTag（IO.S3.IO变量2.Name，Tag.CDSFW.CDSFW3.Value*100）;  c++; }

while（booRev==false&&c<5）;

if（booRev== false）        MessageBox.Show（“写温控表3失败！”）;  break;

case 4：int d=0;

do{ booRev=IO.S4.WriteTag（IO.S4.IO变量2.Name，Tag.CDSFW.CDSFW4.Value*100）;  d++;}

while（booRev==false&&d<5）;

if（booRev== false）        MessageBox.Show（“寫温控表4失败！”）;  break;

case 5：int n=0;

do{booRev=IO.S5.WriteTag（IO.S5.IO变量2.Name，Tag.CDSFW.CDSFW5.Value*100）;    n++; }

while（booRev==false&&n<5）;

if（booRev== false）        MessageBox.Show（“写温控表5失败！”）;    break;

default：   break; } Tag.ALarm.Alarm1=booRev;

根据以上程序，当对温控表进行写入值操作时，如果写入不成功，会尝试5次写入操作，如果5次写入失败，会弹出“写温控表*失败！”对话框，同时写入函数的返回值booRev赋值给中间变量Tag.ALarm.Alarm1，触发PLC程序进行报警提示;以此确保温度自动调节功能更加完善。

5 结 语

综上所述，在实际生产过程中，可以实时模拟窑内砖块动态走砖情况，针对窑内没有砖块的位置，通过调节温控表的温度，能够达到降低能耗的目的。为了保证产品质量，需要在上一段砖尾离开一定距离后降低温控表的温度，并且在下一段首砖到达前升高温控表的温度。在日常工作和生活当中，节约资源、合理利用是我们的社会责任，尽职尽责做好本职工作，为企业开源节流，降本增效增添一份动力。