石灰窯爐自動控制系統改造探析

冷 波

(日照職業技術學院，山東 日照 276800)

石灰窯爐自動控制系統改造探析

冷 波

(日照職業技術學院，山東 日照 276800)

在一系列技術革新的基礎上，針對石灰窯爐提出基于PLC和上位機的兩級控制方案，進行石灰窯爐的改造，通過改造實現生產過程全自動化，提升了石灰的產量，減少了煤耗、電耗，除塵效果也非常明顯，解決了原石灰窯爐不穩定、故障率高、操作復雜等難題。目前，該控制系統已得到廣泛應用及認可。

石灰窯爐；PLC；改造；構建

0 引言

石灰是我國建筑行業大量用到的建筑材料之一，在高溫煅燒時，溫度控制的好壞會直接影響石灰生產的質量。傳統的石灰窯爐設備簡單，溫度主要由人工操作，不能實現有效控制，常常會生產出欠火石灰、過火石灰，而且出灰間隔時間太長，粉塵較多，石灰窯爐的環境條件非常不好，工人勞動強度也非常大。因此，采用先進的自動控制系統，對提高傳統石灰窯爐石灰的產量及質量，都具有十分重要的意義。

1 石灰窯爐系列技術改進

根據多年工程經驗，對石灰窯爐進行了一系列技術改造。

1.1 鼓風、引風機全部采用變頻控制

通過變頻調速來調節風量，代替原來的工頻啟動，避免了啟動大電流，減少了對電網的沖擊，改變了通過進風口開度來調節風量的方式，操作簡便、節約能源。使用變頻器不僅能夠滿足窯爐溫度的控制要求，而且還能夠節約能源。

1.2 配料系統

采用西門子具有自動補償功能的稱重模塊，精度可達到小于0.35%，石灰石和煤炭通過兩個不同的皮帶進入料斗。配料過程是通過PLC進行控制的，能夠自動補償前一次的稱量誤差，確保了配比準確，有效避免了過燒、夾生、結焦等現象。

1.3 智能電子主令控制器

卷揚機采用聯合開發的HDLK型智能電子主令控制器代替原來的機械式主令來控制料車的運行，定位精度高、調節方便、更加可靠，具有停電自動記憶功能，更加貼合實際自動化生產要求。主令器由編碼器、西門子的操作面板和西門子PLC組成，操作面板用于信息的輸入和顯示，PLC是主令器的控制核心，編碼器通過柔性聯軸器的帶動旋轉，將位移等信號轉化成特定信號。

卷揚機選用變頻器無級調速來代替原設備的串電阻調速，運行可靠、維護量小，且降低了采購成本，節約了能源。目前交流PWM變頻調速已得到廣泛采用，其調速性能好，并適合在惡劣的環境中工作。該項目中選用的交流變頻器為F1500-G0370T3B型，由歐瑞電氣傳動有限公司生產，該機性能良好，適合本系統應用。

卷揚機自動控制流程：起始等待；料斗到地坑下限位，上料；上料結束上料皮帶停轉；卷揚機低速啟動；料車上升到行程10%位置變為中速運行；上升到行程20%位置變為高速運行；上升到行程80%位置變為中速運行；上升到行程90%位置變為低速運行；到達終點上升停止，倒料；延時，倒料結束；卷揚機低速啟動；料車下降到行程10%位置變為中速運行；下降到行程20%位置變為高速運行；下降到行程80%位置變為中速運行；下降行程90%位置變為低速運行；到達地坑提升機停止；延時上料，循環運行。

1.4 自主開發HDTC-A型智能料位計，方便探測爐內料面料位

智能料位計具備可手自動測量、多種報警、測量精確、響應速度快、可遠程控制等優點。智能料位計主要由CPU224擴展的模擬量模塊和旋轉編碼器來實現對爐內料位的遠程監測，并分析料車工作狀態及出灰是否正常。

1.5進一步改進兩段出灰控制，在不停風機的基礎上提高出灰速度

如圖1所示，通過上下兩段閥控制兩段串聯密封擋板依次打開和關閉，不斷把落下的石灰輸送出去。

圖1 出灰控制示意圖

1.6 粉磨系統

通過檢測粉磨電機的電流來控制進料速度，代替人工觀察進料。將石灰粉磨電機測得電流傳送給PLC，PLC運算后控制變頻器帶動振動給料機的速度，代替原有人工觀測電流表，實現高效控制，保證了給料速度，增加了石灰的產量。窯爐產出的石灰塊被送至粉磨機，當檢測石灰塊達到一定重量時，其就落入料斗中，料斗按照變頻器給定速度帶動振動給料機進行粉磨，粉磨好的石灰就可以成為成品。

1.7 除塵系統

石灰生產過程中的原料稱重、出灰及粉磨等幾個階段產生的粉塵較多，我們設置了引風機和除塵器。在引風機引導下，煙塵進入除塵器，進行除塵，然后排放。在除塵之前，煙塵混入CaO粉塵，可將煙氣中的焦油變成易濾除的微粒，將煙塵中的SO2變成CaSO4微塵，方便進行過濾，能夠降低煙塵溫度，且能進行除硫，效果非常明顯。

經過改造后石灰窯爐的生產工藝如圖2所示。

圖2 石灰窯爐工藝流程

2 自動控制系統構建

在本文的設計中，下位機由西門子S7-300系列PLC實時采集溫度、壓力等數字量，料位、重量、粉磨電流等模擬量，而PC機進行WINCC組態監控。經過PLC控制，實現原料稱重、窯爐進料、料位控制、溫度控制、出灰、粉磨等全過程的自動化。

2.1 控制系統硬件設計

系統的硬件除了S7-300 PLC之外，還采用了西門子專有的SIWAREX U進行煤料、石料稱量。該模塊為S7-300 PLC標準模塊，相當于一個模擬量模塊。因本系統需多次稱重，故采用雙通道模塊。采用此模塊減少了傳輸數據的中間環節，提高了抗干擾能力，費用明顯降低，精度非常高。同時，用西門子稱重軟件進行初始校稱，使用方便、可靠，校正完再更換模塊不需要再進行校驗；生產過程中可由PLC進行校秤。

2.2 系統功能實現

石灰窯爐生產過程主要由煤石雙料混配、窯爐爐內煅燒、石灰出灰與除塵三大部分組成：(1) 公共部分。公共部分設置并顯示手自動狀態，運行、停止及故障狀態，并在關鍵位置設置急停按鈕。另外，比較重要的是設置了最高溫度報警，還能曲線顯示壓力、溫度等參數并進行報警。(2) 煤石雙料混配。煤炭和石灰石進行稱重時，一方面可經上位機WINCC組態畫面任意設定目標值，并實時顯示兩條皮帶上當前料重，顯示每次配料的石料、煤炭的稱量值、誤差值，通過PLC對數據的分析，自動計算下一次配料石料和煤炭的設定值，這樣就實現了自動補償，從而使配比較為理想；另一方面，采用了精度很高的西門子專用稱重模塊，與組態進行配合，稱重模塊稱重前可以進行手工校驗，也可由PLC進行校秤。(3) 窯爐爐內煅燒。卷揚機通過變頻器改變其運行速度，根據速度計算上料過程時間及運行剩余時間，并在WINCC畫面上顯示小車上行、返回狀態和大體位置，合作研發的智能主令控制器可實現位置的實時準確定位。合作研發的料位計探料、上料幾次，就會檢測一次，實時顯示料面高度，并可進行料面越限報警，還設置了爐頂閘門卡料報警等。(4) 石灰出灰與除塵。通過料位傳感器檢測，出灰也實現了自動控制。當爐內料面高于料位上限值時，會自動出灰。也可根據實際要求，由WINCC進行手動控制。這里需要指出的是，在設置出灰時，控制系統其他部分停止工作，為實現環保目標，針對各處較為嚴重的灰塵進行除塵，在引風機產生的負壓下經煙囪排出。

2.3 組態監控

本系統用WINCC制作了人機界面(圖3)，主要包括溫度曲線、窯爐控制、設備狀態、報表系統等幾個畫面。在窯爐控制畫面中，主要有配料參數設置、配料情況、報警以及溫度顯示、出灰手自動切換等功能。畫面工藝清楚、操作簡單可靠、功能強大、易于上手。

圖3 WINCC監控界面

3 項目應用

目前該系統已在四川某公司2×200 t/日石灰窯工程、新疆某公司6×300 t/日石灰窯工程等項目中應用。通過過去兩年來的應用及推廣，客戶的反饋都表明該系統穩定可靠，節能效果明顯，除塵效果達到預期，每噸石灰耗煤降低了13.8%，每噸石灰耗電降低了35%，取到了可觀的經濟效益，符合當前節能減排、綠色環保的理念。

4 結語

本系統解決了原石灰窯爐配料不精準、燒料過燒或欠燒、操作復雜等難題，實現了石灰生產配料、煅燒、出灰、除塵等全程自動化，降低了成本，提高了產量，實現了節能環保。

[1]許星，唐其偉，羅世亮，等.基于S7-300 PLC的石灰窯爐控制系統[J].工業控制計算機，2004(2)

[2]武中華，趙長安，谷志剛.西門子PLC在環形套筒石灰窯控制系統中的應用[J].科技信息，2010(14)

2014-06-09

冷波(1979—)，男，山東日照人，講師，主要從事PLC控制、物聯網等方面的研究。