球墨鑄鐵管水泥內(nèi)襯養(yǎng)生工藝自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

劉鑫杰

摘 要：論述了一種自動(dòng)控制養(yǎng)生溫度、濕度的球墨鑄鐵管養(yǎng)生工藝的技術(shù)。該技術(shù)可以顯著提高對(duì)球墨鑄鐵管水泥內(nèi)襯的養(yǎng)生質(zhì)量，縮短養(yǎng)生時(shí)間，提高生產(chǎn)率，降低蒸汽的使用量，有效解決了傳統(tǒng)蒸汽養(yǎng)生在球墨鑄鐵管生產(chǎn)過程中產(chǎn)量不穩(wěn)定，內(nèi)襯質(zhì)量不穩(wěn)定的難題。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；蒸汽養(yǎng)生；球墨鑄鐵管；水泥內(nèi)襯

1 概述

球墨鑄鐵管廣泛應(yīng)用于冶金、化工、城建、城市供排水工程、燃?xì)夂洼斢凸艿赖戎T多工業(yè)及民用領(lǐng)域。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)球墨鑄鐵管的需求不斷增加，對(duì)其質(zhì)量的要求也不斷提高。球墨鑄鐵管水泥內(nèi)襯是球墨鑄鐵管生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，其養(yǎng)生質(zhì)量影響到球墨鑄鐵管整體的產(chǎn)量和質(zhì)量。隨著生產(chǎn)技術(shù)在不斷更新，對(duì)其原有養(yǎng)生工藝進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造已成為鑄管工藝發(fā)展的重要方向，越來越受到企業(yè)的重視。傳統(tǒng)內(nèi)襯養(yǎng)生對(duì)通入蒸汽量實(shí)施人工控制，難以平穩(wěn)的控制球墨鑄鐵管的養(yǎng)生溫度和濕度、受工人經(jīng)驗(yàn)制約大，實(shí)施對(duì)養(yǎng)生工序生產(chǎn)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，可以顯著提高球墨鑄鐵管水泥內(nèi)襯養(yǎng)生的質(zhì)量。

2 工藝流程

球墨鑄鐵管生產(chǎn)線為連續(xù)生產(chǎn)過程，經(jīng)水泥內(nèi)襯工序后進(jìn)入養(yǎng)生工序。球墨鑄鐵管通過吊運(yùn)放到養(yǎng)生池，每個(gè)養(yǎng)生池各有兩條蒸汽管道通到池底部，預(yù)熱蒸汽管道用于加熱養(yǎng)生池內(nèi)的空氣、養(yǎng)生蒸汽管道用于常規(guī)養(yǎng)生。預(yù)熱管道先通蒸汽，通過養(yǎng)生池內(nèi)空氣溫度測(cè)量，調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門開度，控制養(yǎng)生池內(nèi)空氣溫度的高低，用以控制水泥內(nèi)襯中的水分。待水分處于凝結(jié)狀態(tài)后，打開養(yǎng)生蒸汽管道，開始常規(guī)的蒸汽養(yǎng)生，通過養(yǎng)生池內(nèi)溫度、濕度測(cè)量，調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥門開度，控制養(yǎng)生池內(nèi)溫度高低與濕度大小，用于控制養(yǎng)生過程。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)面向生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、PID調(diào)節(jié)，比值控制，報(bào)警、聯(lián)鎖等控制功能，對(duì)數(shù)據(jù)采集及控制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、自動(dòng)控制。通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度，可以避免憑經(jīng)驗(yàn)操作、無法連續(xù)進(jìn)行質(zhì)量控制的弊端，可以有效提高養(yǎng)生工序的可控性、操作性，保證養(yǎng)生質(zhì)量的穩(wěn)定性。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)由開發(fā)用的工程師站（EWS）、操作員站（HMI）、控制站、若干遠(yuǎn)程I/O站等構(gòu)成。控制站主要包括：電源模塊、中央數(shù)據(jù)處理單元、模擬量輸出模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、熱電阻輸入模塊、通訊模塊等組成，系統(tǒng)的硬件配置如圖1所示：

信息控制流程主要為：溫/濕度傳感器、壓力傳感器的模擬信號(hào)→模擬量輸入模塊→CPU模塊數(shù)據(jù)分析→模擬量輸出模塊→電動(dòng)執(zhí)行器做出相應(yīng)動(dòng)作→控制電動(dòng)控制閥的開度→調(diào)節(jié)養(yǎng)生池內(nèi)的溫/濕度。

自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)HMI的操作指令完成工藝過程養(yǎng)生池內(nèi)溫/濕度的PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在HMI上可完成：溫/濕度數(shù)據(jù)顯示，調(diào)節(jié)閥PID自動(dòng)調(diào)節(jié)、狀態(tài)顯示，電動(dòng)閥開關(guān)控制、狀態(tài)顯示；數(shù)據(jù)的歷史曲線，報(bào)警記錄，操作記錄等。

4 控制過程

每條鑄管精整線都根據(jù)其生產(chǎn)能力設(shè)置不同規(guī)格和不同數(shù)量的養(yǎng)生池，每條精整線單個(gè)養(yǎng)生池的大小一樣，每個(gè)養(yǎng)生池均設(shè)置溫度、濕度檢測(cè)，并在進(jìn)入養(yǎng)生池的預(yù)熱蒸汽、養(yǎng)生蒸汽管道上設(shè)置電動(dòng)截止閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。所有養(yǎng)生池的溫度、濕度信號(hào)及電動(dòng)截止閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)都接入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，水泥內(nèi)襯的養(yǎng)生時(shí)間和強(qiáng)度，通過自動(dòng)控制養(yǎng)生池通入蒸汽量，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)生池溫、濕度的自動(dòng)保持，將養(yǎng)生池溫度、濕度調(diào)整在設(shè)定范圍內(nèi)。

整個(gè)控制流程如下：水泥涂襯后的球墨鑄鐵管裝入養(yǎng)生池后，（1）確認(rèn)蒸汽總管和蒸汽支管蒸汽壓力值正常（2）開啟預(yù)熱蒸汽管道上的電動(dòng)截止閥，開始向養(yǎng)生池內(nèi)通入蒸汽，利用預(yù)熱蒸汽盤管加熱池內(nèi)空氣溫度（3）根據(jù)設(shè)定的養(yǎng)生池溫度參數(shù)曲線調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（4）達(dá)到預(yù)熱養(yǎng)生時(shí)間，完成設(shè)定目標(biāo)后，關(guān)閉電動(dòng)截止閥（5）根據(jù)程序預(yù)設(shè)定時(shí)間，開啟養(yǎng)生蒸汽管道上的電動(dòng)截止閥（6）根據(jù)設(shè)定的養(yǎng)生池溫度、濕度參數(shù)調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)整蒸汽進(jìn)氣量，保證養(yǎng)生池內(nèi)球墨鑄鐵管水泥涂襯凝結(jié)效果。（7）達(dá)到設(shè)定的養(yǎng)生時(shí)間后，關(guān)閉養(yǎng)生蒸汽管道上的電動(dòng)截止閥（8）結(jié)束養(yǎng)生過程，將所有設(shè)備恢復(fù)到初始狀態(tài)。控制流程圖見圖2

同時(shí)在養(yǎng)生池旁邊設(shè)置了數(shù)顯控制面板，在控制面板上顯示的養(yǎng)生池的溫度、濕度以及養(yǎng)生時(shí)間。現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)養(yǎng)生過程進(jìn)行判斷，隨時(shí)切換為手動(dòng)操作狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行人工干預(yù)。通過對(duì)調(diào)節(jié)閥輸出值的自動(dòng)跟蹤，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制/人工操作、人工操作/自動(dòng)控制的無擾切換。

5 小結(jié)

新型自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可視，可控、便于操作。通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)控制溫度、濕度和養(yǎng)生時(shí)間，解決人工不準(zhǔn)確的問題，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作。可以根據(jù)設(shè)置的參數(shù)和傳感器反饋的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的調(diào)整閥門開度，連續(xù)控制蒸汽養(yǎng)生過程。能夠有效的提高球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠的養(yǎng)生效率以及明顯的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益。

該技術(shù)的推廣應(yīng)用，能在球墨鑄鐵管生產(chǎn)行業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)球墨鑄鐵管的技術(shù)進(jìn)步具有十分重要的意義。