輸灰系統自動化控制設計與實現

［摘 要］在現代化的工業生產中，輸灰系統作為關鍵的物料搬運設施，其高效和穩定的運行對于保證整個生產流程的順暢至關重要。為了提升輸灰系統的工作效率并降低運行成本，文章探討了輸灰系統的自動化控制設計和實施，并提出了幾種控制策略。研究詳述了控制系統實施與調試階段的關鍵步驟，通過一系列的實際項目案例分析，驗證了自動化控制系統在實際應用中的效果，并根據研究結果提出了針對性建議，也對未來工業自動化及輸灰系統的發展進行了前瞻性的思考，特別強調了智能化控制系統和可持續發展的重要性，以期減少人為錯誤，降低維護成本。

［關鍵詞］輸灰系統；自動化控制；控制策略；智能化

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0016–03

1 輸灰系統概述

在各類工業生產過程中，尤其是在電力、建材及化工行業，粉煤灰的處理和輸送是不可或缺的環節。高效和可靠的輸灰系統不僅可保障生產的連續性和環境的安全，還直接影響到整個工廠的運行效率和成本控制。因此，對于輸灰系統的研究與優化具有十分重要的現實意義。

輸灰系統主要通過氣力輸送的方式，利用氣流的力量將粉煤灰從一處傳輸到另一處。根據氣流的方向和作用力的不同，輸灰系統大體可分為正壓輸灰系統和負壓輸灰系統。正壓輸灰系統中，壓縮空氣或者其他氣體（通過特定的送風設備，如鼓風機或壓縮機生成），然后將這些氣體引入含有粉煤灰的儲倉或容器中，通過加壓使粉煤灰與氣流混合，在壓力推動下通過輸灰管道送往預定位置。負壓輸灰系統通過在系統的終端創建負壓環境，利用真空吸力引導粉煤灰移動至收集點。一般情況下，負壓輸灰系統比正壓輸灰系統在運行中產生的灰塵和噪聲更少，但需要更精細的控制設備來保持系統穩定。無論是正壓輸灰系統還是負壓輸灰系統，輸灰過程中都涉及幾個關鍵組件：氣源設備、輸灰管道、分離器（布袋除塵器）、儲存倉。

氣源設備是提供動力源的設備，如鼓風機、壓縮機或真空泵。輸灰管道主要根據工程的需要，選擇合適直徑和材質的管道，確保氣體和粉煤灰能有效混合并順暢傳輸。分離器位于輸灰的終點，用于將粉煤灰從氣流中分離出來，通常通過旋風分離器或濾袋分離器實現。儲存倉作為集中收集設備，主要用于進一步的處理或處置。

輸灰系統是根據不同工業過程的具體需要進行設計，所以不同輸灰系統的設計和配置也會有所差異。例如，在電力行業中，大型燃煤電廠的廢灰處理就廣泛應用氣力輸灰技術，旨在實現粉煤灰的高效清除和環保處置。而在水泥制造業中，輸灰系統則更多用于原料的輸送和混合。各種類型的輸灰系統在設計時都需充分考慮系統的效率、可靠性及經濟性，以確保其能在特定工業環境中穩定高效地運行。

2 自動化控制系統設計

隨著工業自動化技術的不斷進步，對輸灰系統的自動化控制要求也越來越高。實現高度自動化的輸灰系統，不僅可以提高生產效率和安全性，還能有效降低運維成本。

自動化控制系統的設計需遵循以下基本要求。

（1）準確性。系統需要精確控制輸灰量，確保按需輸送，避免過量或不足。

（2）可靠性。系統的設計應保證其在各種條件下的穩定運行，減少停機時間，提高生產連續性。

（3）用戶友好。控制系統應提供直觀、易用的人機交互界面，便于操作人員監控和管理。

控制系統組件是構建自動化控制系統的主要部分，涉及以下主要組件的選擇和配置。

（1）傳感器。用于實時監測系統中各項關鍵參數，如壓力、流速和溫度等，是智能控制的基礎。

（2）可編程邏輯控制器（PLC/DCS）。PLC/DCS是自動化控制系統的大腦，根據輸入信號（來自傳感器）計算并輸出控制命令。

（3）人機界面。系統應提供可視化的操作平臺，讓操作員能夠實時監控系統狀態，執行啟動、停止或其他特定操作。

控制策略的設計及有效的控制策略是實現自動化目標的關鍵。以下幾種策略是設計中常考慮的。

（1）反饋控制。這是最常見的控制策略之一，系統根據輸出反饋調整輸入，以維持輸出在某個預定的目標值上。

（2）前饋控制。與反饋控制相比，前饋控制通過直接測量擾動并在其影響系統輸出之前進行補償。

（3）安全性考慮。設計必須包括應對突發情況的安全預案，如緊急停機按鈕、報警系統等，確保人員和設備的安全。

設計一個有效的自動化控制系統，不僅需要細致的規劃和精確的實施，還需要對系統各組成部分進行周密的測試和調整，以確保能夠達到最優的工作狀態。

3 實施與調試

為確保自動化控制系統的成功布署，實施和調試階段至關重要。在這一階段，設計的控制系統從理論轉化為實際操作并進行必要的優化。

實施計劃的制訂旨在保證整個項目按照規定的時間框架和預算推進，遵循了如下方法。

（1）項目管理模型。根據項目復雜性和靈活性要求選用敏捷或瀑布模型進行管理。

（2）階段里程碑。定義清晰的里程碑和交付成果，確保項目的關鍵環節得到適當關注。

（3）風險評估。分析可能的風險因素，并為可能出現的問題制訂應對策略。

調試過程包括對系統的基本功能和額外特性進行測試，確保一切運行正常。這通常涉及以下方面。

（1）分步實施。逐步啟動系統的不同部分，逐一驗證其功能。

（2）迭代優化。在實際運行過程中調整參數，通過反復測試找到最佳配置。

（3）團隊合作。調試是一個團隊工作，需要各方面專家的緊密合作。

系統的測試驗證環節是確保控制系統可以按照預期目標運行的關鍵，包括以下方面。

（1）性能測試。驗證系統是否滿足了性能需求，如響應時間、處理量等。

（2）穩定性測試。確定系統在長時間運行下的可靠性。

（3）安全測試。確認所有安全特性均按設計正確實現。

通過上述步驟的仔細施行，可以保證輸灰自動化控制系統的順利啟動并高效運行，為后續的維護和升級提供了堅實的基礎。

4 案例研究

4.1 項目概述

以1 臺330 MW 熱電機組為例，原輸灰系統采用正壓懸浮流輸送系統，控制系統采用時域控制方法，輸灰系統輸送頻次高、運行氣量大、系統頻繁卡頓，經常出現管道磨損、漏灰等現象。后通過市場調研，對輸灰系統主要部分進行整體優化設計，并提出優化后節氣指標50%、控制程序簡化、管道合并等優化策略。

4.2 設計與實施過程

（1）系統配置。控制系統在原有基礎上進行修編，取消系統先流化再加壓的控制邏輯，調整落料結束觸發條件，并整合單元輸送優化配置條件（圖1）。

（2）軟件開發。結合先導輸送技術，定制開發控制邏輯和人機交互界面。

（3）實施挑戰。在輸灰系統的自動化控制設計和實施過程中，控制系統可能會遇到現有設備與新系統不兼容問題，通常需要在設備采購前，進行充分的需求分析和設備選型，確保新設備與現有設備兼容。輸灰系統運行環境可能存在高溫、腐蝕、振動等惡劣條件，本次在系統設計階段考慮到環境因素，選擇的輸灰技術及材料，可確保系統在惡劣環境下穩定運行。另外，定期的維護和檢修也是確保系統長期穩定運行的重要措施。作為新技術運行，參數調整方面缺乏經驗，通過大量的系統操作和維護的專業培訓，確保操作人員能夠熟練使用控制系統，并了解系統異常情況處理的方法，保證系統高效運行。

4.3 性能評估

（1）系統功效。通過系統整體優化設計，同等工況下輸送次數由優化前20 次/h，降低至5 次/h，單位耗氣量由40.88 Nm3/t，下降至14.35 Nm3/t，系統單管出力由45 t/h 提升至96.9 t/h，輸送氣源壓力降低至0.35 MPa 以下，輸送系統流速降低至8 m/s。改造前后對比見表1、表2。

（2）經濟效益。從實驗數據分析，直接經濟效益分析平均每天節約氣量約為2.9 萬方，折算電費約為44.5 萬元，折算標煤約為445 t，減排CO2 約867 t/a。間接經濟效益分析主要為系統自動化程度提高，節約人力支出約10 萬元/a，節約系統設備更換約15 萬元。

4.4 結果討論

通過本次項目整體效果分析，自動化系統的完善必須借助于基礎設備的運行良好，而基礎設備的經濟運行又與自動化控制密不可分，故兩者的深度結合也是項目成功的主要手段。

5 系統維護與未來展望

通過實際案例分析，展示了在實際運行中控制系統的性能，并給出了系統性能優化和問題解決的實際例證。系統維護建議如下。

（1）持續監控與優化。建議對系統進行持續監控，通過收集運行數據來實現持續優化。

（2）人員培訓。強調了專業操作人員培訓在確保系統穩定運行中的重要性。

（3）技術升級。鑒于技術的快速發展，建議定期審視和升級控制系統，以保持其高效運作。

分析時代發展，未來數字化電廠、智能化操作是未來工業系統自動化控制的主要發展趨勢，對其進行研究將是必要的項目，未來發展趨勢主要有以下方面。

（1）智能化控制。隨著人工智能和機器學習技術的發展，預計未來的控制系統將更加智能化，能夠自主學習、優化及適應各種運行條件。

（2）可持續發展。考慮到環境保護和資源永續使用，輸灰系統的未來設計將更注重環保和低能耗。

6 結論

自動化輸灰系統的設計和實施是一個復雜且富有挑戰的工程，需要精心規劃和持續優化。通過本研究的發現和分析，可以提高自動化輸灰系統的設計和實施效果，對未來的工業應用和發展具有重要的指導意義，主要有以下幾點。

（1）系統設計重要性。強調了對系統細致規劃的必要性，并闡述了自動化控制系統在提高運行效率、降低成本、增強可靠性方面的關鍵作用。

（2）實施與調試。實施過程中遇到的問題強調了靈活性和應變能力的重要性，而系統調試階段的細致工作則確保了系統的高效穩定運行。

參考文獻

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