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    作者簡介：

    李秀敏（1969），女，河北省唐山市人，工程師，1992年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)，一直從事自動化控制和過程控制領(lǐng)域的工作。現(xiàn)在唐山雷浩能源技術(shù)裝備有限公司工作，任副總工程師職位。曾獲唐山市優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目科技進(jìn)步二等獎2項(xiàng)。

    摘要: 介紹黃金焙燒工藝及其控制系統(tǒng)，分析黃金焙燒工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)，提出了用PLC、工控機(jī)、變頻器等自動化產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計的控制方案，并且對該系統(tǒng)的配置及原理進(jìn)行了闡述。

    關(guān)鍵詞： 焙燒爐，蓄熱，PLC，變頻器，遠(yuǎn)程控制

    Abstract: this paper introduces the gold roasting and its control system, analysis gold roasting, puts forward the critical control points with PLC, industrial PC, inverter and other automation product design, and the control scheme for the system configuration and principle is discussed in this paper.

    Keywords: baking, heat storage, PLC, frequency converter, remote control

    1 項(xiàng)目背景：

    甘肅黃金礦料中含有一種砷化物，砷化物是一種劇毒物質(zhì)，在進(jìn)行黃金提取工藝之前，首先將礦料中所含砷化物通過干餾工藝提取出來，然后礦料再運(yùn)送到黃金提取設(shè)備進(jìn)入后續(xù)工藝，干餾出來的砷蒸氣可經(jīng)進(jìn)一步處理，得到具有很好經(jīng)濟(jì)價值的副產(chǎn)品。我方在此項(xiàng)目中所承攬工程范圍即為黃金礦干餾工藝及設(shè)備全套供貨。

    2 工藝簡介：

    黃金礦料經(jīng)皮帶機(jī)加入頂部主料倉，礦料經(jīng)液壓加料裝置被間斷周期加入焙燒爐，礦料在焙燒爐內(nèi)與上行的熱空氣（900℃左右）進(jìn)行換熱，礦料經(jīng)加熱干餾后，所含砷化物以氣態(tài)的形式被析出，干餾后的礦料經(jīng)出料裝置定期排除，經(jīng)皮帶機(jī)運(yùn)出進(jìn)入下一流程。

    焙燒用熱空氣來自蓄熱式熱風(fēng)爐，發(fā)生爐熱煤氣在熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱煙氣，熱風(fēng)爐出口為蓄熱室，1150℃左右的熱煙氣與潔凈的常溫空氣進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生900℃的熱空氣，被送入焙燒爐參與礦料的干餾過程。

    系統(tǒng)工藝流程圖如下：
     
              

    3 自控系統(tǒng)構(gòu)成：

    3.1概述：

    系統(tǒng)設(shè)有中央監(jiān)控室，集中控制與管理區(qū)域內(nèi)各個系統(tǒng)。在中央控制室設(shè)置操作臺，在操作臺正面集中布置了運(yùn)行、復(fù)位、選擇開關(guān)等操作按鈕。

    自控系統(tǒng)配置了以上位機(jī)、PLC為基礎(chǔ)的集成自動化系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)輸入模塊進(jìn)行各工藝數(shù)據(jù)的采集，在計算機(jī)上可顯示不同畫面，與一次儀表、執(zhí)行器等配合實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)實(shí)時顯示，趨勢記錄、歷史事件記錄、報警提示、各設(shè)備運(yùn)行及狀態(tài)控制，數(shù)據(jù)制表及流程畫面動態(tài)顯示等功能，可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢與數(shù)據(jù)分析，使系統(tǒng)始終處于安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

    3.2系統(tǒng)配置： 

    整個自動化系統(tǒng)由一臺工程師站、2臺操作員站、3個控制站及控制網(wǎng)絡(luò)組成。

    網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：  

                 

    3.3 系統(tǒng)主要配置、功能：
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    工程師站：系統(tǒng)設(shè)置工程師站1臺

    負(fù)責(zé)整個項(xiàng)目的編程與組態(tài)，項(xiàng)目完成后在工程師室設(shè)置1臺工程師站用于系統(tǒng)的維護(hù)，硬件采用研華工控機(jī)IP-610H。工程師室位于中央控制室隔壁。
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    操作員站：系統(tǒng)設(shè)置操作員站2臺

    操作員站用于工藝過程監(jiān)控與操作，包括界面流程顯示、工藝參數(shù)值顯示與記錄、報警、參數(shù)設(shè)定等等。操作員站硬件采用研華工控機(jī)IP-610H，位于中央控制室。
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    控制站：系統(tǒng)設(shè)置控制站3臺

    控制站用于執(zhí)行用戶程序，實(shí)現(xiàn)控制功能。
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    焙燒系統(tǒng)為主要工藝環(huán)節(jié)，配置了1套控制站，硬件選用SIEMENS S7-300系列PLC，CPU選用6ES7 315-2DP，集成的DP口與遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)PROFIBUS通訊功能。遠(yuǎn)程I/O選用ET200M，可帶8個數(shù)據(jù)傳輸模塊，安裝在設(shè)備附近控制間，減少了大量數(shù)據(jù)采集電纜的敷設(shè)。

    硬件配置圖如下：
  
                    

    熱風(fēng)爐系統(tǒng)為整個工藝過程中熱量供給系統(tǒng)，配置了1套控制站。硬件選用SIEMENS S7-300系列PLC，CPU選用6ES7 314。
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    其它公用系統(tǒng)配置了1套控制站，硬件選用SIEMENS S7-300系列PLC，CPU選用6ES7 315-2DP，集成的DP口與其它具有PROFIBUS協(xié)議的設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊功能。

    大型電機(jī)采用變頻控制，變頻器配置了FROFIBUS-DP選件 ，與PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制功能。

    硬件配置如下：
     
                     

    4控制系統(tǒng)介紹：

    4.1 蓄熱式熱風(fēng)爐系統(tǒng)：

    4.1.1熱風(fēng)爐工藝

    煤氣爐產(chǎn)生的熱煤氣輸送至熱風(fēng)爐14個燃燒器前，與空氣鼓風(fēng)機(jī)鼓入的空氣在爐內(nèi)混合燃燒，產(chǎn)生1100～1150℃左右的煙氣，經(jīng)過擋火墻時氣體除去大塵粒，并且使熱煙氣均勻的通過爐尾4個熱氣體管道分配給蓄熱室進(jìn)行熱交換。

    4.1.2熱風(fēng)爐控制方式：

    熱風(fēng)爐燃燒室爐共設(shè)兩點(diǎn)溫度檢測（熱電偶）和一點(diǎn)壓力檢測，鼓風(fēng)機(jī)前設(shè)一點(diǎn)壓力檢測，其檢測與控制系統(tǒng)將連續(xù)檢測燃燒過程的各項(xiàng)工藝參數(shù)。采用PLC控制系統(tǒng)與一次檢測儀表結(jié)合，對熱風(fēng)爐的爐壓、爐溫進(jìn)行自動控制及畫面顯示。

    4.1.3蓄熱系統(tǒng)工藝流程：

    本系統(tǒng)共設(shè)置4個蓄熱室，每個蓄熱室設(shè)置4個閥門，分別為高溫、低溫?zé)煔忾y以及高溫、低溫空氣閥（如圖１所示）。通過閥門的開關(guān)控制煙氣及空氣的走向，進(jìn)行蓄熱與換熱工作的切換，換向周期為可設(shè)定，初定為6分鐘。閥門動作如圖所示

               
                                             蓄熱室示意圖

                                        表1  閥門動作表
                     

     4.1.4 蓄熱系統(tǒng)控制方式：

    每臺蓄熱室分別設(shè)置兩臺高溫水冷液動熱風(fēng)閥，兩臺低溫DKJ式電動調(diào)節(jié)蝶閥；全部閥門換向采用定時順序換向,換向采用PLC程序控制。每個蓄熱室四個閥門的換向時間由人工設(shè)定。

    4.1.5 蓄熱式熱風(fēng)爐系統(tǒng)工藝流程主界面如下：

                  

    4.2焙燒干餾系統(tǒng)：

    4.2.1 焙燒干餾系統(tǒng)主要構(gòu)成：

    干餾爐系統(tǒng)由4臺干餾爐組成。干餾爐頂部設(shè)置加料裝置，底部為排料裝置，中部為干餾爐主體。

    4.2.2 加料裝置：

    動作工藝：分自動與手動兩種控制方式。

    自動過程：干餾爐頂部安裝儲料倉，塊狀物料由上料皮帶機(jī)提入，保證儲料倉內(nèi)始終儲有物料。每臺干餾爐頂部安裝獨(dú)立加料裝置，當(dāng)檢測到爐內(nèi)料層低于下限時，自動啟動旋轉(zhuǎn)加料閥，旋轉(zhuǎn)加料閥打開，塊狀礦料落入料腔，滿后即刻關(guān)閉旋轉(zhuǎn)加料閥，旋轉(zhuǎn)加料閥關(guān)到位后，延時打開插板閥，礦料加入到干餾爐內(nèi)，隨后關(guān)閉插板閥。通過控制旋轉(zhuǎn)加料閥打開時間來控制每次入爐量的多少，料位探測器實(shí)時檢測物料是否達(dá)到高料位，否則加料裝置按照如上時序繼續(xù)加料，直到達(dá)到高位即滿料為止。

    手動加料：可人為給某一爐內(nèi)加料。加料時按動啟動、停止按鈕即可。

    除自動與手動之外，現(xiàn)場仍裝設(shè)了就地控制按鈕，用于檢修時單體設(shè)備，如某一汽缸的單獨(dú)開閉等操作。

    4.2.3 排料裝置： 

    排料裝置為蝸輪蝸桿連續(xù)出料方式，控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速控制電機(jī)，便于調(diào)整出料速度。4臺爐出料單獨(dú)控制，排出的礦料落入兩側(cè)皮帶上，經(jīng)由礦料皮帶機(jī)連續(xù)排出運(yùn)送到下一工藝過程。

    4.2.4 干餾爐：

    礦料在干餾爐內(nèi)與熱空氣進(jìn)行熱交換，干餾生成的砷蒸汽混合物經(jīng)出氣口送出，后續(xù)進(jìn)一步處理。

    干餾爐料層溫度分布、以及爐出口溫度、壓力等參數(shù)反映了礦料干餾程度的好壞。通過調(diào)整出料速度、控制加料進(jìn)程、通過控制熱空氣的溫度及流量，來合理控制爐內(nèi)料層溫度，以達(dá)到一個比較穩(wěn)定均衡的換熱干餾過程，從而穩(wěn)定地最大限度的干餾礦料。

    每臺干餾爐內(nèi)壁沿高度方向布置4層測溫點(diǎn)，在每一層高度處沿周向均布3個測溫點(diǎn)，共12支熱電偶，熱電偶選擇耐磨頭形式；

    每臺干餾爐頂有兩根排氣管，均設(shè)有2只熱電阻檢測排氣溫度，共6只熱電阻。 

    4.2.4干餾系統(tǒng)控制界面如下圖所示：
  
                

    5 性能特點(diǎn)  
 
    通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與上位機(jī)連接，可對整個生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視和控制；
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    操作簡單，操作人員可在人機(jī)界面上直接進(jìn)行操作，控制設(shè)備啟停等；
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    整個生產(chǎn)過程的自動控制投運(yùn)率達(dá) 90% 以上，大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境；
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    系統(tǒng)維護(hù)方便簡單，降低了維護(hù)強(qiáng)度，而且由于該系統(tǒng)的 I/O 卡件的通用性，使得系統(tǒng)的備品備件費(fèi)用很低，降低了維護(hù)成本；
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    系統(tǒng)提供了通訊接口，可通過專線與遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)計算機(jī)連接，并入全廠管理網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時管理、統(tǒng)一調(diào)度，為實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供了良好的條件。
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    實(shí)時過程顯示，實(shí)時報警顯示和管理，直觀的趨勢顯示；
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    關(guān)鍵參數(shù)（壓力、溫度、液位等）的直接畫面設(shè)定，界面友好；
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    超大容量的實(shí)時數(shù)據(jù)記錄和歷史記錄查詢與統(tǒng)計的功能，以及查詢結(jié)果報表以及主要的生產(chǎn)報表功能；
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    完善的權(quán)限和安全管理機(jī)制。

    6 結(jié)語

    該系統(tǒng)自2008年10月投運(yùn)以來，系統(tǒng)可靠，運(yùn)行良好，得到用戶的認(rèn)可。本系統(tǒng)采用了SIEMENS S7-300系列PLC，配以研華工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制的全集成自動化控制，提高了自動化控制水平，降低了工人的勞動強(qiáng)度，改善了操作環(huán)境，同時由于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，降低了維護(hù)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

    參考文獻(xiàn)

    ［1］ S7-300 PLC 模版規(guī)范手冊 2006

    ［2］ 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南（上）（下）

    ［3］ 陸明洋.西門子PLC在干熄焦系統(tǒng)中的應(yīng)用［C］.SIEMENS，2008.

    摘自《自動化博覽》2011年第七期