當(dāng)今陶瓷窯爐的發(fā)展方向是由過(guò)去提出的輥道化、自動(dòng)化、煤氣化、輕型化、大型化向綠色(環(huán)保、節(jié)能和智能型)窯爐方向發(fā)展。

    綠色窯爐的標(biāo)準(zhǔn)是低消耗(節(jié)能型)，低污染(環(huán)保型)、低成本、高效率。

    實(shí)現(xiàn)綠色窯爐的努力方向是：研究新的自動(dòng)控制方式和方法、降低窯爐風(fēng)機(jī)電耗和噪音、研究先進(jìn)的燃燒器、使用新型的耐火材料和涂料、建立廢氣凈化研究檢測(cè)中心。

    實(shí)現(xiàn)綠色窯爐的目標(biāo)是：燃料消耗進(jìn)一步下降10%－20%、窯爐熱效率提高10%－20%、電力消耗下降10%－30%、噪音和煙塵有較大程度的下降。這樣對(duì)原有的窯爐控制手段和方法提出了更高的技術(shù)要求。

    目前窯爐的控制方法，已由90年代的手動(dòng)調(diào)節(jié)控制發(fā)展為智能控制；由分散型控制變?yōu)榧⑿涂刂疲粶囟扔梢郧暗膯渭儯校桑恼{(diào)節(jié)方法變?yōu)椋校桑募由夏：刂频恼{(diào)節(jié)方法；傳動(dòng)由常規(guī)控制變?yōu)樽冾l技術(shù)的線速度控制等。隨著窯爐長(zhǎng)度的增加(150－250ｍ)生產(chǎn)量的提高(6000－1500m2／日)，燒成周期的縮短(60－30min)等因素變化，加上窯爐控制目標(biāo)是一個(gè)多輸入、多輸出、多變量、大滯后、非線收的變化量，使得我們過(guò)去的控制方法越來(lái)越不適應(yīng)當(dāng)前窯爐的發(fā)展要求。

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)控制技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)控制中的容錯(cuò)技術(shù)對(duì)窯爐的控制實(shí)現(xiàn)了可能。

    1、窯爐系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    1．1系統(tǒng)的管理

    利用過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī)和先進(jìn)的控制軟件在軟件中加上先進(jìn)的容錯(cuò)技術(shù)、依靠計(jì)算機(jī)本身的高可靠性，高穩(wěn)定性對(duì)各項(xiàng)過(guò)程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)控制、出錯(cuò)實(shí)時(shí)報(bào)警、實(shí)時(shí)控制過(guò)程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并且通過(guò)光纖通訊管理人員管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，完成技術(shù)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，記錄存儲(chǔ)和報(bào)表打印。

    1．2風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的控制

    利用獨(dú)立的可編程序控制器，風(fēng)機(jī)用變頻器和外用控制硬件組成，以及可編程的通訊端口和過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的管理控制，結(jié)合容錯(cuò)技術(shù)、在檢測(cè)到風(fēng)機(jī)及控制設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換到另一臺(tái)備用電機(jī)運(yùn)行，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

    1．3傳動(dòng)系統(tǒng)的控制

    利用獨(dú)立的速度反饋信號(hào)模塊和電機(jī)專(zhuān)用三相交流模塊，對(duì)傳動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)線速度的閉環(huán)控制，利用專(zhuān)用的ＲＳ232／ＲＳ485信號(hào)通訊模塊，同過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)行通訊，可以方便，可靠，準(zhǔn)確地設(shè)置每臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)之間的速度差，保證產(chǎn)品在窯內(nèi)燒成段的運(yùn)行不重疊。同時(shí)利用容錯(cuò)技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常、自動(dòng)切換到備用控制回路，保證傳動(dòng)的正常運(yùn)行，防止堵窯事故的發(fā)生。

    1．4窯爐溫度的控制

    窯爐的溫度是一個(gè)大滯后的非線性量，在窯爐的控制中占有非常重要的地位。如何解除溫度的滯后性，是窯爐溫度控制的關(guān)鍵所在。利用計(jì)算機(jī)的混沌模糊控制技術(shù)，外加容錯(cuò)技術(shù)的方法，取代傳統(tǒng)智能儀表。外加計(jì)算機(jī)管理是常規(guī)模式。

    1．5其他控制

    窯爐控制除以上方法外，還有氣氛、壓力、報(bào)警等控制。其中報(bào)警控制由報(bào)警輸入模塊和報(bào)警輸出模塊組成，并用過(guò)程控制級(jí)計(jì)算機(jī)連接。

    2、系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

    2．1 整機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

    (1)利用高可靠的控制軟件和人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了友好的人機(jī)對(duì)話，使操作更為方便、快捷。

    (2)減少了由車(chē)間設(shè)備管理員每時(shí)、每日向上一級(jí)領(lǐng)導(dǎo)遞送報(bào)表的繁鎖程序。

    (3)在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，利用混沌模糊控制技術(shù)和超強(qiáng)容錯(cuò)技術(shù)，保證了設(shè)備運(yùn)行中的高可靠性。

    (4)在溫度控制過(guò)程中，利用模糊控制技術(shù)，使控制溫度的精確度和準(zhǔn)確度提高了，可達(dá)≤±5℃，避免了在窯爐設(shè)備壓力和氣氛變化過(guò)程中溫度出現(xiàn)超調(diào)和欠調(diào)的現(xiàn)象。

    (5)利用三相交流電機(jī)模塊和速度反饋模塊，對(duì)傳動(dòng)電機(jī)實(shí)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)電機(jī)的線速度控制，避免了傳統(tǒng)變頻器調(diào)速的不一致性，使傳動(dòng)電機(jī)的速度更準(zhǔn)確，同時(shí)，也避免產(chǎn)品在窯內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中前后不一致的現(xiàn)象。

    (6)實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙自動(dòng)記錄實(shí)時(shí)控制過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)，方便以后備查，打印和調(diào)用。

    (7)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理人員同時(shí)直接管理設(shè)備，隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)表的打印，隨時(shí)撐握設(shè)備的運(yùn)行工況。

    (8)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、完善的報(bào)警功能使設(shè)備運(yùn)行更安全、更可靠。

    (9)本系統(tǒng)運(yùn)行后，產(chǎn)品質(zhì)量可提高5%－8%，節(jié)能率達(dá)3%－5%，達(dá)到較好的節(jié)能增效目的。

    2．2 系統(tǒng)的缺點(diǎn)

    (1) 系統(tǒng)集成性、可靠性、安全性要求的提高導(dǎo)致項(xiàng)目設(shè)備成本增加。

    (2)對(duì)負(fù)責(zé)維護(hù)、修理的技術(shù)人員提出了更高的技術(shù)水準(zhǔn)。

    3  噴霧干燥塔自動(dòng)控制系統(tǒng)

    3．1過(guò)去存在的問(wèn)題

    以前很多陶瓷廠的噴霧干燥系統(tǒng)，全部采用人工操作，缺陷如下：

    (1)采用微波爐烘干稱(chēng)重測(cè)量，時(shí)間長(zhǎng)，不準(zhǔn)確。采用微波爐加熱一般需要4－5ｍｉｎ，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。微波爐加熱存在溫度過(guò)高和不均勻現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確反映粉料水份的真實(shí)狀況。

    (2)測(cè)量采用抽檢方式，不能全面反映粉料水份分布情況。

    (3)測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，采用抽檢方式，不能為操作人員提供實(shí)時(shí)的參數(shù)依據(jù)，不易及時(shí)控制。

    (4)人工記錄現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)不可靠，不準(zhǔn)確，給管理和考核帶來(lái)困難。

    (5)采用人工操作的方式，人力成本高；噴料初期不穩(wěn)定時(shí)向長(zhǎng)，資源浪費(fèi)大。當(dāng)粉料水份有偏差時(shí)，人工調(diào)節(jié)波動(dòng)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，粉料品質(zhì)得不到保證。

    針對(duì)以上存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出新的噴霧干燥塔自動(dòng)控制系統(tǒng)。

    3．2 噴霧干燥塔自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

    噴霧干燥塔自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要是要實(shí)現(xiàn)粉料水份的在線控制，其自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

    (1)系統(tǒng)采用在線水份測(cè)量?jī)x進(jìn)行粉料水份的監(jiān)視。在線水份測(cè)量?jī)x每5秒鐘顯示一次水份值，能實(shí)時(shí)反映粉料的水份值。采用在線測(cè)量，所有粉料都通過(guò)檢測(cè)設(shè)備，能全面反映粉料水分的分布。

    (2)在線粉料水分測(cè)量?jī)x精度在0．3%內(nèi)，測(cè)量準(zhǔn)確。

    (3)系統(tǒng)具有粉料水分超限報(bào)警實(shí)時(shí)紀(jì)錄功能，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)報(bào)表輸出。

    (4)系統(tǒng)根據(jù)在線測(cè)量當(dāng)前的水分值，采用動(dòng)態(tài)趨勢(shì)控制的觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了水分的真正在線控制。

    (5)系統(tǒng)根據(jù)粉料水分及熱風(fēng)爐出口溫度計(jì)算后，輸出一信號(hào)來(lái)控制燃油量大小，進(jìn)而來(lái)控制含水量在規(guī)定范圍內(nèi)。

    (6)系統(tǒng)中粉料水分的控制是一個(gè)大時(shí)延，大滯后環(huán)節(jié)，系統(tǒng)加入熱風(fēng)爐出口溫度與粉料水分值組成一串級(jí)控制系統(tǒng)，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)有較好的控制效果。

    (7)自動(dòng)調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)相比，有著調(diào)節(jié)精度高，響應(yīng)快，效果好等特點(diǎn)。

    4、噴霧干燥自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及功能

    噴霧塔無(wú)人監(jiān)控系統(tǒng)由溫度控制子系統(tǒng)，供漿控制子系統(tǒng)，燃燒控制子系統(tǒng)，負(fù)壓控制子系統(tǒng)及平臺(tái)系統(tǒng)六部分組成，其功能如下：

    (1)溫度控制子系統(tǒng)

    功能：該系統(tǒng)負(fù)責(zé)將噴霧塔內(nèi)的溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)水分偏差超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)，將塔內(nèi)溫度進(jìn)行相應(yīng)的升高或降低操作(要求是已安裝在線水份儀的前提下)。

    組成：通過(guò)溫度傳感器接收現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)，同時(shí)接收在線水分儀所測(cè)的粉料水分信號(hào)。當(dāng)水份變化超出控制范圍時(shí)，如果水分增大，應(yīng)升高塔內(nèi)溫度；如果水分減少，應(yīng)降低塔內(nèi)溫度。同時(shí)，該系統(tǒng)根據(jù)溫度的變化需求輸出一指令給燃燒控制子系統(tǒng)，使其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

   (2)供漿控制子系統(tǒng)

    功能：當(dāng)水分波動(dòng)不大時(shí)，可通過(guò)控制漿料的流量來(lái)控制粉料的水分，并可通過(guò)供漿壓力的大小來(lái)控制粉料的顆粒級(jí)配。

    組成：系統(tǒng)通過(guò)控制供漿壓力來(lái)控制粉料的水分。如水分增大時(shí)，則減少供漿壓力，如水分降低，則增大供漿壓力。系統(tǒng)還具有噴槍堵塞自動(dòng)控測(cè)功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)噴槍堵塞時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

   (3)燃燒控制子系統(tǒng)

    功能：當(dāng)噴霧塔內(nèi)的溫度要求升高或降低時(shí)，該系統(tǒng)控制熱風(fēng)爐的燃油供給，同時(shí)控制合理的風(fēng)油比，確保安全優(yōu)質(zhì)的燃燒。

    組成：該子系統(tǒng)接收溫度控制子系統(tǒng)來(lái)的控制信號(hào)，當(dāng)溫度需要升高時(shí)，應(yīng)增加燃燒器油閥的開(kāi)度；當(dāng)溫度需要降低時(shí)，應(yīng)減少燃燒器油閥的開(kāi)度。同時(shí)，當(dāng)油閥動(dòng)作時(shí)，風(fēng)門(mén)檔板開(kāi)度也應(yīng)隨之進(jìn)行相應(yīng)的比例調(diào)節(jié)，以確保燃燒的經(jīng)濟(jì)性。

   (4)負(fù)壓控制子系統(tǒng)

    功能：為保證粉料大小顆粒的合理，特別是減少微粉顆粒的影響，塔內(nèi)需要保證一定的負(fù)壓，該系統(tǒng)確保將塔內(nèi)負(fù)壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

    組成：該系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器來(lái)檢測(cè)噴霧塔的負(fù)壓，當(dāng)壓力升高時(shí)，需要開(kāi)大引風(fēng)機(jī)的抽力，反之則減引用機(jī)的抽力。

   (5)啟停控制子系統(tǒng)

    功能：該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟停操作。

    組成：通過(guò)邏輯控制和聯(lián)鎖保護(hù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)起停及故障保護(hù)。

   (6)系統(tǒng)平臺(tái)

功能及組成：此系統(tǒng)平臺(tái)通過(guò)硬件及軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以上各子系統(tǒng)的控制功能，包括數(shù)據(jù)輸入輸出卡，工業(yè)控制軟件等。此子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，以上所有子系統(tǒng)都是在這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。

    5、噴霧塔自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的可行性

    噴霧干燥是以噴霧干燥塔為主體，并有供漿系統(tǒng)，熱風(fēng)系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，及控制系統(tǒng)等構(gòu)成的設(shè)備。工作時(shí)，泥漿由泵壓送到霧化器內(nèi)，將泥漿霧化成細(xì)滴，進(jìn)入干燥塔內(nèi)受到熱空氣干燥脫水，顆粒受重力作用下落，帶有微粉及水氣的空氣經(jīng)旋風(fēng)分離器收集微粉再經(jīng)水浴除塵器后從排風(fēng)機(jī)排出。要控制好粉料的穩(wěn)定性，噴霧塔內(nèi)的進(jìn)出  風(fēng)溫度，風(fēng)量，泥漿的壓力以及泥漿的含水量等是關(guān)鍵要素，可見(jiàn)噴霧干燥塔的控制也是一個(gè)多變量的模糊控制系統(tǒng)。
噴霧干燥系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的原因，是噴霧塔粉料的品質(zhì)無(wú)法得到控制，就如同人沒(méi)有眼睛，自從在線水分測(cè)量?jī)x在噴霧干燥系統(tǒng)使用以來(lái)，噴霧塔自動(dòng)控制系統(tǒng)就成為現(xiàn)實(shí)。

    以技術(shù)方面來(lái)看，噴霧干燥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制的對(duì)象就是熱風(fēng)爐的燃燒器和泥漿泵的壓力，這比窯爐控制要簡(jiǎn)單得多。此外，噴霧干燥塔體積較大，熱慣性大，自穩(wěn)定能力強(qiáng)，所以目前的技術(shù)完全能夠?qū)崿F(xiàn)該自動(dòng)控制系統(tǒng)。

    6、經(jīng)濟(jì)效益

    (1)系統(tǒng)采用在線檢測(cè)粉料水分的設(shè)備，可以省去現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量粉料的人員；由于采用在線檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)三臺(tái)噴霧塔一個(gè)人定期抽檢的方式實(shí)現(xiàn)，減少了操作工人及現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備的能耗。

    (2)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線粉料水分的控制，同樣可以采用一個(gè)操作工人監(jiān)護(hù)三臺(tái)噴霧塔，減少了人工操作失誤造成的損失。

    (3)初步核算，僅以上兩項(xiàng)與過(guò)去方式相比，最多可節(jié)約操作工人20個(gè)，按目前每人1年工資加管理費(fèi)15000元計(jì)，每年可節(jié)約人力成本30萬(wàn)元。從目前測(cè)量水份的方法耗電角度來(lái)看，采用微波爐測(cè)量水分，我們計(jì)算如下：一臺(tái)微波爐功率為1200瓦；
年耗電＝1．2千瓦×24小時(shí)×300＝8640千瓦小時(shí)

    電費(fèi)(元)＝8640×0．8元＝6912元／1年

    (4)由于實(shí)現(xiàn)了料粉水分在線檢測(cè)和自動(dòng)控制溫度穩(wěn)定了粉料的質(zhì)量，減少壓磚分層，粘模，強(qiáng)度低等半成品缺陷，可提高產(chǎn)品質(zhì)量5%~8%，能耗下降5%左右。

    7、其他

    (1)該系統(tǒng)是成熟設(shè)備，安裝調(diào)試時(shí)間一個(gè)月，系統(tǒng)控制部分為工控機(jī)，使用年限一般為50萬(wàn)小時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定耐用性強(qiáng)。

    (2)以投入來(lái)講，可分步實(shí)施，先做一個(gè)噴霧塔的自動(dòng)控制系統(tǒng)，試用結(jié)果達(dá)到要求后，再做其余兩個(gè)塔的控制。