作者簡(jiǎn)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(dòng)化控制和過(guò)程控制領(lǐng)域的工作?，F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 )新項目科技進(jìn)步二等獎2項。

    摘要: 介紹黃金焙燒工藝及其控制系統，分析黃金焙燒工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)，提出了用PLC、工控機、變頻器等自動(dòng)化產(chǎn)品進(jìn)行設計的控制方案，并且對該系統的配置及原理進(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(guò)干餾工藝提取出來(lái)，然后礦料再運送到黃金提取設備進(jìn)入后續工藝，干餾出來(lái)的砷蒸氣可經(jīng)進(jìn)一步處理，得到具有很好經(jīng)濟價(jià)值的副產(chǎn)品。我方在此項目中所承攬工程范圍即為黃金礦干餾工藝及設備全套供貨。

    2 工藝簡(jiǎn)介：

    黃金礦料經(jīng)皮帶機加入頂部主料倉，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)皮帶機運出進(jìn)入下一流程。

    焙燒用熱空氣來(lái)自蓄熱式熱風(fēng)爐，發(fā)生爐熱煤氣在熱風(fēng)爐內燃燒產(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(guò)程。

    系統工藝流程圖如下：
     
              

    3 自控系統構成：

    3.1概述：

    系統設有中央監控室，集中控制與管理區域內各個(gè)系統。在中央控制室設置操作臺，在操作臺正面集中布置了運行、復位、選擇開(kāi)關(guān)等操作按鈕。

    自控系統配置了以上位機、PLC為基礎的集成自動(dòng)化系統，通過(guò)數據輸入模塊進(jìn)行各工藝數據的采集，在計算機上可顯示不同畫(huà)面，與一次儀表、執行器等配合實(shí)現工藝參數實(shí)時(shí)顯示，趨勢記錄、歷史事件記錄、報警提示、各設備運行及狀態(tài)控制，數據制表及流程畫(huà)面動(dòng)態(tài)顯示等功能，可進(jìn)行歷史數據查詢(xún)與數據分析，使系統始終處于安全、穩定、可靠的運行。

    3.2系統配置： 

    整個(gè)自動(dòng)化系統由一臺工程師站、2臺操作員站、3個(gè)控制站及控制網(wǎng)絡(luò )組成。

    網(wǎng)絡(luò )結構圖如下：  

                 

    3.3 系統主要配置、功能：
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    工程師站：系統設置工程師站1臺

    負責整個(gè)項目的編程與組態(tài)，項目完成后在工程師室設置1臺工程師站用于系統的維護，硬件采用研華工控機IP-610H。工程師室位于中央控制室隔壁。
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    操作員站：系統設置操作員站2臺

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

    控制站用于執行用戶(hù)程序，實(shí)現控制功能。
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    焙燒系統為主要工藝環(huán)節，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口與遠程I/O實(shí)現PROFIBUS通訊功能。遠程I/O選用ET200M，可帶8個(gè)數據傳輸模塊，安裝在設備附近控制間，減少了大量數據采集電纜的敷設。

    硬件配置圖如下：
  
                    

    熱風(fēng)爐系統為整個(gè)工藝過(guò)程中熱量供給系統，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)議的設備實(shí)現通訊功能。

    大型電機采用變頻控制，變頻器配置了FROFIBUS-DP選件 ，與PLC實(shí)現遠程數據傳輸與控制功能。

    硬件配置如下：
     
                     

    4控制系統介紹：

    4.1 蓄熱式熱風(fēng)爐系統：

    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(gè)燃燒器前，與空氣鼓風(fēng)機鼓入的空氣在爐內混合燃燒，產(chǎn)生1100～1150℃左右的煙氣，經(jīng)過(guò)擋火墻時(shí)氣體除去大塵粒，并且使熱煙氣均勻的通過(guò)爐尾4個(gè)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)爐燃燒室爐共設兩點(diǎn)溫度檢測（熱電偶）和一點(diǎn)壓力檢測，鼓風(fēng)機前設一點(diǎn)壓力檢測，其檢測與控制系統將連續檢測燃燒過(guò)程的各項工藝參數。采用PLC控制系統與一次檢測儀表結合，對熱風(fēng)爐的爐壓、爐溫進(jìn)行自動(dòng)控制及畫(huà)面顯示。

    4.1.3蓄熱系統工藝流程：

    本系統共設置4個(gè)蓄熱室，每個(gè)蓄熱室設置4個(gè)閥門(mén)，分別為高溫、低溫煙氣閥以及高溫、低溫空氣閥（如圖１所示）。通過(guò)閥門(mén)的開(kāi)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，換向周期為可設定，初定為6分鐘。閥門(mén)動(dòng)作如圖所示

               
                                             蓄熱室示意圖

                                        表1  閥門(mén)動(dòng)作表
                     

     4.1.4 蓄熱系統控制方式：

    每臺蓄熱室分別設置兩臺高溫水冷液動(dòng)熱風(fēng)閥，兩臺低溫DKJ式電動(dòng)調節蝶閥；全部閥門(mén)換向采用定時(shí)順序換向,換向采用PLC程序控制。每個(gè)蓄熱室四個(gè)閥門(mén)的換向時(shí)間由人工設定。

    4.1.5 蓄熱式熱風(fēng)爐系統工藝流程主界面如下：

                  

    4.2焙燒干餾系統：

    4.2.1 焙燒干餾系統主要構成：

    干餾爐系統由4臺干餾爐組成。干餾爐頂部設置加料裝置，底部為排料裝置，中部為干餾爐主體。

    4.2.2 加料裝置：

    動(dòng)作工藝：分自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制方式。

    自動(dòng)過(guò)程：干餾爐頂部安裝儲料倉，塊狀物料由上料皮帶機提入，保證儲料倉內始終儲有物料。每臺干餾爐頂部安裝獨立加料裝置，當檢測到爐內料層低于下限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)旋轉加料閥，旋轉加料閥打開(kāi)，塊狀礦料落入料腔，滿(mǎn)后即刻關(guān)閉旋轉加料閥，旋轉加料閥關(guān)到位后，延時(shí)打開(kāi)插板閥，礦料加入到干餾爐內，隨后關(guān)閉插板閥。通過(guò)控制旋轉加料閥打開(kāi)時(shí)間來(lái)控制每次入爐量的多少，料位探測器實(shí)時(shí)檢測物料是否達到高料位，否則加料裝置按照如上時(shí)序繼續加料，直到達到高位即滿(mǎn)料為止。

    手動(dòng)加料：可人為給某一爐內加料。加料時(shí)按動(dòng)啟動(dòng)、停止按鈕即可。

    除自動(dòng)與手動(dòng)之外，現場(chǎng)仍裝設了就地控制按鈕，用于檢修時(shí)單體設備，如某一汽缸的單獨開(kāi)閉等操作。

    4.2.3 排料裝置： 

    排料裝置為蝸輪蝸桿連續出料方式，控制系統采用變頻調速控制電機，便于調整出料速度。4臺爐出料單獨控制，排出的礦料落入兩側皮帶上，經(jīng)由礦料皮帶機連續排出運送到下一工藝過(guò)程。

    4.2.4 干餾爐：

    礦料在干餾爐內與熱空氣進(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、壓力等參數反映了礦料干餾程度的好壞。通過(guò)調整出料速度、控制加料進(jìn)程、通過(guò)控制熱空氣的溫度及流量，來(lái)合理控制爐內料層溫度，以達到一個(gè)比較穩定均衡的換熱干餾過(guò)程，從而穩定地最大限度的干餾礦料。

    每臺干餾爐內壁沿高度方向布置4層測溫點(diǎn)，在每一層高度處沿周向均布3個(gè)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干餾系統控制界面如下圖所示：
  
                

    5 性能特點(diǎn)  
 
    通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機與上位機連接，可對整個(gè)生產(chǎn)系統設備進(jìn)行集中監視和控制；
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    操作簡(jiǎn)單，操作人員可在人機界面上直接進(jìn)行操作，控制設備啟停等；
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    整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制投運率達 90% 以上，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強度，改善了工作環(huán)境；
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    系統維護方便簡(jiǎn)單，降低了維護強度，而且由于該系統的 I/O 卡件的通用性，使得系統的備品備件費用很低，降低了維護成本；
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    系統提供了通訊接口，可通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)與遠程網(wǎng)關(guān)計算機連接，并入全廠(chǎng)管理網(wǎng)，可實(shí)現實(shí)時(shí)管理、統一調度，為實(shí)現全廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化提供了良好的條件。
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    實(shí)時(shí)過(guò)程顯示，實(shí)時(shí)報警顯示和管理，直觀(guān)的趨勢顯示；
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    關(guān)鍵參數（壓力、溫度、液位等）的直接畫(huà)面設定，界面友好；
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    超大容量的實(shí)時(shí)數據記錄和歷史記錄查詢(xún)與統計的功能，以及查詢(xún)結果報表以及主要的生產(chǎn)報表功能；
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    完善的權限和安全管理機制。

    6 結語(yǔ)

    該系統自2008年10月投運以來(lái)，系統可靠，運行良好，得到用戶(hù)的認可。本系統采用了SIEMENS S7-300系列PLC，配以研華工控機，實(shí)現了工業(yè)控制的全集成自動(dòng)化控制，提高了自動(dòng)化控制水平，降低了工人的勞動(dòng)強度，改善了操作環(huán)境，同時(shí)由于系統的可靠運行，降低了維護成本，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

    參考文獻

    ［1］ S7-300 PLC 模版規范手冊 2006

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

    ［3］ 陸明洋.西門(mén)子PLC在干熄焦系統中的應用［C］.SIEMENS，2008.

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第七期