应用PLC和变频技术提高矿棉吸声板干燥窑系统安全性及燃烧效率的研究

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摘要：应用plc和变频技术，同时以触摸屏为人机接口界面，保证和提高了矿棉吸声板干燥窑系统的安全性及燃烧效率。

关键词： PLC变频人机界面 系统安全性 燃烧效率

中图分类号：[C94]文献标识码：A 文章编号：

引言：

矿棉吸声板具有吸声、不燃、隔热、装饰等优越性能，是集众吊顶材料之优势于一身的室内装饰材料，广泛用于各种建筑吊顶、贴壁的室内装修，如宾馆、饭店、剧场、机场、车站、码头、地铁、商场、办公场所、播音室、演播厅，计算机房及工业建筑等。该产品在城市化建设中的应用前景非常良好。

北新建材矿棉吸声板采用湿法成型工艺制造。各种原材料在混料罐中进行调和，调和好的料浆经过长网成型机成型后，进入主干燥窑进行工艺蒸发，制成原板。原板再经表面花纹、色泽和边型的处理，从而依客户要求生产出各种规格和图案的成品板。

国家对于发展循环经济、支持环保节能的政策导向为矿棉吸声板行业的规模化发展提供了良好的契机，作为矿棉吸声板行业的领军者之一，北新龙牌矿棉吸声板肩负着推进产业发展、促进技术进步的重任。因此，采用先进的自动化技术，提高生产过程的控制精度，促进制造过程的节能减排，大力提升产品品质是我们追求的目标。

矿棉吸声板生产过程中，干燥窑干燥工序是关键工序之一，直接决定了产品的内外在质量。同时，该区域采用天然气做热源，是不断改进控制方法，提高系统安全性和资源利用效率的关键点，是本文研究的核心内容。

设备结构及工作原理

干燥窑窑体分12层、辊传动、型钢组立式结构， 3.7米幅×112.85米长×4.46米高，有进口、出口2个风室和20个窑门。

干燥窑系统为热风循环式，分湿区和干区两个区域，热源采用天然气。在燃烧室1（湿区热源地）和燃烧室2（干区热源地）内，天然气和空气充分混合后燃烧，燃烧后形成的热风被循环风机鼓入窑内，并通过窑进口风室和窑出口风室上部风机的拉动，使热风在窑内形成热循环，进入窑体的矿棉吸声板湿板内水分被蒸发，板材出窑后成为干板。

２、控制系统硬件设计

2.1计算机控制系统设计

计算机控制系统选用可编程序控制器。

干燥窑系统设备较多，包括约113米长的窑体、2套1000万Kcal/H的燃烧器、分别为250KW、110KW的循环风机、110KW的窑头均衡风机及200KW的窑尾辅助风机等大型设备、还有大量传送辊、传送带等传送装置及其他小功率风机等。

干燥窑系统关键控制点包括点火系统、热循环系统、温度、压力控制系统等，其对产品质量的决定性作用、天然气使用安全性及生产过程节能减排要求等要素决定了自动控制系统设计的合理性及较高的精度要求。

该区域PLC硬件选用OMRON CJ2系列。因生产线较长、设备分散，故此区域共设5个站点，分别为温度主控站、湿区燃烧控制站、干区燃烧控制站、进板区控制站及出板区控制站，这5个站点之间，及与生产线其他站点之间通过CONTROLLER LINK网络实现实时通讯和数据交换，各站点还选用远程COMPONET实现远距离集中控制。

CJ2系列PLC主要性能指标如下：

最大程序容量：400K步；最大数据存储容量：832字，其中DM容量：32K字，EM容量：32k字×25banks；最大I/O点数：2560点；LD指令处理速度：0.016us

2. 2 传感器和执行机构的选择

由于干燥窑系统较高的控制精度要求，系统中配置了高性能传感器及高精度执行机构。主要有：

用于检测炉压及天然气流量、空气流量的差压变送器

用于检测热风温度、窑内温度、排气温度等的热电阻及变送器

用于检测天然气管路、风管压力的压力开关

用于检测火焰颜色的火焰检测器

用于燃烧器点火的高压点火装置

用于控制天然气流量的调节阀（阀门开度有反馈）

用于控制各风机转速的变频器

用于控制干燥窑链条运转电机转速的变频器

2.3 人机界面的选择

人机界面选用eview公司的GP2500T 系列触摸屏。

3、PLC软件设计

3.1 燃烧系统安全性设计

干燥窑区域的关键控制点之一是点火控制系统。主要是应用PLC软件程序的运行，按设计的思路和顺序控制现场执行机构的动作。

点火控制系统的主要工作步骤是：工作人员通过控制按钮给出点火指令，程序顺序扫描，检测到现场风机等装置运行正常（变频器运行信号）、空气压力、流量、天然气压力、流量、炉压等正常后，开启天然气辅助管路电动阀门，天然气和空气混合后由高压点火装置点火，火焰检测器检测到火焰正常，则按程序设定开启天然气主管路电动阀门和调节阀。

干燥窑系统的安全性由现场元件的合理选型及PLC软件编程的严密性所决定。一旦炉压、空气压力或天然气压力显示异常，或火焰检测器检测不到火焰（异常熄火），天然气管路电动阀便即时关闭。电动阀选用2套，确保管路关闭的保险性。

3.2 燃烧系统燃烧效率设计

天然气、空气流量的闭环控制系统图如下：

由上述系统图可知，差压变送器分别对天然气流量和空气流量进行实时检测，并把数据反馈到PLC与预先设定好的给定量进行比较。PLC根据比较结果，通过软件中设定的方法输出控制信号，对调节阀的开度和变频器的输出转速进行控制，从而保证天然气流量和空气流量满足要求。

为提高燃烧系统的燃烧效率，天然气流量和空气流量必须根据天然气热值合理设定，保证燃烧的充分性。

3.3 人机界面的应用

通过软件编程，干燥窑系统空气流量、天然气流量及各点温度等检测值均在人机界面——触摸屏上实时显示。温度设定、风机转速调整等也可在人机界面上操作设定。

4、结束语

矿棉吸声板干燥窑系统设计充分应用了PLC和变频技术，同时以触摸屏为人机接口界面使得显示直接，操作灵活。因此，系统的安全性及燃烧效率均得以保证和提高。

5．参考文献

1、高钟毓，2000，机电一体化系统设计，北京：机械工业出版社 [A]

2、张建民，唐水源，冯淑华，2001，机电一体化系统设计，北京：高等教育出版社[A]

3、余孟尝，1999，模拟、数字及电力电子技术（上、下册），北京：机械工业出版社[A]

4、李科杰，2002，新编传感器技术手册，国防工业出版社[A]

5、EVIEW公司触摸屏产品样本及使用说明书 [Z]

6、OMRON公司可编程控制器编程手册 [Z]

7、安川公司变频器样本及使用说明书 [Z]

作者简介：

冯湛清： 1969年6月12日出生，女，硕士研究生毕业，北新集团建材股份有限公司高级工程师。研究方向为机电一体化。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。