电瓷绝缘子窑炉总体技术方案

我公司全自动电瓷烧成窑炉的技术特点

    国内高压电瓷生产厂家从国外引进的自动电瓷烧成窑炉中,较为成功的是1999年国外公司为西安某公司提供的全自动电瓷烧成窑炉。该窑炉的特点是将窑温控制与窑内燃烧气氛控制相结合，以单个火道或多个火道为基础划分控制区间。每个控制区装置了测量空气,燃气的流量计和测量温度的传感器，及控制空气，燃气的流量的执行机构。这种燃烧控制方式较好的保证了大型电瓷制品烧成时对燃烧气氛的严格要求，提高了产品质量。而且当某种产品的烧成曲线（配方）调整好后，批量生产非常稳定。几年来，我公司在认真消化吸收国外引进窑炉的基础上，原型系统的持续改进和自主创新，为高压电瓷行业用户设计制造了几十套全自动大型电瓷烧成窑炉控制系统。目前为用户提供的为性能优越的新型系统。下面分几个方面来简要介绍我公司全自动电瓷烧成窑炉控制系统的技术特点。

窑炉控制模式的技术改进

以单台烧嘴为单位划分控制区

   针对国外引进窑炉以单一火道或多个火道为基础划分控制区间，我们设计了以单台烧嘴为单位划分控制区。将控制区细化到单台烧嘴。控制区内的燃烧气氛的控制更加精确，温度均匀稳定。
重新划分了烧成控制阶段
国外引进窑炉将制品烧成分成氧化燃烧，还原燃烧，冷却降温三个控制阶段。我们将制品烧成分成：

1. 低温（烘干）烧成阶段
2. 中温氧化烧成阶段（含中保前期）
3. 中温保温后期氧化烧成阶段
4. 氧化——还原烧成转换阶段
5. 还原烧成阶段（含高保前期）
6. 高温保温烧成阶段
7. 冷却降温前期阶段
8. 冷却降温后期阶段

    烧成控制阶段的重新细分，减小了因烧成阶段跃变对炉内制品的温度/气氛冲击。例如，其它厂家制造的窑炉在氧化转还原阶段的温度波动达15-30℃，我公司制造的的窑炉在氧化——还原烧成转换阶段的温度波动可忽略不计。

空/燃流量比例控制方法的改进

   其它厂家制造的窑炉的燃烧气氛控制为传统的比例调节方式，在制品的低温烧成阶段，氧化——还原转换初期及还原阶段后期的控制效果不好。我们的燃烧气氛控制方式分阶段的使用了多种流量比例控制模式，以适应不同烧成阶段的控制需要，控制效果很好

温度控制方式的改进

   原型的国外引进窑炉的温度控制为控制点/辅助检测点方式。控制点的热电偶插入位置决定了该控制区的温度控制的范围和精度。我们新型系统的温度控制采用点-点模式， 插入的热电偶均为温度的控制采样点。在不同的烧成阶段，控制系统均可精确控制窑内温度。

窑炉控制设备的选型和使用

   我们的控制系统采用了德国SIEMENS公司的全集成自动化方式的控制系统 SIMATIC S7。请详见:先进的窑炉控制系统

总体技术方案
窑炉的规格
装烧产品: 100kN－300kN的长棒形瓷绝缘子
装载量：  14400kg-22400kg
燃料：  天然气
烧成周期：50－75小时（冷——冷）
使用温度 ：1300℃（最高1350℃）
烧嘴： 10台高速烧嘴
左右/上下交叉布置
控制方式：按照工艺程序曲线，以单台烧嘴为控制对象的温度及燃烧气氛自动控制
电瓷绝缘子全自动梭式窑技术指标
窑内温度：≤ ±2℃（程序上的期望值与通过热电偶元件测量的温度差值）
窑内温差：≤ ±3℃。（持续最高温度阶段）
窑内气氛： λ值= 0.83-1.4 ,自动控制
烧成合格率:优于98％
助燃空气最高预热温度：450℃
换热器最高温度：800℃
窑体外最高温度：<80℃
主控系统的无故障间隔时间（MTBF）：6万小时

电瓷绝缘子全自动梭式窑安全操作保障

机电设备运行连锁

本窑炉控制系统严格按照操作规范互锁窑上的所有机电设备的启、停操作，包括在单机启/停时如不符合安全规程，也会提供保护。
安全联锁保护的范围：
A. 任一燃烧器意外熄火
B. 燃气压力的超限
C. 助燃空气压力的超限
D. 调温空气（二次风）压力的超限
E. 助燃/排烟/调温变频器故障
F. 意外停电
G. 电源故障
H. 热工控制参数的失控超限

安全的再启动保护：

   烧成过程中停窑故障排除后，控制系统具有按故障处理预案自动恢复并安全再启动运行的功能。例如，可以选择从所测的当前窑内平均温度来重新启动程序后，再与控制曲线平滑拟合的方式恢复运行。

先进的窑炉控制系统

窑炉控制系统的选型

主控设备的选型

   我们的控制系统采用了德国SIEMENS公司的全集成自动化方式的控制系统 SIMATIC S7。
全集成自动化方式的特点是用一个自动化平台完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少大量接口部件，应用全集成自动化可以克服上位机和工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间的界限。

同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，这主要包括：
A.统一的数据管理
B.统一的通信
C.统一的组态和编程软件
SIMATIC S7控制系统作为主控设备，它具有优越的控制/管理一体化性能，高可靠性和人/机接口的良好操作性能，现已广泛应用于热工控制（锅炉、窑炉、电站），化工流程控制，生产线控制，以及一些可靠性要求极高的场合。目前，SIMATIC S7控制系统已成为国际上工业过程控制系统的主流装备。

外部控制设备的选型和使用方法

A．选用高性能的流量变送器和高精度的测量输入通道，提高空气/燃气流量的控制精度,保证了窑内燃烧气氛的稳定性。
B．采用MODBUS工业现场总线温度变送器，将炉温用数字量形式直接导入控制系统，消除了转换误差，提高了温控精度。
C．控制系统直接驱动执行机构（电动执行器的伺服定位由SIMATIC S7完成），控制精度由1.5% 提高到1% 。同时简化了执行机构,提高了系统的可靠性。

采用了以先进过程控制技术为基础的控制软件

   先进过程控制（Advcnced  Process  Control）技术，也称先进控制技术，简称“APC”，是对那些不同于常规PID控制并具有比PID控制更好的控制效果的控制策略的统称。APC的任务是用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制问题，可为应用的企业带来显著的经济效益。
我们在控制系统软件中采用下面两项先进过程控制技术

自适应模糊控制

   近年来，随着装载着模糊控制的控制器大量进入传统的工业控制领域，模糊控制方式已被人们认同。但是，初级的模糊控制器的控制规则主要来源于现有操作者的控制经验和知识，控制器的控制规则表在调试后一直保持不变。其后果是控制器对控制对象的适应能力有限，稳态精度较低。为此需要就产生了自适应模糊控制方式。
直接自适应模糊控制可直接根据对控制系统控制性能的观测来在线进行模糊控制规则、比例因子和隶属函数这三大模糊控制器组成部分的全体或其中一项进行调整，以取得良好的控制效果。具体在窑炉控制上，在升温、保温段及还原段的控制点温度波动及窑炉的气氛波动控制上大大高于目前国内同类窑炉的控制水平。

容错控制

   在当代工业生产中，对于大型设备的连续过程实施自动控制已非常普遍，这使得控制系统的自身故障对于控制对象的影响问题日益突出。导致国内许多按全自动设计的窑炉控制系统由于受控制系统本体或外设故障的困扰又退回到手工操作状态。

   为了应对上述的问题，我公司的窑炉控制系统在选用了高可靠性主控系统SIMATIC S7的同时，预置了容错控制功能。即当系统中的现场设备（传感器、执行器、信号电缆、转接端子等）出现故障后，自动将已发生的故障同系统中仍正常工作的部分隔离开，并由相应的容错控制程序进行处理,同时提示操作人员。这样做可避免停窑处理故障，保障制品烧成过程的连续性。

控制系统常用功能介绍

   窑炉上所有的温度、压力控制点/检测点均配置有的数字显示，可做到自动/操作站操作面板手动/控制柜盘面手动操作器手动等3级操作的无扰动切换，操作人员可以选择从操作站显示屏或控制柜面板上浏览窑炉工作数据
   系统配有大屏幕显示器、鼠标、操作键盘，操作人员可凭相应级别的密码进入人——机对话界面，对窑炉进行不同级别的操作，如工艺烧成曲线的修改、运行状态的改变的再组态等等。人——机对话界面的设计符合人机工程学的原则，简洁实用，并对于错误操作有不同形式的警示，以致到拒绝执行。
窑炉控制系统严格按照操作规范互锁窑上的所有机电设备的启、停操作，包括在单机启/停时如不符合安全规程，也会提供保护。燃烧系统的安全保护为在每个烧嘴上采用德国进口的燃烧控制器，可由控制系统按预先设定之程序进行自动点火，熄火保护等工作，提供可靠安全保障。

生产质量管理数据库

   操作站计算机具备了一个较完善的生产质量管理数据库，它可长期显示记录每个窑次自进窑到出窑整个烧成周期中热工参数的变化情况，如它所经过的温度曲线、压力曲线，流量，空/燃比例及相应时段的机电设备的运行情况。可保存12个月，而且可随时作出备份以供长期保存。这个数据库的实现可促进全面质量管理体系的完善。

报警及事故处理功能：

   该系统可处理的监测报警点可达512个，用户可任意设定监控值的报警限，有超限时，计算机将使用声光提示报警，并调出事故处理画面，同时记录下事故处理的进程。

报表输出功能：

   该系统可根据用户的要求格式打印出生产报表。

联网功能

   该系统已备有通讯接口和联网软件，可方便地与工厂管理部门的计算机联网，发挥控制管理一体化的优势，促进工厂的现代化管理。

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