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案例頻道 作者簡介：
李秀敏（1969），女，河北省唐山市人，工程師，1992年畢業于河北工業大學，一直從事自動化控制和過程控制領域的工作。現在唐山雷浩能源技術裝備有限公司工作，任副總工程師職位。曾獲唐山市優秀創新項目科技進步二等獎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鍵點，提出了用PLC、工控機、變頻器等自動化產品進行設計的控制方案，并且對該系統的配置及原理進行了闡述。
關鍵詞： 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，在進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，然后礦料再運送到黃金提取設備進入后續工藝，干餾出來的砷蒸氣可經進一步處理，得到具有很好經濟價值的副產品。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 工藝簡介：
黃金礦料經皮帶機加入頂部主料倉，礦料經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）進行換熱，礦料經加熱干餾后，所含砷化物以氣態的形式被析出，干餾后的礦料經出料裝置定期排除，經皮帶機運出進入下一流程。
焙燒用熱空氣來自蓄熱式熱風爐，發生爐熱煤氣在熱風爐內燃燒產生熱煙氣，熱風爐出口為蓄熱室，1150℃左右的熱煙氣與潔凈的常溫空氣進行熱交換，產生900℃的熱空氣，被送入焙燒爐參與礦料的干餾過程。
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、選擇開關等操作按鈕。
自控系統配置了以上位機、PLC為基礎的集成自動化系統，通過數據輸入模塊進行各工藝數據的采集，在計算機上可顯示不同畫面，與一次儀表、執行器等配合實現工藝參數實時顯示，趨勢記錄、歷史事件記錄、報警提示、各設備運行及狀態控制，數據制表及流程畫面動態顯示等功能，可進行歷史數據查詢與數據分析，使系統始終處于安全、穩定、可靠的運行。
3.2系統配置：
整個自動化系統由一臺工程師站、2臺操作員站、3個控制站及控制網絡組成。
網絡結構圖如下：
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
負責整個項目的編程與組態，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程序，實現控制功能。
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焙燒系統為主要工藝環節，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實現PROFIBUS通訊功能。遠程I/O選用ET200M，可帶8個數據傳輸模塊，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：
熱風爐系統為整個工藝過程中熱量供給系統，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協議的設備實現通訊功能。
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 蓄熱式熱風爐系統：
4.1.1熱風爐工藝
煤氣爐產生的熱煤氣輸送至熱風爐14個燃燒器前，與空氣鼓風機鼓入的空氣在爐內混合燃燒，產生1100～1150℃左右的煙氣，經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行熱交換。
4.1.2熱風爐控制方式：
熱風爐燃燒室爐共設兩點溫度檢測（熱電偶）和一點壓力檢測，鼓風機前設一點壓力檢測，其檢測與控制系統將連續檢測燃燒過程的各項工藝參數。采用PLC控制系統與一次檢測儀表結合，對熱風爐的爐壓、爐溫進行自動控制及畫面顯示。
4.1.3蓄熱系統工藝流程：
本系統共設置4個蓄熱室，每個蓄熱室設置4個閥門，分別為高溫、低溫煙氣閥以及高溫、低溫空氣閥（如圖１所示）。通過閥門的開關控制煙氣及空氣的走向，進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 蓄熱系統控制方式：
每臺蓄熱室分別設置兩臺高溫水冷液動熱風閥，兩臺低溫DKJ式電動調節蝶閥；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定。
4.1.5 蓄熱式熱風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，自動啟動旋轉加料閥，旋轉加料閥打開，塊狀礦料落入料腔，滿后即刻關閉旋轉加料閥，旋轉加料閥關到位后，延時打開插板閥，礦料加入到干餾爐內，隨后關閉插板閥。通過控制旋轉加料閥打開時間來控制每次入爐量的多少，料位探測器實時檢測物料是否達到高料位，否則加料裝置按照如上時序繼續加料，直到達到高位即滿料為止。
手動加料：可人為給某一爐內加料。加料時按動啟動、停止按鈕即可。
除自動與手動之外，現場仍裝設了就地控制按鈕，用于檢修時單體設備，如某一汽缸的單獨開閉等操作。
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，經由礦料皮帶機連續排出運送到下一工藝過程。
4.2.4 干餾爐：
礦料在干餾爐內與熱空氣進行熱交換，干餾生成的砷蒸汽混合物經出氣口送出，后續進一步處理。
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。通過調整出料速度、控制加料進程、通過控制熱空氣的溫度及流量，來合理控制爐內料層溫度，以達到一個比較穩定均衡的換熱干餾過程，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，在每一層高度處沿周向均布3個測溫點，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
通過工業以太網交換機與上位機連接，可對整個生產系統設備進行集中監視和控制；
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操作簡單，操作人員可在人機界面上直接進行操作，控制設備啟停等；
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整個生產過程的自動控制投運率達 90% 以上，大大降低了操作人員的勞動強度，改善了工作環境；
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系統維護方便簡單，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，可通過專線與遠程網關計算機連接，并入全廠管理網，可實現實時管理、統一調度，為實現全廠生產過程的優化提供了良好的條件。
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實時過程顯示，實時報警顯示和管理，直觀的趨勢顯示；
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關鍵參數（壓力、溫度、液位等）的直接畫面設定，界面友好；
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超大容量的實時數據記錄和歷史記錄查詢與統計的功能，以及查詢結果報表以及主要的生產報表功能；
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完善的權限和安全管理機制。
6 結語
該系統自2008年10月投運以來，系統可靠，運行良好，得到用戶的認可。本系統采用了SIEMENS S7-300系列PLC，配以研華工控機，實現了工業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度，改善了操作環境，同時由于系統的可靠運行，降低了維護成本，具有顯著的經濟效益和社會效益。
參考文獻
［1］ S7-300 PLC 模版規范手冊 2006
［2］ 西門子工業網絡通訊指南（上）（下）
［3］ 陸明洋.西門子PLC在干熄焦系統中的應用［C］.SIEMENS，2008.
摘自《自動化博覽》2011年第七期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號