陶瓷窑炉控制技术的现状研究
作者:范文婷
来源:《中国科技博览》2013年第27期
摘要:本文从陶瓷窑炉控制技术研究的相关背景入手,首先阐述了模糊(Fuzzy)控制技术,接着详细的分析了脉冲燃烧控制技术、集散式控制系统(DCS)与人工神经网络(ANN)自适应控制技术,然后又研究了现场总线控制技术,最后探讨了其他先进控制技术。 关键词:陶瓷;窑炉控制;技术 中图分类号:TQ174 一、前言
随着我国国民经济的迅速发展、人民生活水平的大幅度提高以及人们的一些陈旧观念的改变,厨房、卫生间在住宅中的地位发生了根本性的变化。作为住宅及其厨房、卫生间的主要装修材料及设备—日用陶瓷和建筑卫生陶瓷,尤其是高中档的产品的需求大增。另外,电工陶瓷等的需求也大幅增长。由此带动了传统陶瓷行业的迅猛发展,烧成陶瓷制品的关键设备—窑炉也因此而有了巨大的市场和长足的进步。现在,在这一行业中,窑炉的样式各式各样,已广泛采用洁净燃料,一些窑炉的主要技术经济指标也已达到或接近国际先进水平,从而可为陶瓷行业提供强大而坚实的技术支持,使该行业走上可持续发展的健康之路,并为用户提供足够数量的优质窑炉,逐步取代进口产品并可望出口部分产品。另外,窑炉作为“产品”也将走向国际市场,参加全球性竞争。在此,我们认为有必要介绍近几年来在陶瓷行业中窑炉的发展情况和水平,及时推介一些国内设计建造,已成功运行的技术经济指标先进、技术成熟的优秀窑炉,让更多的中外窑炉用户了解这些动向,以进一步推进国内外窑炉市场的发育成长,共同为陶瓷窑炉产业的发展做出自己的贡献。本文下面对于控制对象,不论是隧道窑,辊道窑、还是梭式窑,根据陶瓷烧成过程的特点,主要还是通过调节燃料、空气来控制温度和气氛。下面就陶瓷窑炉控制的现状简介如下: 二、模糊(Fuzzy)控制技术
模糊控制技术是把实际操作者的丰富经验总结成模糊控制规则、形成FUZZY控制查询表来进行控制的,是为了解决传统的PID控制技术有纯滞后、大惯性、强耦合、时变性和非线性等特性的控制对象而提出的一种智能控制方法,而陶瓷窑炉正是具有这样的特性,很难求取传统的PID控制技术所要求的精确的数字模型。故其对陶瓷窑炉这类热工设备很适用,已在隧道窑、辊道窑、梭式窑中的控制中发挥了较好作用。 三、脉冲燃烧控制技术
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
窑的容积越大产量越大,且可烧成大件制品和节能;故现在有的梭式窑容积已达300m3,窑内宽也不断增大,有的隧道窑窑内宽己3米以上、辊道窑的窑宽达近4米;然而窑炉内横截面上温度的均匀性控制也越来越难。如何保证窑内温度均匀性,在窑炉结构一定情况下,燃烧控制系统便是关键,目前脉冲燃烧控制技术是比较理想的一种燃烧控制方式。
脉冲燃烧控制系统采用的是一种间断燃烧的方式,使用脉冲调节技术,通过调节燃烧时间的占空比通断比)来实现对窑温的控制,其工作特点是烧嘴只有通断两种状态,一旦工作,燃烧状态就处于其设计的最佳满负荷状态,此时烧嘴出口气流速度高,使窑内气流循环强烈产生搅拌作用,从而大大改善窑内的温度均匀性,其已在国内外得到了一定程度的应用,取得了良好的使用效果。如应用于某隧道窑后不但窑内温度分布均匀,而且陶瓷的能耗也较低,达到1200kcaJ/kg的较佳水乎。 三、集散式控制系统(DCS)
集散控制系统(DCS)是计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术相结合的产物,DCS自从年产生以来,目前已在工业界应用相当普遍且很成熟,它是实现生产过程中操作和分散控制的有效方法,由于其控制功能分散,使陶瓷窑炉各部位控制失效而导致的整体失效的可能性大为减少,各个回路的故障不影响其他回路的正常运行,故障回路可通过硬件操作继续维持生产,监控操作故障也不会引起控制站功能异常。DCS系统的构造可大可小、可分级构造,以适应不同的控制要求。
小型DCS系统在我国陶瓷行业应用较普遍,多数引进窑炉基本上都有类似系统,如石湾建华陶瓷公司与鹰牌集团公司引进的德国雷德哈姆宽断面隧道窑。北京陶瓷厂引进日本东陶公司的隧道窑、山东潍坊建陶瓷厂引进澳大利亚通用窑业(GFC)有限公司的宽断面隧道窑、四川沪洲卫生陶瓷厂引进美国斯文特公司的SD宽断面隧道窑以及石湾彩洲引进意大利莫利公司卫生瓷辊道窑,它们的控制系统都是DCS控制系统,我国许多厂家自行设计开发的陶瓷窑炉控制系统,都是以微机为主的DCS系统,如我们完成的国家七五攻关项目所设计的辊道窑控制系统。
四、人工神经网络(ANN)自适应控制技术
人工神经网络自适应控制技术是另一种智能控制方法,它用工程技术手段来模拟生物神经网络的结构特征和功能特征,是由大量处理单元组成的非线性大规模自适应动力系统。人工神经网络具有自适应、自组织、自学习能力,可以从已有的实验数据中自动总结规律。目前不少窑炉采用了模糊控制技术,但由于模糊控制的自组织、自学习能力较弱,随机的干扰与多控对象模型的不确定因素等造成所设计的模糊控制规则不适合或不完整而影响控制效果,人工神经网络控制技术是一种较好的替代或补充。 五、现场总线控制技术
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
DCS系统的应用取得一定的经济效益,然而在使用中发现其存在不少缺点,如软件兼容性差、模拟信号易受干扰,接线多而复杂,故障率高、现场控制系统与工厂管理系统相互独立脱节等。现场总线控制系统采用全数字化、二线制通讯技术和智能化的数字式仪表,从而具有布线简单、节约电缆、提高了系统的可靠性等优点,它把网络化、信息化的概念彻底引入控制领域,构成完整的控制和信息网络,实现控制灵活。分散控制、信息共享,优化企业生产过程,实现企业量化管理,提高生产效率。正是由于现场总线技术克服了模拟仪表和DCS的不足及应用中的间题,近几年来它发展迅速,己进入了实用化阶段。
可以预见,在不久的将来,这种把控制与信息一体化的现场总线控制技术也将在陶瓷行业上推广及普及。
六、其他先进控制技术
除了上面提到的Fuzzy和ANN智能控制技术外,还有鲁棒控制、,滑模控制、模型预测控制、自适应控制、预测函数控制(PFC)、自学习控制等先进控制技术;国外己有18家公司,共有多种先进控制软件,逐步走向标准化、工程化、商品化发展;这些先进控制技术或独立使用、或相互结合、或与传统控制技术相结合经研究可发挥很好的控制作用。 结语
随着计算机技术及仪表自动化技术的发展,窑炉的自控技术和手段会越来越完善,控制的精度及自动化程度也会越来越高。陶瓷企业将先进的智能化数字式仪表、应用各种先进控制技术的现场总线控制技术及控制系统融合于整个陶瓷生产企业的现场总线系统中达到管理控制一体化是陶瓷窑炉自动化的发展方向。 参考文献
[1]刘振群、曾令可,用电子计算机设计和控制隧道窑的探讨,硅酸盐学报,1982(1):45-55
[2]曾慧、曾令可等,辊道窑最佳烧成曲线的研究与探讨,中国陶瓷工业,1997(4):14-16
[3]于锦强,辊道窑烧成砖传热过程的计算机模拟,华南理工大学学位论文,1997,3 [4]王雁冰,八五期间我国开发的新型卫生陶瓷节能隧道窑,中伦陶瓷,1995 年创刊号第16-22
[5]杨立等.模糊控制在卫生陶瓷梭式窑徽机测控系统中的应用,中国建材科技,1998(2):36-40
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
[6]陈立骏等,现代间歇式陶瓷窑炉工业热工性能及发展前景,中国陶瓷,1994(2):40-44
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容