我國是衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)大國，也是消費(fèi)大國，總量居世界第一，但產(chǎn)品存在同質(zhì)化嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，自動(dòng)化程度低。隨著全球資源日益緊張，居住環(huán)境惡化的趨勢(shì)日益嚴(yán)峻。人民對(duì)節(jié)能和生態(tài)環(huán)保要求越來越高，隨著我國人口紅利的消失，陶瓷企業(yè)面臨勞動(dòng)成本高，利潤(rùn)下滑的困境。為落實(shí)國家“3060”雙碳減排政策，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)全面勝利。許多衛(wèi)生潔具陶瓷廠家，積極行動(dòng)，淘汰落后設(shè)備，重新洗牌，升級(jí)衛(wèi)生陶瓷生產(chǎn)裝備。

陶瓷行業(yè)屬于高耗能、高污染行業(yè)大戶，其中燒成窯爐設(shè)備又是陶瓷廠家的耗能大型設(shè)備，節(jié)能減排已迫在?捷。佛山金忠信窯爐科技在限公司抓住這一契機(jī)，順應(yīng)時(shí)代潮流，在衛(wèi)生潔具隧道窯節(jié)能改造深挖潛力，在傳統(tǒng)隧道窯的基礎(chǔ)上，開發(fā)研究隧道窯燃燒脈沖控制系統(tǒng)，目前已在福建航標(biāo)衛(wèi)浴、廣西黎塘工業(yè)瓷廠等幾家衛(wèi)生潔具窯爐，進(jìn)行了窯爐燃燒控制技術(shù)升級(jí)改造，節(jié)能效果非常明顯，給用戶帶來實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益，得到了用戶的一致好評(píng)。
    近年來的常規(guī)衛(wèi)生潔具隧道窯爐，燃燒系統(tǒng)大多采用空燃比例燃燒（連續(xù)式）的燃燒方式，燒嘴保持長(zhǎng)期噴火工作，對(duì)于現(xiàn)代寬斷面，高產(chǎn)能、大件產(chǎn)品的潔具隧道窯來說，存在同一斷面溫度不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，合格率下降，燒成周期延長(zhǎng)，窯爐產(chǎn)能下降，產(chǎn)品單位能耗大。而且對(duì)于司爐工人，操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率下降，勞動(dòng)力成本上升，帶來企業(yè)利潤(rùn)下滑。佛山金忠信窯爐科技有限公司技術(shù)開發(fā)人員，根據(jù)寬斷面，高產(chǎn)能的現(xiàn)代隧道窯的特點(diǎn)，參考借鑒寬斷面梭式窯的燃燒控制方式，并結(jié)合客戶生產(chǎn)一線的實(shí)際數(shù)據(jù)，開發(fā)一套隧道窯燃燒脈沖控制系統(tǒng)，利用客戶燃燒設(shè)備，更換脈沖燃?xì)饧罢赘G爐控制系統(tǒng)，使燃燒更充分，火焰更有剛性，熱氣流形成湍流狀，減少溫度死角，使產(chǎn)品均勻受熱。

同時(shí)，鑒于衛(wèi)生潔具屬于大件產(chǎn)品，在預(yù)熱升溫階段容易開裂的現(xiàn)象，本系統(tǒng)采用了我公司獨(dú)有的、并經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐證明效果非常明顯的、先進(jìn)的大火分段控制技術(shù)。該技術(shù)使預(yù)熱升溫階段的小火過程中有充分的氣流攪拌，從而避免傳統(tǒng)隧道窯預(yù)熱升溫段上下溫差大的痛點(diǎn)，保證溫度均勻，燃燒充分，提高產(chǎn)品合格率。在燃燒過程中，典型的脈沖式控制燃燒狀態(tài)為：每組（區(qū)）燒嘴直接受各自溫控模塊控制，當(dāng)熱電偶檢測(cè)到的實(shí)際溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)定溫度時(shí)，燒嘴的大火立即噴射，火焰噴射力度大且時(shí)間長(zhǎng)；當(dāng)實(shí)際溫度大于或等于設(shè)定溫度時(shí)，每組（區(qū)）燒嘴的大火逐漸減小，小火時(shí)間長(zhǎng)；火焰周而復(fù)始地噴射形成了均勻的湍流狀氣流，窯爐內(nèi)的熱氣體得以充分的立體化攪動(dòng)。而脈沖式燃燒系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就在于避免了局部的熱集中和局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生，而且將獲得更好的溫度均勻。

由于脈沖燃燒方式使產(chǎn)品單位能耗降低，燃燒更完全，燃燒產(chǎn)物產(chǎn)生的排放物（氮氧化物、顆粒物等）也相應(yīng)減少，達(dá)到了減排效果。

在壓力氣控制方面，通過PLC調(diào)節(jié)模塊來調(diào)節(jié)控制窯壓。窯上安裝有壓力傳感器，根據(jù)窯內(nèi)壓力變化，壓力傳感器反饋信號(hào)給PLC，PLC發(fā)送控制指令至排煙風(fēng)機(jī)變頻頻率，改變煙氣的排放量，使窯內(nèi)壓力達(dá)到工藝要求，實(shí)現(xiàn)窯內(nèi)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。

本控制系統(tǒng)采用隧道窯裝置自動(dòng)脈沖控制系統(tǒng)，是以隧道窯裝置安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)的分散控制系統(tǒng)，它緊密結(jié)合隧道窯裝置的實(shí)際運(yùn)行過程，采用新型的WEB化體系結(jié)構(gòu)，突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，在保證系統(tǒng)高度的安全性、穩(wěn)定性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成的“網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)”，國內(nèi)外各種DCS、PLC等控制設(shè)備，它們都能成為系統(tǒng)中一個(gè)成員，這些成員不僅具有獨(dú)立的服務(wù)于對(duì)象的處理能力和信息結(jié)構(gòu)，同時(shí)又可以共享系統(tǒng)中任何成員的過程信息，十分適用于輔助設(shè)備較多、需要連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的隧道窯裝置。

隧道窯裝置自動(dòng)脈沖控制系統(tǒng)基于Web On Field結(jié)構(gòu)的公共通信環(huán)境和信息流傳送，簡(jiǎn)化了隧道窯裝置自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了過程控制的功能和效率，提高了隧道窯裝置自動(dòng)化的整體性和穩(wěn)定性，最終節(jié)省了隧道窯裝置企業(yè)為自動(dòng)化而作出的投資。真正體現(xiàn)了工業(yè)基礎(chǔ)自動(dòng)化WEB的應(yīng)用特性，使工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化，突破了傳統(tǒng)DCS、PLC等控制系統(tǒng)的概念和功能，也是企業(yè)內(nèi)過程控制、設(shè)備管理的有機(jī)統(tǒng)一。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐溫度的自動(dòng)控制，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，并能自動(dòng)記錄、打印及畫面語言提示，另外計(jì)算機(jī)還能根據(jù)燒成要求模擬并儲(chǔ)存多種燒成制度曲線，同時(shí)燒成曲線參數(shù)可按需要隨時(shí)修改。

1、典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?現(xiàn)場(chǎng)控制站

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的模擬量與開關(guān)量處理的能力，并具有高速、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡(luò)，具有分散、獨(dú)立、功能強(qiáng)大的控制站、多功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口、全智能化設(shè)計(jì)和任意冗余配置的特點(diǎn)。

?操作員站

系統(tǒng)的每臺(tái)操作站均裝Windows操作系統(tǒng)和組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理及報(bào)表打印等功能。

操作站提供流程圖畫面、控制分組、趨勢(shì)圖畫面、報(bào)警畫面顯示等功能。

操作站配備打印機(jī)可以定時(shí)、即時(shí)打印實(shí)時(shí)報(bào)表或歷史報(bào)表等。

?工程師站

系統(tǒng)工程師站可以進(jìn)行控制組態(tài)畫面的在線修改，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，并可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行維護(hù)。

2、主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性

?自動(dòng)脈沖控制系統(tǒng)在全國已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括核電站、電力、化工、石化、冶金、水泥、建材和造紙?jiān)趦?nèi)幾乎所有的流程工業(yè)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)受了各種工況與工藝條件的嚴(yán)酷考驗(yàn)。

?控制系統(tǒng)從底層的I/O總線到主控卡，再到上層的控制網(wǎng)絡(luò)、操作站都采用了全冗余的設(shè)計(jì)理念，在技術(shù)上充分保證了系統(tǒng)的高度可靠性與穩(wěn)定性，可以有效地保障隧道窯裝置運(yùn)行的連續(xù)性。

2.2系統(tǒng)高度的安全性

?系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的，基于低功耗、高可靠、高性能、大容量、工業(yè)級(jí)嵌入式32位微處理器構(gòu)成的主控制卡。不僅充分滿足了隧道窯裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)控制速度的行業(yè)控制需求，也極大提高了整個(gè)隧道窯裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

?系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了I/O通道級(jí)別的冗余，并能根據(jù)設(shè)備重要程度靈活選擇冗余與否，使得系統(tǒng)在保證裝置重要參數(shù)檢測(cè)安全與可靠的同時(shí)，也獲得了保障生產(chǎn)安全與節(jié)省用戶投資的和諧統(tǒng)一。

?系統(tǒng)安全的在線下載功能，既有效減輕了隧道窯裝置投運(yùn)期間的工作量，又保障了隧道窯裝置投運(yùn)期間的安全。

?系統(tǒng)的端子板和卡件分離技術(shù)，使系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的隔離；同時(shí)系統(tǒng)I/O通道采用點(diǎn)點(diǎn)隔離設(shè)計(jì)，使得故障面不易擴(kuò)大，可以有效克服裝置現(xiàn)場(chǎng)因串?dāng)_產(chǎn)生的大面積故障，避免造成裝置停機(jī)停產(chǎn)。

?隧道窯裝置的控制對(duì)象比較分散，此時(shí)系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。中控基于三層數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制的冗余的過程控制網(wǎng)絡(luò)有效的保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，并大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全系數(shù)。

2.3系統(tǒng)良好的開放性

隧道窯裝置現(xiàn)場(chǎng)輔助設(shè)備種類繁多，各設(shè)備供應(yīng)商所提供的通信協(xié)議也千差萬別。同時(shí)，隧道窯裝置還需將一些關(guān)鍵參數(shù)上傳到各種信息管理系統(tǒng)，這就對(duì)控制系統(tǒng)的開放性提出了極高的要求。針對(duì)這種情況，本控制提供了諸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、MODBUS、HOSTlink、DDE、CDT、自定義協(xié)議等多種通訊解決方案，有效的滿足了裝置對(duì)系統(tǒng)開放性的需求。

2.4強(qiáng)抗干擾性的DI輸入卡件

隧道窯裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的DI信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)受到的感應(yīng)干擾極大，往往導(dǎo)致控制系統(tǒng)采集的DI信號(hào)不準(zhǔn)確，極大影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。中控DCS系統(tǒng)針對(duì)隧道窯裝置行業(yè)特點(diǎn)對(duì)DI卡件進(jìn)行了特殊加工與設(shè)計(jì)，通過軟件與硬件處理的雙重措施有效保證了DI信號(hào)采集的可靠性。

2.5  IO通道級(jí)的自診斷功能

控制系統(tǒng)有針對(duì)性的開發(fā)了I/O通道級(jí)的故障診斷功能，使得故障分析、查找十分方便，大大減輕了維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.6 強(qiáng)大的軟件功能

?系統(tǒng)提供全中文集成化圖形界面組態(tài)工具，人機(jī)界面友好、軟件設(shè)計(jì)規(guī)范、接口靈活、升級(jí)方便，可以快捷地生成圖形畫面，并提供多種預(yù)定義圖庫對(duì)象，有效滿足了隧道窯裝置生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制與安全操作的需求。

?系統(tǒng)提供的控制組態(tài)方式非常靈活，不僅具備了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具FBD、LD、SFC、ST語言等，而且具有專門針對(duì)隧道窯裝置行業(yè)所開發(fā)的算法模塊。不僅滿足了隧道窯裝置對(duì)模擬量控制要求較高的行業(yè)要求，而且有效降低了裝置投運(yùn)期間的調(diào)試周期。

?控制系統(tǒng)具有報(bào)警顯示、趨勢(shì)顯示、成組顯示、棒狀顯示等標(biāo)準(zhǔn)畫面顯示的功能，并可以預(yù)先做好或按用戶的具體要求進(jìn)行修改。

2.7 定期記錄

?定期記錄變量可由工程師自行組態(tài)修改，數(shù)據(jù)庫中所具有的所有過程點(diǎn)均可以記錄。系統(tǒng)至少提供了300個(gè)預(yù)選變量的記錄。

?定期記錄包括交接班記錄、日?qǐng)?bào)和月報(bào)，對(duì)交接班記錄和日?qǐng)?bào)，在每一個(gè)交接班后，或每一天結(jié)束時(shí)，或某 一個(gè)月結(jié)束時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行記錄打印，或根據(jù)運(yùn)行人員指令召喚打印。

2.8 操作記錄

?系統(tǒng)可以記錄運(yùn)行人員在集控室進(jìn)行的所有操作項(xiàng)目及每次操作的精確時(shí)間。通過對(duì)運(yùn)行人員操作行為的準(zhǔn)確記錄，便于分析運(yùn)行人員的操作意圖，分析機(jī)組事故的原因。

?每條操作記錄至少包括：操作內(nèi)容、操作時(shí)間、操作結(jié)果、所在操作站。

2.9 跳閘追憶記錄

跳閘追憶記錄是觸發(fā)式記錄形式。在系統(tǒng)中，觸發(fā)記錄報(bào)表由SCForm軟件包生成。系統(tǒng)中測(cè)點(diǎn)的記錄間隔最小為1秒，因此很容易滿足用戶跳閘追憶記錄的要求。當(dāng)跳閘發(fā)生時(shí)，觸發(fā)報(bào)表將跳閘前10分鐘和跳閘后5分鐘的有關(guān)變量值存入記錄文件中。跳閘記錄可設(shè)置為自動(dòng)打印或按操作人員指令打印。

2.10 歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索

在系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)以文件形式存儲(chǔ)在硬盤內(nèi)，配上可讀/寫光盤驅(qū)動(dòng)器，可將歷史數(shù)據(jù)文件存入光盤，在本系統(tǒng)中歷史數(shù)據(jù)通過歷史趨勢(shì)圖組態(tài)來實(shí)現(xiàn)。歷史數(shù)據(jù)的檢索，可在操作站和工程師站的CRT的用歷史趨勢(shì)畫面來實(shí)現(xiàn)或通過打印機(jī)打印出某時(shí)間段和某組（個(gè)）。

2.11 基本性能

?控制系統(tǒng)包括由主控卡、各種IO卡件構(gòu)成的各個(gè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下文規(guī)定的對(duì)隧道窯裝置的調(diào)節(jié)控制。

?控制系統(tǒng)滿足隧道窯裝置安全啟、停及在各種工況下運(yùn)行的要求。

?在自動(dòng)控制范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)能處于自動(dòng)方式而不需任何性質(zhì)的人工干預(yù)。

?運(yùn)行人員可將比較邏輯切換至手動(dòng)，并任選一變送器投自動(dòng)控制。

?在使用不冗余變送器測(cè)量信號(hào)時(shí)，如信號(hào)喪失或信號(hào)超出工藝過程實(shí)際可能范圍，均有報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)受影響部分切換至手動(dòng)。

?控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)為脈沖量（有源或無源）或4～20mＡDC連續(xù)信號(hào)（對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器為脈沖量信號(hào)，其它設(shè)備，如氣動(dòng)閥門為4～20mＡDC信號(hào)），并有上下限定，以保證控制系統(tǒng)故障時(shí)設(shè)備的安全。

?控制系統(tǒng)具有LCD畫面顯示的模擬后備手/自動(dòng)操作器(軟M/A站)。

?控制系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)定值與被控變量之間的偏差，當(dāng)偏差超過預(yù)定范圍時(shí)，系統(tǒng)將控制切換至手動(dòng)并報(bào)警。

2.12 聯(lián)鎖保護(hù)與報(bào)警系統(tǒng)

?根據(jù)工藝流程的運(yùn)行條件設(shè)置必要的聯(lián)鎖。有效的聯(lián)鎖能使設(shè)備在事故工況下自動(dòng)切除。此外，事故工況能立即通過報(bào)警系統(tǒng)提示給運(yùn)行人員，并通過打印機(jī)打印。

?重要的聯(lián)鎖信號(hào)的交換通過硬接線，而非僅僅是通過數(shù)據(jù)通訊總線

?廠用電系統(tǒng)的保護(hù)與聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，符合電氣專業(yè)的運(yùn)行要求。

?裝置中大型重要設(shè)備設(shè)計(jì)有可靠的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)并記錄故障時(shí)的首出條件。對(duì)重要的信號(hào)冗余設(shè)置。

?運(yùn)行超過限制值與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的改變，均能在DCS中報(bào)警并打印出來。

?例如：當(dāng)系統(tǒng)停電時(shí)，電磁閥自動(dòng)切斷氣路，防止天然氣進(jìn)入窯內(nèi)；當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)電磁閥自動(dòng)切斷氣路，確保安全。

?停電后來電窯爐（包括風(fēng)機(jī)燃?xì)猓┮绘I自動(dòng)啟動(dòng)又可單獨(dú)啟動(dòng)。各種故障報(bào)警輸出。

?停電再啟動(dòng)各個(gè)執(zhí)行器在未開燃?xì)饪傞y前開度最小，燃?xì)忾y打開時(shí)執(zhí)行器可根據(jù)溫度調(diào)整。

?變頻器和計(jì)算機(jī)通訊顯示頻率同時(shí)可以設(shè)定、顯示電流。

?PLC預(yù)留MES接口，方便企業(yè)集成化數(shù)據(jù)管理。

（作者系佛山金忠信窯爐科技在限公司副總經(jīng)理 汪保安）