我國是衛(wèi)生陶瓷生產大國，也是消費大國，總量居世界第一，但產品存在同質化嚴重，生產效率低，自動化程度低。隨著全球資源日益緊張，居住環(huán)境惡化的趨勢日益嚴峻。人民對節(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)面臨勞動成本高，利潤下滑的困境。為落實國家“3060”雙碳減排政策，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)全面勝利。許多衛(wèi)生潔具陶瓷廠家，積極行動，淘汰落后設備，重新洗牌，升級衛(wèi)生陶瓷生產裝備。

陶瓷行業(yè)屬于高耗能、高污染行業(yè)大戶，其中燒成窯爐設備又是陶瓷廠家的耗能大型設備，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，順應時代潮流，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)，目前已在福建航標衛(wèi)浴、廣西黎塘工業(yè)瓷廠等幾家衛(wèi)生潔具窯爐，進行了窯爐燃燒控制技術升級改造，節(jié)能效果非常明顯，給用戶帶來實實在在的經(jīng)濟效益，得到了用戶的一致好評。
    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，燒嘴保持長期噴火工作，對于現(xiàn)代寬斷面，高產能、大件產品的潔具隧道窯來說，存在同一斷面溫度不均勻，導致產品質量不穩(wěn)定，合格率下降，燒成周期延長，窯爐產能下降，產品單位能耗大。而且對于司爐工人，操作勞動強度大，工作效率下降，勞動力成本上升，帶來企業(yè)利潤下滑。佛山金忠信窯爐科技有限公司技術開發(fā)人員，根據(jù)寬斷面，高產能的現(xiàn)代隧道窯的特點，參考借鑒寬斷面梭式窯的燃燒控制方式，并結合客戶生產一線的實際數(shù)據(jù)，開發(fā)一套隧道窯燃燒脈沖控制系統(tǒng)，利用客戶燃燒設備，更換脈沖燃氣件及整套窯爐控制系統(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，使產品均勻受熱。

同時，鑒于衛(wèi)生潔具屬于大件產品，在預熱升溫階段容易開裂的現(xiàn)象，本系統(tǒng)采用了我公司獨有的、并經(jīng)長期實踐證明效果非常明顯的、先進的大火分段控制技術。該技術使預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)隧道窯預熱升溫段上下溫差大的痛點，保證溫度均勻，燃燒充分，提高產品合格率。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，當熱電偶檢測到的實際溫度遠遠小于設定溫度時，燒嘴的大火立即噴射，火焰噴射力度大且時間長；當實際溫度大于或等于設定溫度時，每組（區(qū)）燒嘴的大火逐漸減小，小火時間長；火焰周而復始地噴射形成了均勻的湍流狀氣流，窯爐內的熱氣體得以充分的立體化攪動。而脈沖式燃燒系統(tǒng)的優(yōu)點就在于避免了局部的熱集中和局部熱點的產生，而且將獲得更好的溫度均勻。

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

在壓力氣控制方面，通過PLC調節(jié)模塊來調節(jié)控制窯壓。窯上安裝有壓力傳感器，根據(jù)窯內壓力變化，壓力傳感器反饋信號給PLC，PLC發(fā)送控制指令至排煙風機變頻頻率，改變煙氣的排放量，使窯內壓力達到工藝要求，實現(xiàn)窯內壓力自動調節(jié)和控制。

本控制系統(tǒng)采用隧道窯裝置自動脈沖控制系統(tǒng)，是以隧道窯裝置安全、經(jīng)濟、優(yōu)化運行為目標的分散控制系統(tǒng)，它緊密結合隧道窯裝置的實際運行過程，采用新型的WEB化體系結構，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，實現(xiàn)了多種總線兼容和異構系統(tǒng)綜合集成的“網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)”，國內外各種DCS、PLC等控制設備，它們都能成為系統(tǒng)中一個成員，這些成員不僅具有獨立的服務于對象的處理能力和信息結構，同時又可以共享系統(tǒng)中任何成員的過程信息，十分適用于輔助設備較多、需要連續(xù)穩(wěn)定運行的隧道窯裝置。

隧道窯裝置自動脈沖控制系統(tǒng)基于Web On Field結構的公共通信環(huán)境和信息流傳送，簡化了隧道窯裝置自動化的體系結構，增強了過程控制的功能和效率，提高了隧道窯裝置自動化的整體性和穩(wěn)定性，最終節(jié)省了隧道窯裝置企業(yè)為自動化而作出的投資。真正體現(xiàn)了工業(yè)基礎自動化WEB的應用特性，使工業(yè)自動化系統(tǒng)真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡化、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)內過程控制、設備管理的有機統(tǒng)一。

計算機控制系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)對窯爐溫度的自動控制，還能實現(xiàn)對窯爐各系統(tǒng)的綜合控制，并能自動記錄、打印及畫面語言提示，另外計算機還能根據(jù)燒成要求模擬并儲存多種燒成制度曲線，同時燒成曲線參數(shù)可按需要隨時修改。

1、典型系統(tǒng)結構

?現(xiàn)場控制站

系統(tǒng)具有強大的模擬量與開關量處理的能力，并具有高速、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡，具有分散、獨立、功能強大的控制站、多功能的協(xié)議轉換接口、全智能化設計和任意冗余配置的特點。

?操作員站

系統(tǒng)的每臺操作站均裝Windows操作系統(tǒng)和組態(tài)軟件實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理及報表打印等功能。

操作站提供流程圖畫面、控制分組、趨勢圖畫面、報警畫面顯示等功能。

操作站配備打印機可以定時、即時打印實時報表或歷史報表等。

?工程師站

系統(tǒng)工程師站可以進行控制組態(tài)畫面的在線修改，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行管理，并可對現(xiàn)場控制站進行維護。

2、主要技術特點

2.1系統(tǒng)高度的穩(wěn)定性

?自動脈沖控制系統(tǒng)在全國已經(jīng)廣泛應用于包括核電站、電力、化工、石化、冶金、水泥、建材和造紙在內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酷考驗。

?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、操作站都采用了全冗余的設計理念，在技術上充分保證了系統(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行的連續(xù)性。

2.2系統(tǒng)高度的安全性

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

?系統(tǒng)實現(xiàn)了I/O通道級別的冗余，并能根據(jù)設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)檢測安全與可靠的同時，也獲得了保障生產安全與節(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期間的工作量，又保障了隧道窯裝置投運期間的安全。

?系統(tǒng)的端子板和卡件分離技術，使系統(tǒng)與現(xiàn)場實現(xiàn)了真正意義上的隔離；同時系統(tǒng)I/O通道采用點點隔離設計，使得故障面不易擴大，可以有效克服裝置現(xiàn)場因串擾產生的大面積故障，避免造成裝置停機停產。

?隧道窯裝置的控制對象比較分散，此時系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。中控基于三層數(shù)據(jù)校驗機制的冗余的過程控制網(wǎng)絡有效的保證了網(wǎng)絡的可靠性，并大大提高了整個系統(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)場輔助設備種類繁多，各設備供應商所提供的通信協(xié)議也千差萬別。同時，隧道窯裝置還需將一些關鍵參數(shù)上傳到各種信息管理系統(tǒng)，這就對控制系統(tǒng)的開放性提出了極高的要求。針對這種情況，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系統(tǒng)開放性的需求。

2.4強抗干擾性的DI輸入卡件

隧道窯裝置自動控制系統(tǒng)的DI信號在現(xiàn)場受到的感應干擾極大，往往導致控制系統(tǒng)采集的DI信號不準確，極大影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。中控DCS系統(tǒng)針對隧道窯裝置行業(yè)特點對DI卡件進行了特殊加工與設計，通過軟件與硬件處理的雙重措施有效保證了DI信號采集的可靠性。

2.5  IO通道級的自診斷功能

控制系統(tǒng)有針對性的開發(fā)了I/O通道級的故障診斷功能，使得故障分析、查找十分方便，大大減輕了維護人員勞動強度。

2.6 強大的軟件功能

?系統(tǒng)提供全中文集成化圖形界面組態(tài)工具，人機界面友好、軟件設計規(guī)范、接口靈活、升級方便，可以快捷地生成圖形畫面，并提供多種預定義圖庫對象，有效滿足了隧道窯裝置生產過程的優(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標準的組態(tài)工具FBD、LD、SFC、ST語言等，而且具有專門針對隧道窯裝置行業(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期間的調試周期。

?控制系統(tǒng)具有報警顯示、趨勢顯示、成組顯示、棒狀顯示等標準畫面顯示的功能，并可以預先做好或按用戶的具體要求進行修改。

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均可以記錄。系統(tǒng)至少提供了300個預選變量的記錄。

?定期記錄包括交接班記錄、日報和月報，對交接班記錄和日報，在每一個交接班后，或每一天結束時，或某 一個月結束時，自動進行記錄打印，或根據(jù)運行人員指令召喚打印。

2.8 操作記錄

?系統(tǒng)可以記錄運行人員在集控室進行的所有操作項目及每次操作的精確時間。通過對運行人員操作行為的準確記錄，便于分析運行人員的操作意圖，分析機組事故的原因。

?每條操作記錄至少包括：操作內容、操作時間、操作結果、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)記錄報表由SCForm軟件包生成。系統(tǒng)中測點的記錄間隔最小為1秒，因此很容易滿足用戶跳閘追憶記錄的要求。當跳閘發(fā)生時，觸發(fā)報表將跳閘前10分鐘和跳閘后5分鐘的有關變量值存入記錄文件中。跳閘記錄可設置為自動打印或按操作人員指令打印。

2.10 歷史數(shù)據(jù)存儲和檢索

在系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)以文件形式存儲在硬盤內，配上可讀/寫光盤驅動器，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)通過歷史趨勢圖組態(tài)來實現(xiàn)。歷史數(shù)據(jù)的檢索，可在操作站和工程師站的CRT的用歷史趨勢畫面來實現(xiàn)或通過打印機打印出某時間段和某組（個）。

2.11 基本性能

?控制系統(tǒng)包括由主控卡、各種IO卡件構成的各個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)實現(xiàn)下文規(guī)定的對隧道窯裝置的調節(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行的要求。

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

?運行人員可將比較邏輯切換至手動，并任選一變送器投自動控制。

?在使用不冗余變送器測量信號時，如信號喪失或信號超出工藝過程實際可能范圍，均有報警，同時系統(tǒng)受影響部分切換至手動。

?控制系統(tǒng)的輸出信號為脈沖量（有源或無源）或4～20mＡDC連續(xù)信號（對電動執(zhí)行器為脈沖量信號，其它設備，如氣動閥門為4～20mＡDC信號），并有上下限定，以保證控制系統(tǒng)故障時設備的安全。

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

?控制系統(tǒng)監(jiān)視設定值與被控變量之間的偏差，當偏差超過預定范圍時，系統(tǒng)將控制切換至手動并報警。

2.12 聯(lián)鎖保護與報警系統(tǒng)

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

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

?廠用電系統(tǒng)的保護與聯(lián)鎖設計，符合電氣專業(yè)的運行要求。

?裝置中大型重要設備設計有可靠的聯(lián)鎖保護系統(tǒng)并記錄故障時的首出條件。對重要的信號冗余設置。

?運行超過限制值與設備運行狀態(tài)的改變，均能在DCS中報警并打印出來。

?例如：當系統(tǒng)停電時，電磁閥自動切斷氣路，防止天然氣進入窯內；當風機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時電磁閥自動切斷氣路，確保安全。

?停電后來電窯爐（包括風機燃氣）一鍵自動啟動又可單獨啟動。各種故障報警輸出。

?停電再啟動各個執(zhí)行器在未開燃氣總閥前開度最小，燃氣閥打開時執(zhí)行器可根據(jù)溫度調整。

?變頻器和計算機通訊顯示頻率同時可以設定、顯示電流。

?PLC預留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）