制糖石灰窯控制系統的設計與實現
加入技術交流群
我國是生產和利用石灰最早的國家，石灰廣泛應用于煉鋼、建筑領域，同時在甜菜制糖工藝中有著重要的作用。在生產白糖的過程中，有一個很重要的步驟是糖汁清凈，目前國內外甜菜糖廠一般都使用石灰和CO2作為澄清劑來生產高質白糖，用量一般為甜菜加工量的2～3%，主要用來在制糖生產中制成輕質碳酸鈣后吸附去除制糖原料（甜菜）中的有害元素N、P、有機物等雜質。品質好、反應快的、反應徹底的石灰和CO2生產出來的輕質碳酸鈣，可以提高清凈速度，縮短清凈時間，降低噸糖石灰石的消耗，減少色素及擬黑色素的殘留，從而有效提高白糖產品質量[1]。所以，在甜菜制糖廠中石灰的需求量較大，為了降低生產成本，增加產品價格競爭力，甜菜糖廠一般都建有石灰窯用來生產制糖需要的石灰和CO2氣體。
新疆某甜菜制糖企業日處理甜菜3100噸，一年可加工甜菜40萬噸，其制糖生產中所需要的石灰主要由容量為150m3機械豎窯生產，主要燃料為煤氣[2]。由于該石灰窯主要由人工操作，所以導致產生石灰成本高、產品質量不穩定等不利結果，為解決這一系列問題，決定采用先進的控制方式，集中控制石灰窯的整個生產過程，提高生產質量和產率，降低生產成本。
1 石灰窯的生產工藝
石灰窯的生產有著嚴格的流程，而且根據生產的地理環境和天氣狀況會有一些變化，經過技術人員多年的經驗總結，在石灰窯生產中的主要操作步驟如下[3]：
⑴烘窯：首先把窯體內部清理干凈，然后安裝烘窯篦子框架，將約1方木材放入篦子之上，然后用明火點燃，致使火焰不斷的燃燒，間斷地加放木材，使窯內的溫度逐漸地升高，將窯體內的潮氣烘干，避免窯體內部的磚墻出現裂縫。烘窯時間5至7天，第一天溫度控制在50度左右，第二天100度左右，第三天達到200度左右，第四天達到500至600度左右，直到結束，熄火降溫，取出烘窯篦子，整個烘窯結束。
⑵裝窯：首先窯體內部清理，卸灰盤表面清理，然后將石灰塊注入卸灰盤上，裝至到1層火眼以下（約80cm）鋪平，然后將木材放入窯內石灰塊之上，先裝一層（約20至30cm），然后在一層火眼兩端之間留40至50cm寬的通道，通道兩側向上繼續整齊擺放木材，直至一層火眼之上，高于火眼20至30cm，然后用木材將上端全面封死，繼續擺放木材，直至二層人孔門上1到2米，點窯木材裝完后，將人孔門完全封閉。
⑶點窯：先用柴油將刨花浸泡（約50Kg刨花，15Kg柴油），目的是容易點燃木材，將浸泡過的刨花從一層火眼塞入預留好的木材通道，在點燃前將易燃的柴油汽油（柴油：5Kg；汽油：5Kg）混合噴入一層火眼內，準備好點燃的木把（約1.5米長）兩根，大布兩塊，用大布纏在木把的一端，浸上柴油；瓦斯泵開啟后，窯體內的抽氣量正常后，開始將浸好油的木把點燃，從一層火眼兩端將火把塞入木材通道內，開始燃燒。木材開始不斷地燃燒，窯內的溫度逐漸地升高，窯體內的石料逐漸下降，視窯體內的情況，逐漸上料，使窯體內的料位保持正常范圍內（布料器以下2米左右），直至木材完全燒盡，煤氣開始進入，將火位逐漸升高，火位保持在5層可開始卸料，卸料溫度控制在100度左右。
點窯之后的步驟就是提高煅燒溫度并保持，石灰窯在上料和出灰等步驟中多是數字量的直接邏輯控制，把人工控制方式改為PLC控制方式后，效率預計將達到最佳狀態，所以在此就不再累贅。窯內煅燒溫度的控制是本課題關注的重點，現將石灰窯溫度的控制要求和步驟作如下說明：一層次溫度控制在200左右度；二層控制在500度左右，三層控制在900度左右，四層控制在1000度左右，五層控制在900度左右，窯氣出口溫度控制在100度左右，燃燒正常后，可將一層溫度保持在100度左右，煅燒層控制在3至5層范圍內，煅燒溫度控制在1000±12度范圍內。泵房的基本構成如圖1所示，為了保證系統工作的工作效率和穩定性，采用了2條并行的輸水線路選擇性的工作。同時，在水源的水進入抽水系統前，經過一個過濾池，去除水中存在的各種雜物，保證系統工作時的安全。
2 石灰窯控制系統的構成
根據各個部分在系統中的作用不同，整個控制系統分為3層：管理層、控制層、設備層。上位機IPC的主要功能是通過組態軟件的在線監控，管理底層的生產設備及其運行狀態；S7-300PLC的各個模塊作為核心控制器，完成設備狀態信息的采集，經過邏輯判斷和數據分析處理，實現自動化生產；底層設備主要功能是現場狀態信息的信號轉換、工序執行等。上位機與S7-300CPU模塊之間和CPU與遠程接口ET200M站之間的通信方式均為Profibus總線，系統的三層結構如圖1所示[4][5]。
圖1石灰窯控制系統的結構
石灰窯溫控系統的開關量邏輯控制包括進料、卸灰，同時還將執行機構出錯報警、物料質量上限報警、空氣壓力信號報警作為中斷條件，與運行中的電機等設備實現聯鎖控制，如石灰窯進料過程中，稱重斗閘門開啟；當物料質量超過上限時，自動關閉物料斷輸送斗車等。這些邏輯控制在STEP7中完成程序的編寫，其中的部分變量表如圖2所示。
西門子plc相關文章:西門子plc視頻教程
評論