陶瓷磨具行业工业窑炉控制系统的研究
摘要：本文就目前陶瓷磨具行业工业窑炉控制方法进行了简要总结，并进一步对陶瓷磨具工业窑炉控制系统进行分析、研究。随着计算机技术的不断发展，计算机控制技术必将更快、更广泛地应用到现代工业窑炉的控制中，在烧成制品质量不断提高的同时，更加注重环保与节能已成为现代化窑炉发展方向，工业窑炉的控制系统也必须满足并能引领现代工业窑炉向此方向发展。
关键词：陶瓷磨具工业窑炉；计算机控制系统
中图分类号：TQ174.653 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 19-0000-02
1 概述
当今陶瓷磨具窑炉的发展方向是由过去提出的辊道化、自动化、煤气化、轻型化、大型化向绿色（环保、节能和智能型）窑炉方向发展。 绿色窑炉的标准是低消耗（节能型），低污染（环保型）、低成本、高效率。 实现绿色窑炉的努力方向是：研究新的自动控制方式和方法、降低窑炉风机电耗和噪音、研究先进的燃烧器、使用新型的耐火材料和涂料、建立废气净化研究检测中心。陶瓷磨具工业窑炉控制系统逐渐由传统的单回路仪表分散式控制发展到以工业计算机为核心的集散型分布式控制。在现代计算机技术与电子应用技术持续发展的背景作用之下，一种全新的工业窑炉计算机控制系统逐渐取代了传统控制系统，并必将向智能化、网络化发展。
2 陶瓷磨具工业窑炉自动控制的要求、内容和方式
现代工业生产对陶瓷磨具工业窑炉烧成自动控制的要求有以下几方面：
（1）在满足生产工艺对温度要求的前提下，做到燃烧合理、节约能源、提高燃烧效率；（2）控制性能要好，控制精度要高，当负荷变化时，系统的响应速度要快，稳定性要高；（3）尽量将少废气中NOx和SO2的生成量，防止大气污染，保护环境；（4）确保生产安全，防止事故发生。
陶瓷磨具工业窑炉自动控制的内容主要是窑炉各功能系统的温度、压力及流量参数的控制。例如：窑内各点温度控制、助燃风温度控制、烟气温度控制、换热器温度控制等；燃气及助燃风流量的调节与控制；窑内各点压力控制、燃气和助燃风压力及其它风系统压力等调节与控制；燃烧系统的比例调节与控制等。
陶瓷磨具工业窑炉的控制方式主要有：智能式调节器控制（单回路、多回路），DDC直接数字控制系统控制，批量控制器控制，可编程序控制器控制，计算机集中分散控制系统控制，计算机现场总线控制系统控制等。
3 陶瓷磨具工业窑炉控制系统的分析
目前，陶瓷磨具工业窑炉控制的方式已由90年代的手动调节控制发展到智能控制，计算机控制技术得到了普遍应用，窑炉各测量点数据由计算机记录并统一管理。当然，现在还存在少部分的单回路分散式仪表控制系统，甚至手动控制系统，但限于该系统控制方式简单且控制方案的扩展性小以及数据记录、管理、查询等方面的能力不足，已越来越不适应现代企业制度的要求，必将被更先进的控制系统逐渐取代。另外，电机变频调速技术已广泛应用于陶瓷磨具行业工业窑炉的风机转速控制、电机传动控制，控制精度更高、相应速度更快，噪音低且节约电能效果明显。部分工业窑炉附属设备的控制采用了工业无线遥控技术，使操作更加方便，操作人员的安全也得到了更有效保障。如今，随着中国经济的快速发展以及现代企业制度的建立，陶瓷磨具生产企业对工业窑炉的要求也越来越高，甚至上升到了企业形象的高度，故近年来陶瓷磨具工业窑炉的控制技术达到了长足发展，计算机集中分散式控制系统、计算机现场总线控制系统更加广泛地应用于工业窑炉控制。该系统具有相当高的可靠性，控制精度高，操作方面，界面友好，实现了多台窑炉的数据记录、查询、管理的功能，并为企业管理层预留数据接口，扩展性能不受限制。下图1为实际应用中的工业窑炉典型控制系统。社会经济的发展日益凸显建设资源节约型 、环境友好型社会的重要和紧迫 ，节能减排是国民经济可持续发展的重要途径之一。工业窑炉作为耗能大户，更节能、更环保、更智能化的窑炉将是今后工业窑炉的发展方向和必然要求，工业窑炉控制技术的发展是实现工业窑炉智能化的基础，也为工业窑炉的节能和环保要求提供了技术支持。
4. 计算机控制系统
4.1 简介
从理论上来说，计算机控制系统（Computer Control System CCS）是以计算机参与控制为载体，配备相关辅助部件，实现与被控对象紧密联系，并以获取一定控制目的为根本出发点所构成的控制系统。从工业化应用的角度上来说，就是在计算机，特别是工业控制计算机的支持作用之下实现对整个工业过程自动化控制的应用系统。
4.2 组成
在当前技术条件支持下，计算机控制系统能够实现闭环操作，这一点与传统意义上的控制系统是基本一致的。在闭环状态作用之下，计算机需要针对被控对象各个时间点上的关键状态信息予以有效采集处理。在控制系统执行一定策略对这部分所采集状态信息进行处理的基础之上，由计算机控制系统所输出的控制信息能够直接对被控对象造成相当程度的影响。与此同时，整个计算机控制系统也能够实现开关操作。在开环状态下，整个计算机控制系统的运行方式可以分为两种类型：一方面，计算机相对于被控对象的影响仅仅按照时间顺序作用下的既定规则予以实现；另一方面，计算机相对于被控对象的影响是一种基于对计算机所处理信息发挥指导意义作用下的人为影响与干预。
从计算机控制系统的结构组成角度上来说，整个计算机控制部分主要包括硬件与软件这两个方面。很明显，这一点与传统意义上基于模拟控制器所构成控制系统仅具备硬件系统的组成结构显然存在明显差异。与此同时，从软件构成角度上来说，其主要包括系统软件与应用软件这两个方面。前者主要包括语言处理程序、操作系统程序以及服务性程度这三个方面在内。其最为显著的特点在于：系统软件的配备往往是由计算机制造方自行配置的，应用过程中的通用性性能表现比较突出。而后者主要包括数据采集程序、输出处理程序、控制决策程序以及报警处理程序这四个方面在内。这部分应用软件最为根本性的目的在于达成控制目的，能够在操作整个控制系统的专业工作人员的编制处理作用之下实现对被控对象的严格控制。
4.3 特点及用途
从大量实践研究结果当中不难发现，现代意义上的计算机控制系统在实践应用过程当中表现出了包括精度高、储存容量大、动作相应快以及逻辑判断有效在内的相关应用优势，现阶段能够将其广泛应用于相对而言等级较高且较为复杂的控制领域当中，借助于计算机控制系统所达成的控制效果也是尤为显著的。从很大程度上来说，现代计算机技术的发展所带给整个经济社会发展的积极作用是尤为显著的，而工业生产应用领域对于现代技术的需求也正呈现出了较为显著的发展趋势。在这一背景作用之下，计算机所具备的高效且完善的信息处理更是使其在工业生产以及企业管理中发挥着不容小觑的重要应用意义，其所实现的工业化生产管理以及工业化过程控制的有效融合相对于整个工厂及企业的全自动管理而言极为关键。
4.4 计算机控制系统的应用类型
（1）数字采集系统。在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。
（2）直接数字控制系统。计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。由于计算机直接承担控制任务，所以要求实时性要好、可靠性高和适应性强。
（3）监督计算机控制系统。这个系统根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给直接数字控制系统执行。监督计算机系统承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。
（4）分级控制系统。从理论上来说，DCS（Distributed control system）系统即集散控制系统是一种基于微处理器装置的综合应用，实现对整个工业化生产过程予以集中化统一化操作、管理、监督以及分散控制的综合化系统，在实践应用过程中，集散控制系统能够将其所属范围内的若干微处理器装置分散于整个工业化生产作业的全过程当中，借助于此种方式实现微处理器的最优化配置布局形式。更为关键的一点在于：在当前技术条件支持下，计算控制系统下属各台微机装置所获取的实时数据信息均能够借助于互联网络传递至计算机监控中心予以有效管理，这对于传统意义上仪表检测装置的应用缺陷而言是极为有效的补充。总的来说，现代意义上的集散控制系统在整个现代化生产过程控制过程中占据着极为关键的地位，并发挥着重要意义。
（5）现代总线控制系统。也就是FCS，是新一代分布式控制系统。该系统改进了DCS系统成本高，各厂商的产品通信标准不统一而造成不能互联的弱点。 近年来，由于现场总线的发展，智能传感器跟执行器也向数字化方向发展，用数字信号取代4-20mA模拟信号，为现场总线的应用奠定了基础。现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络。现场总线被称为21世纪的工业控制网络标准。
5 陶瓷磨具工业窑炉控制技术的发展方向
目前窑炉控制方法，已由90年代手动调节控制发展为智能控制；由分散型控制变为集散型控制；温度由以前单纯PID调节方法变为PID加上模糊控制调节方法；传动由常规控制变为变频技术线速度控制等。随着计算机技术和电子技术的发展，计算机控制技术逐渐取代了传统控制技术，利用计算机技术和系统控制中的容错技术对陶瓷磨具工业窑炉的控制实现了可能。随着电子计算机网络化进程的日趋加快，现代窑炉控制技术同样要与网络化接轨，以适应对信息共享、信息传递和集中控制等日益增强的需求。综上所述，以电子计算机为核心的现代窑炉控制技术正以不可阻挡之势，渗透现代陶瓷磨具企业之中，工业窑炉计算机控制系统必将越来越多地替代传统控制系统，并必将向智能化、网络化发展。
参考文献：
[1]王改民.磨具工业热工过程及设备，2005年8月第一版，中国标准出版社.
[2]王慧.计算机控制系统m2011-06-01第三版，化学工业出版社.
[作者简介]宋天杰（1979.1-），男，大连理工大学，本科，工程师，机械工业第六设计研究院有限公司，主要从事工业窑炉自控系统设计、总承包、项目管理等方面的工作；郭书玲（1977.4-），女，平顶山工学院，河南省第二建设集团有限公司，主要从事建设工程造价。