我公司焙燒采用兩套54爐室生產(chǎn)系統(tǒng)，焙燒爐是敞開(kāi)式、w型環(huán)式爐，分6個(gè)燃燒系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)17個(gè)爐室，采用天然氣做燃料進(jìn)行加熱升溫。54室焙燒爐結(jié)構(gòu)為9火道8料箱，料箱尺寸為：5246×773×5360mm，每個(gè)料箱可立裝3層炭塊，每層7塊，每個(gè)爐室可裝生陽(yáng)極168塊?；鹧嬉苿?dòng)周期為28～36小時(shí)，預(yù)熱焙燒周期為156～192小時(shí)，冷卻時(shí)間為187～196小時(shí)，炭塊的最終溫度為1050℃～1100℃。焙燒炭塊冷卻到200℃以下時(shí)即可出爐。兩套系統(tǒng)年生產(chǎn)能力達(dá)到24萬(wàn)噸。
1 燃燒系統(tǒng)概述
在鋁用陽(yáng)極的生產(chǎn)中，焙燒成品的質(zhì)量在很大程度上取決于焙燒過(guò)程中升溫曲線的控制。為了保證能夠精確控制陽(yáng)極焙燒生產(chǎn)中的升溫曲線、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品成品率、降低能耗、降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，焙燒燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制就顯得尤為重要。 陽(yáng)極焙燒燃燒控制系統(tǒng)采用分散式控制系統(tǒng)。分現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)和上位機(jī)中央控制系統(tǒng)兩部分?，F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)及中央控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(通訊)。陽(yáng)極焙燒燃燒系統(tǒng)是炭素生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，監(jiān)控火道燃燒運(yùn)行情況又是焙燒生產(chǎn)的主要任務(wù)，而爐面與主控室之間數(shù)據(jù)的傳遞、命令的下達(dá)是靠通訊傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此正常的通訊在陽(yáng)極焙燒的生產(chǎn)中起到非常重要的作用。
2 通訊方式改變的必要性
兩個(gè)焙燒爐燃燒系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用有線局域網(wǎng)通訊，在開(kāi)始的幾年內(nèi)，由于是新設(shè)備，通訊運(yùn)行比較穩(wěn)定，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，設(shè)備線路老化致使系統(tǒng)通訊經(jīng)常中斷，通訊故障率急劇升高，不但影響爐面火道溫度監(jiān)控，還增加了設(shè)備維護(hù)的人力物力，維護(hù)成本不斷加大，設(shè)備到了必須改造的地步。
我公司原有通訊網(wǎng)絡(luò)是每臺(tái)爐子對(duì)應(yīng)立柱上安裝一個(gè)通訊插座箱，燃燒系統(tǒng)移動(dòng)至哪個(gè)爐室，燃燒架通訊插頭連接在對(duì)應(yīng)的通訊箱(如圖1所示)上，使用16電纜通過(guò)插頭連接，其中8芯用于通訊，另外8芯用于判斷爐室號(hào)(通過(guò)二進(jìn)制跳線)。每9臺(tái)通訊箱引出電纜接入一個(gè)交換機(jī)，因此54室爐子使用6臺(tái)交換機(jī)(如圖2所示)，6臺(tái)交換機(jī)相互連接形成局域網(wǎng)，靠經(jīng)主控室的交換機(jī)引出兩路通訊電纜至中控室，分別接入兩臺(tái)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。
圖1 原有的爐室通訊箱
圖2 原有的交換機(jī)箱
從2005年投產(chǎn)以來(lái)，開(kāi)始今年通訊運(yùn)行比較穩(wěn)定，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，設(shè)備線路老化致使系統(tǒng)通訊經(jīng)常中斷，通訊故障率急劇升高。設(shè)備維護(hù)量日益加劇，中控室監(jiān)控基本失去作用，主要表現(xiàn)在以下原因：
(1)長(zhǎng)期的系統(tǒng)移動(dòng)，爐面操作工頻繁插拔接頭，插頭針腳老化、腐蝕、磨損，導(dǎo)致接觸不良、接線松動(dòng)，插頭損壞嚴(yán)重，致使系統(tǒng)移動(dòng)結(jié)束后通訊連接不上;
(2)爐面通訊電纜長(zhǎng)期移動(dòng)，導(dǎo)致絕緣破壞，造成電纜線路短路、斷路故障，不但無(wú)法通訊還造成檢修維護(hù)工作量加大，處理時(shí)間加長(zhǎng);
⑶爐面通訊箱內(nèi)通訊電纜接線和判斷爐室號(hào)的短接跳線老化、接觸不良，造成無(wú)法確定燃燒架實(shí)際位置和通訊時(shí)斷時(shí)續(xù)，數(shù)據(jù)傳輸丟包率增加，中控?zé)o法及時(shí)監(jiān)控爐面運(yùn)行情況;
⑷爐室通訊箱與交換機(jī)之間的通訊電纜水晶頭插針氧化嚴(yán)重，輕者處理氧化層后可以堅(jiān)持運(yùn)行幾天，重者重新制作水晶頭，長(zhǎng)期的多次制作導(dǎo)致通訊電纜縮短，更換新電纜費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
⑸交換機(jī)之間的通訊電纜故障，引起整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重者干擾其他交換機(jī)正常工作。有時(shí)使用網(wǎng)線測(cè)試儀檢測(cè)通訊電纜正常，但是通訊就是連接不上，多次重復(fù)插拔水晶頭、更換電纜等，故障處理正常時(shí)也判斷不出原因所在。
⑹在夏季加上爐面溫度較高6臺(tái)交換機(jī)頻繁死機(jī)，經(jīng)常更換備用交換機(jī)后堅(jiān)持運(yùn)行。
3 無(wú)線通訊穩(wěn)定性測(cè)試
無(wú)線通訊技術(shù)的不斷成熟，家用無(wú)線設(shè)備的日益普及，使我們對(duì)無(wú)線通訊的了解加深，于是考慮將無(wú)線通訊技術(shù)應(yīng)用于焙燒爐燃控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)線通信，從根本上解決由于通訊問(wèn)題帶來(lái)的影響。但是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，無(wú)線通訊能否正常工作還是未知數(shù)，于是對(duì)無(wú)線通訊的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。
⑴測(cè)試發(fā)射裝置和接收裝置的距離問(wèn)題，將發(fā)射裝置移至焙燒爐面最遠(yuǎn)端，接收裝置放置在爐面中間位置，進(jìn)行通訊測(cè)試，丟包率極低，通訊狀況較好，運(yùn)行穩(wěn)定。
⑵測(cè)試工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響。爐面多工能天車(chē)正常作業(yè)，裝出爐、大小車(chē)行走、真空泵運(yùn)行、吸鋪料作業(yè)等，多工能天車(chē)變頻器、大功率設(shè)備啟停均對(duì)無(wú)線通訊沒(méi)有影響。
⑶測(cè)試電磁干擾。使用對(duì)講機(jī)在爐面通話，以及在發(fā)射裝置和接收裝置旁邊通話，無(wú)線通訊均能正常穩(wěn)定運(yùn)行。
4 無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的建立
經(jīng)過(guò)多渠道了解，選用西門(mén)子的744系列無(wú)線通訊設(shè)備，并且經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全適應(yīng)于焙燒爐復(fù)雜工況,能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
⑴將陽(yáng)極一焙、二焙燃燒架、排煙架共計(jì)30個(gè)控制柜安裝無(wú)線通訊發(fā)射裝置西門(mén)子w7441(如圖3所示)，在一焙、二焙爐面分別安裝兩臺(tái)無(wú)線通訊接收裝置(考慮數(shù)據(jù)量大小問(wèn)題，單臺(tái)焙燒爐用2個(gè)W7881管理15個(gè)w7441客戶終端，這樣網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)更快)。將一焙、二焙無(wú)線接收裝置收到的信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)分別接入陽(yáng)極焙燒一焙、二焙控制室上位機(jī)(如圖4所示)。顯示爐面燃燒系統(tǒng)燃燒情況。
圖3 無(wú)線發(fā)射設(shè)備
圖4 通訊網(wǎng)絡(luò)圖
⑵在焙燒控制室內(nèi)監(jiān)控主機(jī)上原有的顯示爐面溫度、負(fù)壓等信號(hào)不變，中控室監(jiān)控人員不但能對(duì)爐面燃燒狀況的及時(shí)判斷，還能通過(guò)監(jiān)控主機(jī)下載焙燒燃燒曲線至各個(gè)燃燒架。
⑶對(duì)honeywell程序進(jìn)行修改、燃燒架HCI觸摸屏畫(huà)面修改，使原來(lái)爐室號(hào)通過(guò)爐面插座箱跳線自動(dòng)判斷爐室號(hào)變?yōu)槭謩?dòng)輸入爐室號(hào)。
⑷無(wú)線接收裝置(如圖5所示)安裝在防護(hù)等級(jí)不低于IP54的控制箱中(如圖6所示)，接收天線引出箱外，天線和進(jìn)出控制箱的電源電纜、通訊電纜加裝電纜鎖頭，保證了密封效果和散熱。發(fā)射裝置天線(如圖7所示)安裝在燃燒架側(cè)壁上，天線上端超出控制柜頂端。
圖5 無(wú)線接收裝置
圖6 無(wú)線信號(hào)接收箱
圖7 燃燒架上的發(fā)射天線
⑸無(wú)線裝置采用西門(mén)子工業(yè)用無(wú)線設(shè)備，具備能在高溫、高粉塵、高信號(hào)干擾的環(huán)境中正常穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)線通訊數(shù)據(jù)丟包率不影響主控室正常監(jiān)控和正常下載曲線。
⑹使用材料清單
5 使用效果
無(wú)線通訊的使用極大的降低了通訊的故障率，減少了檢修維護(hù)人員的工作量。使用2年多來(lái)，一焙、二焙通訊運(yùn)行非常穩(wěn)定，還沒(méi)有發(fā)生過(guò)通訊中斷情況。偶爾燃燒系統(tǒng)程序丟失，CPU內(nèi)下載程序是還可以通過(guò)筆記本無(wú)線網(wǎng)卡連接網(wǎng)絡(luò)下載程序，方便了檢修與維護(hù)。
由于爐面多功能天車(chē)作業(yè)，系統(tǒng)移動(dòng)調(diào)運(yùn)重物等，已有個(gè)別碰壞發(fā)射裝置的天線被碰壞，但還不影響通訊使用。
6 結(jié)語(yǔ)
無(wú)線通信技術(shù)給人們帶來(lái)的影響是無(wú)可爭(zhēng)議的。無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless LAN) 自從1977年第一個(gè)民用網(wǎng)系統(tǒng)ARCnet投入運(yùn)行以來(lái)，有線局域網(wǎng)以其廣泛的適用性和技術(shù)價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)，獲得了成功并得到了迅速發(fā)展。然而，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一些工業(yè)環(huán)境禁止、限制使用 電纜 或很難使用電纜，有線局域網(wǎng)很難發(fā)揮作用，利用無(wú)線局域網(wǎng)組建自動(dòng)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，相比之下具有有線固定網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，因此無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展和應(yīng)用。近年來(lái)，以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的串口通信將成為自動(dòng)化系統(tǒng)通信的主流。無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用，主要包括數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等，幫助用戶實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備與固定網(wǎng)絡(luò)的通訊或移動(dòng)設(shè)備之間的通訊，且堅(jiān)固、可靠、安全。它適用于各種工業(yè)環(huán)境，即使在極惡劣的情況下也能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。在設(shè)備層則將現(xiàn)場(chǎng)感應(yīng)器、檢測(cè)器、PLC、讀卡器或其他設(shè)備，互相連接形成一個(gè)無(wú)線傳感器控制網(wǎng)絡(luò)，作為信息系統(tǒng)內(nèi)管理收集數(shù)據(jù)的工具?，F(xiàn)在最終用戶和系統(tǒng)集成商都對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)表現(xiàn)出了越發(fā)濃郁的興趣。工廠無(wú)線通訊的發(fā)展前景看好，國(guó)內(nèi)業(yè)界應(yīng)該更緊密地關(guān)注該項(xiàng)技術(shù)。無(wú)線通訊技術(shù)的應(yīng)用對(duì)炭素焙燒爐相關(guān)技術(shù)的深入發(fā)展具有積極的意義。
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聲明：
“無(wú)線通訊在焙燒燃燒系統(tǒng)上的應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
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