基于PLC控制的熔炼炉蓄热式烧嘴马良学

基于PLC控制的熔炼炉蓄热式烧嘴马良学

马良学

（南山集团轻合金有限公司山东烟台265713）

摘要：熔炼炉在轻合金公司的生产链中起着非常重要的作用，是第一道工序的一个重要环节。东海熔铸三期的熔炼炉采用蓄热式烧嘴，使炉气循环强烈，炉温均匀，无局部过热过烧现象，很好的提高了产品质量，延长了炉子的使用寿命。同时，助燃风采用蓄热箱预热，预热后的空气进一步与燃气混合燃烧。空气预热后能提高燃烧效率，燃烧强度，火焰温度与速度，强化炉气循环和升温速度。

本文简要介绍了在plc控制下，熔炼炉蓄热式烧嘴的工作原理。同时，结合生产实践对熔炼炉蓄热式烧嘴使用时产生的一些问题常见故障的处理方法进行了分析。

关键词：熔炼炉；蓄热式烧嘴；蓄热箱；PLC

1前言

蓄热式烧嘴是近年来铝行业生产线使用项最强的高温空气燃烧技术，具有环保、高效节能、等诸多优点。熔炼炉采用该技术，可实现热量的合理回收利用，炉子热效率可大大提高。因此，近年来新建的铝行业的熔铸厂的熔炼炉大都采用了蓄热式烧嘴技术。

熔炼炉的电气控制采用可编程控制器控制，即PLC是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现在已经广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量是输入/输出来控制设备或生产过程。在本文中，主要论述了PLC在温度等反馈信号调节下，对熔炼炉蓄热式烧嘴燃烧蓄热模式下大小火切换的控制。

2硬件

2.1熔炼炉蓄热式烧嘴的组成

如图所示，蓄热式烧嘴系统通常由助燃风机、助燃风调节阀、驱动器、两组带蓄热箱的烧嘴本体、排烟调节阀、排烟风机等几部分器件组成，；配上点火电极及火焰检测、电气控制系统和一些辅助的检测、联锁保护装置就组成了一套完整的燃烧装置。

图一

2.2控制系统：

熔炼炉PLC选用的是AB系列的，控制系统分为三级：第一级为主控室级。主控室级的硬件主要熔炼小屋的操作员工作站，电气控制是的工程师工作站等构成，电气控制室的工程师工作站用来完成组态工作并具有完全的操作员站功能，熔炼小屋的操作员占主要用于操作。由AB公司FACTORYTALK软件组态构成监控软件平台，实现车间的的系统监控及生产过程的统一集中管理。为了加强系统的通讯速度和以及兼容性，该级采用的是EtherNet协议。第二级为控制级，实现对车间的整体控制。由AB公司的controlnet构成网络，连接各个站点，实现车间的监控有机整体。第三级为设备级，及现场控制级。由AB公司的传感器、I/O模块、现场仪表、及操作台的控制按钮等完成全厂生产流程的实施过程控制。下位机采用LOGIX5561架构，由模块1756-IT6I控制温度，PLC硬件控制系统如图2所示。

图2PLC控制系统图

2.3热电偶的使用

对于蓄热箱温度的控制，采用了热电偶测量，并将信号反馈到PLC，进而控制火焰的切换。（如图3）

热电偶由两种不同成份的导两端接合成回路，根据热电效应，当两个接合点的温度不同时，在回路产生电动势。从而形成4-20mA的电流，产生的电流在现场经过补偿导线传输到热电偶温度模块1756-IT61中，经过模数转换，进一步转换为温度信号，显示在工作站的HMI界面上，同时PLCg根据温度的反馈会发出相应的信号来控制现场各阀门的动作，从而实现该组烧嘴大小火的切换，实现蓄热式烧嘴的点火要求。

图3热电偶反馈系统图

3软件

3.1蓄热式烧嘴工作方式

蓄热式烧嘴在点火模式下，满足点大火条件时，两烧嘴是交替进行燃烧的。以A组烧嘴为例，当1#烧嘴燃烧时，1#一次风阀，二次风阀打开，冷空气穿过1#烧嘴蓄热箱被预热后通常预热温度可达160℃，然后由助燃风机鼓入炉内和燃气混合燃烧；同时2#引风阀打开，高温烟气在排烟风机的强力作用下从2#烧嘴蓄热箱抽出，烟气通过2#蓄热箱的蓄热球进行热量交换，有热电偶测量蓄热球温度达到160℃后，将信号传递到PLC，PLC收到信号后在燃烧时间达到40S时，发出切换指令。然后烧嘴以及各气动电磁阀重复进行烧嘴刚才的排烟蓄热操作。在电气程序的自动控制下，四个换向阀以一定的频率进行组合切换，使两个燃烧器始终处于蓄热与放热交替工作状态，从而实现烟气余热的最大回收利用。

具体如下：

3.2顺序功能流程

图4

4蓄热式烧嘴工作中的故障及处理方法

熔炼炉在蓄热模式下，由于其特殊的燃烧方式及恶劣的工作环境，时常会出现一些问题，影响大小火的切换，或者直接导致掉火现象。这里仅就生产运行过程中经常出现的几个问题进行分析探讨。

（1）烧嘴在燃烧过程中出现掉火现象

由于熔炼炉的两组蓄热式烧嘴始终是交替切换燃烧的，为了保证烧嘴能顺利的切换大小火，每个烧嘴分为两个烧嘴，大火烧最和小火烧嘴。两个烧嘴有所不同，大火是在同一组的两个烧嘴中互相切换的，小火烧嘴是一直点燃的，分别有两个火焰探测器进行检测火焰，并将火焰信号反馈给PLC。因此小火烧嘴需要一直处于点燃状态，才能保证大火的顺利切换。

由于一些外部因素，或者由于熔炼炉不停的持续工作，可能会导致小火掉火，或者大火不能点燃。当出现炉子的掉火时，维修人员首先要根据工作站的报警信息来判断引起掉火的可能原因。比如常见的热电偶故障，压缩空气压力故障，主燃气压力故障，或者小火燃气压力故障等等，这些故障都是比较明显的能分析出原因的。我们要做的就是迅速的到达故障点，及时的排除故障，恢复点火，保证生产的顺利进行。另外有时候炉子某一个烧嘴掉火了，工作站HMI界面只有一个掉火报警，没有其他可参考的信息，而且我们复位时无法顺利再次点燃，那我们就要逐一检查排除，烧嘴的火焰探测器，点火电极，或者燃气阀等等。

（2）蓄热箱温度高的问题

在设计中，每个烧嘴的蓄热箱出口处都有一个热电偶检测温度，另外A、B组排烟还分别设有烟气温度控制热电偶，两级保护蓄热箱的温度，所以正常燃烧状态线，蓄热式烧嘴的温度总是平和的上下波动，不会出现过高报警。

在实际运行中，，由于总总原因，蓄热箱的温度到达360度时，PLC收到热电偶的这个信号，就会发出报警，并将该烧嘴的1次风，2次风阀打开，用来降低蓄热箱的温度，以免蓄热箱的温度进一步升高，影响炉子的使用寿命。但是如果该烧嘴正在处于小火模式，那么它的两个风发的动作就会导致对应另一个烧嘴无法继续点大火，从而影响炉子的正常工作。蓄热箱温度过高故障排除步骤分析如下：

首先，先判断热电偶的好坏，如果热电偶故障，那么更换即可解决；其次到现场检查排烟阀的动作情况，一般排烟阀故障还会有阀故障的报警，我们找到该阀后还会进一步检查时传感器问题还是执行器问题，或者是翻版的问题。第三，如果各设备工作均正常那么故障的原因就出在了蓄热箱本身上，蓄热箱内部装有蓄热球，由于长时间的高温可能使其发生损坏，从而影响了它的蓄热功能，这时候我们就要牺牲该组烧嘴的点火时间，对蓄热球进行清洗更换，最终解决故障。

本文只是举出了两个较典型的例子，实际工作中可能还会出现各种各样的问题，当我们会认真分析报警信息，顺藤摸瓜，一步步的解决故障。另外，做好设备的巡检维护工作也是非常重要的，争取把问题消灭在萌芽状态，以更好的提高设备利用率，从而提高生产效率。

结束语

经过近一个月的培训与学习，我学到了很多平常很难接触到的知识，对我的以后的工作提供了很大的推动作用，非常感谢公司组织的这次培训，同时非常感谢本次论文过程中各位领导和同事的帮助。

参考文献：

[1]张万忠．可编程控制器应用技术[M]．北京：化学工业出版社，2001年

[2]薛迎成编著.罗克韦尔PLC技术基础及应用.中国电力出版社，2009.03

[3]互联网