我国建筑卫生陶瓷生产线控制系统的现状和展望
作者：姜思坤，陈理君，同继峰
来源：中国建材科技 发布日期：2013-7-27
一、概述
控制理论由实际过程中不自觉地应用反馈控制概念发展为古典控制理论,而后不断丰富,从本世纪50年代中期开始·为了发展太空宇航高尖端事业又发展形成了现代控制理论,随着计算机工业的迅猛发展,控制理论也日趋完善,且在工业上广泛应用。在我国,为了生产出高质量产品、造出高质量设备,控制理论的开发与应用更是一日千里.令世人刮目相看。改革开放以来、控制理论在工业生产上得到广泛应用,特别是陶瓷工业的迅速崛起,也带动陶瓷工业控制水平的迅速发展和提高。六七十年代我国陶瓷工业还比较落后,控制水平低,大部分为手工操作,少数设备采用单回路n型表控制系统。随着国家“七五”、“八五”期间陶瓷生产线关键设备的大量引进,和国家攻关项目对陶瓷工业发展的促进,我国陶瓷工业的控制水平上了一个新的台阶,但与世界先进国家相比,其控制水平仍有较大差距,尚需科技工作者作出更大的努力。
二、陶瓷生产控制系统水平
1.建筑陶瓷
(I)原料、制粉、输送部分：大部分厂家的设备比较简易,以人工手动配料为主,其控制技术水平低、质量不易稳定。在一些规模较大的厂家,喷雾干燥塔采用简单的闭环自动控制,对塔内温度、压力进行自动控制,其粉料质量大大提高,粉料水份、颗粒度控制在一定范围内,但控制精度仍不高,仍需做大量的工作来使其进一步完善。也有一些厂家,在引进生产线时,引进了喷雾干燥塔,采用自动点火系统和塔内温度、压力自动控制系统,使用智能控制仪表进行控制,效果较好。输送设备比较简单,各生产厂家此部分都不存在问题.
(2)成型设备：国产压机多以手动摩擦压机为主,压出的坯体质量不稳定,与操作工水平关系较大。大生产线绝大多数厂家采用进口的大吨位全自动液压机,此类压机控制上大多数采用PLC或工控机进行控制,控制精度高,可靠性、稳定性都处于国际先进水平,所压出的素坯密度均匀,强度高,对于生产出高质量产品起着举足轻重的作用。
(3)干燥设备：由于此部分设备简单,要求不高,只对干燥水份进行控制,较容易实现。多数厂家利用烧成窑炉的余热,手动控制干燥温度即可满足要求。有的厂家在引进生产线时,引进了立式或卧式干燥器,利用烧成窑尾部余热自动控制干燥温度(采用单回路控制仪表),或利用其它热源对干燥温度自动控制,来满足坯体干燥要求。第一期我国建筑卫生陶瓷生产线控制系统的现状和展望
(4)施釉线：施釉线相对于整条生产线其它设备比较简单,控制系统也不复杂,只是在补偿器的控制上略显繁琐,一般采用PLC进行控制,即可满足动作要求。国产施釉线能够满足生产工艺要求,但若上丝网印,大部分厂家还依赖进口,因国产丝网印尚存在定位精度差等缺陷。
(5)装/却载机： 国内厂家大部分采用施釉后直接人窑,而国外生产线多采用装/卸载机储坯线系统将坯体装人储坯车储存起来,再经装/卸载机将储坯车上的坯体卸下人窑。由于动作过程较复杂,要求较高,大部分采用PLC进行控制。
(6)烧成窑炉(包括素烧窑和釉烧窑)：烧成窑炉主要为辊道窑和隧道窑。目前,烧成窑炉的控制主要有两种形式:一是靠单显表,只显示温度,不自控,靠人工的实际经验调节阀门开度来控制炉温,显然控温效果差,产品质量不稳定。此种方式,多以中小陶瓷厂为主。另一种则采用单回路调节仪表(包括n型、m型表和现在大量使用的智能仪表)进行控温,由设定点温度和实际温度相比较得出的偏差进行PID运算,从而实现温控点的温度自动调节,控制效果大大提高,但由于各温控点的温度单独进行调节,势必会相互影响,即出现藕合现象。为使整个窑炉的温度、气氛、压力达到预期效果,就必须以一个系统的整体观念来进行处理,少数单位开发出小型DCS控制系统。这种系统可对温度调节仪表进行监控、集中管理、且可以解决藕合等问题,控制精度大大提高。窑炉附属设备一人/出窑设备,部分厂家采用简单的机械式人工人窑(如脚踏式),不自控,有些大生产厂家则选用由PLC控制的全自动人/出窑机组.
(7)抛光设备：有些厂家生产玻化砖,对部分产品进行抛光处理。目前,抛光机主要依赖于进口,国产抛光机尚存在工作稳定性、可靠性差等缺点。进口抛光设备控制精度高,整个抛光过程全部自动化,工作稳定可靠,抛光过的砖光洁平整。
(8)检选包装：国内目前绝大多数厂家为人工检选包装。在这方面我们尚有许多工作要作。我们可开发出高质量的自动质量检测、分等设备,自动按等级对产品进行分别包装,输送人库,使整个过程全部实现自动化,以达到或超过国际先进水平。
2.卫生陶
我国卫生陶瓷工业自动化水平较低,与国外先进水平相比差距较大。
(l)原料泥桨调制设备：比较简易,控制水平低,几乎都是人工手动控制。
(2)成型设备：（包括微压、中高压注浆设备)国内设备机械化、自动化程度都比较低,基本是人工手动控制,控制精度、质量难以保证,大的生产厂家,注浆设备主要依赖于进口。我们的科技工作者还需要作许多工作来填补在自动注浆成型设备方面的空白。
(3)干燥：及输送设备干燥设备比较简单,控制上也容易实现。愉送部分,国内厂家多为人工输送,根本谈不上机械化、自动化,国外先进国家输送设备较为先进,如德国的AGV无人驾驶运输车(在北京兆峰陶瓷洁具有限公司引进了10台运愉车)。
(4)上釉：我国在卫生陶瓷上釉方面,技术上较为落后,大部分仍为人工手动上釉。国外这方中国建材科技第七卷面机械化、自动化程度高,智能机械手施釉较为先进(机械手可达六个自由度)。这也是我们国家“九五”攻关奋斗的目标。
(5)烧成、重烧窑炉：烧成窑炉多采用隧道窑、重烧窑炉一般采用间歇式梭式窑,自动化水平不高,多以单回路仪表对温度进行自动控制。
(6)检验包装：多以人工检选、包装为主,工人劳动强度大。
三、展望
由于控制理论的不断发展完善,又由于计算机工业的迅速发展,使计算机价格大幅度下降,而可靠性、抗干扰能力大大提高,从而为陶瓷工业实现全厂自动化和计算机管理监控提供有利时机。下面对建筑陶瓷(或卫生陶瓷)主要设备控制系统的发展前景作一简单剖析。
1.原料制粉(或泥浆调制)部分：原料配料采用486工控机实现配料控制。在计算机上开发出适合于人工操作的全中文菜单,实时提示,使普通工人很轻松地就能学会操作。计算机可直接对配料系统实现控制,由屏幕跟踪显示出配料过程中各工况参数,并实现故障自动报警停机。
2.成型设备：无论是建筑陶瓷的全自动压机,还是卫生陶瓷的注浆设备,由于其动作过程的复杂性及控制精度的要求越来越高,所以可采用可靠性高、容易编程的PLC进行控制,并可选用486工控机作为PLC的上位机实现监督控制,从而完成各种画面控制和组态功能,如动态流程图、报警画面、动态趋势图、状态指示画面等。PLC由于采用了大规模集成电路及计算机技术,因而体积小可靠性高,并具有很强的逻辑控制功能,及数值计算能力。另外,系统扩展比较方便,编程容易,易于推广普及,而且PLC抗干扰性强,非常适用于各种工业控制的需要,所以陶瓷工业许多设备普遍选用PLC进行控制。
3.输送、上釉设备：对于建筑陶瓷,摘送线、施釉线比较简单,可选用PLC来满足控制要求。对于卫生陶瓷生产线,可利用现代控制理论,及计算机方面新发展的神经网络系统,开发出全自动无人驾驶运愉车和智能施釉机器人,完成输送、上釉的工艺要求。
4.窑炉：窑炉主要有辊道窑、隧道窑和梭式窑三种。为了增强节能效果,整体方面可采用先进的脉冲控制系统。此系统设计思想是用“调频”方式(调节烧嘴的通/断频率)取代传统的“调幅”方式(调节燃料的流量)来控制窑炉温度,因为此种控制方式,只要烧嘴通就是在最大燃烧状态下(燃料管全开)燃烧,预先调好燃料与助燃风的比例,使燃烧效率最高,所以脉冲控制系统具有传热效率高、温度均匀且能减少Nox的生成等优点,所以是将来窑炉控制方案的最佳模式。窑炉控制系统采用486或586工控机作上位机对智能化仪表实行集中检测管理控制,对窑炉整体进行分析控制,智能仪表输出的4一20mA信号接脉冲发生器、产生通断控制脉冲。在计算机上建立烧成窑炉的模糊控制模型(包括模糊专家系统模型),完成计算机仿真,开发出全中文的易于普通操作工掌握的各类大信息动态画面,设计出故障诊断系统,并通过计算机对窑炉各风机实现变频调速控制。窑炉附属设备一人/出窑机组可采用PLC进行控制,其中人窑机组可增设大型立式补偿器(可储坯达100澎)以保证坯体连续人窑,并将这些附属设备的PLC与窑炉控第一期我国建筑卫生陶瓷生产线控制系统的现状和展望制工控机相连,由工控机作上位机,进行监控、管理。
5.检选、包装等其它关挂设备：建筑陶瓷和卫生陶瓷的检选包装完全机械化、自动化,由PLC进行控制,由486工控机作上位机。这样可使误选率降低,效率大大提高。而建筑陶瓷的抛光设备用PLC即可满足控制要求。
6.实现全厂计算机管理、控制：全厂配电室是全厂电力的核心,可由计算机进行管理控制。全厂作为整体控制,形成计算机网络,由中央控制机对各关键设备的工况进行统一监控、调度、管理,实现全厂的计算机管理、控制。
综上所述,目前,我国陶瓷工业尽管发展速度较快,但控制水平与发达国家相比仍有较大差距,我们科技工咋者还需作大量工作,携起手来,为提高我国陶瓷工业生产设备的控制水平、实现全厂的计算机管理、控制作出贡献。
参考文献
[1]姜思坤,“步进式燃烧系统剖析”,中国建材1997,第四期.
[2]“节能隧道窑微机检测与控制系统”,19%,九五”国家重点攻关子项目“可行论证报告”,武汉工业大学.
[3]高校教材《自动控制理论》,北京轻工业学院,夏德钦,机械工业出版社.
