王 皓，羅永建，常 濤，劉 軼

（寧夏共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

自2010年以來(lái)，寧夏共享鑄鋼有限公司批量生產(chǎn)水電、核電等高合金產(chǎn)品，該類產(chǎn)品制作難度高，利潤(rùn)大，為公司帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)公司的發(fā)展方向起著至關(guān)重要的作用，但是我們同時(shí)也看到了其帶來(lái)的不利影響。高合金產(chǎn)品在切割鑄件冒口時(shí)，需要使用氧化鐵粉，并配合高壓氧氣進(jìn)行吹掃式切割，才能將打箱出來(lái)的鑄件冒口切除。在切割過(guò)程中，氧化鐵粉和氧氣會(huì)同高合金冒口發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，造成生產(chǎn)過(guò)程中，大量煙氣蔓延到車間內(nèi)，這些煙氣一方面危害到現(xiàn)場(chǎng)操作工人的健康，另一方面也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。為此，公司為該工序設(shè)計(jì)安裝了兩臺(tái)大功率的除塵器。但由于該工序?yàn)轭l繁間歇性作業(yè)，造成了除塵器長(zhǎng)時(shí)間處于滿負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)生大量能源浪費(fèi)。

1 除塵系統(tǒng)在使用過(guò)程中存在的能源浪費(fèi)

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)除塵系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，冒口切割工序有著間歇性作業(yè)的特殊工作性質(zhì)，并且所切割鑄件化學(xué)成分不同，作業(yè)所產(chǎn)生的煙氣量也有所不同，再加上操作人員節(jié)能減排意識(shí)薄弱，致使除塵系統(tǒng)在生產(chǎn)間隙及煙氣量較小期間仍然滿負(fù)荷運(yùn)行，造成大量電能浪費(fèi)。

2 實(shí)現(xiàn)除塵系統(tǒng)節(jié)能減排的難點(diǎn)

制定行之有效的節(jié)能減排控制方案，必須考慮到要徹底擺脫陳舊的依靠人為控制的節(jié)能減排工作方式，以及避免大功率除塵電機(jī)頻繁啟停對(duì)設(shè)備自身所造成的損壞。如何克服以上難點(diǎn)，并使除塵系統(tǒng)達(dá)到最大限度的節(jié)能減排是本次方案的重點(diǎn)所在。

3 總體方案的設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)施過(guò)程

3.1 方案思路的確定

智能控制除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是節(jié)能的關(guān)鍵。目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)是控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的一種主要手段，采用變頻器調(diào)速系統(tǒng)直接控制除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并應(yīng)用PLC、傳感器及變頻器構(gòu)成除塵自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)機(jī)根據(jù)煙氣量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量和壓力的運(yùn)行方式，從而最終達(dá)到節(jié)能降耗、提高除塵效率的目的。

3.2 控制方式的確定

普通的控制方式主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。

3.2.1 前饋（開環(huán)）控制方式

主要是找到切割作業(yè)的氧氣耗量和作業(yè)所產(chǎn)生的煙氣量的數(shù)學(xué)關(guān)系，利用安裝在吹氧管上的氣體流量傳感器來(lái)推斷當(dāng)前切割作業(yè)所產(chǎn)生煙氣量的大小。從而進(jìn)一步控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速檔位。這種控制方式能夠起到一定的節(jié)能效果，但控制的精確度較低，還存在大量能源浪費(fèi)。

3.2.2 負(fù)反饋閉環(huán)控制方式

主要是使收塵室內(nèi)時(shí)刻保持為負(fù)壓狀態(tài)，致使室內(nèi)煙氣無(wú)法外溢。該控制方法必須保證收塵室的開口風(fēng)速大于0 s，而開口風(fēng)速由除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和收塵室內(nèi)所產(chǎn)生煙氣量決定。在煙氣量一定的情況下，除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)量過(guò)小會(huì)出現(xiàn)煙塵外溢，風(fēng)量過(guò)大會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，取收塵室內(nèi)煙塵不外溢的條件下，開口風(fēng)速為1 m/s所需要的除塵風(fēng)量為閉環(huán)控制的期望設(shè)定值，取開口風(fēng)速變化量為受控變量。

設(shè)XT為目標(biāo)信號(hào)設(shè)定值，該設(shè)定值為收塵室開口風(fēng)速為1 m/s狀態(tài)時(shí)的模擬量信號(hào)，XF為風(fēng)速傳感器反饋的當(dāng)前風(fēng)速模擬量信號(hào)，則變頻器的輸出頻率fX由XT和XF的差值決定。

若反饋值XF大于設(shè)定值XT，說(shuō)明收塵室內(nèi)煙氣量大于除塵系統(tǒng)的煙氣處理能力，則變頻器的輸出頻率fX提高，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，使除塵風(fēng)量增大，直至收塵室開口風(fēng)速重新恢復(fù)1 m/s狀態(tài)。

反之，若反饋值XF小于設(shè)定值XT，說(shuō)明收塵室內(nèi)煙氣量小于除塵系統(tǒng)的煙氣處理能力，則變頻器的輸出頻率fX降低，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，使除塵風(fēng)量減小，直至收塵室開口風(fēng)速重新恢復(fù)1 m/s狀態(tài)。

以PLC作為控制器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示，檢測(cè)元件將被控量實(shí)際值PV轉(zhuǎn)換為1 V～5 V電壓信號(hào)，該模擬信號(hào)接至PLC的模擬量輸入模塊，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。根據(jù)編寫的PID控制程序?qū)y(cè)量值與給定值SP進(jìn)行比較，通過(guò)兩者的偏差e進(jìn)行PID運(yùn)算得到輸出操作信號(hào)u，經(jīng)PLC的模擬量輸出模塊進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)（4～20 mA電流信號(hào)）被傳輸至PLC用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻器），實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。閉環(huán)控制原理見圖1.

圖1 閉環(huán)控制系統(tǒng)基本原理

閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題：

1）開始切割作業(yè)時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量煙氣，壓力傳感器反饋及時(shí)性差，造成煙氣外溢；

2）切割作業(yè)過(guò)程中，煙氣量變化速度快、幅度大，系統(tǒng)頻繁調(diào)頻，波動(dòng)性大，進(jìn)入平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)需要時(shí)間較長(zhǎng)；

3）停止切割作業(yè)時(shí)，除塵室內(nèi)壓力變化緩慢，PLC不能及時(shí)控制除塵系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，造成能源浪費(fèi)。

3.2.3 復(fù)合控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制+開環(huán)控制）

如圖2，在復(fù)合控制系統(tǒng)中，首先，取切割冒口工序的氧氣用量作為前饋控制的給定值輸入PLC，PLC控制變頻器改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)氧氣流量的大小達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的轉(zhuǎn)速檔位，經(jīng)過(guò)延時(shí)后，再由風(fēng)速傳感器將收塵室的開口風(fēng)速反饋給PLC，而PLC根據(jù)內(nèi)部設(shè)定值經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算后，再次控制變頻器改變除塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了由傳感器、PLC、變頻器、電機(jī)、風(fēng)機(jī)組成的精確復(fù)合控制。該控制方式既彌補(bǔ)了負(fù)反饋控制實(shí)時(shí)性低的弊端，又克服了前饋控制偏差較大的問(wèn)題。

圖2 復(fù)合控制系統(tǒng)流程圖

4 結(jié) 論

自該除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，使用情況良好，大大改善了冒口切割工序及車間作業(yè)環(huán)境，使工人能夠在一個(gè)良好的環(huán)境下工作，提高了工作效率，同時(shí)高水平的自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了除塵風(fēng)量、脈沖反吹、卸灰、收塵室風(fēng)門等的全自動(dòng)化控制及系統(tǒng)故障報(bào)警系統(tǒng)，使原來(lái)除塵系統(tǒng)繁瑣的操作流程得到簡(jiǎn)化，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了工人的誤操作。在能耗方面，也為公司節(jié)約大量電能，投資回收期僅半年，達(dá)到了公司節(jié)能降耗的目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］陳文義，張偉.流體力學(xué)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2004.

［2］胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.第4版.北京：科學(xué)出版社，2001.

［3］劉筑雄，張家平，松高舉，等.鑄造防塵技術(shù)規(guī)程指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.