球墨铸铁管水泥内衬养生工艺自动控制设计

刘鑫杰

摘 要：论述了一种自动控制养生温度、湿度的球墨铸铁管养生工艺的技术。该技术可以显著提高对球墨铸铁管水泥内衬的养生质量，缩短养生时间，提高生产率，降低蒸汽的使用量，有效解决了传统蒸汽养生在球墨铸铁管生产过程中产量不稳定，内衬质量不稳定的难题。

关键词：自动控制；蒸汽养生；球墨铸铁管；水泥内衬

1 概述

球墨铸铁管广泛应用于冶金、化工、城建、城市供排水工程、燃气和输油管道等诸多工业及民用领域。随着国内对球墨铸铁管的需求不断增加，对其质量的要求也不断提高。球墨铸铁管水泥内衬是球墨铸铁管生产过程中的重要一环，其养生质量影响到球墨铸铁管整体的产量和质量。随着生产技术在不断更新，对其原有养生工艺进行自动化升级改造已成为铸管工艺发展的重要方向，越来越受到企业的重视。传统内衬养生对通入蒸汽量实施人工控制，难以平稳的控制球墨铸铁管的养生温度和湿度、受工人经验制约大，实施对养生工序生产过程的自动调节控制，可以显著提高球墨铸铁管水泥内衬养生的质量。

2 工艺流程

球墨铸铁管生产线为连续生产过程，经水泥内衬工序后进入养生工序。球墨铸铁管通过吊运放到养生池，每个养生池各有两条蒸汽管道通到池底部，预热蒸汽管道用于加热养生池内的空气、养生蒸汽管道用于常规养生。预热管道先通蒸汽，通过养生池内空气温度测量，调节进汽阀门开度，控制养生池内空气温度的高低，用以控制水泥内衬中的水分。待水分处于凝结状态后，打开养生蒸汽管道，开始常规的蒸汽养生，通过养生池内温度、湿度测量，调节进汽阀门开度，控制养生池内温度高低与湿度大小，用于控制养生过程。

3系统设计

自动化控制系统面向生产过程，实现数据采集、PID调节，比值控制，报警、联锁等控制功能，对数据采集及控制实现实时、自动控制。通过自动化控制系统进行自动调节温湿度，可以避免凭经验操作、无法连续进行质量控制的弊端，可以有效提高养生工序的可控性、操作性，保证养生质量的稳定性。

自动化控制系统由开发用的工程师站（EWS）、操作员站（HMI）、控制站、若干远程I/O站等构成。控制站主要包括：电源模块、中央数据处理单元、模拟量输出模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、热电阻输入模块、通讯模块等组成，系统的硬件配置如图1所示：

信息控制流程主要为：温/湿度传感器、压力传感器的模拟信号→模拟量输入模块→CPU模块数据分析→模拟量输出模块→电动执行器做出相应动作→控制电动控制阀的开度→调节养生池内的温/湿度。

自动控制系统根据HMI的操作指令完成工艺过程养生池内温/湿度的PID调节，实现自动控制。在HMI上可完成：温/湿度数据显示，调节阀PID自动调节、状态显示，电动阀开关控制、状态显示；数据的历史曲线，报警记录，操作记录等。

4 控制过程

每条铸管精整线都根据其生产能力设置不同规格和不同数量的养生池，每条精整线单个养生池的大小一样，每个养生池均设置温度、湿度检测，并在进入养生池的预热蒸汽、养生蒸汽管道上设置电动截止阀和电动调节阀。所有养生池的温度、湿度信号及电动截止阀、电动调节阀控制信号都接入自动化控制系统，水泥内衬的养生时间和强度，通过自动控制养生池通入蒸汽量，实现养生池温、湿度的自动保持，将养生池温度、湿度调整在设定范围内。

整個控制流程如下：水泥涂衬后的球墨铸铁管装入养生池后，（1）确认蒸汽总管和蒸汽支管蒸汽压力值正常（2）开启预热蒸汽管道上的电动截止阀，开始向养生池内通入蒸汽，利用预热蒸汽盘管加热池内空气温度（3）根据设定的养生池温度参数曲线调节电动调节阀（4）达到预热养生时间，完成设定目标后，关闭电动截止阀（5）根据程序预设定时间，开启养生蒸汽管道上的电动截止阀（6）根据设定的养生池温度、湿度参数调节电动调节阀，调整蒸汽进气量，保证养生池内球墨铸铁管水泥涂衬凝结效果。（7）达到设定的养生时间后，关闭养生蒸汽管道上的电动截止阀（8）结束养生过程，将所有设备恢复到初始状态。控制流程图见图2

同时在养生池旁边设置了数显控制面板，在控制面板上显示的养生池的温度、湿度以及养生时间。现场操作人员可以根据生产经验对养生过程进行判断，随时切换为手动操作状态，对生产过程进行人工干预。通过对调节阀输出值的自动跟踪，系统可以实现自动控制/人工操作、人工操作/自动控制的无扰切换。

5 小结

新型自动控制技术实现数字化，可视，可控、便于操作。通过自动化控制系统自动控制温度、湿度和养生时间，解决人工不准确的问题，可实现精准操作。可以根据设置的参数和传感器反馈的数据实时的调整阀门开度，连续控制蒸汽养生过程。能够有效的提高球墨铸铁管生产厂的养生效率以及明显的经济效益和节能效益。

该技术的推广应用，能在球墨铸铁管生产行业带来可观的经济效益，对球墨铸铁管的技术进步具有十分重要的意义。