输灰系统自动化控制设计与实现

［摘 要］在现代化的工业生产中，输灰系统作为关键的物料搬运设施，其高效和稳定的运行对于保证整个生产流程的顺畅至关重要。为了提升输灰系统的工作效率并降低运行成本，文章探讨了输灰系统的自动化控制设计和实施，并提出了几种控制策略。研究详述了控制系统实施与调试阶段的关键步骤，通过一系列的实际项目案例分析，验证了自动化控制系统在实际应用中的效果，并根据研究结果提出了针对性建议，也对未来工业自动化及输灰系统的发展进行了前瞻性的思考，特别强调了智能化控制系统和可持续发展的重要性，以期减少人为错误，降低维护成本。

［关键词］输灰系统；自动化控制；控制策略；智能化

［中图分类号］TM75 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0016–03

1 输灰系统概述

在各类工业生产过程中，尤其是在电力、建材及化工行业，粉煤灰的处理和输送是不可或缺的环节。高效和可靠的输灰系统不仅可保障生产的连续性和环境的安全，还直接影响到整个工厂的运行效率和成本控制。因此，对于输灰系统的研究与优化具有十分重要的现实意义。

输灰系统主要通过气力输送的方式，利用气流的力量将粉煤灰从一处传输到另一处。根据气流的方向和作用力的不同，输灰系统大体可分为正压输灰系统和负压输灰系统。正压输灰系统中，压缩空气或者其他气体（通过特定的送风设备，如鼓风机或压缩机生成），然后将这些气体引入含有粉煤灰的储仓或容器中，通过加压使粉煤灰与气流混合，在压力推动下通过输灰管道送往预定位置。负压输灰系统通过在系统的终端创建负压环境，利用真空吸力引导粉煤灰移动至收集点。一般情况下，负压输灰系统比正压输灰系统在运行中产生的灰尘和噪声更少，但需要更精细的控制设备来保持系统稳定。无论是正压输灰系统还是负压输灰系统，输灰过程中都涉及几个关键组件：气源设备、输灰管道、分离器（布袋除尘器）、储存仓。

气源设备是提供动力源的设备，如鼓风机、压缩机或真空泵。输灰管道主要根据工程的需要，选择合适直径和材质的管道，确保气体和粉煤灰能有效混合并顺畅传输。分离器位于输灰的终点，用于将粉煤灰从气流中分离出来，通常通过旋风分离器或滤袋分离器实现。储存仓作为集中收集设备，主要用于进一步的处理或处置。

输灰系统是根据不同工业过程的具体需要进行设计，所以不同输灰系统的设计和配置也会有所差异。例如，在电力行业中，大型燃煤电厂的废灰处理就广泛应用气力输灰技术，旨在实现粉煤灰的高效清除和环保处置。而在水泥制造业中，输灰系统则更多用于原料的输送和混合。各种类型的输灰系统在设计时都需充分考虑系统的效率、可靠性及经济性，以确保其能在特定工业环境中稳定高效地运行。

2 自动化控制系统设计

随着工业自动化技术的不断进步，对输灰系统的自动化控制要求也越来越高。实现高度自动化的输灰系统，不仅可以提高生产效率和安全性，还能有效降低运维成本。

自动化控制系统的设计需遵循以下基本要求。

（1）准确性。系统需要精确控制输灰量，确保按需输送，避免过量或不足。

（2）可靠性。系统的设计应保证其在各种条件下的稳定运行，减少停机时间，提高生产连续性。

（3）用户友好。控制系统应提供直观、易用的人机交互界面，便于操作人员监控和管理。

控制系统组件是构建自动化控制系统的主要部分，涉及以下主要组件的选择和配置。

（1）传感器。用于实时监测系统中各项关键参数，如压力、流速和温度等，是智能控制的基础。

（2）可编程逻辑控制器（PLC/DCS）。PLC/DCS是自动化控制系统的大脑，根据输入信号（来自传感器）计算并输出控制命令。

（3）人机界面。系统应提供可视化的操作平台，让操作员能够实时监控系统状态，执行启动、停止或其他特定操作。

控制策略的设计及有效的控制策略是实现自动化目标的关键。以下几种策略是设计中常考虑的。

（1）反馈控制。这是最常见的控制策略之一，系统根据输出反馈调整输入，以维持输出在某个预定的目标值上。

（2）前馈控制。与反馈控制相比，前馈控制通过直接测量扰动并在其影响系统输出之前进行补偿。

（3）安全性考虑。设计必须包括应对突发情况的安全预案，如紧急停机按钮、报警系统等，确保人员和设备的安全。

设计一个有效的自动化控制系统，不仅需要细致的规划和精确的实施，还需要对系统各组成部分进行周密的测试和调整，以确保能够达到最优的工作状态。

3 实施与调试

为确保自动化控制系统的成功布署，实施和调试阶段至关重要。在这一阶段，设计的控制系统从理论转化为实际操作并进行必要的优化。

实施计划的制订旨在保证整个项目按照规定的时间框架和预算推进，遵循了如下方法。

（1）项目管理模型。根据项目复杂性和灵活性要求选用敏捷或瀑布模型进行管理。

（2）阶段里程碑。定义清晰的里程碑和交付成果，确保项目的关键环节得到适当关注。

（3）风险评估。分析可能的风险因素，并为可能出现的问题制订应对策略。

调试过程包括对系统的基本功能和额外特性进行测试，确保一切运行正常。这通常涉及以下方面。

（1）分步实施。逐步启动系统的不同部分，逐一验证其功能。

（2）迭代优化。在实际运行过程中调整参数，通过反复测试找到最佳配置。

（3）团队合作。调试是一个团队工作，需要各方面专家的紧密合作。

系统的测试验证环节是确保控制系统可以按照预期目标运行的关键，包括以下方面。

（1）性能测试。验证系统是否满足了性能需求，如响应时间、处理量等。

（2）稳定性测试。确定系统在长时间运行下的可靠性。

（3）安全测试。确认所有安全特性均按设计正确实现。

通过上述步骤的仔细施行，可以保证输灰自动化控制系统的顺利启动并高效运行，为后续的维护和升级提供了坚实的基础。

4 案例研究

4.1 项目概述

以1 台330 MW 热电机组为例，原输灰系统采用正压悬浮流输送系统，控制系统采用时域控制方法，输灰系统输送频次高、运行气量大、系统频繁卡顿，经常出现管道磨损、漏灰等现象。后通过市场调研，对输灰系统主要部分进行整体优化设计，并提出优化后节气指标50%、控制程序简化、管道合并等优化策略。

4.2 设计与实施过程

（1）系统配置。控制系统在原有基础上进行修编，取消系统先流化再加压的控制逻辑，调整落料结束触发条件，并整合单元输送优化配置条件（图1）。

（2）软件开发。结合先导输送技术，定制开发控制逻辑和人机交互界面。

（3）实施挑战。在输灰系统的自动化控制设计和实施过程中，控制系统可能会遇到现有设备与新系统不兼容问题，通常需要在设备采购前，进行充分的需求分析和设备选型，确保新设备与现有设备兼容。输灰系统运行环境可能存在高温、腐蚀、振动等恶劣条件，本次在系统设计阶段考虑到环境因素，选择的输灰技术及材料，可确保系统在恶劣环境下稳定运行。另外，定期的维护和检修也是确保系统长期稳定运行的重要措施。作为新技术运行，参数调整方面缺乏经验，通过大量的系统操作和维护的专业培训，确保操作人员能够熟练使用控制系统，并了解系统异常情况处理的方法，保证系统高效运行。

4.3 性能评估

（1）系统功效。通过系统整体优化设计，同等工况下输送次数由优化前20 次/h，降低至5 次/h，单位耗气量由40.88 Nm³/t，下降至14.35 Nm³/t，系统单管出力由45 t/h 提升至96.9 t/h，输送气源压力降低至0.35 MPa 以下，输送系统流速降低至8 m/s。改造前后对比见表1、表2。

（2）经济效益。从实验数据分析，直接经济效益分析平均每天节约气量约为2.9 万方，折算电费约为44.5 万元，折算标煤约为445 t，减排CO2 约867 t/a。间接经济效益分析主要为系统自动化程度提高，节约人力支出约10 万元/a，节约系统设备更换约15 万元。

4.4 结果讨论

通过本次项目整体效果分析，自动化系统的完善必须借助于基础设备的运行良好，而基础设备的经济运行又与自动化控制密不可分，故两者的深度结合也是项目成功的主要手段。

5 系统维护与未来展望

通过实际案例分析，展示了在实际运行中控制系统的性能，并给出了系统性能优化和问题解决的实际例证。系统维护建议如下。

（1）持续监控与优化。建议对系统进行持续监控，通过收集运行数据来实现持续优化。

（2）人员培训。强调了专业操作人员培训在确保系统稳定运行中的重要性。

（3）技术升级。鉴于技术的快速发展，建议定期审视和升级控制系统，以保持其高效运作。

分析时代发展，未来数字化电厂、智能化操作是未来工业系统自动化控制的主要发展趋势，对其进行研究将是必要的项目，未来发展趋势主要有以下方面。

（1）智能化控制。随着人工智能和机器学习技术的发展，预计未来的控制系统将更加智能化，能够自主学习、优化及适应各种运行条件。

（2）可持续发展。考虑到环境保护和资源永续使用，输灰系统的未来设计将更注重环保和低能耗。

6 结论

自动化输灰系统的设计和实施是一个复杂且富有挑战的工程，需要精心规划和持续优化。通过本研究的发现和分析，可以提高自动化输灰系统的设计和实施效果，对未来的工业应用和发展具有重要的指导意义，主要有以下几点。

（1）系统设计重要性。强调了对系统细致规划的必要性，并阐述了自动化控制系统在提高运行效率、降低成本、增强可靠性方面的关键作用。

（2）实施与调试。实施过程中遇到的问题强调了灵活性和应变能力的重要性，而系统调试阶段的细致工作则确保了系统的高效稳定运行。

参考文献

[1] 曾荣，刘晓铭. 气力输送制粉系统技术及其应用[J]. 机械制造与自动化，2019，48（10）：10-11.

[2] 张涛，朱建，李明. 气力输送制粉系统设计的要素探析[J].中国工程机械配件，2002（5）：11-13.