成世龍 馮德海

摘要：生絲加工煮繭生產(chǎn)中，需通過蒸汽對煮繭溫度實現(xiàn)調(diào)控，現(xiàn)在一些繅絲廠采用天然氣蒸汽發(fā)生器供汽的方式進(jìn)行生產(chǎn)。文章針對蒸汽發(fā)生器的工作特性和節(jié)能環(huán)保的需求，設(shè)計了一種節(jié)能型煮繭蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)，上位機(jī)通過RS485總線連接蒸汽發(fā)生器和煮繭機(jī)，通過采集各個蒸汽點的溫度和壓力，實現(xiàn)天然氣輸入流量和蒸汽輸出流量的智能控制和工作情況的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。應(yīng)用結(jié)果表明：節(jié)能型煮繭蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)可以根據(jù)煮繭機(jī)工作狀態(tài)，自動控制蒸汽流量，自動調(diào)節(jié)天然氣輸入流量，提高蒸汽利用效率，節(jié)約能耗。

關(guān)鍵詞：生絲加工：煮繭：自動化：節(jié)能;蒸汽發(fā)生器

中圖分類號：TS142. 221. 22? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1001 -7003（ 2019） 09-0024-05

引用頁碼：091104

煮繭是繅絲生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，在煮繭過程中，煮繭溫度直接影響繅絲質(zhì)量及原料繭的消耗量[1-2]。隨著社會對環(huán)境的注重，對節(jié)能減排的要求，傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)備被淘汰，一些企業(yè)用集中供汽的天然氣蒸汽發(fā)生器設(shè)備取而代之[3]。但在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，供汽設(shè)備與用汽設(shè)備的控制通常單獨使用，工人根據(jù)經(jīng)驗，手工調(diào)節(jié)用汽量，手工控制蒸汽發(fā)生器燃燒。人工操作有更多的不確定性和隨意性，無法精準(zhǔn)控制天然氣進(jìn)氣量和蒸汽的出汽量，這造成了能源的極大浪費。傳統(tǒng)的設(shè)備已經(jīng)無法滿足產(chǎn)能的需求[4-7]。本研究提出了一種節(jié)能型煮繭蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[8]，以實現(xiàn)蒸汽發(fā)生器自動給料、點火、燃燒和報警，實現(xiàn)煮繭蒸汽根據(jù)實際溫度自動控制蒸汽量，實現(xiàn)天然氣進(jìn)氣量根據(jù)蒸汽使用量自動控制，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控[9-11]，保證蒸汽發(fā)生器和煮繭機(jī)穩(wěn)定高效運行。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

1.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)電腦、打印機(jī)、觸摸屏、PLC和煮繭機(jī)設(shè)備組成，如圖1所示。上位機(jī)為計算機(jī)，下位機(jī)選用PLC，各PLC通過通信口0直接掛在RS485總線上，通過通信口1連接本機(jī)觸摸屏。上位機(jī)通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器與RS485總線相連，形成一個主站與N個PLC從站之間的通信方式?？刂葡到y(tǒng)中，蒸汽發(fā)生器設(shè)備PLC負(fù)責(zé)獲取蒸汽發(fā)生器各個傳感器的數(shù)據(jù)信息，煮繭機(jī)PLC負(fù)責(zé)獲取煮繭機(jī)設(shè)備上的數(shù)據(jù)信息，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，按上位機(jī)命令執(zhí)行，對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動控制。上位機(jī)與PLC的通信實際上是計算機(jī)與PLC的通信模塊之間交換命令和響應(yīng)，完成對生產(chǎn)過程的全程監(jiān)控。

1.2 蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

蒸汽發(fā)生器在水汽系統(tǒng)方面，自來水經(jīng)過排污除氧處理，經(jīng)柱塞水泵輸送到加熱器中。給水在加熱器中加熱到一定溫度，進(jìn)一步加熱以后送人鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達(dá)鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器，繼續(xù)吸熱成為過熱蒸汽，然后經(jīng)安全閥后由蒸汽出口輸送到煮繭機(jī)。在燃燒和鼓風(fēng)系統(tǒng)方面，燃燒器控制天然氣與空氣按比例混合燃燒，放出大量熱量。蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 煮繭機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

20世紀(jì)80年代中期開始，不銹鋼煮繭機(jī)成為繅絲廠煮繭主流設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。不銹鋼煮繭機(jī)的主要特點為：殼體密封性能、保溫性能較高。煮繭質(zhì)量較高，用蒸汽量減少。使用調(diào)速電機(jī)，用于調(diào)節(jié)繭籠通過蒸汽區(qū)的速度，保證煮繭時間。本系統(tǒng)在整個自動運行過程由煮繭機(jī)PLC進(jìn)行集中控制，對煮繭機(jī)蒸汽壓力采用PID調(diào)節(jié)方法，配合傳送帶電機(jī)聯(lián)動。保證蒸汽壓力與傳送帶速度在合理的運行中，提高了煮繭的穩(wěn)定性。

循環(huán)式不銹鋼蒸汽煮繭機(jī)預(yù)熱段的作用是利用蒸汽的熱量，使繭子在70 -90℃的溫度下感溫吸濕，繭腔溫度逐步升高，當(dāng)繭子進(jìn)入高溫滲透段后，能在短時間內(nèi)使繭腔內(nèi)蒸汽分壓迅速達(dá)到目的溫度下的定值，促進(jìn)滲透完善。預(yù)熱段還裝有蒸汽噴射管和排氣筒，調(diào)節(jié)上槽溫濕度。滲透區(qū)包括高溫滲透段和低溫滲透段，高溫滲透段通常使用的蒸汽壓力為0. 05 kg/cm2左右，溫度為98 -100℃。蒸煮室的作用是煮熟繭層，繭子經(jīng)低溫滲透后直接進(jìn)入蒸煮室內(nèi)用飽和蒸汽加熱吐水。

預(yù)熱段、滲透區(qū)和蒸煮室安裝蒸汽噴射管，上連蒸汽總閥，蒸汽總閥選用性能可靠的自動控制裝置。

2 系統(tǒng)控制分析

2.1 蒸汽發(fā)生器和煮繭系統(tǒng)整體控制流程

蒸汽發(fā)生器和煮繭系統(tǒng)控制流程如圖4所示。采用PLC及觸摸屏控制方式，當(dāng)啟動自動運行系統(tǒng)后，自來水排污除氧系統(tǒng)開始運行，當(dāng)檢測除氧水箱達(dá)到設(shè)定水位后，柱塞水泵開始工作，燃燒器天然氣打開進(jìn)入爐膛，鼓風(fēng)機(jī)打開，點火系統(tǒng)打開，燃燒系統(tǒng)正常運行。當(dāng)蒸汽壓力達(dá)到設(shè)定值后，通過汽水分離器和安全閥，輸送到煮繭機(jī)。

2.2PID控制流程

煮繭機(jī)工藝包含將繭浸入50 -70℃溫水中的浸漬過程，在蒸汽壓力0.8 -1.O kg/cm2、溫度100℃的條件下，對已滲潤的繭進(jìn)行蒸煮的過程，以及在經(jīng)蒸煮的繭出繭以前，在60℃的低溫水中保護(hù)處理的過程。各工藝過程對溫度的需求各不相同，采用粗放型的供蒸汽方式，不但達(dá)不到精確的控溫效果，更會造成蒸汽的極大浪費。

本系統(tǒng)根據(jù)煮繭機(jī)的工藝過程，根據(jù)各階段的不同溫度需求，結(jié)合總體流量判斷，利用PID運算控制，精準(zhǔn)地控制溫度及蒸汽流量。總開關(guān)處壓力傳感器和煮繭機(jī)溫度傳感器實時采集壓力和溫度，實際的壓力值和溫度值與設(shè)定的壓力值和溫度值進(jìn)行實時比較后進(jìn)行PID運算控制（圖5），用運算后的差值輸出信號控制蒸汽進(jìn)汽閥，確保煮繭機(jī)的蒸汽和溫度在生產(chǎn)需要的誤差之內(nèi)，高精度地滿足工藝要求，保證煮繭高效低耗。

3 用戶界面

系統(tǒng)控制界面如圖6所示，在此界面控制蒸汽發(fā)生器和煮繭機(jī)自動生產(chǎn)的整個過程。當(dāng)自動模式切換為手動模式時，觸摸屏上面的按鈕代替實際開關(guān)，可以單獨控制單個執(zhí)行單元動作。