我国是卫生陶瓷生产大国，也是消费大国，总量居世界第一，但产品存在同质化严重，生产效率低，自动化程度低。随着全球资源日益紧张，居住环境恶化的趋势日益严峻。人民对节能和生态环保要求越来越高，随着我国人口红利的消失，陶瓷企业面临劳动成本高，利润下滑的困境。为落实国家“3060”双碳减排政策，打赢蓝天保卫战全面胜利。许多卫生洁具陶瓷厂家，积极行动，淘汰落后设备，重新洗牌，升级卫生陶瓷生产装备。
陶瓷行业属于高耗能、高污染行业大户，其中烧成窑炉设备又是陶瓷厂家的耗能大型设备，节能减排已迫在㞒捷。佛山金忠信窑炉科技在限公司抓住这一契机，顺应时代潮流，在卫生洁具隧道窑节能改造深挖潜力，在传统隧道窑的基础上，开发研究隧道窑燃烧脉冲控制系统，目前已在福建航标卫浴、广西黎塘工业瓷厂等几家卫生洁具窑炉，进行了窑炉燃烧控制技术升级改造，节能效果非常明显，给用户带来实实在在的经济效益，得到了用户的一致好评。
近年来的常规卫生洁具隧道窑炉，燃烧系统大多采用空燃比例燃烧（连续式）的燃烧方式，烧嘴保持长期喷火工作，对于现代宽断面，高产能、大件产品的洁具隧道窑来说，存在同一断面温度不均匀，导致产品质量不稳定，合格率下降，烧成周期延长，窑炉产能下降，产品单位能耗大。而且对于司炉工人，操作劳动强度大，工作效率下降，劳动力成本上升，带来企业利润下滑。佛山金忠信窑炉科技有限公司技术开发人员，根据宽断面，高产能的现代隧道窑的特点，参考借鉴宽断面梭式窑的燃烧控制方式，并结合客户生产一线的实际数据，开发一套隧道窑燃烧脉冲控制系统，利用客户燃烧设备，更换脉冲燃气件及整套窑炉控制系统，使燃烧更充分，火焰更有刚性，热气流形成湍流状，减少温度死角，使产品均匀受热。
同时，鉴于卫生洁具属于大件产品，在预热升温阶段容易开裂的现象，本系统采用了我公司独有的、并经长期实践证明效果非常明显的、先进的大火分段控制技术。该技术使预热升温阶段的小火过程中有充分的气流搅拌，从而避免传统隧道窑预热升温段上下温差大的痛点，保证温度均匀，燃烧充分，提高产品合格率。在燃烧过程中，典型的脉冲式控制燃烧状态为：每组（区）烧嘴直接受各自温控模块控制，当热电偶检测到的实际温度远远小于设定温度时，烧嘴的大火立即喷射，火焰喷射力度大且时间长；当实际温度大于或等于设定温度时，每组（区）烧嘴的大火逐渐减小，小火时间长；火焰周而复始地喷射形成了均匀的湍流状气流，窑炉内的热气体得以充分的立体化搅动。而脉冲式燃烧系统的优点就在于避免了局部的热集中和局部热点的产生，而且将获得更好的温度均匀。
由于脉冲燃烧方式使产品单位能耗降低，燃烧更完全，燃烧产物产生的排放物（氮氧化物、颗粒物等）也相应减少，达到了减排效果。
在压力气控制方面，通过PLC调节模块来调节控制窑压。窑上安装有压力传感器，根据窑内压力变化，压力传感器反馈信号给PLC，PLC发送控制指令至排烟风机变频频率，改变烟气的排放量，使窑内压力达到工艺要求，实现窑内压力自动调节和控制。
本控制系统采用隧道窑装置自动脉冲控制系统，是以隧道窑装置安全、经济、优化运行为目标的分散控制系统，它紧密结合隧道窑装置的实际运行过程，采用新型的WEB化体系结构，突破了传统控制系统的层次模型，在保证系统高度的安全性、稳定性的同时，实现了多种总线兼容和异构系统综合集成的“网络化控制系统”，国内外各种DCS、PLC等控制设备，它们都能成为系统中一个成员，这些成员不仅具有独立的服务于对象的处理能力和信息结构，同时又可以共享系统中任何成员的过程信息，十分适用于辅助设备较多、需要连续稳定运行的隧道窑装置。
隧道窑装置自动脉冲控制系统基于Web On Field结构的公共通信环境和信息流传送，简化了隧道窑装置自动化的体系结构，增强了过程控制的功能和效率，提高了隧道窑装置自动化的整体性和稳定性，最终节省了隧道窑装置企业为自动化而作出的投资。真正体现了工业基础自动化WEB的应用特性，使工业自动化系统真正实现了网络化、智能化、数字化，突破了传统DCS、PLC等控制系统的概念和功能，也是企业内过程控制、设备管理的有机统一。
计算机控制系统不仅能实现对窑炉温度的自动控制，还能实现对窑炉各系统的综合控制，并能自动记录、打印及画面语言提示，另外计算机还能根据烧成要求模拟并储存多种烧成制度曲线，同时烧成曲线参数可按需要随时修改。
1、典型系统结构
▶现场控制站
系统具有强大的模拟量与开关量处理的能力，并具有高速、可靠、开放的通讯网络，具有分散、独立、功能强大的控制站、多功能的协议转换接口、全智能化设计和任意冗余配置的特点。
▶操作员站
系统的每台操作站均装Windows操作系统和组态软件实现实时监控、数据管理及报表打印等功能。
操作站提供流程图画面、控制分组、趋势图画面、报警画面显示等功能。
操作站配备打印机可以定时、即时打印实时报表或历史报表等。
▶工程师站
系统工程师站可以进行控制组态画面的在线修改，对系统数据库进行管理，并可对现场控制站进行维护。
2、主要技术特点
2.1系统高度的稳定性
▶自动脉冲控制系统在全国已经广泛应用于包括核电站、电力、化工、石化、冶金、水泥、建材和造纸在内几乎所有的流程工业，系统的稳定性已经经受了各种工况与工艺条件的严酷考验。
▶控制系统从底层的I/O总线到主控卡，再到上层的控制网络、操作站都采用了全冗余的设计理念，在技术上充分保证了系统的高度可靠性与稳定性，可以有效地保障隧道窑装置运行的连续性。
2.2系统高度的安全性
▶系统采用实时多任务操作系统的，基于低功耗、高可靠、高性能、大容量、工业级嵌入式32位微处理器构成的主控制卡。不仅充分满足了隧道窑装置自动控制系统对控制速度的行业控制需求，也极大提高了整个隧道窑装置自动控制系统的安全性与稳定性。
▶系统实现了I/O通道级别的冗余，并能根据设备重要程度灵活选择冗余与否，使得系统在保证装置重要参数检测安全与可靠的同时，也获得了保障生产安全与节省用户投资的和谐统一。
▶系统安全的在线下载功能，既有效减轻了隧道窑装置投运期间的工作量，又保障了隧道窑装置投运期间的安全。
▶系统的端子板和卡件分离技术，使系统与现场实现了真正意义上的隔离；同时系统I/O通道采用点点隔离设计，使得故障面不易扩大，可以有效克服装置现场因串扰产生的大面积故障，避免造成装置停机停产。
▶隧道窑装置的控制对象比较分散，此时系统的安全很大程度上取决于控制网络的稳定性。中控基于三层数据校验机制的冗余的过程控制网络有效的保证了网络的可靠性，并大大提高了整个系统的安全系数。
2.3系统良好的开放性
隧道窑装置现场辅助设备种类繁多，各设备供应商所提供的通信协议也千差万别。同时，隧道窑装置还需将一些关键参数上传到各种信息管理系统，这就对控制系统的开放性提出了极高的要求。针对这种情况，本控制提供了诸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、MODBUS、HOSTlink、DDE、CDT、自定义协议等多种通讯解决方案，有效的满足了装置对系统开放性的需求。
2.4强抗干扰性的DI输入卡件
隧道窑装置自动控制系统的DI信号在现场受到的感应干扰极大，往往导致控制系统采集的DI信号不准确，极大影响了系统的安全稳定运行。中控DCS系统针对隧道窑装置行业特点对DI卡件进行了特殊加工与设计，通过软件与硬件处理的双重措施有效保证了DI信号采集的可靠性。
2.5 IO通道级的自诊断功能
控制系统有针对性的开发了I/O通道级的故障诊断功能，使得故障分析、查找十分方便，大大减轻了维护人员劳动强度。
2.6 强大的软件功能
▶系统提供全中文集成化图形界面组态工具，人机界面友好、软件设计规范、接口灵活、升级方便，可以快捷地生成图形画面，并提供多种预定义图库对象，有效满足了隧道窑装置生产过程的优化控制与安全操作的需求。
▶系统提供的控制组态方式非常灵活，不仅具备了符合IEC61131-3标准的组态工具FBD、LD、SFC、ST语言等，而且具有专门针对隧道窑装置行业所开发的算法模块。不仅满足了隧道窑装置对模拟量控制要求较高的行业要求，而且有效降低了装置投运期间的调试周期。
▶控制系统具有报警显示、趋势显示、成组显示、棒状显示等标准画面显示的功能，并可以预先做好或按用户的具体要求进行修改。
2.7 定期记录
▶定期记录变量可由工程师自行组态修改，数据库中所具有的所有过程点均可以记录。系统至少提供了300个预选变量的记录。
▶定期记录包括交接班记录、日报和月报，对交接班记录和日报，在每一个交接班后，或每一天结束时，或某 一个月结束时，自动进行记录打印，或根据运行人员指令召唤打印。
2.8 操作记录
▶系统可以记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的精确时间。通过对运行人员操作行为的准确记录，便于分析运行人员的操作意图，分析机组事故的原因。
▶每条操作记录至少包括：操作内容、操作时间、操作结果、所在操作站。
2.9 跳闸追忆记录
跳闸追忆记录是触发式记录形式。在系统中，触发记录报表由SCForm软件包生成。系统中测点的记录间隔最小为1秒，因此很容易满足用户跳闸追忆记录的要求。当跳闸发生时，触发报表将跳闸前10分钟和跳闸后5分钟的有关变量值存入记录文件中。跳闸记录可设置为自动打印或按操作人员指令打印。
2.10 历史数据存储和检索
在系统中，历史数据以文件形式存储在硬盘内，配上可读/写光盘驱动器，可将历史数据文件存入光盘，在本系统中历史数据通过历史趋势图组态来实现。历史数据的检索，可在操作站和工程师站的CRT的用历史趋势画面来实现或通过打印机打印出某时间段和某组（个）。
2.11 基本性能
▶控制系统包括由主控卡、各种IO卡件构成的各个子系统，这些子系统实现下文规定的对隧道窑装置的调节控制。
▶控制系统满足隧道窑装置安全启、停及在各种工况下运行的要求。
▶在自动控制范围内，控制系统能处于自动方式而不需任何性质的人工干预。
▶运行人员可将比较逻辑切换至手动，并任选一变送器投自动控制。
▶在使用不冗余变送器测量信号时，如信号丧失或信号超出工艺过程实际可能范围，均有报警，同时系统受影响部分切换至手动。
▶控制系统的输出信号为脉冲量（有源或无源）或4～20mＡDC连续信号（对电动执行器为脉冲量信号，其它设备，如气动阀门为4～20mＡDC信号），并有上下限定，以保证控制系统故障时设备的安全。
▶控制系统具有LCD画面显示的模拟后备手/自动操作器(软M/A站)。
▶控制系统监视设定值与被控变量之间的偏差，当偏差超过预定范围时，系统将控制切换至手动并报警。
2.12 联锁保护与报警系统
▶根据工艺流程的运行条件设置必要的联锁。有效的联锁能使设备在事故工况下自动切除。此外，事故工况能立即通过报警系统提示给运行人员，并通过打印机打印。
▶重要的联锁信号的交换通过硬接线，而非仅仅是通过数据通讯总线
▶厂用电系统的保护与联锁设计，符合电气专业的运行要求。
▶装置中大型重要设备设计有可靠的联锁保护系统并记录故障时的首出条件。对重要的信号冗余设置。
▶运行超过限制值与设备运行状态的改变，均能在DCS中报警并打印出来。
▶例如：当系统停电时，电磁阀自动切断气路，防止天然气进入窑内；当风机系统出现故障时，报警系统发出报警信号，同时电磁阀自动切断气路，确保安全。
▶停电后来电窑炉（包括风机燃气）一键自动启动又可单独启动。各种故障报警输出。
▶停电再启动各个执行器在未开燃气总阀前开度最小，燃气阀打开时执行器可根据温度调整。
▶变频器和计算机通讯显示频率同时可以设定、显示电流。
▶PLC预留MES接口，方便企业集成化数据管理。
（作者系佛山金忠信窑炉科技在限公司副总经理 汪保安）
