兗礦科澳鋁業有限公司用于陽極炭素石油焦煅燒的45m滾筒烘干機，原配有相應的控制系統，經過系統分析，存在如下問題：(1)目前滾筒烘干機內襯使用情況只能通過巡檢員肉眼觀察，由于滾筒烘干機窯體較長，難以及時發現局部脫落、掉磚，甚至紅窯等情況。(2)在冷卻機排料端，雖然可參照上位機顯示的相關溫度數據，通過人工調整冷卻水量達到控制排料溫度的目的，但該方法操作工勞動強度較大。延誤調整易造成水量過大，使煅后焦濕度大，影響產品質量。(3)窯內三個溫度帶的長度、位置，特別是煅燒帶的長度和位置是直接反映燒成工況的重要參數，系統采用人工目測方式，不能及時發現溫度帶的偏移趨勢，影響滾筒烘干機煅燒產品質量的穩定。(4)現有的石油焦煅燒系統中沒有窯尾煙氣含氧量檢測，無法合理控制煅燒給風量，影響煅后焦的實收率，造成較大的經濟損失。為改進以上缺點，對原控制系統進行了升級設計，實現過程如下，富通新能源銷售木屑顆粒機、木屑烘干機等生物質燃料成型、木屑烘干機械設備。
1、設計原理
在原系統基礎上．45m滾筒烘干機燃燒控制硬件系統增加滾筒烘干機簡體紅外掃描儀+氧化鋯煙氣氧含量分析儀+現場PLC控制器+以太網+上位機，結合上位控制、管理軟件，運用現代控制理論，使滾筒烘干機煅燒系統實現：測量和顯示煅燒帶位置、長度及其變化趨勢；實時監測窯內襯破損、紅窯等情況并及時報警；根據排料溫度以及蒸汽溫度高低通過控制閥門開度自動調節直冷水流量，實現排料溫度的自動控制功能；實現窯尾煙氣含氧量的在線檢測功能，并可通過滾筒烘干機燃燒控制輔助管理系統，實現手動／自動控制的無擾切換功能。滾筒烘干機燃燒控制系統構成如圖1所示。
2、設計方案
2.1煅燒帶溫度、位置測量方案設計
利用掃描窯皮溫度測量煅燒帶位置，利用窯內物料溫度掃描測量煅燒帶最高溫度，運用圖像處理技術，利用窯內物料溫度測量結果對窯皮溫度場圖像進行補償，可有效提高煅燒帶位置檢測的精度。
2.2冷卻窯排料溫度控制方案設計
通過對現場冷卻窯系統及相關數據的分析，得出排料溫度與蒸汽溫度具有很強的相關性，排料溫度滯后蒸汽溫度17min～20min。因此，系統確定了以蒸汽溫度為被控對象的閉環控制方案，即采用串級PID調節器，通過控制直接冷卻水流量來控制排料溫度簡化為通過控制擋板開度來控制蒸汽溫度，解決了大滯后溫度控制的難題。同時在控制系統中根據煅燒窯的排料溫度、入料量、煅后焦塊粉比等擾動量，進行前饋控制，進一步減小排料溫度的波動。
2.3控制系統整體方案設計
由于原系統的PLC選用的是AB的SLC500系列，考慮與原系統的兼容及升級需要，新系統仍以AB的PLC為控制設備，選擇了AB的LOGIX 62系列PLC。通過以太網與原系統PLC，以及上位工控機組成兩級分布式控制系統。PLC負責采集現場輸出信號，驅動現場執行機構，PC機作為算法運算以及上位監控設備，主要實現控制算法、數據庫管理，完成車間的生產運行監控等功能。原系統上位機組態選用的是RSview 32，為了考慮與原系統的兼容及升級需要，新系統選用RSview SE組態編程軟件進行組態軟件設計。
2.4設備選型
滾筒烘干機簡體溫度掃描儀選用以法國HGH探頭為掃描探頭的紅外窯筒體掃描儀。氧含量分析系統主要測試窯尾氧氣含量，用以分析滾筒烘干機內的燃燒狀況。窯尾的溫度最高達到1100℃，主要考慮氧化鋯探頭的耐高溫性，系統選擇耐溫為1400℃的氧化鋯探頭，而沉灰室上方距滾筒烘干機中心還有1. 5m的距離，現在市場上能耐1400℃的氧化鋯只有1. 2m．專門定制了ZO - 3003型氧化鋯氧量分析儀。
3、系統調試
3.1系統上位軟件的設計與總體調試
實現整個監控畫面的設計，按現場要求實現了負壓、風量、尾氣氧含量等設備運行狀態的動態顯示，故障語音報警等功能。完成遠程控制、手動／自動切換控制功能，以及歷史數據管理保存、歷史曲線顯示等。
3.2煅燒帶位置測量算法軟件開發調試
利用掃描窯皮溫度測量煅燒帶位置，使用窯內物料溫度掃描測量煅燒帶最高溫度，對窯皮溫度場圖像進行補償的方案，以及運用圖像處理技術完成了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實現了煅燒帶的劃分。通過現場大量的實驗驗證，結果和現場觀察基本吻合。
3.3冷卻窯排料溫度控制算法及軟件實現
以蒸汽溫度為控制對象，下料量作為前饋，將各種干擾諸如煅后焦形狀、環境溫度等作為模糊修正的排料溫度自動控制方案，采用串級模糊PID控制算法完成了排料溫度的自動控制。
4、應用效果
4.1溫度帶位置的實時檢測
系統采用滾筒烘干機簡體紅外溫度掃描十窯內物料溫度掃描測檢方案，運用圖像處理技術，提出了煅燒帶圖像邊界特征提取算法，實現了煅燒帶的劃分，完成了煅燒帶位置、長度、偏移方向及偏移速度的實時檢測。為現場操作人員進行工況調節提供了溫度帶的定量數據，對進一步穩定燃燒工況，減少炭損具有重要的意義。燃燒帶位置及變化趨勢如圖2所示：
4.2排料溫度自動控制
新系統采用以蒸汽溫度控制為外環，直冷水流量控制為內環的雙閉環PID控制結構，實現了排料溫度的串級PID控制算法，解決了冷卻窯大滯后、非線性被控對象的自動控制難題。提高了冷卻窯排料溫度控制的技術水平，實現煅后焦溫度的穩定控制。
5、結語
燃燒控制系統應用后，不僅實現了滾筒烘干機破損預警，提高煅燒石油焦的實收率和質量，通過自動控制和氧氣測量裝置，還有效抑制一些有害氣體的排放，防止環境污染；同時，直接冷卻水自動控制的投入，可以節約大量用水，提高設備的使用率。可見，這一系統技術性佳，具有較好的經濟效益和社會效益。
