我公司焙烧采用两套54炉室生产系统，焙烧炉是敞开式、w型环式炉，分6个燃烧系统，每个系统17个炉室，采用天然气做燃料进行加热升温。54室焙烧炉结构为9火道8料箱，料箱尺寸为：5246×773×5360mm，每个料箱可立装3层炭块，每层7块，每个炉室可装生阳极168块。火焰移动周期为28～36小时，预热焙烧周期为156～192小时，冷却时间为187～196小时，炭块的最终温度为1050℃～1100℃。焙烧炭块冷却到200℃以下时即可出炉。两套系统年生产能力达到24万吨。
1 燃烧系统概述
在铝用阳极的生产中，焙烧成品的质量在很大程度上取决于焙烧过程中升温曲线的控制。为了保证能够精确控制阳极焙烧生产中的升温曲线、提高产品质量、提高产品成品率、降低能耗、降低操作人员劳动强度，焙烧燃烧系统的自动监测控制就显得尤为重要。 阳极焙烧燃烧控制系统采用分散式控制系统。分现场控制系统和上位机中央控制系统两部分。现场控制系统及中央控制系统通过以太网进行数据交换(通讯)。阳极焙烧燃烧系统是炭素生产的重要设备之一，监控火道燃烧运行情况又是焙烧生产的主要任务，而炉面与主控室之间数据的传递、命令的下达是靠通讯传递来实现的。因此正常的通讯在阳极焙烧的生产中起到非常重要的作用。
2 通讯方式改变的必要性
两个焙烧炉燃烧系统现场设备采用有线局域网通讯，在开始的几年内，由于是新设备，通讯运行比较稳定，随着设备运行时间加长，设备线路老化致使系统通讯经常中断，通讯故障率急剧升高，不但影响炉面火道温度监控，还增加了设备维护的人力物力，维护成本不断加大，设备到了必须改造的地步。
我公司原有通讯网络是每台炉子对应立柱上安装一个通讯插座箱，燃烧系统移动至哪个炉室，燃烧架通讯插头连接在对应的通讯箱(如图1所示)上，使用16电缆通过插头连接，其中8芯用于通讯，另外8芯用于判断炉室号(通过二进制跳线)。每9台通讯箱引出电缆接入一个交换机，因此54室炉子使用6台交换机(如图2所示)，6台交换机相互连接形成局域网，靠经主控室的交换机引出两路通讯电缆至中控室，分别接入两台上位机进行监控。
图1 原有的炉室通讯箱
图2 原有的交换机箱
从2005年投产以来，开始今年通讯运行比较稳定，随着设备运行时间加长，设备线路老化致使系统通讯经常中断，通讯故障率急剧升高。设备维护量日益加剧，中控室监控基本失去作用，主要表现在以下原因：
(1)长期的系统移动，炉面操作工频繁插拔接头，插头针脚老化、腐蚀、磨损，导致接触不良、接线松动，插头损坏严重，致使系统移动结束后通讯连接不上;
(2)炉面通讯电缆长期移动，导致绝缘破坏，造成电缆线路短路、断路故障，不但无法通讯还造成检修维护工作量加大，处理时间加长;
⑶炉面通讯箱内通讯电缆接线和判断炉室号的短接跳线老化、接触不良，造成无法确定燃烧架实际位置和通讯时断时续，数据传输丢包率增加，中控无法及时监控炉面运行情况;
⑷炉室通讯箱与交换机之间的通讯电缆水晶头插针氧化严重，轻者处理氧化层后可以坚持运行几天，重者重新制作水晶头，长期的多次制作导致通讯电缆缩短，更换新电缆费时费力。
⑸交换机之间的通讯电缆故障，引起整个系统数据丢失，严重者干扰其他交换机正常工作。有时使用网线测试仪检测通讯电缆正常，但是通讯就是连接不上，多次重复插拔水晶头、更换电缆等，故障处理正常时也判断不出原因所在。
⑹在夏季加上炉面温度较高6台交换机频繁死机，经常更换备用交换机后坚持运行。
3 无线通讯稳定性测试
无线通讯技术的不断成熟，家用无线设备的日益普及，使我们对无线通讯的了解加深，于是考虑将无线通讯技术应用于焙烧炉燃控系统,实现现场设备无线通信，从根本上解决由于通讯问题带来的影响。但是工业现场干扰严重，无线通讯能否正常工作还是未知数，于是对无线通讯的稳定性进行了测试。
⑴测试发射装置和接收装置的距离问题，将发射装置移至焙烧炉面最远端，接收装置放置在炉面中间位置，进行通讯测试，丢包率极低，通讯状况较好，运行稳定。
⑵测试工业现场干扰的影响。炉面多工能天车正常作业，装出炉、大小车行走、真空泵运行、吸铺料作业等，多工能天车变频器、大功率设备启停均对无线通讯没有影响。
⑶测试电磁干扰。使用对讲机在炉面通话，以及在发射装置和接收装置旁边通话，无线通讯均能正常稳定运行。
4 无线通讯网络的建立
经过多渠道了解，选用西门子的744系列无线通讯设备，并且经过反复测试,无线网络完全适应于焙烧炉复杂工况,能够稳定运行。
⑴将阳极一焙、二焙燃烧架、排烟架共计30个控制柜安装无线通讯发射装置西门子w7441(如图3所示)，在一焙、二焙炉面分别安装两台无线通讯接收装置(考虑数据量大小问题，单台焙烧炉用2个W7881管理15个w7441客户终端，这样网络数据更快)。将一焙、二焙无线接收装置收到的信号通过以太网分别接入阳极焙烧一焙、二焙控制室上位机(如图4所示)。显示炉面燃烧系统燃烧情况。
图3 无线发射设备
图4 通讯网络图
⑵在焙烧控制室内监控主机上原有的显示炉面温度、负压等信号不变，中控室监控人员不但能对炉面燃烧状况的及时判断，还能通过监控主机下载焙烧燃烧曲线至各个燃烧架。
⑶对honeywell程序进行修改、燃烧架HCI触摸屏画面修改，使原来炉室号通过炉面插座箱跳线自动判断炉室号变为手动输入炉室号。
⑷无线接收装置(如图5所示)安装在防护等级不低于IP54的控制箱中(如图6所示)，接收天线引出箱外，天线和进出控制箱的电源电缆、通讯电缆加装电缆锁头，保证了密封效果和散热。发射装置天线(如图7所示)安装在燃烧架侧壁上，天线上端超出控制柜顶端。
图5 无线接收装置
图6 无线信号接收箱
图7 燃烧架上的发射天线
⑸无线装置采用西门子工业用无线设备，具备能在高温、高粉尘、高信号干扰的环境中正常稳定运行，无线通讯数据丢包率不影响主控室正常监控和正常下载曲线。
⑹使用材料清单
5 使用效果
无线通讯的使用极大的降低了通讯的故障率，减少了检修维护人员的工作量。使用2年多来，一焙、二焙通讯运行非常稳定，还没有发生过通讯中断情况。偶尔燃烧系统程序丢失，CPU内下载程序是还可以通过笔记本无线网卡连接网络下载程序，方便了检修与维护。
由于炉面多功能天车作业，系统移动调运重物等，已有个别碰坏发射装置的天线被碰坏，但还不影响通讯使用。
6 结语
无线通信技术给人们带来的影响是无可争议的。无线局域网(Wireless LAN) 自从1977年第一个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。然而，在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用 电缆 或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，利用无线局域网组建自动化工业网络，相比之下具有有线固定网络无法比拟的优势，因此无线局域网技术得到了发展和应用。近年来，以太网、互联网等网络架构已越来越广泛的应用于自动化工业领域，取代传统的串口通信将成为自动化系统通信的主流。无线局域网技术在工业控制中的应用，主要包括数据采集、视频监控等，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯或移动设备之间的通讯，且坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。在设备层则将现场感应器、检测器、PLC、读卡器或其他设备，互相连接形成一个无线传感器控制网络，作为信息系统内管理收集数据的工具。现在最终用户和系统集成商都对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴趣。工厂无线通讯的发展前景看好，国内业界应该更紧密地关注该项技术。无线通讯技术的应用对炭素焙烧炉相关技术的深入发展具有积极的意义。
参考文献
[1] 王德吉.西门子工业网络通信技术.机械工业出版社. 2012-03-01.
[2] 赵欣.西门子工业网络交换机应用指南.机械工业出版社.2008年6月.
[3] 李勇刚，李伟.无线通讯技术在阳极焙烧炉燃控系统中的应用.轻金属.2013年第3期.
[4] SIEMENS工业以太网远程通讯产品介绍.
声明：
“无线通讯在焙烧燃烧系统上的应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：万基控股集团有限公司
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2024年12月06日 ~ 08日 
