CN208121005U - 一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，针对现有工业化轮胎微波应用设备，引入智能自动化控制架构，针对进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统、以及其它多个子系统，分别引入独立控制子系统，并结合本地控制中心，实现多系统的联合控制，通过对执行机构的精准操作，实现微波裂解设备安全可靠的运行，保证产品高效有序的输出，达到高产量、低污染、耗能小的目的。

Description

一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，属于微波化工技术领域。

背景技术

橡胶制品在人类各行各业的生活生产中无处不在，产品的废弃物是当今社会处理的难题之一，其中以废旧轮胎的处理问题尤为突出。伴随着汽车保有量的提升，废旧轮胎也逐渐充斥于每一角落，过去处理轮胎多以焚烧法和填埋法为主，通常在电厂等地用以发电烧毁或就地掩埋等待降解，但此类焚烧能源应用率低、对大气污染严重，同样掩埋降解周期长、破坏生态平衡，以上均不是处理废旧轮胎最佳的解决措施。

近年来随着对废旧轮胎处理的深入研究，发现使用微波进行轮胎裂解具有显著的效果。具备能源循环利用、环境污染小和方便快捷的特点，同时衍生产品种类繁多，且都可产生可观的经济效益。但呈工业化的应用微波设备对轮胎进行裂解目前并未在国内出现，与此同时轮胎微波裂解设备的控制系统更是无从谈起，造成了尽管拥有微波裂解的工艺，但缺乏微波系统设备的支撑和无自动控制系统对相关子系统进行总控的窘境，使得我国对利用微波进行废旧轮胎裂解的产业化道路相对滞后。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够针对工业化轮胎微波应用设备进行自动化检测、控制，提高轮胎裂解处理操作效率的轮胎微波裂解设备的自动控制系统。

本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，用于针对工业化轮胎微波应用设备进行自动化控制，包括本地控制中心、以及分别与本地控制中心相通信的进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块和出料控制模块；

其中，进料控制模块用于针对进料系统中的大倾角输送机、转运皮带机、料斗给料机，分别进行开启控制或关闭控制；进料系统中还包括分别与进料控制模块相连接的接收料位计、以及用于断料识别的视频比对装置；接收料位计设置于料斗给料机中，用于检测料斗给料机中物料量；视频比对装置设置于转运皮带机上，用于检测转运皮带机上的物料输送是否出现断料；

称重密封控制模块用于针对称重与密封系统中的缓存斗、给料机、水封输送机、振动输送机、称重皮带机，分别进行工作控制；称重与密封系统中还包括分别与称重密封控制模块相连接的缓存料位计、液位计、补水阀门，缓存料位计设置于缓存斗中，用于针对缓存斗中的物料量进行检测；液位计设置于水封输送机中；补水阀门设置于水封输送机的补水端口，用于控制针对水封输送机的补水操作；

裂解控制模块用于针对裂解腔系统中的腔体压力、腔体进风温度、腔体出风温度、腔体氧浓度、腔体微波功率进行工作控制，裂解腔系统中还包括分别与裂解控制模块相连接的压力计、进腔温度传感器、腔内温度传感器、出腔温度传感器、第一氧浓度分析仪、充氮电控阀门、循环气阀门；压力计设置于裂解腔；进腔温度传感器设置于裂解腔进风口位置，腔内温度传感器设置于裂解腔内，出腔温度传感器设置于裂解腔出风口位置，第一氧浓度分析仪设置于裂解腔内，充氮电控阀门设置于裂解腔的氮气进气口位置，用于控制氮气的充气；循环气阀门设置于裂解腔系统，用于促使裂解腔中裂解产生的热烟气循环使用；

出料控制模块用于针对出料系统中的埋刮输送机、进料口阀门、缓冲仓料位计、水冷螺旋机、缓冲区充氮装置进行工作控制，缓冲仓料位计设置于缓冲仓内，用于检测缓冲仓内的物料量；出料系统中还包括分别与出料控制模块相连接的机内温度传感器、第二氧浓度分析仪、转换插板阀，机内温度传感器设置于水冷螺旋机内，第二氧浓度分析仪设置于出料系统的出料端；转换插板阀用于实现一路二路进料口、出料口进出料开启关闭。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述进料系统中料斗给料机的动力装置为料斗机变频器和振打电机，所述进料控制模块分别与料斗机变频器、振打电机相连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述工业化轮胎微波应用设备中除进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统以外，还包括分别与所述本地控制中心相连接的脱硫系统、炭黑精致系统、油气回收系统、循环加热系统、尾气焚烧系统、放空系统，本地控制中心根据分别所获该各个系统的开关信号、模拟量调节信号、执行信息反馈，分别针对该各个系统进行控制。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述视频比对装置为基于图像针对转运皮带机上的物料进行监控，通过识别比对转运皮带机上物料在不同时间内的存在状态，以判断转运皮带机上有无物料，实现断料识别。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块、出料控制模块，均分别采用PLC控制模块进行应用。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括与所述本地控制中心远程通信的远程监控端。

本实用新型所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型所设计一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，针对现有工业化轮胎微波应用设备，引入智能自动化控制架构，针对进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统、以及其它多个子系统，分别引入独立控制子系统，并结合本地控制中心，实现多系统的联合控制，通过对执行机构的精准操作，实现微波裂解设备安全可靠的运行，保证产品高效有序的输出，达到高产量、低污染、耗能小的目的。

附图说明

图1是本实用新型所设计一种轮胎微波裂解设备自动控制系统的模块示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型设计了一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，用于针对工业化轮胎微波应用设备进行自动化控制，实际应用当中，具体包括远程监控端、本地控制中心、以及分别与本地控制中心相通信的进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块和出料控制模块，远程监控端与所述本地控制中心远程通信。

本地控制中心是对现场工业化轮胎微波应用设备中所有子系统控制和人工控制的中枢机构，本地控制中心采用西门子PLC和DCS系统搭建而成，利用以太网方式与上位机建立通讯，实现本地监控端和设备的操作，同时将本地控制中心所采集的数据接入外网，在远程监控端实现监控和控制。

本地控制中心利用光纤、以太网、电缆等连接方式分别与进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统、以及涉及本设备协同运作的其它独立子系统进行数据交换。

具体的实际应用当中，针对进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块、出料控制模块，均分别采用PLC控制模块进行应用，具体应用PLC控制柜。

其中，进料控制模块用于针对进料系统中的大倾角输送机、转运皮带机、料斗给料机，分别进行开启控制或关闭控制；对于料斗给料机的控制，料斗给料机的动力装置为料斗机变频器和振打电机，所述进料控制模块分别与料斗机变频器、振打电机相连接进行控制，其中由进料控制模块通过料斗机变频器针对料斗给料机进行变频操作，同时，由进料控制模块控制振打电机工作，使料斗给料机在振打电机作用下，快速下料，避免堵塞造成断料。进料系统中还包括分别与进料控制模块相连接的接收料位计、以及用于断料识别的视频比对装置；接收料位计设置于料斗给料机中，用于检测料斗给料机中物料量；视频比对装置设置于转运皮带机上，用于检测转运皮带机上的物料输送是否出现断料，具体来说，视频比对装置为基于图像针对转运皮带机上的物料进行监控，通过识别比对转运皮带机上物料在不同时间内的存在状态，以判断转运皮带机上有无物料，实现断料识别，并基于视频比对装置对断料的识别，针对料斗给料机上振打电机的工作进行控制，即避免堵塞造成断料。

称重密封控制模块用于针对称重与密封系统中的缓存斗、给料机、水封输送机、振动输送机、称重皮带机，分别进行工作控制；称重与密封系统中还包括分别与称重密封控制模块相连接的缓存料位计、液位计、补水阀门，缓存料位计设置于缓存斗中，用于针对缓存斗中的物料量进行检测，可以结合预设缓存斗料位，实现料位报警，同时，依据缓存斗料位信号决定进料系统给料的快慢；液位计设置于水封输送机中，可以结合预设水位，实现低水位报警；补水阀门设置于水封输送机的补水端口，用于控制针对水封输送机的补水操作；对于称重密封控制模块针对称重皮带机的控制中，称重密封控制模块获得来自称重皮带机的承重信号。

裂解控制模块，具体来说可以应用西门子300进行实际应用，裂解控制模块用于针对裂解腔系统中的腔体压力、腔体进风温度、腔体出风温度、腔体氧浓度、腔体微波功率进行工作控制，裂解腔系统中还包括分别与裂解控制模块相连接的压力计、进腔温度传感器、腔内温度传感器、出腔温度传感器、第一氧浓度分析仪、充氮电控阀门、循环气阀门；压力计设置于裂解腔，用于检测裂解腔进风管的压力值，以及裂解腔内的压力，由裂解控制模块判断是否处于合理范围内，决定针对放空系统和循环气阀门的控制动作；进腔温度传感器设置于裂解腔进风口位置，腔内温度传感器设置于裂解腔内，出腔温度传感器设置于裂解腔出风口位置，具体来讲，裂解腔进风温度控制是利用腔内检测温度和进风检测温度，以调节循环气加热炉的出风温度维持到300度-550度之间，若产生偏离，通过裂解控制模块调节进气阀门以实现平衡；裂解腔出风温度控制是利用出风检测温度，通过裂解控制模块调节腔体微波功率大小和进气温度实现。

第一氧浓度分析仪设置于裂解腔内，在氧气浓度大于5%时，由裂解控制模块开启充氮电控阀门；在氧气浓度高于8%时，代表裂解腔内氧浓度过高，启动停机程序，若氧气含量和压力值同时处于报警值启动局部停机程序。

充氮电控阀门设置于裂解腔的氮气进气口位置，用于控制氮气的充气；循环气阀门设置于裂解腔系统，用于促使裂解腔中裂解产生的热烟气循环使用。

裂解控制模块针对腔体微波功率的控制，受制于腔内压力、热风值、压力值等综合因素限制，设定微波功率馈入在400-1500kW之间，在此范围内依据裂解控制模块对其他综合参数的判断进行给定的微调。

出料控制模块用于针对出料系统中的埋刮输送机、进料口阀门、缓冲仓料位计、水冷螺旋机、缓冲区充氮装置进行工作控制，出料控制模块同时用于采集出料系统相关信号上传至本地控制中心，同时接收本地控制中心对出料系统中执行设备的动作指令；缓冲仓料位计设置于缓冲仓内，用于检测缓冲仓内的物料量。

并且针对出料系统，设计一路二级进料与一路一级进料口互锁、一路一级出料口与二路进料口互锁、水冷螺旋与二级进料口互锁以及一路与二路进料口互锁控制。

出料系统中还包括分别与出料控制模块相连接的机内温度传感器、第二氧浓度分析仪、转换插板阀，机内温度传感器设置于水冷螺旋机内，利用机内温度传感器检测水冷螺旋机内的物料温度，由出料控制模块开启冷水开关，通过出料控制模块调整水流量和冷却水的水温，使出料温度维持在合理范围内。

第二氧浓度分析仪设置于出料系统的出料端，在二级出料端利用第二氧浓度分析仪检测氧含量超过报警值时，由出料控制模块开启缓冲区充氮装置，并报警至本地控制中心，以提醒人员注意，持续大于30分钟的报警执行停机程序和系统报警。

转换插板阀用于实现一路二路进料口、出料口进出料开启关闭。

对于工业化轮胎微波应用设备中除进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统以外的其它子系统，诸如脱硫系统、炭黑精致系统、油气回收系统、循环加热系统、尾气焚烧系统、放空系统，该各个子系统分别与所述本地控制中心相连接，本地控制中心根据分别所获该各个系统的开关信号、模拟量调节信号、执行信息反馈，分别针对该各个系统进行控制。

上述所设计轮胎微波裂解设备的自动控制系统，在实际应用当中，本地监控端与远程监控端的上位机均为工控机，具有相同的组态软件和显示操作界面，远程监控端在联网下完成类似本地监控端的操作。工控机通过以太网与本地控制中心建立通讯，对本地控制中心相应控制点进行操作和整体设备各部分信息进行读取显示。本地控制中心包含设备执行机构如何动作的算法，在一定范围内调节传送速率、氧气浓度、腔体压力和温度大小。本地控制中心并行控制进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统和其他独立子系统，使各部分相互衔接、协调统一。

进料系统中检测通电正常情况下，由进料控制模块开启大倾角输送机、转运皮带机、进料斗给料机。当出现大于4个进料斗给料机的下料位报警，则维持开启给料装置，否则依次对8个进料斗给料机进行询问性开启，即其中某一个下料位报警，则开启下一个进料斗给料机。在转运皮带机上置有断料识别的视频比对装置，有断料，则开启进料斗给料机防堵装置，即振动电机。称重缓存斗若有上料位报警，则关闭进料斗给料机、转运皮带机，否则维持上述执行。

称重密封系统中，检测称重系统显示正常后，称重缓存斗上料位报警，则不可开启进料系统相关设备，进而判断水封输送机的液位计报警情况，若液位无信号被采集或液位过低时，则需检修或开启补水开关。直至液位显示正常方可停止补水。此系统中在无本地控制中心总控停机信号的干预下，开启水封输送机、振动输送机、沉重皮带机和缓存给料机。

裂解腔系统中主腔体有微波能量馈入，所以微波能、氧气、压力、温度、运行输送速度和热风量在此形成多变量综合作用的复杂控制系统，需将此中变量调节在合理范围内以达到动态平衡。压力计检测腔体和进风管道的压力大小，并上传至裂解控制模块，以确定压力在合理的工艺范围内，符合正常生产要求，否则超过极限值3kPa，则由本地控制中心立刻启动联锁放空系统，未达到高极限值时，可由裂解腔控制模块调节循环风机的频率增大出风量以泄压，在靠风机无法实现的情况下执行局部停机程序。利用温度传感器检测循环气加热炉出风管温度和腔体的温度，裂解腔控制模块采集此值调节循环气加热炉在300-550度之间变动，通过调节进气阀门，增减循环气量使腔体温度波动于工艺许可空间。裂解腔的出风管道同样利用温度传感器检测温度，出风温度与进风温度在裂解腔控制模块的对应算法中有匹配算法。当出风温度不正常，增减微波功率，以释放能量补充温度不足。氧浓度在裂解腔中关系轮胎胶块裂解的效果和设备安全性。腔体设置第一氧浓度分析仪，对氧气含量返回值在裂解腔控制模块进行梯度化处理，超过上限8%时启动停机程序，高于5%时开启充氮阀门进行除氧。与此同时压力高于20kPa的报警值需同样开启停机程序。微波功率决定轮胎胶块裂解的质量，控制中心对总功率1500kW的微波功率进行调节，并设定功率范围减少微波功率波动。

出料系统中启动埋刮输送机，打开一路一级进料口，该路有上料位的报警后，开该路二级进料和关闭一路进料口，同时打开二路进料口和一路水冷螺旋机。当一路一级无料报警时，关闭一路一级出料、一路二级进料口、打开一路二级出料和关闭一路水冷螺旋机，一路二级缓冲区下料位报警，则关闭一路二级出料口。二路一级缓冲仓上料位报警时执行类似上述的操作，水冷螺旋机内轮胎物料温度通过开合冷却水的流量和初温进行控制。

图1中，其它独立子系统包含脱硫系统、炭黑精致系统、油气回收系统、循环加热系统、尾气焚烧系统和放空系统。其各自均为独立子系统，留有开关接口、给定模拟量接口和状态反馈量接口，以上接口与本地控制中心连接，通过采集子系统中的反馈量，并根据整体设备运行需求选择性开合和决定开启量的大小，以使设备平稳运行。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，用于针对工业化轮胎微波应用设备进行自动化控制，其特征在于：包括本地控制中心、以及分别与本地控制中心相通信的进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块和出料控制模块；

其中，进料控制模块用于针对进料系统中的大倾角输送机、转运皮带机、料斗给料机，分别进行开启控制或关闭控制；进料系统中还包括分别与进料控制模块相连接的接收料位计、以及用于断料识别的视频比对装置；接收料位计设置于料斗给料机中，用于检测料斗给料机中物料量；视频比对装置设置于转运皮带机上，用于检测转运皮带机上的物料输送是否出现断料；

称重密封控制模块用于针对称重与密封系统中的缓存斗、给料机、水封输送机、振动输送机、称重皮带机，分别进行工作控制；称重与密封系统中还包括分别与称重密封控制模块相连接的缓存料位计、液位计、补水阀门，缓存料位计设置于缓存斗中，用于针对缓存斗中的物料量进行检测；液位计设置于水封输送机中；补水阀门设置于水封输送机的补水端口，用于控制针对水封输送机的补水操作；

裂解控制模块用于针对裂解腔系统中的腔体压力、腔体进风温度、腔体出风温度、腔体氧浓度、腔体微波功率进行工作控制，裂解腔系统中还包括分别与裂解控制模块相连接的压力计、进腔温度传感器、腔内温度传感器、出腔温度传感器、第一氧浓度分析仪、充氮电控阀门、循环气阀门；压力计设置于裂解腔；进腔温度传感器设置于裂解腔进风口位置，腔内温度传感器设置于裂解腔内，出腔温度传感器设置于裂解腔出风口位置，第一氧浓度分析仪设置于裂解腔内，充氮电控阀门设置于裂解腔的氮气进气口位置，用于控制氮气的充气；循环气阀门设置于裂解腔系统，用于促使裂解腔中裂解产生的热烟气循环使用；

出料控制模块用于针对出料系统中的埋刮输送机、进料口阀门、缓冲仓料位计、水冷螺旋机、缓冲区充氮装置进行工作控制，缓冲仓料位计设置于缓冲仓内，用于检测缓冲仓内的物料量；出料系统中还包括分别与出料控制模块相连接的机内温度传感器、第二氧浓度分析仪、转换插板阀，机内温度传感器设置于水冷螺旋机内，第二氧浓度分析仪设置于出料系统的出料端；转换插板阀用于实现一路二路进料口、出料口进出料开启关闭。

2.根据权利要求1所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，其特征在于：所述进料系统中料斗给料机的动力装置为料斗机变频器和振打电机，所述进料控制模块分别与料斗机变频器、振打电机相连接。

3.根据权利要求1所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，其特征在于：所述工业化轮胎微波应用设备中除进料系统、称重与密封系统、裂解腔系统、出料系统以外，还包括分别与所述本地控制中心相连接的脱硫系统、炭黑精致系统、油气回收系统、循环加热系统、尾气焚烧系统、放空系统，本地控制中心根据分别所获该各个系统的开关信号、模拟量调节信号、执行信息反馈，分别针对该各个系统进行控制。

4.根据权利要求1所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，其特征在于：所述视频比对装置为基于图像针对转运皮带机上的物料进行监控，通过识别比对转运皮带机上物料在不同时间内的存在状态，以判断转运皮带机上有无物料，实现断料识别。

5.根据权利要求1所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，其特征在于：所述进料控制模块、称重密封控制模块、裂解控制模块、出料控制模块，均分别采用PLC控制模块进行应用。

6.根据权利要求1所述一种轮胎微波裂解设备的自动控制系统，其特征在于：还包括与所述本地控制中心远程通信的远程监控端。