窯爐電氣控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計(jì).doc

西南林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文（ 2016 屆）題目：窯爐電氣控制系統(tǒng)的電氣原理設(shè)計(jì) 教學(xué)院（系、部）機(jī)械與交通學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 羅天華 指導(dǎo)教師 李瑋 （教授）評(píng) 閱 人 （教授） 2016 年 月 日 摘要窯爐電氣控制系統(tǒng)電氣原理設(shè)計(jì) 羅天華 （西南林業(yè)大學(xué) 機(jī)械與交通學(xué)院 云南 昆明 650000） 摘要：窯爐是用耐火材料砌成的用以燒成制品的設(shè)備，是陶藝成型中的必備設(shè)施。人類上萬(wàn)年的陶瓷燒造歷史，積累了豐富的造窯樣式和經(jīng)驗(yàn)。從原始社會(huì)的地上露天堆燒、挖坑筑燒到饅頭狀升焰圓窯、半倒焰馬蹄形窯、半坡龍窯、鴨蛋形窯，再到現(xiàn)今的室內(nèi)氣窯、電窯，窯爐科技在不斷改良發(fā)展中。 本文是針對(duì)窯爐電氣控制原理及控制要求等，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析窯爐的工作原理，根據(jù)窯爐加工工藝及控制要求的分析，完成了該設(shè)備的電氣原理設(shè)計(jì)。通過該設(shè)計(jì)，將自己所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合起來，真正了解了工業(yè)控制在工廠中的應(yīng)用。對(duì)自己所學(xué)專業(yè)也有了深刻的認(rèn)知和了解。 關(guān)鍵詞：窯爐；電氣原理；加工工藝；電氣控制IFurnace temperature control system based on PID (integral structure part)Luo TianhuaSchool of mechanical and traffic engineering, Southwest Forestry University, Kunming, Yunnan 650000, ChinaAbstract: the furnace is built with refractory materials used to burn the equipment, is the necessary facilities in the ceramic molding. Millions of years of human porcelain history, has accumulated rich experience and made kiln style. From the primitive society to open pile burn, digging for building burned to the steamed bread shape up draught round kiln, half pour flame horseshoe shaped kilns, Banpo kiln, duck egg shaped kiln, and then to todays indoor gas furnace, electric furnace, furnace technology in continuous improvement in the development.This paper is based on the principle of PID control furnace temperature and control requirements, etc., based on access to relevant literature, through the field investigation and analysis of the working principle of the furnace, completed the overall structural design of the equipment. Through the design, the knowledge and theory of the combination of the PLC and the host computer has a more profound understanding of the design.Key words: kiln; upper computer; PLC;II 目錄目錄窯爐電氣控制系統(tǒng)電氣原理設(shè)計(jì)I1 緒論51.1 概述51.2 基本介紹51.2.1 設(shè)計(jì)意義51.2.2 功能介紹52. 窯爐結(jié)構(gòu)72.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)72.1.1 本窯爐技術(shù)參數(shù)72.1.2 窯體結(jié)構(gòu)82.1.3 窯車結(jié)構(gòu)92.1.4 排煙系統(tǒng)92.1.5 燃燒系統(tǒng)102.1.6 冷卻系統(tǒng)102.2 控制系統(tǒng)102.2.1本控制系統(tǒng)特點(diǎn)112.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容113. 窯爐工藝分析133.1 整體結(jié)構(gòu)示意133.2 工作原理及操作流程133.2.1自動(dòng)調(diào)控原理133.2.2操作流程143.3工藝對(duì)比154. 電氣控制原理設(shè)計(jì)174.1 電氣控制選型174.2電氣控制原理介紹184.2.1電氣原理184.2.2 I/O分配表27第5章 總結(jié)與展望315.1總結(jié)315.11論文主要內(nèi)容315.12論文設(shè)計(jì)總結(jié)315.2展望31參考文獻(xiàn)31導(dǎo)師簡(jiǎn)介33致謝34附錄35參考文獻(xiàn). .23導(dǎo)師簡(jiǎn)介.24致謝.25附錄.2351.緒論1 緒論1.1 概述窯爐是用耐火材料砌成的用以煅燒物料或燒成制品的設(shè)備，本文是圍繞梭式窯的電氣原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。它的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)方式和時(shí)間安排比較靈活，對(duì)燒成品種的適應(yīng)性強(qiáng)，因此既可作為主要燒成設(shè)備，用于小批量多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)，滿足市場(chǎng)多樣化的需求；又可作為輔助燒成設(shè)備，用于產(chǎn)品的燒成和新產(chǎn)品的試生產(chǎn)。本窯爐是一種現(xiàn)代化的間歇窯爐，使用天然氣作為燃料，通過熱電偶等儀表采集數(shù)據(jù)傳送給PLC，通過PLC程序運(yùn)算，其輸出實(shí)現(xiàn)各閥門開度和電機(jī)運(yùn)行的控制，同時(shí)根據(jù)儀表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以達(dá)到所需控制參數(shù)要求的自動(dòng)化控制的目的。同時(shí)，本文對(duì)窯爐的輔助設(shè)備如窯車，窯門和烘房的電氣控制進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。1.2 基本介紹1.2.1 設(shè)計(jì)意義 梭式窯與輥道窯及隧道窯相比較，具有占地少、建設(shè)周期短、投資少、周轉(zhuǎn)靈活、低風(fēng)險(xiǎn)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前一些廠家所使用的國(guó)產(chǎn)中小型梭式窯爐，仍存在著許多缺陷，主要體現(xiàn)在能耗高、溫差大、燒成合格率低、使用壽命短、焙燒過程難控制不合理等方面。1.2.2 功能介紹 梭式窯是間歇燒成的窯，跟火柴盒的結(jié)構(gòu)類似，窯車推進(jìn)窯內(nèi)燒成，燒完了再往相反的方向拉出來，卸下燒好的陶瓷，窯車如同梭子，故而稱為梭式窯。梭式窯是一種以窯車做窯底的倒焰(或半倒焰)間歇式生產(chǎn)的熱工設(shè)備,也稱車底式倒焰窯，因窯車從窯的一端進(jìn)出也稱抽屜窯,是國(guó)內(nèi)近十年來發(fā)展最為迅速的窯型之一。梭式窯除具有一般倒焰窯操作靈活性大，能滿足多品種生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)外，其裝窯、出窯和制品的部分冷卻可以在窯外進(jìn)行，既改善了勞動(dòng)條件，又可以縮短窯的周轉(zhuǎn)時(shí)間。但由于間歇燒成，窯的蓄熱損失和散熱損失大，煙氣溫度高，熱耗量較高。新型節(jié)能型梭式窯改進(jìn)了窯體砌筑結(jié)構(gòu)，增設(shè)了廢氣余熱利用裝置，使這一缺點(diǎn)很大改善。1.2.3 完成的主要工作1）根據(jù)窯爐工作情況，對(duì)窯爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。2）通過電氣原理設(shè)計(jì)，對(duì)窯爐的控制系統(tǒng)和工作原理進(jìn)行了分析。3）通過電氣原理圖，對(duì)窯爐工作的每一環(huán)節(jié)進(jìn)行說明。2.窯爐結(jié)構(gòu)2. 窯爐結(jié)構(gòu)2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu) 本窯爐機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括窯爐基礎(chǔ)、窯體、窯車、排煙系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)。2.1.1 本窯爐技術(shù)參數(shù)如下表2-1所示，表2-1 序號(hào)名 稱單位指標(biāo)備注1產(chǎn)品類型電瓷2窯總?cè)莘em19515.6*5*2.53有效裝載容積m1462.2*4.8*2.3*6臺(tái)車4窯車總數(shù)輛12窯內(nèi)6部，窯外6部5燃料種類天然氣6燃料熱值KCal/Nm384007燒成周期小時(shí)40-120冷-冷8燒成合格率%989燒成溫度125010最高燒成溫度130011窯內(nèi)溫差保溫階段2升溫階段40/h5儀表顯示溫度12燒嘴支14施能SINON13窯體外表溫度50環(huán)境溫度為20時(shí)14溫度控制方式自動(dòng)西門子PLC_VIPA15助燃風(fēng)預(yù)熱304不銹鋼換熱器16窯壓控制方式自動(dòng)17風(fēng)機(jī)控制方式自動(dòng)18排煙方式機(jī)械下排煙19排煙風(fēng)機(jī)臺(tái)32kw*1 變頻20助燃風(fēng)機(jī)臺(tái)22kw*1 變頻21調(diào)溫風(fēng)機(jī)臺(tái)18.5kw*1 變頻本窯爐為先進(jìn)的輕型裝配式結(jié)構(gòu)，窯爐及產(chǎn)品比較重，對(duì)基礎(chǔ)和地基的要求很高。同時(shí)因窯爐存在振動(dòng)，因此地耐力按常規(guī)要求需達(dá)到6-8噸/以上?；A(chǔ)的厚度要求為300mm，其中由下至上分別為100mm厚C15混凝土墊層和200mm厚C20鋼筋混凝土，窯體置于鋼筋混凝土之上。軌道上平面標(biāo)高為0.000M，窯基礎(chǔ)上表面標(biāo)高要求為-0.090M，停車道基礎(chǔ)上表面標(biāo)高-0.090M，因此對(duì)地下水無(wú)特別要求。基礎(chǔ)底部地基要求加37灰土夯實(shí)。2.1.2 窯體結(jié)構(gòu)梭式窯窯體由鋼結(jié)構(gòu)和砌體兩部分組成。窯體鋼結(jié)構(gòu)系由型鋼和鋼板制作而成的全封閉式框架結(jié)構(gòu)，既作為窯砌體的支撐和窯頂?shù)膽覓斐兄亟Y(jié)構(gòu)，又是對(duì)窯側(cè)墻的維護(hù)和加固密封。窯架立柱（兩側(cè)）采用14槽鋼，門框立柱采用20槽鋼，窯頂橫梁采用18工字鋼，窯外表面采用4mm厚鋼板裝飾。砌體全部包含于鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)面，由側(cè)墻、窯頂及窯門、燒嘴等部分組成，如表2-2所示。 表2-2 材料表部位耐火材料總厚度窯墻230mm JM28輕質(zhì)莫來石磚+115mm聚輕高鋁+120mm硅酸鋁纖維465mm窯門230mm JM28輕質(zhì)莫來石磚+115mm聚輕高鋁+120mm硅酸鋁纖維465mm窯車煙道230mm輕質(zhì)粘土磚，116mm紅磚側(cè)壁67mm高鋁磚窯頂250mm JM28輕質(zhì)莫來石磚，40mm硅酸鋁纖維氈，10mm搗打料300mm采用高速燒咀10套，窯墻兩側(cè)各5套，上下呈品字布置。l窯車中央位置設(shè)置排煙口（窯體橫向），窯內(nèi)煙氣經(jīng)過窯車吸火孔，再經(jīng)過煙道由排煙風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排出,煙道一側(cè)設(shè)置自動(dòng)滲冷風(fēng)機(jī)構(gòu)，其管徑為400mm，用來調(diào)節(jié)煙氣溫度并使煙道內(nèi)煙氣再度充分氧化，使煙氣排出達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3 窯車結(jié)構(gòu)該窯配有6部窯車，設(shè)備用6部窯車。窯車框架采用14槽鋼結(jié)構(gòu)，砌體為重、輕質(zhì)磚混合結(jié)構(gòu)。既承重又輕便節(jié)能。車軸用45#圓鋼加工而成，車輪為鑄鋼結(jié)構(gòu)，軸承采用耐溫250的高溫窯爐專用軸承。窯墻與窯車曲封采用新型磨擦曲封型磚曲封砂封結(jié)構(gòu)，窯車與窯車砌體之間采用耐火纖維棉擠密曲封結(jié)構(gòu)。封閉嚴(yán)密，阻止熱風(fēng)下串，保護(hù)窯車車輪。 2.1.4 排煙系統(tǒng)該梭式窯采用機(jī)械下排煙方式。每部窯車排煙口位于窯車中間，用一煙道底部排煙，窯車排煙口和窯底排煙口應(yīng)對(duì)接良好。每部窯車的煙氣經(jīng)窯車垂直煙道向下排煙，于窯體底部位置與總煙道連接，匯總后經(jīng)換熱器再由排煙風(fēng)機(jī)排出。同時(shí)在排煙管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閘板，可將煙氣進(jìn)行余熱利用，煙道內(nèi)設(shè)有不銹鋼換熱器，以提高助燃風(fēng)溫度，當(dāng)窯溫950時(shí)，助燃風(fēng)溫度不低于350。窯車煙道下部各設(shè)有調(diào)節(jié)窯壓、加冷風(fēng)（降低煙道溫度，延長(zhǎng)排煙風(fēng)機(jī)壽命）的碳鋼閘板，排煙風(fēng)機(jī)采用普通風(fēng)機(jī)，排出管道用碳鋼制作。2.1.5 燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)由燃?xì)庀到y(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)組成。（1）燃?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)庀到y(tǒng)及燒嘴布置。燃?xì)庀到y(tǒng)材料采用鍍鋅成型鋼管制作，燃?xì)饪偣苓B接于廠方燃?xì)饪偣艿溃細(xì)庵鞴苌显O(shè)置截止閥、過濾器、減壓器、電磁閥、燃?xì)鈮毫Ρ?、壓力傳感器等裝置。每個(gè)燒嘴上均設(shè)有截止閥、電磁閥。最好后送入燒嘴進(jìn)入窯爐使用。全窯共設(shè)置10只高速調(diào)溫燃?xì)鉄欤恐鞂?duì)應(yīng)一個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)溫度控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)1支S分度熱電偶，燒嘴在窯爐上下部交錯(cuò)布置，通過熱氣流在窯爐內(nèi)的高速循環(huán)，有效地平衡兩側(cè)上下溫差，實(shí)現(xiàn)小于5的溫差要求。每只燒嘴前配有助燃風(fēng)支管、二次風(fēng)支管和燃?xì)庵Ч埽髦Ч苌显O(shè)有手動(dòng)球閥。（2）助燃風(fēng)系統(tǒng)助燃風(fēng)機(jī)由變頻器自動(dòng)控制。助燃風(fēng)經(jīng)不銹鋼換熱器加熱后，分成支管與燒嘴相連，同燃?xì)庵Ч芤坏绤⑴c燒嘴燃燒。助燃風(fēng)系統(tǒng)管路采用不銹鋼制作，減少管路銹蝕對(duì)產(chǎn)品的影響，提高產(chǎn)品的成品率和管道的使用壽命。2.1.6 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)采用燒嘴二次進(jìn)風(fēng)的結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行冷卻，二次調(diào)溫風(fēng)機(jī)由變頻器自動(dòng)控制，系統(tǒng)管路采用不銹鋼制作。本系統(tǒng)很好的安裝冷卻曲線進(jìn)行冷卻，而且靈活性非常強(qiáng)。2.2 控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(automatic control systems)是在無(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段。簡(jiǎn)稱自控系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由:控制器，被控對(duì)象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成。2.2.1本控制系統(tǒng)特點(diǎn)電瓷梭式窯控制過程通常呈現(xiàn)大滯后、非線性、時(shí)變性等特點(diǎn)，而且大型電瓷梭式窯加熱空間大，溫度場(chǎng)存在強(qiáng)耦合、現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾，給氣氛溫度的控制帶來極大的不確定性，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此改善解決電瓷梭式窯氣氛溫度控制系統(tǒng)以滿足電瓷工藝要求具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。該控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC-STEP7.0全集成化可編程控制器作為主控設(shè)備，該控制器集優(yōu)越的控制、管理一體化性能和高可靠性于一體，并具有良好的人機(jī)接口及方便的操作性。系統(tǒng)采用氣氛-溫度雙動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，通過MATLAB仿真和大量的實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，表明該系統(tǒng)對(duì)于多輸入多輸出、純滯后、強(qiáng)耦合系統(tǒng)，具有良好的跟蹤性能，大大提高了窯爐的自動(dòng)控制水平，并且有效的保障了企業(yè)在對(duì)電瓷產(chǎn)品對(duì)氣氛、溫度等熱工參數(shù)的嚴(yán)格工藝要求。在保證產(chǎn)品燒成質(zhì)量的前提下，大幅度的降低了燃料的消耗，節(jié)能減排的技術(shù)指標(biāo)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2.2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容本自動(dòng)控制系統(tǒng)包括：燒嘴溫度控制，點(diǎn)火控制，燃?xì)饪刂疲瑝毫刂坪椭技罢{(diào)風(fēng)控制。l燒嘴氣氛溫度控制： 采用專利技術(shù)氣氛-溫度雙動(dòng)態(tài)交叉控制算法，SIMATIC-STEP7.0控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)前的工藝曲線中對(duì)氣氛、溫度要求來自動(dòng)調(diào)節(jié)該區(qū)執(zhí)行器大小以及相互之間的比例來滿足對(duì)氣氛（空燃比）和溫度的要求，在整個(gè)燒制過程中的流量、溫度、閥位有完整自動(dòng)記錄。電腦自動(dòng)、手動(dòng)、硬手動(dòng)無(wú)擾自由切換。l多狀態(tài)點(diǎn)火控制：由于考慮到因外部停電的這特殊現(xiàn)象，目前其他廠家的控制系統(tǒng)在點(diǎn)火控制上均為手動(dòng)將排煙、助燃、燃?xì)狻⒏鞣謪^(qū)開度手動(dòng)調(diào)節(jié)到某個(gè)值，然后手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、點(diǎn)火易滅火。針對(duì)這一現(xiàn)象我公司采多狀態(tài)點(diǎn)火控制，根據(jù)不同窯內(nèi)溫度段，從知識(shí)庫(kù)中自動(dòng)調(diào)入不同的開度，完成自動(dòng)一次性點(diǎn)火。遠(yuǎn)程點(diǎn)火與現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火雙備份控制。滅火自動(dòng)切斷該燒嘴電磁閥，報(bào)警并記錄。l燃?xì)饪偣茏詣?dòng)控制：在燃?xì)饪偣苌霞友b壓力傳感器，壓力能在電腦上顯示并記錄。在燃?xì)饪偣苌霞友b電動(dòng)執(zhí)行器，燃?xì)鈮毫Τ瑝呵穳鹤詣?dòng)報(bào)警并切斷燃?xì)饪傞y。安全連鎖助只有在排煙風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)正常打開的情況下系統(tǒng)允許打開燃?xì)饪偣茈姶砰y。l窯壓（排煙）自動(dòng)控制：安裝窯壓壓力傳感器，窯壓超限自動(dòng)報(bào)警。壓力傳感器傳回的信號(hào)作為排煙控制的信號(hào)輸入，SIMATIC-STEP7.0控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)前的工藝曲線中對(duì)窯壓的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)排煙變頻器的大小，讓窯壓控制在要求之內(nèi)。安全連鎖如果排煙風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切斷燃?xì)饪傞y停窯。電腦上可以手動(dòng)自動(dòng)切換。在排煙風(fēng)機(jī)上裝有熱電偶，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)參冷風(fēng)閥，防止損壞風(fēng)機(jī)。l助燃風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制：對(duì)助燃風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)控制，SIMATIC-STEP7.0控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)前的工藝曲線中對(duì)助燃風(fēng)壓力要求自動(dòng)調(diào)節(jié)助燃變頻器的大小。安全連鎖助如果助燃風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)切斷燃?xì)饪傞y停窯。電腦上可以手動(dòng)自動(dòng)切換。l調(diào)溫風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制：對(duì)調(diào)溫風(fēng)機(jī)變頻器自動(dòng)控制，SIMATIC-STEP7.0控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)前的工藝曲線中對(duì)調(diào)溫風(fēng)的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的大小。電腦上可以手動(dòng)自動(dòng)切。3.窯爐工藝分析l3. 窯爐工藝分析3.1 整體結(jié)構(gòu)示意全窯共設(shè)置10只高速調(diào)溫燃?xì)鉄?，每支燒嘴?duì)應(yīng)一個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，每個(gè)溫度控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)1支熱電偶，燒嘴在窯爐上下部交錯(cuò)布置，通過熱氣流在窯爐內(nèi)的高速循環(huán)，有效地平衡兩側(cè)上下溫差，實(shí)現(xiàn)小于5的溫差要求。每只燒嘴前配有助燃風(fēng)支管、二次風(fēng)支管和燃?xì)庵Ч?，各支管上設(shè)有手動(dòng)球閥。如圖3-12所示。 圖3-1 整體結(jié)構(gòu)示意圖 3.2 工作原理及操作流程3.2.1自動(dòng)調(diào)控原理通過品字型噴嘴對(duì)窯爐內(nèi)進(jìn)行加熱并產(chǎn)生對(duì)流，使窯爐內(nèi)溫度均勻，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。用熱電偶實(shí)現(xiàn)溫度反饋并通過上位機(jī)和可編程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。實(shí)時(shí)溫度通過熱電偶傳送到PLC調(diào)溫模塊，控制系統(tǒng)中的閉環(huán)控制單元會(huì)根據(jù)當(dāng)前的工藝曲線中對(duì)燃?xì)獾囊笞詣?dòng)開大或減小執(zhí)行器的開度。當(dāng)溫度過高，風(fēng)閥開度減小，減少助燃風(fēng)進(jìn)入窯爐內(nèi)，同時(shí)氣閥開度減小，使噴嘴處溫度減低。反之，風(fēng)閥開度增大，風(fēng)閥開度增大，使溫度升高。溫度反饋調(diào)節(jié)控制如圖3-2所示。圖3-2溫度反饋調(diào)節(jié) 3.2.2操作流程窯爐準(zhǔn)備啟動(dòng)前，檢查指示燈等儀表是否正常。然后打開排風(fēng)閥排出窯內(nèi)雜質(zhì)氣體，一段時(shí)間后打開配風(fēng)閥使窯內(nèi)充進(jìn)外部空氣，之后通過壓力傳感器檢查窯內(nèi)壓力是否符合點(diǎn)火要求，檢測(cè)達(dá)到一定壓力后自動(dòng)打開燃?xì)忾y通進(jìn)天然氣，同時(shí)檢查是否有漏氣現(xiàn)象，若一切正常則點(diǎn)火器自動(dòng)啟動(dòng)。成功啟動(dòng)后，窯爐內(nèi)溫度將按預(yù)先設(shè)定的溫度曲線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。見圖3-3系統(tǒng)示意圖。圖3-3系統(tǒng)示意圖 3.3工藝對(duì)比為了方便說明，選擇了市場(chǎng)上暢銷的日本某公司的梭式窯技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。如表3-1所示。表3-1對(duì)比圖對(duì)比項(xiàng)目對(duì)比性能指標(biāo)日本xxx公司本項(xiàng)目窯爐技術(shù)性能燒成溫度升溫濕度范圍2050/h可調(diào)050/h可調(diào)保溫范圍0/h0/h降溫范圍50100/h可調(diào)35120/h可調(diào)終火溫度分布t10t10燒成氣氛氧化階段O2: 1012%可調(diào)O2: 012%可調(diào)還原階段CO: 35%可調(diào)CO: 0.25%可調(diào)窯壓氧化階段020Pa可調(diào)-1020Pa可調(diào)還原階段1030Pa可調(diào)030Pa可調(diào)使用性能窯爐調(diào)試31燒成合格率95%99%與傳統(tǒng)手動(dòng)控制節(jié)能比較節(jié)能3-8%節(jié)能5-20%容易看出，本項(xiàng)目梭式窯的調(diào)溫范圍明顯高于該暢銷品牌。而燒成產(chǎn)品合格率和節(jié)能性也更高。4.電氣控制原理設(shè)計(jì)4. 電氣控制原理設(shè)計(jì)4.1電氣控制原理介紹4.1.1電氣原理在此對(duì)本梭式窯主要電氣控制部分進(jìn)行介紹。一、外部電源及電柜電源設(shè)計(jì)如圖4-1所示。圖4-1外部電源示意圖如上圖所示，外部380V電源經(jīng)總空開接入控制電路，之后進(jìn)入排煙風(fēng)機(jī)的變頻器，排煙風(fēng)機(jī)變頻器由PLC控制，達(dá)到變頻條件時(shí)KA0，KA6接觸器吸合，變頻器開始對(duì)排煙風(fēng)機(jī)實(shí)行控制。另外，由于窯爐屬于大型電氣設(shè)備，需要配備防雷器以保證雷雨天可以安全工作，所以從外部電源引220V電，經(jīng)電磁繼電器連接防雷器及后面的電器元件，并接地。 圖4-2 電柜接線示意圖如上圖所示，電柜內(nèi)部采用220V交流電源，220V柜體散熱風(fēng)扇和220V維修插座及220V照明電源?？刂齐娐稰LC供電采用3個(gè)24V直流電源。當(dāng)電柜內(nèi)各元件正常工作時(shí)有黃色指示燈閃爍。二、排煙、調(diào)溫、助燃電機(jī)圖4-3 調(diào)溫及助燃模塊示意圖調(diào)溫及助燃電機(jī)與排煙電機(jī)一樣，供電采用380V交流電，當(dāng)KA1和KA7接觸器吸合，變頻器對(duì)調(diào)溫電機(jī)進(jìn)行調(diào)控，同理，助燃電機(jī)也一樣。系統(tǒng)通過模擬量輸入模塊對(duì)三臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控，并根據(jù)用戶設(shè)定曲線和實(shí)時(shí)的反饋數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列算法呢后達(dá)到自動(dòng)控制的目的。三、風(fēng)閥和氣閥圖4-4 風(fēng)閥和氣閥示意圖如上圖所示，爐內(nèi)溫度，壓力及燃?xì)鈮毫Φ饶M量輸入通過模擬量模塊傳送到PLC進(jìn)行運(yùn)算處理再對(duì)模擬量輸出風(fēng)閥和氣閥的開度進(jìn)行控制，由此實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度和壓力進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度過低時(shí)，風(fēng)閥和氣閥開度增大，爐內(nèi)溫度升高；當(dāng)溫度過高時(shí)，風(fēng)閥和氣閥開度減小，爐內(nèi)溫度降低。三、排煙、調(diào)溫、助燃及燃?xì)庾冾l圖4-5 排煙、調(diào)溫、助燃及燃?xì)庾冾l示意圖如上圖所示，手操器即智能操作器，可自動(dòng)接系統(tǒng)(或調(diào)節(jié)儀)的給定信號(hào)和閥位的反饋信號(hào)，根據(jù)二者的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出相應(yīng)的控制量，并可取代小功率伺服放大器直接驅(qū)動(dòng)閥門，可接在各種調(diào)節(jié)器或計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之后作備用儀表。本變頻系統(tǒng)閥位接手操器，根據(jù)預(yù)設(shè)溫度和實(shí)際溫度的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出相應(yīng)的控制量來控制變頻器進(jìn)而控制排煙、調(diào)溫、助燃電機(jī)和燃?xì)饪偣軋?zhí)行器。四、報(bào)警、調(diào)溫、燃?xì)獾葐⑼?圖4-6 報(bào)警、調(diào)溫、燃?xì)鈫⑼Ｊ疽鈭D通過PLC對(duì)各功能的啟停進(jìn)行開關(guān)量控制，包括報(bào)警復(fù)位、程序啟停、排煙啟停、調(diào)溫啟停、助燃啟停、燃?xì)鈫⑼＜包c(diǎn)火啟動(dòng)。而調(diào)溫、助燃等部分在啟動(dòng)后再由模擬量模塊進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)控。五、主要指示燈圖4-7 主要指示燈示意圖如上圖所示，在電柜上，操作人員最直觀的是通過各指示燈對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。指示燈包括程序啟停、燃?xì)夂忘c(diǎn)火允許、氧化指示、還原指示、排煙、調(diào)溫及助燃故障等均采用紅色報(bào)警色。系統(tǒng)所有指示燈均通過PLC的開關(guān)量控制單元進(jìn)行控制。 圖4-8火焰指示燈示意圖如上圖所示，火焰的指示燈使用綠色燈，代表工作正常。與其他指示燈一樣通過開關(guān)量控制單元進(jìn)行控制。圖為外部邏輯電路。五、窯車圖4-9 窯車控制示意圖如圖所示，窯車的外部邏輯電路控制。窯爐工作前，大車定位，小車復(fù)位后裝載陶瓷毛坯向左位運(yùn)動(dòng)，毛坯到達(dá)窯爐內(nèi)并開始烘烤。烘烤結(jié)束后小車向右位運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)品拉出爐。進(jìn)行冷卻。六、各區(qū)溫度圖4-10 各區(qū)溫度反饋示意圖如圖所示，10個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴噴火范圍對(duì)應(yīng)一個(gè)溫區(qū)，同時(shí)也包括排煙、助燃和車底溫度。各個(gè)溫區(qū)的實(shí)時(shí)溫度通過熱電偶轉(zhuǎn)化成模擬量信號(hào)并傳送到PLC模擬量輸入模塊，通過PLC運(yùn)算再反饋給噴嘴進(jìn)行調(diào)溫。同時(shí)，每個(gè)區(qū)的溫度傳感器都有相應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)直觀地表達(dá)出來，這樣使程序可以對(duì)整個(gè)溫控系統(tǒng)有更全面的監(jiān)控和調(diào)控能力。4.1.1 I/O分配表模擬量輸入輸出對(duì)照4.21的電氣原理進(jìn)行列表說明。表4-1模擬量輸入輸出模擬量輸入符號(hào)地址模擬量輸出符號(hào)地址風(fēng)閥位1PIW0M0+、M0-排煙變頻POW0M0+、M0-氣閥位1PIW1M1+、M1-調(diào)溫變頻POW1M1+、M1-風(fēng)閥位2PIW2M2+、M2-助燃變頻POW2M2+、M2-氣閥位2PIW3M3+、M3-燃?xì)饪偣軋?zhí)行器POW3M3+、M3-風(fēng)閥位3PIW4M4+、M4-氣閥位3PIW5M5+、M5-風(fēng)閥位4PIW6M6+、M6-氣閥位4PIW7M7+、M7-風(fēng)閥位5PIW8M0+、M0-氣閥位5PIW9M1+、M1-風(fēng)閥位6PIW10M2+、M2-氣閥位6PIW11M3+、M3-風(fēng)閥位7PIW12M4+、M4-氣閥位7PIW13M5+、M5-風(fēng)閥位8PIW14M6+、M6-氣閥位8PIW15M7+、M7-風(fēng)閥位9PIW16M0+、M0-氣閥位9PIW17M1+、M1-風(fēng)閥位10PIW18M2+、M2-氣閥位10PIW19M3+、M3-窯爐壓力PIW18M4+、M4-配風(fēng)壓力PIW19M5+、M5-燃?xì)鈿鈮篜IW18M6+、M6-M7+、M7-開關(guān)量輸入輸出對(duì)照4.21的電氣原理進(jìn)行列表說明，如表4-2所示。表4-2 開關(guān)量輸入輸出開關(guān)量輸入符號(hào)地址開關(guān)量輸出符號(hào)地址報(bào)警復(fù)位SB1DI0.0程序啟動(dòng)HL0DO0.0排煙啟動(dòng)KA0DO3.2程序啟動(dòng)SB2DI0.1程序暫停HL1DO0.1助燃啟動(dòng)KA1DO3.3程序暫停SB3DI0.2燃?xì)庠试SHL2DO0.2調(diào)溫啟動(dòng)KA2DO3.4排煙啟動(dòng)SB4DI0.3點(diǎn)火允許HL3DO0.3燃?xì)饪傞yKA3DO3.5調(diào)溫啟動(dòng)SB5DI0.4低溫指示HL4DO0.4點(diǎn)火器啟動(dòng)KA4DO3.6助燃啟動(dòng)SB6DI0.5氧化指示HL5DO0.5報(bào)警蜂鳴器HLADO3.7燃?xì)鈫?dòng)SB7DI0.6還原指示HL6DO0.61區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO4.0點(diǎn)火啟動(dòng)SB8DI0.7冷卻指示HL7DO0.71區(qū)氣執(zhí)行器DO4.1排煙故障 KA6DI1.0排煙故障HL10DO1.02區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO4.2調(diào)溫故障KA7DI1.1調(diào)溫故障HL11DO1.12區(qū)氣執(zhí)行器DO4.3助燃故障KA8DI1.2助燃故障HL12DO1.23區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO4.4外部電源故障KA9DI1.3窯壓超限HL13DO1.33區(qū)氣執(zhí)行器DO4.5備用DI1.4氣壓超限HL14DO1.44區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO4.6備用DI1.5風(fēng)機(jī)超溫HL15DO1.54區(qū)氣執(zhí)行器DO4.7備用DI1.6故障停窯HL16DO1.65區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO5.0備用DI1.7溫差報(bào)警HL17DO1.75區(qū)氣執(zhí)行器DO5.11區(qū)報(bào)警KA30DI2.01-4區(qū)點(diǎn)火KA20DO2.06區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO5.22區(qū)報(bào)警KA31DI2.15-8區(qū)點(diǎn)火KA21DO2.16區(qū)氣執(zhí)行器DO5.33區(qū)報(bào)警KA32DI2.29-10區(qū)點(diǎn)火KA22DO2.27區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO5.44區(qū)報(bào)警KA33DI2.3備用DO2.37區(qū)氣執(zhí)行器DO5.55區(qū)報(bào)警KA34DI2.4備用DO2.48區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO5.66區(qū)報(bào)警KA35DI2.5備用DO2.58區(qū)氣執(zhí)行器DO5.77區(qū)報(bào)警KA36DI2.6備用DO2.69區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO6.08區(qū)報(bào)警KA37DI2.7備用DO2.79區(qū)氣執(zhí)行器DO6.19區(qū)報(bào)警KA38DI3.0備用DO3.010區(qū)風(fēng)執(zhí)行器DO6.210區(qū)報(bào)警KA39DI3.1外部電源正常DO3.110區(qū)氣執(zhí)行器DO6.3PLC整機(jī)架如表4-3所示。 表4-3 PLC整機(jī)架CPU314SEIM365SENDSM322AO 4*12 BitSM331AI 8*13 BitSM331AI 8*13 BitSM331AI 8*13 Bit表4-4 PLC整機(jī)架IM365RICEIVESM321DI 16*DC24VSM321DI 16*DC24VSM322DO 16*REL AC230VSM322DO 16*AC120V/230VSM322DO 16*AC120V/230VSM322DO 16*AC120V/230VSM322DO 16*AC120V/230V4.2 電氣控制選型4.2.1 PLC選型本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)在不同的溫度和壓力條件下，產(chǎn)品燒成后性能指標(biāo)也各不相同。為了得到所需產(chǎn)品穩(wěn)定的性能，必須保證窯爐內(nèi)溫度和壓力沿預(yù)定曲線變化。根據(jù)窯爐配備所需的10組風(fēng)閥和氣閥，3組排煙、調(diào)溫和變頻，及燃?xì)饪偣?，窯爐壓力，配風(fēng)壓力和燃?xì)鈿鈮旱饶M量輸入；10個(gè)熱電偶采集每個(gè)區(qū)域的溫度，10個(gè)PID控制回路，報(bào)警、各電機(jī)啟停和指示燈及各閥門執(zhí)行器等開關(guān)量輸入輸出；采用串接的儀表接入類型及485接口9針接頭的通訊方式；綜合下來選擇西門子S-300 和SIMATIC-STEP7。圖4-11 S7-300 4.2.2 上位機(jī)選型由于窯爐采集的數(shù)據(jù)多，模擬量和采集和處理的比較多。如圖4-12所示，需要時(shí)時(shí)檢測(cè)10個(gè)溫區(qū)的溫度，風(fēng)流量以及氣流量，并時(shí)時(shí)監(jiān)控每一個(gè)外圍設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)要求能直接在主界面設(shè)置，另外還有燒成配方、溫度控制曲線、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、報(bào)警狀態(tài)的要求等等，所以工業(yè)組態(tài)軟件選擇了昆侖通態(tài)的MCGS6.2。圖4-12 窯爐主界面系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)選用的是計(jì)算機(jī)選用臺(tái)灣BOX270無(wú)風(fēng)扇工業(yè)計(jì)算機(jī)，能在高溫、粉塵大等惡劣調(diào)件下正常工作。5.總結(jié)與展望5. 總結(jié)與展望5.1總結(jié)5.11論文主要內(nèi)容本論文的主要內(nèi)容為：第一，本論文對(duì)梭式窯特點(diǎn)，功能進(jìn)行了介紹；第二，對(duì)其從機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)兩個(gè)方面進(jìn)行了說明；第三，從電氣控制原理的角度出發(fā)，對(duì)窯爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。5.12論文設(shè)計(jì)總結(jié)通過對(duì)梭式窯的了解，從而對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指明了一條思路即模塊式的設(shè)計(jì)思路。在此設(shè)計(jì)過程中充分考慮了系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)和使用需求。梭式窯的設(shè)計(jì)包括了窯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外部排煙燃?xì)饫鋮s以及控制系統(tǒng)等方面。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)窯爐的啟停，調(diào)溫，排煙及能量二次利用的功能。在各單元都正常工作條件下，保證了窯爐的正常運(yùn)行?；陂]環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)各模塊進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)控制，既方便監(jiān)控節(jié)省操作步驟，也方便了對(duì)窯爐各部分的正常運(yùn)行和維護(hù)，為系統(tǒng)的正常、高效的運(yùn)行提供了較好的技術(shù)保證。5.2展望功能性陶瓷的需求呈上升趨勢(shì)，在市場(chǎng)不斷擴(kuò)大的契機(jī)下，市場(chǎng)對(duì)陶瓷的生產(chǎn)質(zhì)量和數(shù)量提出了更高的要求。控制系統(tǒng)是窯爐