梭式窑燃烧系统研究

安徽电气工程职业技术学院毕业论文（实习报告）安徽电气工程职业技术学院毕业论文 题 目：梭式窑燃烧系统研究系 部：自动化与信息工程部专 业：电气自动化姓 名：班 级： 学 号： 指导教师：教师单位： 20XX年12月 28 日摘 要梭式窑燃烧系统是由燃气燃烧器（烧嘴）、燃气阀组、助燃风机、流量计、压力变送器、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成，确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。控制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等。按照预先设定的升温曲线，经PLC运算，输出信号送给电磁阀，电磁阀接受 PLC 的信号，实现电磁阀的开关，控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时，PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度。以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上，并将有关热工参数显示在流程图上，同时指示有关设备的运行状态。关键词：检测装置；控制系统；PLC；继电器；流程图目 录1、绪论.41.1 题目背景及目的.41.2 论文研究方法.51.3 论文研究内容.52、系统简介 2.1空气管路 .62.2燃气管路.62.3自动控制系统.62.3.1自动控制器.62.3.2燃烧器功率调节.62.3.3压力控制系统.72.3.4控制系统概述.72.4设备功能特点.92.5技术指标.103、硬件配置.104、软件设计.124.1 系统图纸.124.2 下位机控制.214.3 上位机.434.4 通讯.445、毕业设计总结.496、参考文献.507、致谢.501 绪论 梭式窑是一种以窑车做窑底的倒焰间歇式生产的热工设备,也称车底式倒焰窑，因窑车从窑的一端进出也称抽屉窑,是国内近十年来发展迅速的窑型之一。梭式窑被广泛地使用于艺术陶瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷、特种陶瓷、耐火材料及金属热处理行业，要求设计各种性能及不同容积的梭式窑。设计温度700-1800，有效容积1-180 ,并可选用氧化或还原烧成气氛；采用先进的可编程窑炉控制系统为用户完成各种产品烧成曲线；梭式窑可采用柴油、煤气、天然气及液化石油气作为燃料。1.1 题目背景及目的 梭式窑的应用正日益广泛, 它给卫生瓷生产带来的好处是明显的。首先是生产安排非常灵活, 每一窑都可以采用不同的烧成制度, 烧制不同的产品, 很适合现在市场多变的要求; 可以随时根据销售情况决定生产, 可以生产连续窑不易生产的大件、超大件产品, 这些都是连续窑无法比拟的。但它也有许多缺点, 能耗高就是其中关键一项。随着技术水平的提高, 梭式窑的优点正得到充分的发挥, 而过去的缺点更日益成为历史。现在国外引进的梭式窑, 其能耗指标比隧道窑高不出多少, 因此应用也日益广泛, 甚至成为有些厂在小规模生产时的主要设备。但相比较而言, 国产梭式窑的性能还有点差距, 能耗当然也是其中之一。 九十年代初, 我国引进了一条瑞士尼诺的梭式窑, 该窑一定程度上代表了早期梭式窑设计上的思路。窑底两边侧墙上共布置了5 支烧嘴, 功率较大。五个排烟口也分布在侧墙底部, 风机排烟。烟气排出后经过热交换器加热助燃风, 烟气自身被冷却,再由风机排出。从实际应用效果来看, 效果并不理想, 除了温度均匀性较差外, 能耗也较高。同时由于换热效果不理想, 烟气得不到充分冷却, 不得不用冷却水冷却后再经风机排空。 1996 年, 天津美标公司从英国Bricesco 公司购买两座60m3梭式窑, 应该讲, 该窑代表了当今梭式窑设计上的最新思路。在窑体的两侧墙分散布置了24 支烧嘴, 采用了脉冲两侧燃烧系统, 分散式顶部自然排烟。从应用来看, 温度均匀性非常好, 烧成周期可以缩短到14 小时以下, 能耗约在1600 1800kcarlkg瓷。1997 年上半年, 该公司的所有产品都是用这两条梭式窑烧成, 质量非常稳定。该窑并没有采用任何余热利用措施, 烟气烟囟直接排入大气, 能耗却已达到相当先进的水平。 我国的厂家自行设计制造的梭式窑大多倾向于采用余热回收利用设备, 一般用烟气通过热交换器加热助燃空气, 但总体效果并不理想。相比较而言, 从近两年引进的卫生瓷生产用梭式窑来看, 几乎都不采用余热利用设备, 而是烟气直接自然排出, 但能耗却已大大降低。由此可见, 余热利用设备的采用对卫生瓷用 梭式窑性能的影响值得我们作一个综合性评价。1.2 论文研究方法 通过文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题，再根据功能分析法，将设备的功能特点、硬件配置、软件设计进行分析。1.3 论文研究内容 由燃气燃烧器、燃气阀组、助燃风机、流量计、压力变送器、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成，确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。控制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等。按照预先设定的升温曲线，经PLC运算，输出信号送给电磁阀，电磁阀接受 PLC 的信号，实现电磁阀的开关，控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时，PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度。以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上，并将有关热工参数显示在流程图上，同时指示有关设备的运行状态。2、系统简介 由燃气燃烧器（烧嘴）、燃气阀组、助燃风机、流量计（买方提供）、压力变送器（买方提供）、点火装置、燃气/空气压力检测装置、火焰监控装置等组成，确保系统在安全、合理的情况下稳定运行。2.1：空气管路 空气管路配助燃风机一台，经管道送到燃烧器，管路中安装压力开关。在空气压力欠压时，紧急关闭天然气切断阀，切断气源并报警。待故障排除后，由人工在控制室重新启动，确保生产安全。风机参数为：压力 8.3KPA-7.3KPA，流量1200-1500m/Hr 2.2：燃气管道 燃气管道在管路上设有手动球阀、高/低压力开关、燃气电磁阀，在燃气欠压/超压、风机故障、停风等不能正常使用的情况下，安全关闭切断阀，切断气源并报警。待故障排除后，由人工在控制室重新启动，确保生产安全。 2.3：自动控制系统 自动控制系统由温度控制系统、燃烧控制系统、压力控制系统、故障报警系统等组成。 2.3.1：可以根据炉膛温度，调节烧嘴的燃烧能力。 2.3.2：燃烧控制系统 当设备准备就绪后，开启助燃风机，助燃风由风机出口，进入燃烧系统空气管腔并通过调节阀组送入燃烧器；打开天然气进气阀门，天然气由稳压调压阀调压至工作压力，如果压力超过设定上限，排空阀打开，使管路实现排空泻压（根据贵司需要是否增加），如果系统没有异常报警，则打开安全切断阀、燃气通过调解阀组送入燃烧器，燃烧开始； 2.3.3：燃烧器功率调节 按照预先设定的升温曲线，经PLC运算，输出信号送给电磁阀，电磁阀接受 PLC 的信号，实现电磁阀的开关，控制燃烧器的大小火以及开关时间。当检测温度与设定温度偏离时，PLC系统控制燃烧器的燃烧功率调节炉内温度升温曲线1：室温-160，在160保温30min 160-290，在290度保温20min 290-350，在350度保温60min 350-416，在416度保温60min 416-1450，在1450度保温120min升温曲线2：室温-416，在416保温30min 416-800，50/h升温 800-1450，120/h升温，保温120min升温速率： 800以下，10-100/H 800以上，50-150/H 2.3.4：压力控制系统 风压：压力开关，欠压报警，联琐保护。 燃气压力：压力开关，超压报警，欠压紧急切断报警，联琐保护。 2.3.5：控制系统概述 控制系统包括电源开关、报警装置、PLC、火焰控制器、工控机、继电器等 控制系统能实现以下功能： 燃烧器的自动启动/停止 燃烧器故障自动停止并锁定 可以实现本地/远程控制 控制箱实现报警及复位功能 可以实现温度的调节功能工控机界面显示：系统总貌画面：以流程图的形式将炉区所有可控设备显示在一张图上，并将有关热工参数显示在流程图上，同时指示有关设备的运行状态。安全联锁画面：以醒目的形式显示与开炉有关的各种设备和介质的工况。当条件满足后，相应的部分变为绿色。当全部条件满足时，显示开炉允许OK；否则执行停炉操作报警总貌画面：按报警发生的时间顺序显示和记录报警的内容、报警等级、发生时间、消失时间、确认时间。控制回路及参数设定画面：以棒图和数字形式显示和改变各个控制回路的参数和状态，如调节器的输入值、模拟设定值、报警设定值、调节器输出、PID参数、手动自动方式等工艺曲线设定： 可以进行工艺曲线的设定，从数据库中选择即将入炉工件的曲线种类，画面即显示该工艺的曲线，点击启动按钮即可启动程序2.4：设备功能特点燃气系统：1.1：过滤器：用于净化主管路提供的燃气，以保证系统备件的正常工作。1.2：减压阀：用于调节主管道提供的燃气压力，满足本系统需求的燃气压力。1.3：压力表：用于测量燃烧系统中各段得压力，以便操作人员根据压力做出判断，确保系统安全稳定运行。1.4：高低压压力开关：用于测定系统的最高压力及最低压力，当压力高于设定最大或最小值时，系统会停止运行，确保系统安全稳定运行。1.5：燃气电磁阀：当系统出现压力过高或过低，燃气电磁阀会迅速关闭，确保系统安全。1.6：点火系统：采用点火电极点火，紫外线火焰检测器加测，火焰控制器控制点火1.7：空气电磁阀：控制空气流量，调节燃烧器功率1.8：燃烧器：601NM燃烧器具有调节比大，燃烧稳定，且Nox燃烧产物低的特点。1.9：火焰检测器：火焰检测器是为了检测火焰燃烧情况，一旦火焰熄灭，会提供信号，由操作人员再次点火。1.10：燃烧火焰控制器：用于点火装置控制和工业燃烧控制。2.5：技术指标系统各备件均采用安全防爆标准配置，电磁阀、安全切断阀、火焰检测器均为防爆类产品，对于非防爆的产品：火焰控制器等，我们会安装在控制室内。本燃烧系统废气、废烟排放符合CGC标准（中国国家标准）3、系统备件配置清单1.燃气主管路品名型号数量品牌及产地燃气球阀16FPV1国内、南京燃气过滤器16ES1派诺尼科燃气减压阀16SAR1派诺尼科燃气电磁阀16SVL1派诺尼科燃气发散阀8SB1派诺尼科低压压力开关DP25-501派诺尼科高压压力开关DP25-1501派诺尼科压力表YE-652派诺尼科2.燃气支管路燃气球阀8FPV4国内燃气电磁阀8SVL4派诺尼科燃气球阀6FPV4国内燃气电磁阀6SVL4派诺尼科3.空气主管路助燃风机FC1国内空气手动碟阀D373-801国内低压压力开关DP25-501派诺尼科压力表YE-651派诺尼科4.空气支管路空气手动蝶阀D373-504国内空气电磁阀16SVL4派诺尼科空气手动阀8FPV4国内5.燃烧器及点火燃烧器601NM4派诺尼科、国内组装火焰控制器ESTRO4派诺尼科点火变压器TAR-104派诺尼科火焰检测器UV-24派诺尼科点火电极EN4国内6.其他管路组装主管部分1国内、合肥电气控制就地控制柜（PLC）1国内、合肥辅件紧固件、垫片、高压导线等1国内、合肥调试派技术工程师现场指导安装调试1国内、合肥包装木箱包装1国内、合肥运输德邦物流1国内、合肥客户自备件燃气流量计1主管路燃气流量空气流量计1主管路空气流量空气压力变送器1主管路空气压力燃气压力变送器1主管路燃气压力炉压变送器1炉内压力热电偶55个测温点支管路组装所需材料清单另附1元器件现场焊接组装辅件1金属软管8根，保温棉适量，4、软件设计4.1系统图纸 4.2 下位机控制进入温度采集子程序 进行复位MBUS_CTRL指令(初始化主设备) mode（模式）：1，输入值1将CPU端口分配给Modbus协议并启用该协议。输入值0将CPU端口分配给PPI系统协议并禁Modbus协议。parity（奇偶校验）：0，无奇偶校验 error（错误位）：MB10 （0:无错误 1:奇偶校验选择无效 2:波特率选择无效 3:超时选择无效 4:模式选择无效）Modbus主设备设置为9600波特，无奇偶校验。从站允许1000毫秒(1秒)的应答时间。0.3s一个周期 0.1s采集一次激活一条MBUS_MSG指令。slave：从站参数是Modbus从站的地址。允许的范围是0到247，当前为4。 RW：0，进行读操作。 addr（地址）：参数是起始的Modbus地址count（计数字数）：8字（4000140008）。当启用标记(M30.0)打开时，调用一条MBUS_MSG指令。首次参数必须仅为启用指令时的首次扫描而设置。该指令从从站4读取(RW = 0) 8个保持寄存器。数据从Modbus从站的地址40001 - 40008读取并复制到CPU中的VB10000- VB1008(8字)。采集完毕复位（M30.0）回到主程序进入温度处理子程序集热电偶1的温度（数字量）VW1000送到VW1102然后转为实数存到VD1100除以65535乘以1600得到热电偶的温度（摄氏度）存到VD1110以上是热电偶2-5的温度处理，热电偶2温度存到VD1130 热电偶3温度存到VD1150热电偶4温度存到VD1170 热电偶5温度存到VD1190采集炉膛压力经过处理转换为炉膛压力值存到VD1210处理子程序完毕回到主程序 初始化程序故障复位空气低压报警指示灯燃气低压报警指示灯燃气高压报警指示灯急停指示灯 当所有状态正常时准备就绪（M12.0）准备就绪，进行远程或就地启动助燃风机。 助燃风机启动后且准备就绪，进行远程或就地启动安全切断阀。安全切断阀启动后，可以进行远程或就地启动1号点火，点火持续2秒。1号就地关闭1号远程关闭计时1秒1秒后复位安全切断阀启动后，可以进行远程或就地启动2号点火，点火持续2秒。2号就地关闭2号远程关闭计时1秒1秒后复位安全切断阀启动后，可以进行远程或就地启动3号点火，点火持续2秒。3号就地关闭3号远程关闭计时1秒1秒后复位安全切断阀启动后，可以进行远程或就地启动4号点火，点火持续2秒4号就地关闭4号远程关闭计时1秒1秒后复位一号运行指示灯二号运行指示灯三号运行指示灯四号运行指示灯空气压力转换 转换成显示值（单位Kpa）燃气压力转换 转换成显示值（单位Kpa）燃气流量转换 转换成显示值（单位Kpa）处理VD1180（32位热电偶5温度值）存到VW1408（16位）热电偶5的温度值大于800摄氏度是启动PID调节M1.0以相同的周期不同的占空比进行得电M1.1以相同的周期不同的占空比进行得电从PLC上电开始进行PID调节M1.2以相同的周期不同的占空比进行得电从PLC上电开始进行PID调节M1.3以相同的周期不同的占空比进行得电一号、二号、三号、四号运行时根据PID调节控制一号、二号、三号、四号点火开关如果选择升温曲线1运行时当窑内温度：在160以下时把1转移给SB0，使S0.0有效 在160290时把2转移给SB0，使S0.1有效 在290350时把4转移给SB0，使S0.2有效在350416时把8转移给SB0，使S0.3有效 在4161450时把16转移给SB0，使S0.4有效进入升温曲线子程序装载S0.0热电偶检测到的温度小于160时，设定PID调节目标为160M7.1记录大于160的状态在160保温30分钟激活S0.1结束S0.0装载S0.1复位M7.1的状态设定PID调节目标为290M7.2记录大于290的状态在290保温20分钟激活S0.2S0.1结束装载S0.2复位M7.2的状态设定PID调节目标为350M7.3记录大于350的状态在350保温60分钟激活S0.3 S0.2结束装载S0.3 复位M7.3的状态设定PID调节目标为416M7.4记录大于416的状态416保温60分钟激活S0.4 S0.3结束装载S0.460分钟循坏一次1450以下时一小时升80设定PID调节目标为上面计算所得复位M7.4的状态M8.1记录大于416的状态设定PID调节目标为1450 M7.5记录大于1450的状态在1450保温120分钟激活S0.5结束S0.4复位M7.5M8.1升温曲线1子程序结束回到主程序如果选择的是升温曲线2运行时当窑内温度：在416以下时把1转移给SB1，使S1.0有效 在416800时把2转移给SB1，使S1.1有效 在8001450时把4转移给SB1，使S1.2有效进入升温曲线2子程序416以下时，设定PID目标为416，并记录到VD1424M7.6记录大于416的状态，并在416保温30分钟，30分钟后激活S1.1S1.0结束激活S1.1以1小时周期循环 800以下一 小时升50复位M7.6设定PID调节目标为上面计算值记录大于800状态，记录800值激活S1.2结束S1.1装载S1.2以一小时为周期循环1450以下，一小时升120复M7.7设定PID调节目标为上面计算值记录大于1450状态，记录1450值激活S1.3 结束S1.2复位M8.0升温曲线2子程序结束回到主程序用M31.6显示升温曲线完成 确认升温曲线完成后复位 程序结束4.3 上位机序号对应数据对象通道类型序号对应数据对象通道类型1就地远程控制I2.432点火关闭2M21.32急停输出Q0.033点火3M21.43空气低压Q0.134点火关闭3M21.54燃气低压Q0.235点火4M21.65燃气高压Q0.336点火关闭4M21.76助燃风机控制Q0.437故障复位M22.57安全阀控制Q0.538升温曲线完成确定M31.58点火控制输出1Q0.639升温曲线完成M31.69点火控制输出2Q0.740热电偶测温值1VDF111010点火控制输出3Q1.041热电偶测温值2VDF113011点火控制输出4Q1.142热电偶测温值3VDF115012运行输出1Q1.243热电偶测温值4VDF117013运行输出2Q1.344热电偶测温值5VDF119014运行输出3Q1.445炉膛压力值VDF121015运行输出4Q1.546空气压力VDF131216大火控制输出1Q1.647燃气压力VDF133217大火控制输出2Q1.748燃气流量VDF135218大火控制输出3Q2.049温度目标值VDF142019大火控制输出4Q2.150回路增益1VDF281220温度曲线选择M7.051积分时间1VDF282021运中手动启停大火1M9.052微分时间1VDF282422运中手动启停大火2M9.153回路增益2VDF301223运中手动启停大火3M9.254积分时间2VDF302024运中手动启停大火4M9.355微分时间2VDF302425助燃风机启动M20.456回路增益3VDF321226助燃风机关闭M20.557积分时间3VDF322027安全阀启动M20.658微分时间3VDF322428安全阀关闭M20.759回路增益4VDF341229点火1M21.060积分时间4VDF342030点火关闭1M21.161微分时间4VDF342431点火2M21.24.4 S7-200与MCGS通过以太网通讯5.1 PLC程序设置：（1）选择“工具”菜单下的“以太网向导.”。（2）打开“以太网向导”，简单介绍CP243-1及以太网的有关信息，点击“下一步”（3）设置CP243-1模块的位置，如不能确定，可以点击“读取模块”由软件自动探测模块的位置，点击“下一步”（4）设定CP243-1模块的IP地址（192.168.1.1）和子网掩码，并指定模块连接的类型（本例选为自动检测通讯），点击“下一步”（5）确定PLC为CP243-1分布的输出口的起始字节地址（一般使用缺省值即可）和连接数据数，点击“下一步”。（6）选择远端地址192.168.1.27）选择是否需要CRC保护，如选择了此功能，则CP243-1在每次系统重启时，就校验S7-200中的组态信息看是否被修改，如被改过，则停止启动，并重新设置IP地址。“保持活动间隔”即是上步中的探测通信状态的时间间隔。（8）选定CP243-1组态信息的存放地址，此地址区在用户程序中不可再用。（9）至此，S7-200服务器端的以太网通信已经组态完毕，如下图，给出了组态后的信息。点击“完成”保存组态信息。（10）在程序调用子程序“ETH0_CTRL”ETH0_CTRL为初始化和控制子程序，在开始时执行以太网模块检查。应当在每次扫描开始调用该子程序，且每个模块仅限使用一次该子程序。每次CPU更改为RUN（运行）时，该指令命令CP243-1以太网模块检查V组态数据区是否存在新配置。如果配置不同或CRC保护被禁用，则用新配置重设模块。当以太网模块准备从其他指令接收命令时，CP_Ready置1。Ch_Ready的每一位对应一个指定，显示该通道的连接状态。例如，当通道0建立连接后，位0置1。Error（错误）包含模块通信状态。5.2 MCGS设备窗口设置(1) 在设备窗口下添加（西门子S7200_CP243-以太网）(2) 设置本地IP地址192.168.1.2 远端IP地址192.168.1.1（3）增加设备通道（4）建立好实时数据库，链接设备通道。此便完成了通讯的设置。5、毕业设计总结通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学