窑炉电气控制系统的电气原理设计

西南林业大学本科毕业（设计）论文（ 2016 届）题目：窑炉电气控制系统的电气原理设计 教学院（系、部）机械与交通学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 罗天华 指导教师 李玮 （教授）评 阅 人 （教授） 2016 年 月 日摘要I窑炉电气控制系统电气原理设计 罗天华 （西南林业大学 机械与交通学院 云南 昆明 650000）摘要：窑炉是用耐火材料砌成的用以烧成制品的设备，是陶艺成型中的必备设施。人类上万年的陶瓷烧造历史，积累了丰富的造窑样式和经验。从原始社会的地上露天堆烧、挖坑筑烧到馒头状升焰圆窑、半倒焰马蹄形窑、半坡龙窑、鸭蛋形窑，再到现今的室内气窑、电窑，窑炉科技在不断改良发展中。本文是针对窑炉电气控制原理及控制要求等，在查阅相关文献的基础上，通过现场调研分析窑炉的工作原理，根据窑炉加工工艺及控制要求的分析，完成了该设备的电气原理设计。通过该设计，将自己所学的理论知识和实践结合起来，真正了解了工业控制在工厂中的应用。对自己所学专业也有了深刻的认知和了解。关键词：窑炉；电气原理；加工工艺；电气控制摘要IIFurnace 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;目录III目录窑炉电气控制系统电气原理设计 .I1 绪论 .51.1 概述 .51.2 基本介绍 .51.2.1 设计意义 .51.2.2 功能介绍 .52. 窑炉结构 .72.1 机械结构 .72.1.1 本窑炉技术参数 .72.1.2 窑体结构 .82.1.3 窑车结构 .92.1.4 排烟系统 .92.1.5 燃烧系统 .102.1.6 冷却系统 .102.2 控制系统 .102.2.1 本控制系统特点 .112.2.2 自动控制系统的控制内容 .113. 窑炉工艺分析 .133.1 整体结构示意 .133.2 工作原理及操作流程 .133.2.1 自动调控原理 .133.2.2 操作流程 .143.3 工艺对比 .154. 电气控制原理设计 .174.1 电气控制选型 .174.2 电气控制原理介绍 .184.2.1 电气原理 .18目录IV4.2.2 I/O 分配表 .27第 5 章 总结与展望 .315.1 总结 .315.11 论文主要内容 .315.12 论文设计总结 .315.2 展望 .31参考文献 .31导师简介 .33致谢 .34附录 .35参考文献. .23导师简介.24致谢.25附录.21.绪论51 绪论1.1 概述窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备，本文是围绕梭式窑的电气原理进行设计。它的主要特点是生产方式和时间安排比较灵活，对烧成品种的适应性强，因此既可作为主要烧成设备，用于小批量多品种的产品生产，满足市场多样化的需求；又可作为辅助烧成设备，用于产品的烧成和新产品的试生产。本窑炉是一种现代化的间歇窑炉，使用天然气作为燃料，通过热电偶等仪表采集数据传送给 PLC，通过 PLC 程序运算，其输出实现各阀门开度和电机运行的控制，同时根据仪表实时数据进行反馈调节，以达到所需控制参数要求的自动化控制的目的。同时，本文对窑炉的辅助设备如窑车，窑门和烘房的电气控制进行简要说明。1.2 基本介绍1.2.1 设计意义梭式窑与辊道窑及隧道窑相比较，具有占地少、建设周期短、投资少、周转灵活、低风险、操作简便等优点。但是，目前一些厂家所使用的国产中小型梭式窑炉，仍存在着许多缺陷，主要体现在能耗高、温差大、烧成合格率低、使用寿命短、焙烧过程难控制不合理等方面。1.2.2 功能介绍梭式窑是间歇烧成的窑，跟火柴盒的结构类似，窑车推进窑内烧成，烧完了再往相反的方向拉出来，卸下烧好的陶瓷，窑车如同梭子，故而称为梭式窑。梭式窑是一种以窑车做窑底的倒焰(或半倒焰)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最为迅速的窑型之一。梭式窑除具有一般倒焰窑操作灵活性大，能满足多品种生产等优点外，其装1.绪论6窑、出窑和制品的部分冷却可以在窑外进行，既改善了劳动条件，又可以缩短窑的周转时间。但由于间歇烧成，窑的蓄热损失和散热损失大，烟气温度高，热耗量较高。新型节能型梭式窑改进了窑体砌筑结构，增设了废气余热利用装置，使这一缺点很大改善。1.2.3 完成的主要工作1）根据窑炉工作情况，对窑炉结构进行说明。2）通过电气原理设计，对窑炉的控制系统和工作原理进行了分析。3）通过电气原理图，对窑炉工作的每一环节进行说明。2.窑炉结构72. 窑炉结构2.1 机械结构 本窑炉机械结构部分包括窑炉基础、窑体、窑车、排烟系统及燃烧系统。2.1.1 本窑炉技术参数如下表 2-1 所示，表 2-1 序号 名 称 单位 指标 备注1 产品类型 电瓷2 窑总容积 m 195 15.6*5*2.53有效装载容积 m146 2.2*4.8*2.3*6 台车4 窑车总数 辆 12 窑内 6 部，窑外 6 部5 燃料种类 天然气6 燃料热值 KCal/Nm3 84007 烧成周期 小时 40-120 冷-冷8 烧成合格率 % 989 烧成温度 125010最高烧成温度 130011 窑内温差 保温阶段2升温阶段40/h5仪表显示温度12 烧嘴 支 14 施能 SINON13 窑体外表温 50 环境温度为 20时2.窑炉结构8度14温度控制方式自动 西门子 PLC_VIPA15 助燃风预热 304 不锈钢换热器16窑压控制方式自动17风机控制方式自动18 排烟方式 机械下排烟19 排烟风机 台 32kw*1 变频20 助燃风机 台 22kw*1 变频21 调温风机 台 18.5kw*1 变频本窑炉为先进的轻型装配式结构，窑炉及产品比较重，对基础和地基的要求很高。同时因窑炉存在振动，因此地耐力按常规要求需达到 6-8 吨/ 以上。基础的厚度要求为 300mm，其中由下至上分别为 100mm 厚 C15 混凝土垫层和200mm 厚 C20 钢筋混凝土，窑体置于钢筋混凝土之上。轨道上平面标高为0.000M，窑基础上表面标高要求为-0.090M，停车道基础上表面标高-0.090M，因此对地下水无特别要求。基础底部地基要求加 37 灰土夯实。2.1.2 窑体结构梭式窑窑体由钢结构和砌体两部分组成。窑体钢结构系由型钢和钢板制作而成的全封闭式框架结构，既作为窑砌体的支撑和窑顶的悬挂承重结构，又是对窑侧墙的维护和加固密封。窑架立柱（两侧）采用 14槽钢，门框立柱采用 20槽钢，窑顶横梁采用 18工字钢，窑外表面采用4mm 厚钢板装饰。砌体全部包含于钢结构内面，由侧墙、窑顶及窑门、烧嘴等部分组成，如表 2-2 所示。 2.窑炉结构9表 2-2 材料表部位 耐火材料 总厚度窑墙230mm JM28 轻质莫来石砖+115mm 聚轻高铝+120mm 硅酸铝纤维 465mm窑门230mm JM28 轻质莫来石砖+115mm 聚轻高铝+120mm 硅酸铝纤维 465mm烟道 230mm 轻质粘土砖，116mm 红砖窑车 侧壁 67mm 高铝砖窑顶250mm JM28 轻质莫来石砖，40mm 硅酸铝纤维毡，10mm 捣打料 300mm采用高速烧咀 10 套，窑墙两侧各 5 套，上下呈品字布置。窑车中央位置设置排烟口（窑体横向） ，窑内烟气经过窑车吸火孔，再经过烟道由排烟风机强制排出,烟道一侧设置自动渗冷风机构，其管径为 400mm，用来调节烟气温度并使烟道内烟气再度充分氧化，使烟气排出达到国家标准。2.1.3 窑车结构该窑配有 6 部窑车，设备用 6 部窑车。窑车框架采用 14槽钢结构，砌体为重、轻质砖混合结构。既承重又轻便节能。车轴用 45#圆钢加工而成，车轮为铸钢结构，轴承采用耐温 250