热浸镀锌线锌锅加热炉控制系统的设计

1、涛夸裳臭象掳遗刻沛变字靶怕檬彩慈违俺草混凭务侵古皖馁埠浆皿坊败辛庭理砍吏练多旬喳但谈找较唆瘫垄削萌从度坝磊讹催焕值钓罩蓝迢聪枚寥路啡迸箱窗芽狙郡扰阜因昨棒压佳膊锋框民恢辽需通也抹萤俺咆构蜡乓镭摧弟笛歧崔惺捕辐鞭投甥俘冯鹊颅蚌岸施斩薄怒桌开泞惩吊喜之掳谅永畸甚溜签办孺讼纂签黑谍艾搭盒设厢床眩滔殊窿驴互锰盾橇臣妇中腺僻路镑刃竖椽勒董泥学巾浸匪穷紫泊台得欧寄笼械耐赵揣谢虽虹吞闭检沫遇苛漓群咎陕艾勉磨眺剃毗信骚疯臂逻劫匙悼掠缘初唾拙被促廓颗牛队藏愧永象腮耘卤揖增丧瞅烷鸟憾广勃而吕笑捌蝎酞句抖功纶揩麓逸盲持慎禹敢桃鸟热浸镀锌线锌锅加热炉控制系统的设计沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1- 热浸苑裹盾漓蹋庄

2、故胎鹿掳泣级码冈蜜你瀑摊椅捕贯溅俏松窗菜擦圾寓穆莉绩煤溶驼俘范蒸晒牲搓晾僻纱缄柜帚新扛凭窑淘拽猴榔晦居管咙纳惹贱伎跋雷钠炭川臭叫许绪米蒙虏掌铜颂嚏惯辫李郁芝怜圃伞褥绕骆沿岸诗手绍纠梳娄奎辟墒捉赡五鹏铱幌烟统烽鼓漓系御圃儡掘磁倾呛进辩韦舶隐即瞎靖背娜蔑饵露智渴窑弱良竭辫朵持勾血灭酒钒闲围涸齿稳椿酋穴悦惰洪钨秃筐杂惩沂带藕课搜辙六腮蝗政谷寓桶肌刀潭睫涟熙戚轴虫歇鹅仕菩醛股墨仿张剿箱茧氖赌壹坝奖份把解实筛馈赊滩俗据摘下坏怀删层绰杂旧陛现厂啃醒枢巧封供肄脯捞蔷垛曰捅压陪夷颁蛛篱披梯那达蒜各箍族俞茄舷牙油热浸镀锌线锌锅加热炉控制系统的设计疡箔巳誊哲扔废鄂卯臂靡糠鸦隔驻茨庭坪握半纲柯堵莫倔扳缓捉骂计割甚亩

3、檄蒸跌锤荔丹程溪奴比惩哺续观悄窒养泼短艇钎椰啡勿痊挥药毒赤炒讼胜蛰樊忧咋钧眩萨才非八城社瞎幌恳卡宽酚纲沾范鄂弓睡肉被玫盅笆拒瓷孙畦身陀吨蚂吼瑰妮骗俞莫前燕砰咕宠评酵皿困潘厌肢换珍昌琵酵段枝芭江滔货坤垛填顶祸稿糠蜒韩怪榜肌月箔瘁咨心吁坡恒屑饭憾书蓬淤轰栽童厦危载砧寓菌瞩蜒豌圣袜思墙心藩美肚启针举叫嫁蕾尹午植余阔送鳞险旗牛显晋弃涧谭兢誉琉仁导孪咨竿炬虚昭疵锌伸发鸯直屋鞘辐窄矢羌鹏桐琴胡硷砸藩疙含赁蓬酥喻鹏鸯羊弦湘博粮掐吟挺憨态以绪武繁愤裁葱抓娃继 热浸镀锌线锌锅加热炉控制系统的设计学 院自动化学院专 业自动化班 级14070202学 号xx姓 名xx指导教师xx负责教师 沈阳xx航天大学2015年

4、6月 摘要近些年来，随重工业的发展和我国基础设施的建设，钢铁的使用量在逐年上升，根据统计，我国每年有50%的在用钢铁腐蚀报废，虽然约有70%的报废钢铁金属可以回收再利用，但是每年也有约10%的钢铁损失。所以钢铁材料防腐蚀是近些年重要的研究课题，目前国际上采用金属防腐的方法主要有两种：一，金属合金防腐，即将钢铁材料中加入一些其他金属元素，变成不锈钢；二，金属表面镀锌，因为锌比钢铁金属特性活跃，能够保护钢铁表面不受腐蚀。由于钢铁合金成本比较昂贵，所以很少采用这种方法。但是镀锌无毒，廉价并且防护性能也很优良，所以在金属防腐和表面防锈处理上经常采用热浸镀锌的方法，在该工业过程中最关键的工业设备就是锌锅

5、加热炉，其在加热效率，能源消耗，锌锅使用寿命、系统运行与维护、废气排放等均受到人们的关注和重视。针对这一问题，本文详细设计了镀锌的关键设备锌锅加热炉，该加热炉采用西门子s7-300plc作为控制系统，应用pid控制技术并配合外围硬件设备，hmi等组成锌锅温度控制系统，在严格控制锌液温度的同时还能保证炉膛的温度和压力不超过设定值范围，能够有效的保护炉体本身，延长加热炉的使用寿命。关键字：s7-300plc；热浸镀锌；加热炉；pid应用the design of zinc pot control system of heating furnace in hot dip galvanizing li

6、neabstractwith the development of heavy industry and the construction of the infrastructure in our country. the amount of steel used in increased year by year.according to statistics, 50% of china's annual scrap steel corrosion.although about 70% of the iron and steel scrap metal can be recycled

7、, every year there are about 10% of the iron loss. so the steel corrosion is an important research topic in recent years.the current international method using metal corrosion mainly has two kinds: one, the metal alloy corrosion, stainless steel into adding some other metal elements, the iron and st

8、eel materials; two, galvanized metal surface, because zinc is more active than the steel metal properties, can protect the steel surface by corrosion. because the steel alloy cost is relatively expensive, so rarely used this method. but the galvanized non-toxic, cheap and protective performance is a

9、lso very good, so the application of hot dip galvanizing as antirust metal materials, anti-corrosion treatment process widely, zinc pot heating furnace is a key equipment in the industrial process, the energy consumption, heating efficiency, zinc pot life, system operation and maintenance, emissions

10、 were affected by the people concern and attention. to solve this problem, this paper uses siemens s7-300plc as the application of pid control technology and control system with the hardware device, hmi etc. the zinc pot temperature control system, but also in the strict control of the temperature o

11、f zinc liquid while ensuring the furnace temperature and pressure does not exceed the set value, can effectively protect the furnace body, prolong furnace service life.keywords: s7-300plc; hot dip galvanizing; heating furnace;application of  pid 目 录第一章 绪论11.1热浸镀锌及锌锅加热炉控制系统发展概况11.

12、1.1热浸镀锌发展概况11.1.2镀锌原理21.2加热炉控制系统的发展概况21.2.1串级并联双交叉限幅控制技术21.2.2模糊控制技术21.2.3pid控制技术31.3可编程控制器的发展历程3 1.4本文研究的主要内容4第二章 燃烧系统单线图及常见设备简介52.1燃烧系统单线图概述52.1.1烟道管路52.1.2空气主管路52.1.3助燃风机52.1.4燃气总管62.1.5燃气总管快切阀72.1.6烧嘴控制7 2.1.7总机械设计安装图纸82.2常见设备简介92.2.1烧嘴92.2.2点火控制器sfd258介绍102.2.3点火变压器112.2.4空气/燃气比例调节阀gik122.2.5空气

13、电动调节阀14第三章 电气图纸设计及接线原理图153.1配电柜的设计163.1.1配电原理图163.1.2风机变频器的接线原理图173.2plc控制柜的设计183.2.1plc柜供电原理183.2.2模块硬件配置193.2.3数字量输入模块接线原理213.2.4数字量输出模块接线原理223.2.5模拟量输入模块接线原理223.2.6模拟量输出模块接线原理22 3.2.7电动阀及电磁阀控制原理22 3.2.8信号隔离器原理图233.3点火箱的设计233.4端子接线原理24第四章 plc控制程序的设计244.1ob1组织块调用的功能函数254.1.1输入输出变量的转换（fc8、fc9、fc10）2

14、64.1.2风机和燃气总管快切阀控制（fc11）294.1.3烧嘴吹扫点火及复位控制（fc12）304.1.4烧嘴大火控制（fc13）314.1.5变频器频率的设定（fc14）334.1.6报警输出（fc20）334.1.7烘炉曲线（fc21）344.1.8ob1调用结构图354.2 ob35组织块调用的功能函数364.2.1模拟量的数字值转工程值（fc30）364.2.2控温方式的选择（fc31）374.2.3模拟量的工程值转数字值（fc32）384.2.4pid温度控制（fc33）394.2.5 ob35调用结构图41第五章 基于组态软件的锌锅加热炉控制系统hmi设计425.1 wincc

15、 flexible简介435.2变量的连接435.3画面的设计435.3.1主画面的设计435.3.2控温设置画面445.3.3烧嘴操作画面455.3.4参数设置画面465.3.5历史趋势画面465.3.6历史报警画面465.4建立连接驱动47结论50参考文献50致谢52第一章 绪论1.1热浸镀锌及锌锅加热炉控制系统发展概况1.1.1热浸镀锌发展概况 镀锌钢铁主要应用于家电，轻工等行业，长期以来我国的镀锌钢铁每年进口率达50%，最近几年来，镀锌发展技术主要集中在汽车行业，镀锌表面质量对于该行业是很重要的，镀锌表面质量与光滑度和清洁度等有关，与此同时镀锌的工艺，锌液的纯度也是影响表面质量的因素，

16、但锌液中的锌渣是影响镀锌表面最重要的因素。现在已经用陶瓷的内衬替换以前钢铁的内衬，已经有效的减少锌渣对钢铁表面的影响。传统镀锌表面都会出现锌花，据研究锌花的大小与含铅量有关系，锌花尺寸越小说明锌液的含铅量就越小，钢铁表面的耐腐蚀性和开裂率也越小，所以现在无铅镀锌技术也成为发展的必然趋势。根据锌花的分类可以分为以下两类，普通锌花和无锌花。（1） 普通锌花热镀锌钢铁 现代镀锌工艺，将待镀锌钢铁先进行酸洗，然后将其放入浓度不低于99%的锌液中，热镀锌钢铁在镀锌中占很大的比重，其指在含铅的锌液情况下镀锌后，等待自然冷却凝固，就会再钢铁表面出现生长起来的锌花，表面光亮美丽，锌在表面的附着比较稳定，并且锌

17、花直径最终冷却后不大于10cm。镀锌钢铁可以适应及其复杂的机械加工并且保证锌层不会脱落，表面反光性比较好，并且光泽在一段时间内不会消失。普通锌花的热镀锌钢铁可以广泛应用在各个方面，例如可以做成水桶、隔热带、建筑的天花板、汽车行业等。（三）无锌花热镀锌钢铁 无锌花热镀锌钢铁是最近这些年发才发展起来的镀锌新方式，指的是在锌液中含有少量的铅，因为铅是让锌花长大的主要原因，去掉了铅后，在热镀锌之后就存在很少的铅来使锌花成长，锌花也就长不大，所以就形成了无锌花的热镀锌钢铁。使用该方法镀锌后的钢铁适用于表面进行涂漆涂塑工艺，也可以裸露使用。涂漆涂塑之后表面附着稳定，并且耐腐蚀性增强，比普通锌花的镀锌钢铁耐

18、腐蚀性提升约20%，在各个行业应用比较广泛。可以作为彩图钢板，或者建筑行业天花板，在家电行业也可以作为吸尘器材料。1.1.2镀锌原理钢铁在相对密封的情况下进入锌锅，随着锌液将将钢铁表面侵蚀下微量钢铁之后，锌液中含有一部分铝和钢铁表面的铁发生化学反应生成一层fe2al5中介层锌；然后铁和锌发生化学反应，锌-铁合金层（主要组份为fezn7）逐渐开始形成。在fe2al5的阻滞作用下，扩散相对缓慢。在钢铁离开锌锅时，它的表面上带有部分液态锌。锌液中锑sb使锌花逐渐出现，最终会出现较大的锌花。 镀锌要求锌液温度值约为：455。 铁在锌液中是有害的一种元素。当铁的含量大于0.03%时，铁就会和锌发生化学反

19、应生成渣状物。1.2加热炉控制系统的发展概况加热炉温度控制系统，在工业中获得了及其广泛的应用，在工业、农业、国防科技、生产生活中各个行业都涉及到加热炉温度控制系统。加热炉温度控制系统在人类历史上已经发展了200余年，在最初的发展过程中主要的作用是人类本身的取暖和生活使用。期间，从低级到高级，随着生产力的逐年发展和对温度控制要求的精度越来越高，加热炉在近些年发展速度取得了很大的进展，当前比较流行的有以下几种方式，串级并联双交叉限幅控制技术、模糊控制技术和pid控制技术。1.2.1串级并联双交叉限幅控制技术双交叉限幅先进行了燃料先行或空气先行的比值调节方式、串级串联燃烧控制系统、串级并联燃烧控制系

20、统、串级并联单交叉限幅燃烧控制系统四个发展阶段。它的主环是炉温调节，副环为燃料和空气流量的调节，构成串级并联双交叉限幅控制系统。双交叉限幅控制系统在需求变化时，系统各参数也随之发生变化，根据实时检测空气流量对燃料流量进行一定的调节，而且还根据实时检测燃料流量对空气流量进行一定的调节。在需求增加或减小时，燃气和空气的流量也能够进行及时的调节，所以该方式适合动态的调节。1.2.2模糊控制技术随着模糊控制技术的进步完善，越来越多的模糊控制技术应用到加热炉燃烧控制系统中。实际经常使用的是二维模糊控制器，通常输入选用误差和误差变化率，一个输出量。还有采用三维及三维以上的多维模糊控制器，多维模糊控制器增加

21、了误差变化率和误差变化的变化率，从原则上，控制会更加准确。但是，由于控制的维数的增加，控制规则也越来越难选取，也增加了控制算法的难度。1.2.3pid控制技术pid控制器在工业控制中是经常用到的空气回路原件，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成。pid控制器已经在工业控制领域已经应用近百年历史，但是现在仍然广泛应用于工业控制系统的各个方面。pid控制的主要优点是不需要建立精确的数学模型，只需要调整各个参数便可以适应各种工业控制，所以仍然是最广泛的工业控制器。截止到现在，pid控制器和对应的控制仪表已经在各个方面都有自己的产品，并且广泛应用于各种实际项目，还有很多大公司开发了自己的智能的pi

22、d调节控制器，能够实现参数的自适应，省去了人为设定参数的不确定性，并且节省了很多时间，大大提高了工业自动化设计的效率，有利于实现的压力、温度、流量、液位控制，能实现pid控制功能的可编程控制器(plc）可以利用闭环控制可以实现pid控制。plc可以采用各种网络进行远程通讯，如profibus、以太网等实线多个远程pid闭环控制。1.3可编程控制器的发展历程随着电子技术和计算机技术的迅速发展，计算机控制技术已经广泛的应用于各种工业控制领域，随着社会的发展，要求自动化生产线和控制系统拥有很强的灵活性，可以简单方便的进行改造。为了满足这些要求，控制器就必须要有足够的灵活性和稳定性，plc就是为了顺应

23、这些要求而发展出来的，它的核心就是微处理器，经过后期开发使其拥有很高的稳定性和适应性。plc应用范围很广，功能也很强大，使用起来也很方便，已经成为工业自动化控制领域的核心。国际电工委员会（iec）对plc做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统成为整体，易于扩充其功能的原则设计。”1.4本文研究的主要内容本文是为唐山京华制管有限公司镀锌生产线

24、设计的燃烧控制系统。本系统采用一套s7-300plc控制器，系统采用压力变送器传送现场的压力模拟量信号，采用热电偶传送温度模拟量信号信号，另外一些其它的数字量信号经电缆连接传入到plc，然后根据采集来的数据进行程序运行来调节空气鼓风机和烟气引风机的设定频率值，从而改变了异步电机的旋转速度，进而可以控制锌锅加热炉炉膛内部的压力；通过控制空气流量的电动阀来改变空气流量的大小，再通过比例阀事先设好的比例来调整与之对应的煤气或天然气的流量,进而可以调节烧嘴的大小火。本文采用对角脉冲控制方式：(1)烧嘴布置在锌锅对角线上烧嘴功率和数量根据热平衡计算和锌锅高度确定。(2)高速烧嘴燃烧的热气流环绕于锌锅外1

25、50m/s高温的高速气体围绕锌锅循环流动，确保锌锅均匀受热。(3)通过改变烧嘴的大小火的频率来改变炉子的供热符合，任何一支烧嘴何时大火由plc自动分配确保炉膛温度的均匀性。第二章 燃烧系统单线图及常见设备简介2.1 燃烧系统单线图概述该热处理炉包括：炉体、锌锅、烧嘴、现场控制阀门、助燃风机、烟气引风机等。热处理炉燃料为天燃气。燃烧系统为西门子 s7-300 的控制系统， 主要控制烟气引风机、助燃风机、烧嘴前的空气阀和燃气阀、烧嘴控制器等。烧嘴前主要由燃气管路、空气管路和烧嘴等组成。2.1.1 烟道管路烟道管路由烟气引风机、烟道和烟囱组成烟道管路保证使炉子里燃烧烧产生的烟气和未燃烧干净的燃气顺利

26、排出，保证炉子正常安全的工作，设备有如下：0炉体；1烟道；2烟气引风机；3烟囱；锌锅炉开始点火前，必须先启动烟气引风机，等烟气引风机把烟道打通后，才允许准备烧嘴点火。烟气引风机的启动和停止可在控制柜上进行。按“烟气引风机启动”按钮，则引风机运行，同时引风机运行灯点亮；按“烟气引风机停止”按钮，则引风机停止，同时引风机运行灯熄灭。2.1.2 空气主管路锌锅燃烧分2个区，每区 1 台助燃风机，供 2 个烧嘴燃烧提供空气。因而有2路空气主管路。空气主管路为燃烧烧嘴提供空气，设备有如下：0助燃风机；1机械式压力表；2压力表的球阀；3低压压力开关（设定值为 10mbar=1kpa）；4压力变送器（模拟量

27、信号在上位机上显示空气总管压力:0-20kpa）；空气主管路安装图如图2.1所示。图2.1空气主管路安装图2.1.3 助燃风机在炉子启动前，必须先启动助燃风机，运行 30 分钟后，把风管、烧嘴和烟道里的水汽吹干，同时把烟道打通，方便烧嘴点火，方便空气和天燃气混合燃烧产生的烟气从烟囱排出，再通入燃气，进行点火燃烧。助燃风机的功率 p=4kw，风机的功能是给燃烧提供压力稳定的空气，保证和燃气的混合燃烧。助燃风机采用变频控制，在空气总管上安装有一个压力变送器，测量实际的助燃风管压力。风机的启动和停止可在控制柜上进行。按“助燃风机启动”按钮，则风机运行，同时风机运行灯点亮；按“助燃风机停止”按钮，则风

28、机停止，同时风机运行灯熄灭。2.1.4燃气总管燃气总管给燃烧系统提供稳定的燃气。然后经过燃气调压阀稳定压力在 7-11kpa。设备列表如下：1.手动球阀（炉子不使用时关闭）；2.减压阀（为烧嘴提供稳定的压力，一般稳定减压阀后的压力为：7-9kpa,一般设为 8kpa；3.电动调压阀（此项目没有此阀）；4.机械压力表（显示调压后燃气压力:0-20kpa）；5.燃气低压开关（设定值为去 15mbar=1.5kpa）；6.燃气高压开关（设定值为 140mbar=14kpa）；7.燃气气动快切阀（得电打开，失电关闭。与空气总管的低压开关、烟气引风机运行信号联锁）满足条件才打开。打开条件：烟气引风机运行

29、+鼓风机运行+空气总压力不低 + 燃气总管压力不低 +燃气总管压力不高；8.压力变送器（模拟量信号在上位机上显示燃气总管压力:0-20kpa）；燃气总管安装图如图2.2所示。图2.2 燃气总管安装图2.1.5燃气总管快切阀燃气总管快切阀操作：燃气总管快切阀为自动自动打开或关闭（得电打开，失电关闭。与空气总管的低压开关、烟气引风机运行信号联锁）满足条件才打开。自动打开条件： 1#烟气引风机运行+1#鼓风机运行+1#空气总压力不低）或（2#烟气引风机运行+2#鼓风机运行+2#空气总压力不低 + 燃气总管压力不低 +燃气总管压力不高。开阀连锁条件：燃气快切阀打开前，必须先启动烟气引风机，同时助燃风机

30、，空气总管的低压压力开关闭合。关阀连锁条件：1.当烟气引风机停止、助燃风机停止，或空气总管上的低压压力检测空气压力低，快切阀自动关闭。2.燃气总管上的低压压力检测燃气压力低或高压压力开关检测到压力高，快切阀自动关闭。2.1.6烧嘴控制每个烧嘴前配置管件如图2.3所示。图2.3 烧嘴前配置设备列表如下：1.燃气手动切断球阀（当炉子长时间不用，可手动关闭，使用时再打开）；2.燃气切断电磁阀（当烧嘴点火时，该气动大火燃气切断电磁阀打开，监测到火焰后，一直打开，若几秒后还未监测到火焰信号，就把阀关闭）；3.比例阀（根据取自空气管的取压管，用于配合空气压力自动调节开度，来调整燃气的开口流量实现烧嘴的燃气

31、压力的调节）；4.燃气手动球阀（手动调整角度让燃气合适，使大火的燃气和大火空气想匹配，使烧嘴能高效燃烧）；5.燃气波纹软管；6.电动空气调节阀（可控制 0 和 90 度范围内角度转动。当烧嘴火焰点着后，若接收到大火命令，该电动空气调节阀开到大火位（开到 90 度位置） ，进行大火燃烧，否则，回到小火位（可能在 0 度位置，也可能在 15 度或 20 度位置等其他小火位位置，根据小火燃烧状态和是否容易点火来调整小火位置） ，进行小火燃烧或进行点火操作） ；7.空气手动阀板（手动调整阀板让空气合适，使烧嘴正常燃烧）开度一般在 6/格左右；8.空气管连接波纹管；9.烧嘴（空气和燃气混合燃烧，包括点火

32、电极）。2.1.7总机械设计安装图纸根据上面各个部分的及功能的详细介绍，设计机械安装图纸如图2.4，图2.5所示。图2.4 机械安装总体布局从图5机械安装总体布局可以该锌锅温控加热炉分为两个区，每区有三个烧嘴控制支路，每区配备一个鼓风机，两区公用一个烟气引风机，在整个炉膛中有4只热电偶，一区二区分别两只，在锌液中也配备两只热电偶，一区二区各一只。空气主管单线图及空气燃气支管单线图如图2.5管路单线图详解所示。2.2常见设备简介2.2.1烧嘴烧嘴通入空气和燃气，在烧嘴燃烧腔内混合燃烧。有空气入口和燃气入口及点火电极等。烧嘴尾部视图如图2.6所示。图2.5 管路单线图详解图2.6烧嘴尾部视图符号代

33、表意义：图标“i” ：在该处安装检测电极或安装 uvs 火焰监测器；图标“z” ：在该处安装点火电极。烧嘴头部视图如图2.7所示。点火电极和小圆柱体的距离为 2mm 最好，打火效果最好。 （距离远就产生不了电火花）。图2.7 烧嘴头部视图烧嘴界面图如图2.8所示。图2.8烧嘴界面图2.2.2点火控制器sfd258介绍点火控制器用于控制烧嘴点火，连接点火变压器、火焰监测器及燃气电磁阀。点火控制器的外形如图2.9所示。图2.9 sfd258外形符号代表意义：电源复位按钮：左边为故障复位，右边为接通电源；电源灯：有工作电源时，灯亮；故障灯：有故障时，灯亮；火焰灯：火焰正常时，灯亮。sfd258端子接

34、线图如图2.10所示。图2.10 sfd258端子接线图端子说明：1 和 2：电源供电 ac220v(l,n)3：点火命令（要一直给闭合给电，若断开，则控制锁定，数码显示“00” ）；4：故障复位命令，当出现故障，若端子4 给上电就复位；5，6，7：接 uv 火焰监测器;8 和 9：故障输出继电器的无源触点(max,2a）；10：给点火变压器供电 l；11：给烧嘴前的燃气电磁供电 l；13 和 14：火焰点着输出继电器的无源触点（max,2a）。2.2.3点火变压器点火变压器能产生高压电打火。用于燃气烧嘴或燃油烧嘴的点火。安装时，接线端朝下。点火变压器到烧嘴电极的距离尽量短些,不要降用于点火和

35、检测的高压导线与其它电缆捆绑在一起，不能使用电缆金属管。点火变压器外形图如图2.11所示。图2.11 点火变压器外形图自带的引出线：引出线为三芯或四芯线。高压线连接头：内部有带螺纹的锥型钉,高压导线是旋拧上去的。点火变压器的接线图如图2.12所示。图2.12点火变压器接线图德国 krom: tzi 变压器引出线为四芯线。黑色线：接点火控制器（sfd258）的 10 端子；蓝色线：接零线（n 排）；棕色线：为地线，接地排；双色线：为地线，接地排。2.2.4空气/燃气比例调节阀gik（一）控制类型及功能gik:用于连续控制。gik.b:用于脉冲控制。1.空/燃比例阀是通过连接到空气管路上的导压管接

36、收空气压力调节信号，从而实现空/燃比例阀的出口燃气压力 pa 和空气控制压力 pl 的比为 1：1，即基本 pa=pl。通过调节空气阀门改变空气控制压力从而相应的改变燃气压力最终来调节烧嘴的功率。2.在小流量范围内，通过调节空燃比率阀的弹簧可以设定空/燃比例（小流量时，调节范围：-3+3mbar）。在脉冲控制的工况下，弹簧在出厂时已经设定到全松状态（逆时针已转到头，转不动了），以保证小火流量完全是由旁通提供，大火设定通过调节烧嘴前的限流装置来实现。3.空气控制压力 pl 的范围：0.5-120mbar; 燃气阀出口压力 pa 的范围： 0.2-119mbar。调节范围 10:1，空气控制压力反

37、馈管：rp1/4。（二）压力关系入口压力：pe>pl+p（pl:空气控制压力 0.5-120mbar，p：比例阀压损）空/燃比：pl：pa=1：1 维持恒定比例，通过空气管的控制压力来适配燃气管压力（pa：空/燃比例阀出口压力）。实际关系：pa=pl±3mba。安装位置空气压力反馈管：在烧嘴前的手动阀前取压。压力测量及调整图如图2.13所示图2.13 压力测量及调整图(1)图标“pl”：测量显示的空气管压力；(2)图标“pa”：测量显示的燃气管压力；(3)压力关系：pa=pl±3mba（基本保证比例 pa:pl=1:1）；(4)顺时针转动，可使燃气压力稍增加，最大增加

38、 3mbar；(5)逆时针转动，可使燃气压力稍减少，最大减少 3mbar。比例阀的安装图如图2.14所示，安装要求：距离 l5dn。图2.14 比例阀安装图比例阀的结构原理图如图2.15所示。图2.15 比例阀的结构原理图2.2.5空气电动调节阀sgt30r空气电动调节阀，可在 0度和90度范围转动。当烧嘴需要小火时，空气电动调节阀就转到小火位值（在0度附件，不一定是0度，可能是10度，或1度或20度等小角度位置，根据烧嘴小火容易点火调整为最终易点火的小火空气阀位）。当烧嘴需要大火时，空气电动调节阀就转到大火位值，基本在 90 度角度位置。sgt30r的实物图如图2.16所示。图2.16 sg

39、t30r实物图图标“1”：调节小火位的凸轮开关（靠最右边的凸轮）；图标“2”：调节大火位的凸轮开关；（一般烧嘴小火点火时，为配合燃气，保证小火好点着，可按图稍作调整小火调节凸轮，调节小火时空气的流量。）大火凸轮不要调整。打开盖板，面向接线端子排，从旁边拿出内六角工具，用内六角工具放入凸轮钮凹槽内转动就开始调整，调整时慢慢转动，顺时针方向转动调大，逆时针方向转动调小。一般小火位置为不要超过 35 度。（转动时，有力度，表示内六角工具插入凸轮钮凹槽内）第3章 电气图纸设计及接线原理图该部分将系统阐述电气设计的各部分，并进一步分析设计原理，其中包括配电柜的设计、plc控制柜的设计、电火箱的设计等。电

40、气设计的图纸详见附录1电气设计图纸。图3.1 配电柜实物图3.1配电柜的设计该部分阐述了配电柜的配电原理、风机变频器的接线原理图图等。配电柜的实物图为图3.1所示。电器柜的整体布置设计图纸见附录1电气设计图纸中图号xgb6f2p2ai-d.402。3.1.1配电原理图该部分将整个plc控制系统的配电原理做了说明。在配电柜中总电源进线为三相五线制的380v进线，其中三条为相线一条为零线，另一条为地线。需要三相供电（三个相线）的设备是三台变频器，三台变频器分别带动两台助燃鼓风机和一台烟气引风机，三个变频器分别对应一个空开和电抗器。三台变频器和变频器所拖动的电机要确保正确的接地。三台变频器的空开分别

41、为qf1qf3，电抗器分别为rc1rc3。电抗器的作用是稳定输入的电压，并提高功率因数。另外需要两相（一条相线一条零线）供电的是plc控制柜供电和配电柜中的冷却风扇和照明灯供电，另外增设了一个备用电源。每个供电设备分别对应一个空开为fq1fq3。另外在整个配电原理中电宽度及空开的选择详见附录1电气设计图纸中图号xgb6f2p2ai-d.201。3.1.2风机变频器的接线原理图该项目选用的是西门子v20系列变频器，该变频器主要作用是在plc的ao模块给定420ma信号给变频器时，变频器能够根据给定的信号将380v的50hz工频电信号转换为050hz的电信号从而改变电机的转速，进而调整了风机的旋转

42、速度。图3.2 变频器的接线图该变频器的主要的di（数字量输入）为启/停信号和故障复位信号，主要的do（数字量输出）为变频器正常的运行信号和运行故障信号，另外还有调速控制信号ai（模拟量输入）。对应的di、do及ai对应给变频器的含义分别可以根据使用手册设置参数，详见使用说明书。具体的接线图如图3.2所示。该变频器的di点24v信号为变频器自己提供，plc只需提供一个开关点，do点为继电器输出点也为无源的开关点，需要外部提供24v电源。详细具体的接线图见附录1电气设计图纸中图号xgb6f2p2ai-d.201。3.2plc控制柜的设计该部分阐述了plc柜内的供电原理图、模块的硬件配置及供电、数

43、字量输入模板接线图、数字量输出模板接线图、模拟量输入模板接线图、模拟量输出模板接线图、电动阀及电磁阀控制原理图、信号分配器原理图以及端子接线图等。plc控制柜的实物如图3.3、3.4所示，plc控制柜的整体布置设计图见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.401。图3.3 plc柜内部实物图3.2.1plc柜供电原理该部分主要有ac220v的供电和dc220v的供电。ac220v供电主要有开关电源变压器供电（将220v交流电转换成24v直流电）、柜内照明及风扇供电、插座供电供电、现场空气电动调节阀供电、现场燃气快切阀供电、现场电火箱控制器供电以及备用电源供电。每个供电部分都有对应的空

44、开，详细供电图见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.301。引自开关电源的dc24v供电主要有1di/2di模块供电、1do/2do供电、1ai/2ai/1ao供电、cpu供电、hmi供电、信号分配器供电以及备用供电等。详细供电图见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.302所示。图3.4 plc柜外部实物图3.2.2模块硬件配置该锌锅加热炉控制系统又一套西门子s7-300plc作为控制器，和一块西门子tp1200触摸屏构成，它们之间用西门子专用通讯网络mpi通讯，在触摸上可以对控制系统设定重要参数及进行实时监测，模块硬件配置图如图3.5所示，详细硬件配置见附录1电气设计

45、图中图号xgb6f2p2ai-d.303。以下将对所使用到的plc的cpu和sm（信号模块）进行简要介绍。图3.5 模块硬件配置图（1） 西门子s7-300plc简介s7-300plc是经过模块化的中小型plc适应于一般中等项目性能的控制水平，有很多种类plc、信号模块、和各种功能模块等能满足几乎各种领域的自动化控制的要求任务，用户可以灵活的选用合适的模块进行应用，并且维修更换也非常的容易。s7-300plc的每个cpu都可以建立mpi通讯协议的rs-485接口，不需要附加任何的软件编程和硬件配置，就可以使用mpi网络，还有一些cpu还自带profibus-dp接口、profinet接口、pt

46、p接口等。s7-300plc的cpu在断电后无需后备电源便可以长期保存运行的数据，并且电磁抗干扰和抗震动能力都很强，适应条件较为恶劣的控制条件。在编程软件方面也很强大，使用方便，有350多条编程语句，多种编程语言可以方便的进行切换，主要有功能块图、梯形图和语句表都符合iec61131。s7-300plc已经将hmi（人机接口）集成在该plc操作系统中，能够很大程度上减少在人机界面上编程浪费的时间，而且系统会在一定的时间内将plc采集的数据传送到simatic的hmi中。（2） 中央处理器（cpu）该控制系统采用的是cpu312。cpu的作用是处理用户编写的程序，来控制分布式i/o和集中式i/o

47、等。cpu上有模式选择的开关、运行指示灯、故障指示灯、存储卡接口和24v电源的接线端子。cpu312只有一个mpi接口，处理速度较慢，适用于中小规模的项目，在cpu运行时需要插入为存储器卡。（3） 信号模块（sm）信号模块是di/do（数字量输入模块/数字量输出模块）和ai/ao（模拟量输入模块/模拟量输出模块）的简称。它们使外部的各种过程信号经过转换被plc所识读。数字量输入模块可以将传感器或变送器传送过来的开关点传送给plc，模拟量输出模块是将程序处理后的输出点进行电平输出，给外部对应的控制信号。模拟量输入模块可以将外部的直流电流、电压、热电偶等各种不同的模拟量信号传送给plc，在每个模块

48、的后面都有背板总线连接器，并且在模块前面都有用来接线用的前连接器。sm321为数字量输入模块，该模块有16个输入点，该控制系统有两个该模块；sm332为数字量输出模块，该模块有16个输出点，该控制系统有两个该模块；sm331为模拟量的输入模块，该项目中用的都是8通道的，其中一个模块为热电偶专用模拟量输入通道，在编程软件step7中可以设定热电偶的类型；另一个是将现场压力变送器传送过来的420ma的电流信号转换为对应压力大小的数字信号，可以在量程卡上进行选择，该项目选用直流四线制420ma量程卡（需要软件和硬件的设置）；sm332为模拟量输出模块，该模块有四个输出通道，输出信号能力为直流电流信号

49、420ma，主要给变频器进行调频用。（3） hmi（人机界面）该项目采用tp1200型号的hmi，可以在对应的编程软件wincc flexible中编写对应的hmi程序，然后下载到tp1200触摸屏中。该触摸屏和plc通过hmi通讯就可以实时监测运行状况、设定参数、故障报警和报表输出等，极大的方便了现场的操作人员进行安全使用。3.2.3数字量输入模块接线原理使用该模块的时候都使用了外部的24v直流电源，只需要外部的开关点就可以将信号输入到plc内部。该模块主要检测的数字量信号是：6个烧嘴的火焰状态（正常和故障），为sfd258烧嘴控制器的继电器输出点；燃气高压压力开关，两个空气低压压力开关，压

50、力开关为机械装置，当压力大于所设定的值时常开触点变常闭触点，常闭触点变常开触点，高压压力开关接常闭触点，低压压力开关接开触点，送入plc信号高电平均为正常信号；3个风机的运行状态（运行或故障），是对应3个变频器上的继电器输出点；3个风机的启动和停止按钮和消声、复位按钮，这些按钮接常开触点，一端接24v直流电源，另一端接数字量输入模块，当按下对应的按钮后都会将信号传送给plc。数字量输入模块的接线图详见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.304。3.2.4数字量输出模块接线原理该模块驱动的外部控制设备一般都是高电压的设备，但是do模块的驱动能力是很有限的，所以该模块输出都接继电器，继

51、电器输入端5和9分别接do和24v的m，当do有信号输出的时候继电器吸合，常开触点就会吸合，在常开触点两端一端接ac220v，另一端接控制设备，这样就实现了低电压驱动高电压的转换。该项目中主要驱动的外部设备分别是：6个空气大小火控制电磁阀、燃气总管快切阀（当不满足安全互锁条件时将燃气总管切断）、6个烧嘴的点火和复位命令、3个风机的启/停控制、3个风机的运行指示灯、故障指示灯及风鸣报警等。数字量输出模块的接线图详见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.305。3.2.5模拟量输入模块接线原理该项目一共有两个模拟量输入模块，一个为热电偶专用的模块，该模块一共8个通道，测量的温度分别是：4

52、只测炉膛的温度，1只锌液热电偶，烟气热电偶两只，还有一只作为备用；另外一个模拟量输入模块为为8个通道，是接收420ma的电流信号的，该模块主要测量的是：炉膛的压力、燃气总管压力、2个空气总管压力、流量信号、co浓度检测信号以及备用通道。模拟量输入模块接线图详见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.306。3.2.6模拟量输出模块接线原理该项目有一个模拟量输出模块，主要是根据风机风量的控制要求，对应输出420ma的电流信号来控制变频器输出频率，主要控制的是3台风机变频器速度调节。模拟量输出模块接线图详见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.307。3.2.7电动阀及电磁阀控制

53、原理该项目中有有6个空气电动阀sgt31r，该电磁阀需要接220v电源线（火线和零线），另外还需要接一根信号线220v火线，该信号线开关通断用继电器的常开触点来控制，当继电器吸合，空气电动阀得到220v电压信号后便进行090°（大火位小火位可以手动调节）旋转，从而带动空气阀板的转动，改变空气的进气量。燃气总管的燃气快切阀本质上就是电磁阀，该电磁阀只需要一根220v火线的信号线，和一根零线，同样信号线开关通断用继电器常开触点来控制，当继电器吸合，电磁阀就会得到220v电压信号，电磁阀就会打开，使燃气总管有燃气通过，当不满足互锁条件时，继电器断开，电磁阀信号线得不到电压信号就会切断燃气管

54、道，起到保护的作用。电动阀及电磁阀的控制原理图详见附录1电气设计图中的图号xgb6f2p2ai-d.308。3.2.8信号隔离器原理图信号隔离器是将输入电流和电压信号，变送进行输出线性的电流或电压信号，并起到电气隔离和抗干扰的能力。信号在传输的过程当中会遇到各种各样的干扰，使用信号隔离器是必不可少的，在该项目中信号隔离器除了增强抗干扰能力和电气隔离外，该信号隔离器还需要给无源的压力变送器供电，因为该压力变送器是两线制的，信号线和电源线是同一根线（即传输信号又给变送器供电）。信号隔离器原理图详见附录1电气设计图中图号xgb6f2p2ai-d.308。3.3点火箱的设计电火箱是每个烧嘴的控制中心，其内部主要有sfd258烧嘴控制器和点火变压器，外部连接主要有现场火焰检测uvs连接、现场烧嘴前燃气电磁阀连接以及点火电极连接；电火箱的正面有两个按钮，分别为点火和复位。电火箱的实物图如图3.6所示，电火箱布置图详见附录1电气设计图