熱浸鍍鋅線鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)的設計

1、沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 熱浸鍍鋅線鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)的設計學 院自動化學院專 業(yè)自動化班 級14070202學 號xx姓 名xx指導教師xx負責教師 沈陽xx航天大學2015年6月1- 摘要近些年來，隨重工業(yè)的發(fā)展和我國基礎設施的建設，鋼鐵的使用量在逐年上升，根據(jù)統(tǒng)計，我國每年有50%的在用鋼鐵腐蝕報廢，雖然約有70%的報廢鋼鐵金屬可以回收再利用，但是每年也有約10%的鋼鐵損失。所以鋼鐵材料防腐蝕是近些年重要的研究課題，目前國際上采用金屬防腐的方法主要有兩種：一，金屬合金防腐，即將鋼鐵材料中加入一些其他金屬元素，變成不銹鋼；二，金屬表面鍍鋅，因為鋅比鋼鐵金屬特性活躍，能夠保護鋼鐵表面

2、不受腐蝕。由于鋼鐵合金成本比較昂貴，所以很少采用這種方法。但是鍍鋅無毒，廉價并且防護性能也很優(yōu)良，所以在金屬防腐和表面防銹處理上經(jīng)常采用熱浸鍍鋅的方法，在該工業(yè)過程中最關鍵的工業(yè)設備就是鋅鍋加熱爐，其在加熱效率，能源消耗，鋅鍋使用壽命、系統(tǒng)運行與維護、廢氣排放等均受到人們的關注和重視。針對這一問題，本文詳細設計了鍍鋅的關鍵設備鋅鍋加熱爐，該加熱爐采用西門子s7-300plc作為控制系統(tǒng)，應用pid控制技術并配合外圍硬件設備，hmi等組成鋅鍋溫度控制系統(tǒng)，在嚴格控制鋅液溫度的同時還能保證爐膛的溫度和壓力不超過設定值范圍，能夠有效的保護爐體本身，延長加熱爐的使用壽命。關鍵字：s7-300plc；熱

3、浸鍍鋅；加熱爐；pid應用the design of zinc pot control system of heating furnace in hot dip galvanizing lineabstractwith 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 chinas annual

4、scrap steel corrosion.although about 70% of the iron and steel scrap metal can be recycled, 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 met

5、al alloy corrosion, stainless steel into adding some other metal elements, the iron and steel 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 ra

6、rely used this method. but the galvanized non-toxic, cheap and protective performance is also 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 c

7、onsumption, heating efficiency, zinc pot life, system operation and maintenance, emissions 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. th

8、e zinc pot temperature control system, but also in the strict control of the temperature of 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;hea

9、ting furnace;application of pidi-沈陽航空航天大學畢業(yè)設計（論文） 目 錄第一章 緒論11.1熱浸鍍鋅及鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)發(fā)展概況11.1.1熱浸鍍鋅發(fā)展概況11.1.2鍍鋅原理21.2加熱爐控制系統(tǒng)的發(fā)展概況21.2.1串級并聯(lián)雙交叉限幅控制技術21.2.2模糊控制技術21.2.3pid控制技術31.3可編程控制器的發(fā)展歷程3 1.4本文研究的主要內(nèi)容4第二章 燃燒系統(tǒng)單線圖及常見設備簡介52.1燃燒系統(tǒng)單線圖概述52.1.1煙道管路52.1.2空氣主管路52.1.3助燃風機52.1.4燃氣總管62.1.5燃氣總管快切閥72.1.6燒嘴控制7 2.1.7總機械

10、設計安裝圖紙82.2常見設備簡介92.2.1燒嘴92.2.2點火控制器sfd258介紹102.2.3點火變壓器112.2.4空氣/燃氣比例調(diào)節(jié)閥gik122.2.5空氣電動調(diào)節(jié)閥14第三章 電氣圖紙設計及接線原理圖153.1配電柜的設計163.1.1配電原理圖163.1.2風機變頻器的接線原理圖173.2plc控制柜的設計183.2.1plc柜供電原理183.2.2模塊硬件配置193.2.3數(shù)字量輸入模塊接線原理213.2.4數(shù)字量輸出模塊接線原理223.2.5模擬量輸入模塊接線原理223.2.6模擬量輸出模塊接線原理22 3.2.7電動閥及電磁閥控制原理22 3.2.8信號隔離器原理圖233

11、.3點火箱的設計233.4端子接線原理24第四章 plc控制程序的設計244.1ob1組織塊調(diào)用的功能函數(shù)254.1.1輸入輸出變量的轉(zhuǎn)換（fc8、fc9、fc10）264.1.2風機和燃氣總管快切閥控制（fc11）294.1.3燒嘴吹掃點火及復位控制（fc12）304.1.4燒嘴大火控制（fc13）314.1.5變頻器頻率的設定（fc14）334.1.6報警輸出（fc20）334.1.7烘爐曲線（fc21）344.1.8ob1調(diào)用結(jié)構圖354.2 ob35組織塊調(diào)用的功能函數(shù)364.2.1模擬量的數(shù)字值轉(zhuǎn)工程值（fc30）364.2.2控溫方式的選擇（fc31）374.2.3模擬量的工程值轉(zhuǎn)

12、數(shù)字值（fc32）384.2.4pid溫度控制（fc33）394.2.5 ob35調(diào)用結(jié)構圖41第五章 基于組態(tài)軟件的鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)hmi設計425.1 wincc flexible簡介435.2變量的連接435.3畫面的設計435.3.1主畫面的設計435.3.2控溫設置畫面445.3.3燒嘴操作畫面455.3.4參數(shù)設置畫面465.3.5歷史趨勢畫面465.3.6歷史報警畫面465.4建立連接驅(qū)動47結(jié)論50參考文獻50致謝52v-第一章 緒論1.1熱浸鍍鋅及鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)發(fā)展概況1.1.1熱浸鍍鋅發(fā)展概況 鍍鋅鋼鐵主要應用于家電，輕工等行業(yè)，長期以來我國的鍍鋅鋼鐵每年進口率達50

13、%，最近幾年來，鍍鋅發(fā)展技術主要集中在汽車行業(yè)，鍍鋅表面質(zhì)量對于該行業(yè)是很重要的，鍍鋅表面質(zhì)量與光滑度和清潔度等有關，與此同時鍍鋅的工藝，鋅液的純度也是影響表面質(zhì)量的因素，但鋅液中的鋅渣是影響鍍鋅表面最重要的因素?，F(xiàn)在已經(jīng)用陶瓷的內(nèi)襯替換以前鋼鐵的內(nèi)襯，已經(jīng)有效的減少鋅渣對鋼鐵表面的影響。傳統(tǒng)鍍鋅表面都會出現(xiàn)鋅花，據(jù)研究鋅花的大小與含鉛量有關系，鋅花尺寸越小說明鋅液的含鉛量就越小，鋼鐵表面的耐腐蝕性和開裂率也越小，所以現(xiàn)在無鉛鍍鋅技術也成為發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)鋅花的分類可以分為以下兩類，普通鋅花和無鋅花。（1） 普通鋅花熱鍍鋅鋼鐵 現(xiàn)代鍍鋅工藝，將待鍍鋅鋼鐵先進行酸洗，然后將其放入濃度不低于9

14、9%的鋅液中，熱鍍鋅鋼鐵在鍍鋅中占很大的比重，其指在含鉛的鋅液情況下鍍鋅后，等待自然冷卻凝固，就會再鋼鐵表面出現(xiàn)生長起來的鋅花，表面光亮美麗，鋅在表面的附著比較穩(wěn)定，并且鋅花直徑最終冷卻后不大于10cm。鍍鋅鋼鐵可以適應及其復雜的機械加工并且保證鋅層不會脫落，表面反光性比較好，并且光澤在一段時間內(nèi)不會消失。普通鋅花的熱鍍鋅鋼鐵可以廣泛應用在各個方面，例如可以做成水桶、隔熱帶、建筑的天花板、汽車行業(yè)等。（三）無鋅花熱鍍鋅鋼鐵 無鋅花熱鍍鋅鋼鐵是最近這些年發(fā)才發(fā)展起來的鍍鋅新方式，指的是在鋅液中含有少量的鉛，因為鉛是讓鋅花長大的主要原因，去掉了鉛后，在熱鍍鋅之后就存在很少的鉛來使鋅花成長，鋅花也就

15、長不大，所以就形成了無鋅花的熱鍍鋅鋼鐵。使用該方法鍍鋅后的鋼鐵適用于表面進行涂漆涂塑工藝，也可以裸露使用。涂漆涂塑之后表面附著穩(wěn)定，并且耐腐蝕性增強，比普通鋅花的鍍鋅鋼鐵耐腐蝕性提升約20%，在各個行業(yè)應用比較廣泛。可以作為彩圖鋼板，或者建筑行業(yè)天花板，在家電行業(yè)也可以作為吸塵器材料。1-1.1.2鍍鋅原理鋼鐵在相對密封的情況下進入鋅鍋，隨著鋅液將將鋼鐵表面侵蝕下微量鋼鐵之后，鋅液中含有一部分鋁和鋼鐵表面的鐵發(fā)生化學反應生成一層fe2al5中介層鋅；然后鐵和鋅發(fā)生化學反應，鋅-鐵合金層（主要組份為fezn7）逐漸開始形成。在fe2al5的阻滯作用下，擴散相對緩慢。在鋼鐵離開鋅鍋時，它的表面上帶

16、有部分液態(tài)鋅。鋅液中銻sb使鋅花逐漸出現(xiàn)，最終會出現(xiàn)較大的鋅花。 鍍鋅要求鋅液溫度值約為：455。 鐵在鋅液中是有害的一種元素。當鐵的含量大于0.03%時，鐵就會和鋅發(fā)生化學反應生成渣狀物。1.2加熱爐控制系統(tǒng)的發(fā)展概況加熱爐溫度控制系統(tǒng)，在工業(yè)中獲得了及其廣泛的應用，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防科技、生產(chǎn)生活中各個行業(yè)都涉及到加熱爐溫度控制系統(tǒng)。加熱爐溫度控制系統(tǒng)在人類歷史上已經(jīng)發(fā)展了200余年，在最初的發(fā)展過程中主要的作用是人類本身的取暖和生活使用。期間，從低級到高級，隨著生產(chǎn)力的逐年發(fā)展和對溫度控制要求的精度越來越高，加熱爐在近些年發(fā)展速度取得了很大的進展，當前比較流行的有以下幾種方式，串級并聯(lián)雙

17、交叉限幅控制技術、模糊控制技術和pid控制技術。1.2.1串級并聯(lián)雙交叉限幅控制技術雙交叉限幅先進行了燃料先行或空氣先行的比值調(diào)節(jié)方式、串級串聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)、串級并聯(lián)燃燒控制系統(tǒng)、串級并聯(lián)單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)四個發(fā)展階段。它的主環(huán)是爐溫調(diào)節(jié)，副環(huán)為燃料和空氣流量的調(diào)節(jié)，構成串級并聯(lián)雙交叉限幅控制系統(tǒng)。雙交叉限幅控制系統(tǒng)在需求變化時，系統(tǒng)各參數(shù)也隨之發(fā)生變化，根據(jù)實時檢測空氣流量對燃料流量進行一定的調(diào)節(jié)，而且還根據(jù)實時檢測燃料流量對空氣流量進行一定的調(diào)節(jié)。在需求增加或減小時，燃氣和空氣的流量也能夠進行及時的調(diào)節(jié)，所以該方式適合動態(tài)的調(diào)節(jié)。1.2.2模糊控制技術隨著模糊控制技術的進步完善，越來越

18、多的模糊控制技術應用到加熱爐燃燒控制系統(tǒng)中。實際經(jīng)常使用的是二維模糊控制器，通常輸入選用誤差和誤差變化率，一個輸出量。還有采用三維及三維以上的多維模糊控制器，多維模糊控制器增加了誤差變化率和誤差變化的變化率，從原則上，控制會更加準確。但是，由于控制的維數(shù)的增加，控制規(guī)則也越來越難選取，也增加了控制算法的難度。1.2.3pid控制技術pid控制器在工業(yè)控制中是經(jīng)常用到的空氣回路原件，由比例單元p、積分單元i和微分單元d組成。pid控制器已經(jīng)在工業(yè)控制領域已經(jīng)應用近百年歷史，但是現(xiàn)在仍然廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)的各個方面。pid控制的主要優(yōu)點是不需要建立精確的數(shù)學模型，只需要調(diào)整各個參數(shù)便可以適應各

19、種工業(yè)控制，所以仍然是最廣泛的工業(yè)控制器。截止到現(xiàn)在，pid控制器和對應的控制儀表已經(jīng)在各個方面都有自己的產(chǎn)品，并且廣泛應用于各種實際項目，還有很多大公司開發(fā)了自己的智能的pid調(diào)節(jié)控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的自適應，省去了人為設定參數(shù)的不確定性，并且節(jié)省了很多時間，大大提高了工業(yè)自動化設計的效率，有利于實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制，能實現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(plc）可以利用閉環(huán)控制可以實現(xiàn)pid控制。plc可以采用各種網(wǎng)絡進行遠程通訊，如profibus、以太網(wǎng)等實線多個遠程pid閉環(huán)控制。1.3可編程控制器的發(fā)展歷程隨著電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，計算機控制技術已經(jīng)廣泛的應用于

20、各種工業(yè)控制領域，隨著社會的發(fā)展，要求自動化生產(chǎn)線和控制系統(tǒng)擁有很強的靈活性，可以簡單方便的進行改造。為了滿足這些要求，控制器就必須要有足夠的靈活性和穩(wěn)定性，plc就是為了順應這些要求而發(fā)展出來的，它的核心就是微處理器，經(jīng)過后期開發(fā)使其擁有很高的穩(wěn)定性和適應性。plc應用范圍很廣，功能也很強大，使用起來也很方便，已經(jīng)成為工業(yè)自動化控制領域的核心。國際電工委員會（iec）對plc做了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制

21、各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)成為整體，易于擴充其功能的原則設計?！?.4本文研究的主要內(nèi)容本文是為唐山京華制管有限公司鍍鋅生產(chǎn)線設計的燃燒控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用一套s7-300plc控制器，系統(tǒng)采用壓力變送器傳送現(xiàn)場的壓力模擬量信號，采用熱電偶傳送溫度模擬量信號信號，另外一些其它的數(shù)字量信號經(jīng)電纜連接傳入到plc，然后根據(jù)采集來的數(shù)據(jù)進行程序運行來調(diào)節(jié)空氣鼓風機和煙氣引風機的設定頻率值，從而改變了異步電機的旋轉(zhuǎn)速度，進而可以控制鋅鍋加熱爐爐膛內(nèi)部的壓力；通過控制空氣流量的電動閥來改變空氣流量的大小，再通過比例閥事先設好的比例來調(diào)整與之對應的煤氣或天

22、然氣的流量,進而可以調(diào)節(jié)燒嘴的大小火。本文采用對角脈沖控制方式：(1)燒嘴布置在鋅鍋對角線上燒嘴功率和數(shù)量根據(jù)熱平衡計算和鋅鍋高度確定。(2)高速燒嘴燃燒的熱氣流環(huán)繞于鋅鍋外150m/s高溫的高速氣體圍繞鋅鍋循環(huán)流動，確保鋅鍋均勻受熱。(3)通過改變燒嘴的大小火的頻率來改變爐子的供熱符合，任何一支燒嘴何時大火由plc自動分配確保爐膛溫度的均勻性。第二章 燃燒系統(tǒng)單線圖及常見設備簡介2.1 燃燒系統(tǒng)單線圖概述該熱處理爐包括：爐體、鋅鍋、燒嘴、現(xiàn)場控制閥門、助燃風機、煙氣引風機等。熱處理爐燃料為天燃氣。燃燒系統(tǒng)為西門子 s7-300 的控制系統(tǒng)， 主要控制煙氣引風機、助燃風機、燒嘴前的空氣閥和燃氣

23、閥、燒嘴控制器等。燒嘴前主要由燃氣管路、空氣管路和燒嘴等組成。2.1.1 煙道管路煙道管路由煙氣引風機、煙道和煙囪組成煙道管路保證使爐子里燃燒燒產(chǎn)生的煙氣和未燃燒干凈的燃氣順利排出，保證爐子正常安全的工作，設備有如下：0爐體；1煙道；2煙氣引風機；3煙囪；鋅鍋爐開始點火前，必須先啟動煙氣引風機，等煙氣引風機把煙道打通后，才允許準備燒嘴點火。煙氣引風機的啟動和停止可在控制柜上進行。按“煙氣引風機啟動”按鈕，則引風機運行，同時引風機運行燈點亮；按“煙氣引風機停止”按鈕，則引風機停止，同時引風機運行燈熄滅。2.1.2 空氣主管路鋅鍋燃燒分2個區(qū)，每區(qū) 1 臺助燃風機，供 2 個燒嘴燃燒提供空氣。因而

24、有2路空氣主管路?？諝庵鞴苈窞槿紵裏焯峁┛諝猓O備有如下：0助燃風機；1機械式壓力表；2壓力表的球閥；3低壓壓力開關（設定值為 10mbar=1kpa）；4壓力變送器（模擬量信號在上位機上顯示空氣總管壓力:0-20kpa）；空氣主管路安裝圖如圖2.1所示。圖2.1空氣主管路安裝圖2.1.3 助燃風機在爐子啟動前，必須先啟動助燃風機，運行 30 分鐘后，把風管、燒嘴和煙道里的水汽吹干，同時把煙道打通，方便燒嘴點火，方便空氣和天燃氣混合燃燒產(chǎn)生的煙氣從煙囪排出，再通入燃氣，進行點火燃燒。助燃風機的功率 p=4kw，風機的功能是給燃燒提供壓力穩(wěn)定的空氣，保證和燃氣的混合燃燒。助燃風機采用變頻控制，

25、在空氣總管上安裝有一個壓力變送器，測量實際的助燃風管壓力。風機的啟動和停止可在控制柜上進行。按“助燃風機啟動”按鈕，則風機運行，同時風機運行燈點亮；按“助燃風機停止”按鈕，則風機停止，同時風機運行燈熄滅。2.1.4燃氣總管燃氣總管給燃燒系統(tǒng)提供穩(wěn)定的燃氣。然后經(jīng)過燃氣調(diào)壓閥穩(wěn)定壓力在 7-11kpa。設備列表如下：1.手動球閥（爐子不使用時關閉）；2.減壓閥（為燒嘴提供穩(wěn)定的壓力，一般穩(wěn)定減壓閥后的壓力為：7-9kpa,一般設為 8kpa；3.電動調(diào)壓閥（此項目沒有此閥）；4.機械壓力表（顯示調(diào)壓后燃氣壓力:0-20kpa）；5.燃氣低壓開關（設定值為去 15mbar=1.5kpa）；6.燃氣

26、高壓開關（設定值為 140mbar=14kpa）；7.燃氣氣動快切閥（得電打開，失電關閉。與空氣總管的低壓開關、煙氣引風機運行信號聯(lián)鎖）滿足條件才打開。打開條件：煙氣引風機運行+鼓風機運行+空氣總壓力不低 + 燃氣總管壓力不低 +燃氣總管壓力不高；8.壓力變送器（模擬量信號在上位機上顯示燃氣總管壓力:0-20kpa）；燃氣總管安裝圖如圖2.2所示。圖2.2 燃氣總管安裝圖2.1.5燃氣總管快切閥燃氣總管快切閥操作：燃氣總管快切閥為自動自動打開或關閉（得電打開，失電關閉。與空氣總管的低壓開關、煙氣引風機運行信號聯(lián)鎖）滿足條件才打開。自動打開條件： 1#煙氣引風機運行+1#鼓風機運行+1#空氣總壓

27、力不低）或（2#煙氣引風機運行+2#鼓風機運行+2#空氣總壓力不低 + 燃氣總管壓力不低 +燃氣總管壓力不高。開閥連鎖條件：燃氣快切閥打開前，必須先啟動煙氣引風機，同時助燃風機，空氣總管的低壓壓力開關閉合。關閥連鎖條件：1.當煙氣引風機停止、助燃風機停止，或空氣總管上的低壓壓力檢測空氣壓力低，快切閥自動關閉。2.燃氣總管上的低壓壓力檢測燃氣壓力低或高壓壓力開關檢測到壓力高，快切閥自動關閉。2.1.6燒嘴控制每個燒嘴前配置管件如圖2.3所示。圖2.3 燒嘴前配置設備列表如下：1.燃氣手動切斷球閥（當爐子長時間不用，可手動關閉，使用時再打開）；2.燃氣切斷電磁閥（當燒嘴點火時，該氣動大火燃氣切斷電

28、磁閥打開，監(jiān)測到火焰后，一直打開，若幾秒后還未監(jiān)測到火焰信號，就把閥關閉）；3.比例閥（根據(jù)取自空氣管的取壓管，用于配合空氣壓力自動調(diào)節(jié)開度，來調(diào)整燃氣的開口流量實現(xiàn)燒嘴的燃氣壓力的調(diào)節(jié)）；4.燃氣手動球閥（手動調(diào)整角度讓燃氣合適，使大火的燃氣和大火空氣想匹配，使燒嘴能高效燃燒）；5.燃氣波紋軟管；6.電動空氣調(diào)節(jié)閥（可控制 0 和 90 度范圍內(nèi)角度轉(zhuǎn)動。當燒嘴火焰點著后，若接收到大火命令，該電動空氣調(diào)節(jié)閥開到大火位（開到 90 度位置） ，進行大火燃燒，否則，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，根據(jù)小火燃燒狀態(tài)和是否容易點火來調(diào)整小火位置）

29、，進行小火燃燒或進行點火操作） ；7.空氣手動閥板（手動調(diào)整閥板讓空氣合適，使燒嘴正常燃燒）開度一般在 6/格左右；8.空氣管連接波紋管；9.燒嘴（空氣和燃氣混合燃燒，包括點火電極）。2.1.7總機械設計安裝圖紙根據(jù)上面各個部分的及功能的詳細介紹，設計機械安裝圖紙如圖2.4，圖2.5所示。圖2.4 機械安裝總體布局從圖5機械安裝總體布局可以該鋅鍋溫控加熱爐分為兩個區(qū)，每區(qū)有三個燒嘴控制支路，每區(qū)配備一個鼓風機，兩區(qū)公用一個煙氣引風機，在整個爐膛中有4只熱電偶，一區(qū)二區(qū)分別兩只，在鋅液中也配備兩只熱電偶，一區(qū)二區(qū)各一只?？諝庵鞴軉尉€圖及空氣燃氣支管單線圖如圖2.5管路單線圖詳解所示。2.2常見設

30、備簡介2.2.1燒嘴燒嘴通入空氣和燃氣，在燒嘴燃燒腔內(nèi)混合燃燒。有空氣入口和燃氣入口及點火電極等。燒嘴尾部視圖如圖2.6所示。圖2.5 管路單線圖詳解圖2.6燒嘴尾部視圖符號代表意義：圖標“i” ：在該處安裝檢測電極或安裝 uvs 火焰監(jiān)測器；圖標“z” ：在該處安裝點火電極。燒嘴頭部視圖如圖2.7所示。點火電極和小圓柱體的距離為 2mm 最好，打火效果最好。 （距離遠就產(chǎn)生不了電火花）。圖2.7 燒嘴頭部視圖燒嘴界面圖如圖2.8所示。圖2.8燒嘴界面圖2.2.2點火控制器sfd258介紹點火控制器用于控制燒嘴點火，連接點火變壓器、火焰監(jiān)測器及燃氣電磁閥。點火控制器的外形如圖2.9所示。圖2.

31、9 sfd258外形符號代表意義：電源復位按鈕：左邊為故障復位，右邊為接通電源；電源燈：有工作電源時，燈亮；故障燈：有故障時，燈亮；火焰燈：火焰正常時，燈亮。sfd258端子接線圖如圖2.10所示。圖2.10 sfd258端子接線圖端子說明：1 和 2：電源供電 ac220v(l,n)3：點火命令（要一直給閉合給電，若斷開，則控制鎖定，數(shù)碼顯示“00” ）；4：故障復位命令，當出現(xiàn)故障，若端子4 給上電就復位；5，6，7：接 uv 火焰監(jiān)測器;8 和 9：故障輸出繼電器的無源觸點(max,2a）；10：給點火變壓器供電 l；11：給燒嘴前的燃氣電磁供電 l；13 和 14：火焰點著輸出繼電器的

32、無源觸點（max,2a）。2.2.3點火變壓器點火變壓器能產(chǎn)生高壓電打火。用于燃氣燒嘴或燃油燒嘴的點火。安裝時，接線端朝下。點火變壓器到燒嘴電極的距離盡量短些,不要降用于點火和檢測的高壓導線與其它電纜捆綁在一起，不能使用電纜金屬管。點火變壓器外形圖如圖2.11所示。圖2.11 點火變壓器外形圖自帶的引出線：引出線為三芯或四芯線。高壓線連接頭：內(nèi)部有帶螺紋的錐型釘,高壓導線是旋擰上去的。點火變壓器的接線圖如圖2.12所示。圖2.12點火變壓器接線圖德國 krom: tzi 變壓器引出線為四芯線。黑色線：接點火控制器（sfd258）的 10 端子；藍色線：接零線（n 排）；棕色線：為地線，接地排；

33、雙色線：為地線，接地排。2.2.4空氣/燃氣比例調(diào)節(jié)閥gik（一）控制類型及功能gik:用于連續(xù)控制。gik.b:用于脈沖控制。1.空/燃比例閥是通過連接到空氣管路上的導壓管接收空氣壓力調(diào)節(jié)信號，從而實現(xiàn)空/燃比例閥的出口燃氣壓力 pa 和空氣控制壓力 pl 的比為 1：1，即基本 pa=pl。通過調(diào)節(jié)空氣閥門改變空氣控制壓力從而相應的改變?nèi)細鈮毫ψ罱K來調(diào)節(jié)燒嘴的功率。2.在小流量范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)空燃比率閥的彈簧可以設定空/燃比例（小流量時，調(diào)節(jié)范圍：-3+3mbar）。在脈沖控制的工況下，彈簧在出廠時已經(jīng)設定到全松狀態(tài)（逆時針已轉(zhuǎn)到頭，轉(zhuǎn)不動了），以保證小火流量完全是由旁通提供，大火設定通過

34、調(diào)節(jié)燒嘴前的限流裝置來實現(xiàn)。3.空氣控制壓力 pl 的范圍：0.5-120mbar; 燃氣閥出口壓力 pa 的范圍： 0.2-119mbar。調(diào)節(jié)范圍 10:1，空氣控制壓力反饋管：rp1/4。（二）壓力關系入口壓力：pepl+p（pl:空氣控制壓力 0.5-120mbar，p：比例閥壓損）空/燃比：pl：pa=1：1 維持恒定比例，通過空氣管的控制壓力來適配燃氣管壓力（pa：空/燃比例閥出口壓力）。實際關系：pa=pl3mba。安裝位置空氣壓力反饋管：在燒嘴前的手動閥前取壓。壓力測量及調(diào)整圖如圖2.13所示圖2.13 壓力測量及調(diào)整圖(1)圖標“pl”：測量顯示的空氣管壓力；(2)圖標“pa

35、”：測量顯示的燃氣管壓力；(3)壓力關系：pa=pl3mba（基本保證比例 pa:pl=1:1）；(4)順時針轉(zhuǎn)動，可使燃氣壓力稍增加，最大增加 3mbar；(5)逆時針轉(zhuǎn)動，可使燃氣壓力稍減少，最大減少 3mbar。比例閥的安裝圖如圖2.14所示，安裝要求：距離 l5dn。圖2.14 比例閥安裝圖比例閥的結(jié)構原理圖如圖2.15所示。圖2.15 比例閥的結(jié)構原理圖2.2.5空氣電動調(diào)節(jié)閥sgt30r空氣電動調(diào)節(jié)閥，可在 0度和90度范圍轉(zhuǎn)動。當燒嘴需要小火時，空氣電動調(diào)節(jié)閥就轉(zhuǎn)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，根據(jù)燒嘴小火容易點火調(diào)整為最終易點火的

36、小火空氣閥位）。當燒嘴需要大火時，空氣電動調(diào)節(jié)閥就轉(zhuǎn)到大火位值，基本在 90 度角度位置。sgt30r的實物圖如圖2.16所示。圖2.16 sgt30r實物圖圖標“1”：調(diào)節(jié)小火位的凸輪開關（靠最右邊的凸輪）；圖標“2”：調(diào)節(jié)大火位的凸輪開關；（一般燒嘴小火點火時，為配合燃氣，保證小火好點著，可按圖稍作調(diào)整小火調(diào)節(jié)凸輪，調(diào)節(jié)小火時空氣的流量。）大火凸輪不要調(diào)整。打開蓋板，面向接線端子排，從旁邊拿出內(nèi)六角工具，用內(nèi)六角工具放入凸輪鈕凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動就開始調(diào)整，調(diào)整時慢慢轉(zhuǎn)動，順時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)大，逆時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)小。一般小火位置為不要超過 35 度。（轉(zhuǎn)動時，有力度，表示內(nèi)六角工具插入凸輪鈕凹槽內(nèi)）第3

37、章 電氣圖紙設計及接線原理圖該部分將系統(tǒng)闡述電氣設計的各部分，并進一步分析設計原理，其中包括配電柜的設計、plc控制柜的設計、電火箱的設計等。電氣設計的圖紙詳見附錄1電氣設計圖紙。圖3.1 配電柜實物圖3.1配電柜的設計該部分闡述了配電柜的配電原理、風機變頻器的接線原理圖圖等。配電柜的實物圖為圖3.1所示。電器柜的整體布置設計圖紙見附錄1電氣設計圖紙中圖號xgb6f2p2ai-d.402。3.1.1配電原理圖該部分將整個plc控制系統(tǒng)的配電原理做了說明。在配電柜中總電源進線為三相五線制的380v進線，其中三條為相線一條為零線，另一條為地線。需要三相供電（三個相線）的設備是三臺變頻器，三臺變頻器

38、分別帶動兩臺助燃鼓風機和一臺煙氣引風機，三個變頻器分別對應一個空開和電抗器。三臺變頻器和變頻器所拖動的電機要確保正確的接地。三臺變頻器的空開分別為qf1qf3，電抗器分別為rc1rc3。電抗器的作用是穩(wěn)定輸入的電壓，并提高功率因數(shù)。另外需要兩相（一條相線一條零線）供電的是plc控制柜供電和配電柜中的冷卻風扇和照明燈供電，另外增設了一個備用電源。每個供電設備分別對應一個空開為fq1fq3。另外在整個配電原理中電寬度及空開的選擇詳見附錄1電氣設計圖紙中圖號xgb6f2p2ai-d.201。3.1.2風機變頻器的接線原理圖該項目選用的是西門子v20系列變頻器，該變頻器主要作用是在plc的ao模塊給定

39、420ma信號給變頻器時，變頻器能夠根據(jù)給定的信號將380v的50hz工頻電信號轉(zhuǎn)換為050hz的電信號從而改變電機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)整了風機的旋轉(zhuǎn)速度。圖3.2 變頻器的接線圖該變頻器的主要的di（數(shù)字量輸入）為啟/停信號和故障復位信號，主要的do（數(shù)字量輸出）為變頻器正常的運行信號和運行故障信號，另外還有調(diào)速控制信號ai（模擬量輸入）。對應的di、do及ai對應給變頻器的含義分別可以根據(jù)使用手冊設置參數(shù)，詳見使用說明書。具體的接線圖如圖3.2所示。該變頻器的di點24v信號為變頻器自己提供，plc只需提供一個開關點，do點為繼電器輸出點也為無源的開關點，需要外部提供24v電源。詳細具體的接線圖

40、見附錄1電氣設計圖紙中圖號xgb6f2p2ai-d.201。3.2plc控制柜的設計該部分闡述了plc柜內(nèi)的供電原理圖、模塊的硬件配置及供電、數(shù)字量輸入模板接線圖、數(shù)字量輸出模板接線圖、模擬量輸入模板接線圖、模擬量輸出模板接線圖、電動閥及電磁閥控制原理圖、信號分配器原理圖以及端子接線圖等。plc控制柜的實物如圖3.3、3.4所示，plc控制柜的整體布置設計圖見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.401。圖3.3 plc柜內(nèi)部實物圖3.2.1plc柜供電原理該部分主要有ac220v的供電和dc220v的供電。ac220v供電主要有開關電源變壓器供電（將220v交流電轉(zhuǎn)換成24v直流電

41、）、柜內(nèi)照明及風扇供電、插座供電供電、現(xiàn)場空氣電動調(diào)節(jié)閥供電、現(xiàn)場燃氣快切閥供電、現(xiàn)場電火箱控制器供電以及備用電源供電。每個供電部分都有對應的空開，詳細供電圖見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.301。引自開關電源的dc24v供電主要有1di/2di模塊供電、1do/2do供電、1ai/2ai/1ao供電、cpu供電、hmi供電、信號分配器供電以及備用供電等。詳細供電圖見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.302所示。圖3.4 plc柜外部實物圖3.2.2模塊硬件配置該鋅鍋加熱爐控制系統(tǒng)又一套西門子s7-300plc作為控制器，和一塊西門子tp1200觸摸屏構成，它們

42、之間用西門子專用通訊網(wǎng)絡mpi通訊，在觸摸上可以對控制系統(tǒng)設定重要參數(shù)及進行實時監(jiān)測，模塊硬件配置圖如圖3.5所示，詳細硬件配置見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.303。以下將對所使用到的plc的cpu和sm（信號模塊）進行簡要介紹。圖3.5 模塊硬件配置圖（1） 西門子s7-300plc簡介s7-300plc是經(jīng)過模塊化的中小型plc適應于一般中等項目性能的控制水平，有很多種類plc、信號模塊、和各種功能模塊等能滿足幾乎各種領域的自動化控制的要求任務，用戶可以靈活的選用合適的模塊進行應用，并且維修更換也非常的容易。s7-300plc的每個cpu都可以建立mpi通訊協(xié)議的rs-

43、485接口，不需要附加任何的軟件編程和硬件配置，就可以使用mpi網(wǎng)絡，還有一些cpu還自帶profibus-dp接口、profinet接口、ptp接口等。s7-300plc的cpu在斷電后無需后備電源便可以長期保存運行的數(shù)據(jù)，并且電磁抗干擾和抗震動能力都很強，適應條件較為惡劣的控制條件。在編程軟件方面也很強大，使用方便，有350多條編程語句，多種編程語言可以方便的進行切換，主要有功能塊圖、梯形圖和語句表都符合iec61131。s7-300plc已經(jīng)將hmi（人機接口）集成在該plc操作系統(tǒng)中，能夠很大程度上減少在人機界面上編程浪費的時間，而且系統(tǒng)會在一定的時間內(nèi)將plc采集的數(shù)據(jù)傳送到sima

44、tic的hmi中。（2） 中央處理器（cpu）該控制系統(tǒng)采用的是cpu312。cpu的作用是處理用戶編寫的程序，來控制分布式i/o和集中式i/o等。cpu上有模式選擇的開關、運行指示燈、故障指示燈、存儲卡接口和24v電源的接線端子。cpu312只有一個mpi接口，處理速度較慢，適用于中小規(guī)模的項目，在cpu運行時需要插入為存儲器卡。（3） 信號模塊（sm）信號模塊是di/do（數(shù)字量輸入模塊/數(shù)字量輸出模塊）和ai/ao（模擬量輸入模塊/模擬量輸出模塊）的簡稱。它們使外部的各種過程信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換被plc所識讀。數(shù)字量輸入模塊可以將傳感器或變送器傳送過來的開關點傳送給plc，模擬量輸出模塊是將程序

45、處理后的輸出點進行電平輸出，給外部對應的控制信號。模擬量輸入模塊可以將外部的直流電流、電壓、熱電偶等各種不同的模擬量信號傳送給plc，在每個模塊的后面都有背板總線連接器，并且在模塊前面都有用來接線用的前連接器。sm321為數(shù)字量輸入模塊，該模塊有16個輸入點，該控制系統(tǒng)有兩個該模塊；sm332為數(shù)字量輸出模塊，該模塊有16個輸出點，該控制系統(tǒng)有兩個該模塊；sm331為模擬量的輸入模塊，該項目中用的都是8通道的，其中一個模塊為熱電偶專用模擬量輸入通道，在編程軟件step7中可以設定熱電偶的類型；另一個是將現(xiàn)場壓力變送器傳送過來的420ma的電流信號轉(zhuǎn)換為對應壓力大小的數(shù)字信號，可以在量程卡上進行

46、選擇，該項目選用直流四線制420ma量程卡（需要軟件和硬件的設置）；sm332為模擬量輸出模塊，該模塊有四個輸出通道，輸出信號能力為直流電流信號420ma，主要給變頻器進行調(diào)頻用。（3） hmi（人機界面）該項目采用tp1200型號的hmi，可以在對應的編程軟件wincc flexible中編寫對應的hmi程序，然后下載到tp1200觸摸屏中。該觸摸屏和plc通過hmi通訊就可以實時監(jiān)測運行狀況、設定參數(shù)、故障報警和報表輸出等，極大的方便了現(xiàn)場的操作人員進行安全使用。3.2.3數(shù)字量輸入模塊接線原理使用該模塊的時候都使用了外部的24v直流電源，只需要外部的開關點就可以將信號輸入到plc內(nèi)部。該

47、模塊主要檢測的數(shù)字量信號是：6個燒嘴的火焰狀態(tài)（正常和故障），為sfd258燒嘴控制器的繼電器輸出點；燃氣高壓壓力開關，兩個空氣低壓壓力開關，壓力開關為機械裝置，當壓力大于所設定的值時常開觸點變常閉觸點，常閉觸點變常開觸點，高壓壓力開關接常閉觸點，低壓壓力開關接開觸點，送入plc信號高電平均為正常信號；3個風機的運行狀態(tài)（運行或故障），是對應3個變頻器上的繼電器輸出點；3個風機的啟動和停止按鈕和消聲、復位按鈕，這些按鈕接常開觸點，一端接24v直流電源，另一端接數(shù)字量輸入模塊，當按下對應的按鈕后都會將信號傳送給plc。數(shù)字量輸入模塊的接線圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.30

48、4。3.2.4數(shù)字量輸出模塊接線原理該模塊驅(qū)動的外部控制設備一般都是高電壓的設備，但是do模塊的驅(qū)動能力是很有限的，所以該模塊輸出都接繼電器，繼電器輸入端5和9分別接do和24v的m，當do有信號輸出的時候繼電器吸合，常開觸點就會吸合，在常開觸點兩端一端接ac220v，另一端接控制設備，這樣就實現(xiàn)了低電壓驅(qū)動高電壓的轉(zhuǎn)換。該項目中主要驅(qū)動的外部設備分別是：6個空氣大小火控制電磁閥、燃氣總管快切閥（當不滿足安全互鎖條件時將燃氣總管切斷）、6個燒嘴的點火和復位命令、3個風機的啟/?？刂啤?個風機的運行指示燈、故障指示燈及風鳴報警等。數(shù)字量輸出模塊的接線圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2a

49、i-d.305。3.2.5模擬量輸入模塊接線原理該項目一共有兩個模擬量輸入模塊，一個為熱電偶專用的模塊，該模塊一共8個通道，測量的溫度分別是：4只測爐膛的溫度，1只鋅液熱電偶，煙氣熱電偶兩只，還有一只作為備用；另外一個模擬量輸入模塊為為8個通道，是接收420ma的電流信號的，該模塊主要測量的是：爐膛的壓力、燃氣總管壓力、2個空氣總管壓力、流量信號、co濃度檢測信號以及備用通道。模擬量輸入模塊接線圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.306。3.2.6模擬量輸出模塊接線原理該項目有一個模擬量輸出模塊，主要是根據(jù)風機風量的控制要求，對應輸出420ma的電流信號來控制變頻器輸出頻率，

50、主要控制的是3臺風機變頻器速度調(diào)節(jié)。模擬量輸出模塊接線圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.307。3.2.7電動閥及電磁閥控制原理該項目中有有6個空氣電動閥sgt31r，該電磁閥需要接220v電源線（火線和零線），另外還需要接一根信號線220v火線，該信號線開關通斷用繼電器的常開觸點來控制，當繼電器吸合，空氣電動閥得到220v電壓信號后便進行090（大火位小火位可以手動調(diào)節(jié)）旋轉(zhuǎn)，從而帶動空氣閥板的轉(zhuǎn)動，改變空氣的進氣量。燃氣總管的燃氣快切閥本質(zhì)上就是電磁閥，該電磁閥只需要一根220v火線的信號線，和一根零線，同樣信號線開關通斷用繼電器常開觸點來控制，當繼電器吸合，電磁閥就會

51、得到220v電壓信號，電磁閥就會打開，使燃氣總管有燃氣通過，當不滿足互鎖條件時，繼電器斷開，電磁閥信號線得不到電壓信號就會切斷燃氣管道，起到保護的作用。電動閥及電磁閥的控制原理圖詳見附錄1電氣設計圖中的圖號xgb6f2p2ai-d.308。3.2.8信號隔離器原理圖信號隔離器是將輸入電流和電壓信號，變送進行輸出線性的電流或電壓信號，并起到電氣隔離和抗干擾的能力。信號在傳輸?shù)倪^程當中會遇到各種各樣的干擾，使用信號隔離器是必不可少的，在該項目中信號隔離器除了增強抗干擾能力和電氣隔離外，該信號隔離器還需要給無源的壓力變送器供電，因為該壓力變送器是兩線制的，信號線和電源線是同一根線（即傳輸信號又給變送

52、器供電）。信號隔離器原理圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號xgb6f2p2ai-d.308。3.3點火箱的設計電火箱是每個燒嘴的控制中心，其內(nèi)部主要有sfd258燒嘴控制器和點火變壓器，外部連接主要有現(xiàn)場火焰檢測uvs連接、現(xiàn)場燒嘴前燃氣電磁閥連接以及點火電極連接；電火箱的正面有兩個按鈕，分別為點火和復位。電火箱的實物圖如圖3.6所示，電火箱布置圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號st-dhx-03。該項目中有6個燒嘴，所以需要6個點火箱，在現(xiàn)場運行中經(jīng)常會出現(xiàn)某個sfd258燒嘴控制器出故障或者其它故障，需要對電火箱進行檢修，所以每個電火箱采用一個空開，單獨供電，在檢修的時候不影響其它燒嘴正常工作，不用停

53、爐檢修。點火箱的核心是燒嘴控制器，sfd258大致工作過程是：當接收到點火命令后，首先給點火變壓器輸出，燒嘴內(nèi)部在點火電極處就會產(chǎn)生電火花，同時將燒嘴前的燃氣電磁閥打開，燃氣和空氣混合氣體進入后在電火花下就會點燃，點燃后uv火焰監(jiān)測就會有信號傳送給sfd258，燃氣電磁閥持續(xù)打開；若uv火焰監(jiān)測沒有監(jiān)測到火焰信號說明點火失敗，sfd258會切斷燃氣電磁閥起到安全保護作用，只有接收到復位信號后才可以再一次點火。點火箱（uv監(jiān)測）接線原理圖詳見附錄1電氣設計圖中圖號st-dhx-03。圖3.6 點火箱實物圖3.4端子接線原理整個鋅鍋控制系統(tǒng)中需要很多不同的電纜連接，其中包括plc控制柜和配電柜柜內(nèi)