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1、l 砌砖养护窑窑温的自动控制 摘摘 要：要： 本次毕业设计的内容主要是对砖窑养护窑的温度自动控制，砌砖在生产过程中最后一 道工序是养护，养护窑养护不受气候的影响，通过自动控制进行养护，严格根据工艺要求 实施控制，可以保证产品的质量及产品的生产进度，系统要求控制两个养护窑。本文通过 从分析任务、硬件配置选型及其相关软件需求和施工注意事项等方面，全面阐述了砖窑养 护窑的温度自动控制任务设计过程。同时，本文还针对目前现实工厂自动控制过程中集中 控制需求对砖窑养护窑的温度自动控制作了集中监控系统作了初步设计。 关 键 词：窑温，：窑温，PLC 自动控制，自动控制，PID 调调 引引 言：言： 随着社会
2、经济的飞速发展，人们的生活水平的提高，各种住宅小区、商用建筑、写字 楼像雨后春笋般拔地而起。建筑业的繁荣昌盛，带动了砌块（砖）生产业的飞速发展与技 术革新。传统的砌块（砖）上在全自然的环境中生产出来的，加工周期长，成功率不高。 现在各个建材生产厂商专门研制出了一种砌块（砖）养护窑，用来加快砌块（砖）的出厂 周期，以便提高生产效率与经济效益。对 GJ 型系列养护窑，整个控制系统是由新式窑体 结构、热工供调系统、工业计算机控制系统组成的成套技术工艺设备，一般的其控制核心 为单片机，这类控制系统虽然具有成本低、体积小、程序简短等优点，但只适合小型控制 系统，对于较大型控制系统，不但成本大大增加，而且
3、可靠性较差，对要求较高的系统难 以实现。PLC 具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境的优点， 是一种通用的自动控制装置，结合当今发展较快、应用越来越广的模糊控制技术，可实现 l 较大型控制系统，且功能完善，效果好。介绍一种以 PLC 为控制核心、以 PID 控制理论为 依据的智能炉窑控制系统。 1 1绪绪 论：论： 1.1养护窑控制技术简介 随着我国经济的发展，市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的 建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。砌块生产线养 护温度控制是砌块（砖）生产质量控制的最后一环，也是最为重要的一环。生产成型的砌
4、 块（砖）在不同的温度养护过程中进行养护，会有不同质量的砌块生产出来。砌块生产线 养护系统主要由蒸气发生装置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统三部分组成。温度养 护原理是：蒸气发生装置产生饱和水蒸气，通过固定管线输送到各养护窑内，对所生产的 砌块进行温度养护，并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温度控制。 为了适应社会的发展和满足人们对产品最求的不断提高国内厂家开始引进国外技术。 1.2.养护窑控制技术的研究状况 随着我国经济的发展，市场上建筑材料的需求也向着高质量、大数量方向展。传统的 建材制造工艺越来越显露出产品质量差，产量小，对环境污染严重的缺点。 砌块生产线养护系统主要由蒸气发生装
5、置、蒸气工艺管路、养护窑温度控制系统 三部分组成。温度养护原理是：蒸气发生装置产生饱和水蒸气，通过固定管线输送到各养 护窑内，对所生产的砌块进行温度养护，并由养护窑温度自动控制系统对各养护窑进行温 度控制。 砌块（砖）生产线温度养护的控制方式可以采用以下几种方式 （1）定时器控制、 l （2）可编程定时器控制、 （3）PLC 控制 （4）工业控制机（IPC）控制等。 每种方式都各有优缺点。定时器控制及可编程定时器控制优点是价格，缺点是只能分 段控制，不能调节，且操作不便；PLC 控制的优点是稳定可靠，缺点是显示及控制调整不 便； 工业控制机（IPC）控制则具有 PLC 控制稳定的优点，又具有丰
6、富的显示及控制调整 的功能，并能实现砌块温度养护的特殊要求：即按给定的温度曲线，对养护窑进行温度控 制。 IPC 控制系统可根据砌块养护的特点确定的温度曲线进行严格的温度控制，使养护 窑温度按照所给定的温度曲线运行。采用工业控制机进行控制，可实现温度自动采集显示 功能及温度曲线的控制功能，并且系统运行稳定。系统采用汉字操作界面，使用十分方便。 采用养护窑自动温度控制系统后，可提高养护温度控制精度，提高砌块（砖）产品质 量，减轻操作员的劳动强度， 并能取得良好的经济效益。 砌块生产线温度养护系统功能及主要技术指标。 系统实现以下功能 （1）养护窑温度自动采集显示功能 （2）温度曲线显示功能 （3
7、）养护窑温度自动控制功能 （4）给定温度曲线，自动控制养护窑温度功能 （5）数据存储功能 l 主要技术指标： （1）给定温度曲线控制功能； （2）温度 PID 调节控制功能， P、I、D 参数可调； （3）温度采集精度：0.5% （4） 系统温度控制精度：0.5% 2 2 设计任务概述设计任务概述 2.1 工艺概况 砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护的方法有两种。一种是传 统的自然养护；自然养护只需要一个可供养护的露天场地，靠阳光加温。这种养 护方法 投资少，养护成本低。缺点是养护周期太长，受环境温度影响大，对产品 质量要求较高时，无法保证高质量与短生产周期。尤其在我国北方地区的冬季
8、， 温度低，阳光少，风沙大，天气条件恶劣，不适用这种养护方法。但是在一些规 模较小的砌块加工场所还经常用到这种养护方法。另一种养护方法就是在养护窑 中进行养护。用户可以根据砌块的工艺要求指定养护规则，由手动或自动方法控 制养护程序的进行。养护窑养护过程是严格按照砌块的工艺要求实施控制的。它 能保证产品质量，保证生产进度，不受天气影响。本设计任务就是对养护窑的窑温用 PLC 实行自动控制，系统要求控制两个养护窑。 2.2 系统控制对象 每个养护窑有： 3 个开关量输入：一个启动按钮，一个停止按钮，一个急停按钮； 2 个开关量输出：一个排气电磁阀控制热气的排出，一台送风电动机； 一个模拟量输入：测
9、温输入点（模拟量）； 一个模拟量输出：进气电动阀（模拟量）； 整个系统还需一个总启动按钮，一个总停止按钮； 总的控制量：开关量输入点 8 个，开关量输出点 6 个，模拟量输入点 2 个，模拟量输 出点 2 个。 2.3 系统控制任务 l 总启动按钮按下后，整个系统允许运行，总停止按钮按下后整个系统停止运行，每 个窑都可以自行控制，按下各窑的启动按钮后，各窑开始运行，按下其停止按钮，各窑停 止运行，按下紧停按钮后，禁止各窑输出控制。 具体流程控制要求：启动电机，供风循环热气流；开启进气电动阀，调整其开度大 小控制进气量，实现窑温的自动控制（温度设定 100 摄氏度），仅过一段时间（设恒温 10
10、小时），关闭进气阀门，打开排气阀门，排气，按下停止按钮，关闭风机 ，关闭排气 阀，准备砌砖出窑。 只要有一个窑排气阀打开，总排气阀要打开；只有总进气阀打开才能启动各窑进气 阀。系统框图如下： 系统工艺流程框图（一） 3 3 系统设计系统设计 3.1 系统控制对象的输入输出点地址分配表(一) 输入输出点地址分配表 输入点输出点 I0.0 总启动按钮 Q0.0 1#排气阀打开 I0.1 总停止按钮 Q0.1 1#风机启动 I0.2 1#窑启动按钮 Q0.2 2#排气阀打开 I0.3 1#窑停止按钮 Q0.3 2#风机启动 I0.4 1#窑急停按钮 Q0.4 总排气阀打开 I0.5 2#窑启动按钮
11、Q0.5 总进气阀打开 I0.6 2#窑停止按钮 QF2.1 1#窑进气阀控制 I0.7 2#窑急停按钮 QF2.2 2#窑进气阀控制 IR1.1 1#窑温度输入 l IR1.1 2#窑温度输入 3.2 系统控制对象的分析表（二） 序序 号号 名称名称 数据数据 类型类型 输入输入/ /输输 出出 信号信号 数据格数据格 式式 配套元器件配套元器件 控制控制 功能功能 地址分配地址分配模块模块 1 1 系统允许按钮 BOOLInput I:0.0/0 1762- L24BWA 2 2 系统停止按钮 BOOLInput I:0.0/1 1762- L24BWA 3 3 总排气阀打开 BOOLOu
12、tput O:0.0/4 1762- L24BWA 4 4 总进气阀打开 BOOLOutput O:0.0/5 1762- L24BWA 5 5 1#窑启动按钮 BOOLInput I:0.0/2 1762- L24BWA 6 6 1#窑停止按钮 BOOLInput I:0.0/3 1762- L24BWA 7 7 1#窑紧急停止 BOOLInput 紧停按钮 I:0.0/4 1762- L24BWA 8 8 1#窑排气阀打开 BOOLOutput 中间继电器 O:0.0/0 1762- L24BWA 9 9 1#窑送风启动 BOOLOutput 中间继电器 梯形 图 O:0.0/1 1762
13、- L24BWA 1010 1#窑温 REALInput420ma PID 控制 100 PT 385 热 电阻（配置信 号隔离器） PID 调节 I:1.1 1762- IR4 1111 1#窑进气阀 REALOutput010V0100% O:2.1 1762- OF4 1212 2#窑启动按钮 BOOLInput I:0.0/5 1762- L24BWA 1313 2#窑停止按钮 BOOLInput I:0.0/6 1762- L24BWA 1414 2#窑紧急停止 BOOLInput 紧停按钮 I:0.0/7 1762- L24BWA 1515 2#窑排气阀打开 BOOLOutput
14、中间继电器 O:0.0/2 1762- L24BWA 1616 2#窑送风机启动 BOOLOutput 中间继电器 梯形 图 O:0.0/3 1762- L24BWA 1717 2#窑温 REALInput420ma PID 控制 100 PT 385 热 电阻（配置信 号隔离器） I:1.2 1762- IR4 1818 2#窑进气阀 REALOutput010V0100% PID 调节 O:2.2 1762- OF4 1、处理器提供有一个 RS232 口、一个 EtherNet/IP 口，可满足系统通讯需求。 2、预留开关量 6 个输入，4 个输出；两个热电阻输入通道，两个模拟量输出通道（
15、A/V 可选）。 3、软件：RSLogix 500，RSLINX；HIM 采用 RSview32 3.3 硬件选型依据及说明： l 3.3.1 PLC 硬件的选型及说明： 硬件的选购目前市场上的 PLC 产品众多，为我们提供了众多的选择余地。因为每种品 牌的 PLC，会根据用户的不同需求，有多种型号可供选择。在具体的选择过程中，还要遵 循以下几条原则: （1）确定最终控制对象的数量； （2）分析确定控制目的、精度和控制方法； （3）由安全生产角度和电气常规保护和控制角度初步确定所需必要元器件特性和数 量； （4）确定负载类型根据 PLC 输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是 小电流
16、，以及 PLC 输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输 出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定用行是很重要； （5）对控制对象将来扩展需求、通讯需求和工厂系统规划兼容性等方面需求进行初 步考虑； （6）使用者的需求（尺寸、环境、兼容等）和设计者对软硬件的熟练或熟悉程度对 系统硬件的选型也有着致关重要的作用。 (7)经济实用性。用户程序的存储容量和指令的执行速度是 PLC 性能比两个重要指标。 一般存储容量越大、速度越快的 PLC 价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用 PLC 产 品。 通过任务要求和分析可知，该系统主要对温度进行恒温 100 度控制，而对控制精度、 系统响应速度并没有具体要求，同时系统对进风温度和进风阀开度都没有反馈信号需求， 所以采用一般的 PID 控制和普通的逻辑语言或算法即可满足要求。所以该系统的设计重点 从恒温控制和安全生产的角度来进行考虑。 由于用户对控制所采用的关键器件 PLC 等没有特别要求，所以作者采用了自己更为熟 系的 AB 公司 P
