陶瓷隧道窑微机系统的设计.doc

陶瓷隧道窑微机系统的设计一、控制方案的确定1、隧道窑的结构特点及工艺要求（1）结构特点?　　隧道窑全长61米，其中预热带为21米、烧成带为15.6米、冷却带为24.4米。烧成带共设八对燃烧窑，烧嘴采用全热风雾化比例烧嘴，氧化气氛烧成，烟囱自然排烟，烧成主要产品为系列颜色釉陶瓷制品，烧成周期约20小时。（2）工艺要求?根据工节艺要求共设定了38个测点，其中：　　温度26点，其中燃烧室温度16点，窑内温度10点，用热电偶检测，补偿导线传送信号；　　压力9点，控制、检测分别选用微差压变送器（DBC-110）和霍尔变送器（YSH-1/3）；　　烟气含氧量1点，采用Z0-113型智能氧化锆分析仪检测显示，并送STD工控机；　　油温检测1点；耗油量1点在STD工控机中进行累积。　产品工艺要求窑的温度、压力分布，空气过剩系数a的值的控制技术指标为：???? 炉温 950-1350℃；　 1＃~3＃ 燃烧室为给定值±12； 　4＃~6＃ 燃烧室为给定值±10；???? 7＃~8＃ 燃烧室为给定值±7；???? 窑温 烧成带主偶度为目标值±4；???? 窑压 烧成带两端压力为给定值的±1.5Pa；???? 烟气含氧量控制在6~8％；???? 供油温度为给定值±3；???? 供油压力为给定值±0.05Mpa 。2、对象的特性分析经对温度参数特性分析，其关系可表示为：　　 （2）式中Kij为传递矩阵，描述了窑体的传递特性，它除了依赖于窑体的结构外，还与入窑制品、进车速度等因素有关。通常认为Kij的变化是很小的，因此只要确保燃烧温度控制的精度，总可以得到期望的窑温分布曲线。其控制框见图1。　　　　若该系统的给定值是各个监测点的温度（共8点），而各控点的给定值Ri可随之调节，便形成如图2所示的多变量串级调节系统。　　　　上述串级调节系统的调节关系式为：　　　　式中：Ri（I=0，1，…，7）--控制点给定值；???? 　　εi（I=0，1，…，7）--监测温度与监测点给定值之间偏差；???? 　　Dij（I=0，1，…，7）--是调节规律。???? 由于隧道窑容量滞后较大，控制周期不能小于对象的纯滞后时间加上测量滞后时间。而计算机控制系统，是一个控制周期可变的采样调节系统，所以很容易实现温度控制。　　以上分析虽然较全面地描述了窑体的传递特性和采用的调节规律，但在窑炉实际烧成过程中，低温炉口的作用主要是分解及氧化阶段，而决定产品烧成质量的关键部位是高温区各燃烧室温度的相对稳定即可。所以，对低温炉口采取单回路定值反馈控制可满足要求，而对高温炉口（6＃、7＃）与主偶窑温之间采取了串级控制，达到稳定一般保证重点的目的。　　6＃、7＃炉口与主温点的关系式可表示为：???? R6 = f(θ6) = a0 + a1ε6???? R7 = f(θ7) = b0 + b1ε7???? 式中：R6·R7分别为窑体两侧对称的6＃、7＃炉口目标设定值；a0、b0、a1、b1为传递系统。???? 窑内压力制度的相对稳定是温度稳定的关键。一般来说，烧成为氧化气氛的窑炉，烧成带初端和末端的压力分布应分别为微负压（PY）和微正压（PZ）。若忽略次要因素对系统进行简化，烧成带末端窑压（PZ）是窑尾风（PW），急冷风（Pj）,抽出（Pr）和燃料燃烧气体的变化（PS）等综作用的结果，用关系式表示为：Pz = f(Pj,PW,Pr, PS) 实际，我们把Pj，PW稳定，由于其它因素引起Pz的变化作为Pr的干扰量来处理，通过调节整热风输出来达到消除这些干扰因素的影响，这样，正压关系式也可用单变量函数表示为：Pz = f(Pr)???? 同理分析可得负压的调节关系式为：PF = f(PY)???? 式中： PY -- 烟道底部压力???? PF -- 窑内负压力（烧成带初端压力）。3、系统结构及工作原理（1）主机系统???? 本系统由一台IBM-XT型微机作为SPC（监控）机称上机位，并配置一台STD总线工控机作为DDC（直接数字控制）机称下位机组成，其特点为：???? STD工控机是采用国际标准总线的适用于工业现场控制的微型计算机，有丰富的全光电隔接口，可靠性高；???? IBM-XT数据处理能力强，通过通讯接口可方便与STD机连接来，实现现场数据传递处理，参数修改，人机对话，并利用其丰富的软件开发能力组成一个功能齐全，操作简便的DDC与SPC相结合的控制系统。?（2）输出执行机构???? 16路温度控制回路采用DKJ-210电动执行器，调节烧嘴开度，改变油量以控制燃烧室的达到窑内给定温度的稳定。???? 2路窑压控制回路：烧成带末端压力由DKJ-310电动执行器调节热风抽出量进