玻璃生产线温度控制系统设计

1、玻璃生产线温度控制系统设计摘 要 本文介绍了对传统玻璃生产线退火窑输送装置的改进及其温度控制系统完善的设计过程。文中首先对玻璃生产线退火窑的国内外发展现状，以及其温度控制系统的结构组成和原理进行了简单介绍。然后针对连续式退火窑的结构特点，设计了一套可灵活改变输送装置的三维输送机构。结合转位机构的特点，采用步进电机带动齿轮副，实现各输送装置的灵活转换。各类输送装置速度的调节是采用PLC控制变频器来实现的。在温度控制系统的设计方面，本设计在退火窑各个温度区均采用周波控制系统，来对各温度区进行温度调节。设计后的退火窑和温度控制系统可以在提高玻璃制品生产效率的同时，也可使退火窑的退火质量得以优化。关键词：退火窑，输送装置，转位机构，温度控制系统，PLC控制iiProduction line of the glass annealing kiln and its temperature control system designAbstract This paper introduces the traditional glass production line annealing kiln f

2、eeding device and the improvement of the temperature control system design process. In this paper, glass production line annealing kiln development status at home and abroad, as well as its temperature control system structure and principle were introduced. Then according to the continuous annealing kiln structure characteristics, design a set of flexible change of three-dimensional conveying mechanism conveying device. Combined with the indexing mechanism characteristics, using a stepper motor

3、to drive the gear pair, each conveying device realize flexible conversion. Various types of conveyor speed adjustment is the use of PLC control of frequency converter to realize. In the temperature control system design, the design of each temperature zone in annealing furnace adopts frequency control system, to each temperature zone is used for temperature regulation. Design of annealing furnace and temperature control system to improve the glass products production and efficiency at the same t

4、ime, also can make the annealing furnace annealing quality can be optimized.Key words: annealing kiln, conveying device, indexing mechanism, temperature control system, PLC controlII目 录第一章 绪 论11.1概述11.2国内外发展现状及趋势11.3退火窑的基本结构和温度控制系统的工作原理31.3.1退火窑的基本结构31.3.2温度控制系统的工作原理41.4 设计方案的改进51.5 本设计的主要完成的任务6第二章 关于玻璃生产线退火窑的设计72.1 玻璃的退火与退火窑72.1.1 退火的概念、目的和过程72.1.2玻璃制品内应力的类型及成因72.2 退火窑的分类及要求82.2.1 退火窑的分类82.2.2 对退火窑的要求92.3 退火窑的分区92.3.1保温区（A区、B区、C区）92.3.2缓冷区（D区、E区）102.3.3快冷区（F区）102.4 退火窑输送装置的改进102.4.1传统退火窑输送装置的介绍

5、102.4.2 改进后的退火窑三维输送装置112.4.3 主要零部件的设计计算与说明13第三章 温度控制系统的硬件组成及软件设计163.1 温度控制系统的硬件组成163.1.1 可编程控制器（PLC）的简介、选用及端口分配163.1.2 变频调速器的应用173.1.3 热电偶的概述及工作原理183.1.4 周波控制系统的组成、原理及性能分析193.1.5 温度控制系统的硬件组成及性能分析203.2温度控制系统的软件设计213.2.1 软件部分的组成及分析213.2.2 顺序功能图223.2.3梯形图22第四章 结论26参考文献27致 谢2827第一章 绪 论1.1概述 退火窑是玻璃生产线上的三大热工设备之一，也是生产线上的主要设备。在玻璃生产实践中总结出四句话：“原料是基础，熔化是保证，成形是关键，退火是效益1”。退火是效益的原因在于：如果退火窑设计不合理，确定的工艺参数不恰当，会直接影响玻璃的退火质量，造成严重的经济损失。由于所需退火的玻璃制品不同，退火窑的窑型也不尽相同，但无论哪一种退火窑都应保证实现规定的退火工艺制度，使退火窑断面上的温度保持均匀；在优化质量、降低能耗的基础上做到

6、高效率生产；在确保退火质量的前提下尽可能使退火窑结构简单，操作方便。因此玻璃的退火工艺是玻璃生产过程中的一个重要环节，其过程是将玻璃置于退火窑中，使其在某一温度下保持足够时间后再缓慢冷却，从而使玻璃应力不超过允许值。当然要实现这一目的，就要对退火窑各区温度进行有效的控制。温度控制系统可以实现对退火窑内保温区和非保温区的温度控制。由各控制部分的协调配合，可以使玻璃的温度控制在需要的范围之内。总之，退火窑性能的好坏直接影响玻璃制品的质量和生产成本，而退火窑温度控制系统不仅是生产高质量玻璃制品的前提，而且也是提高生产效率和退火窑寿命的必要保障。因此，在保证退火窑性能的基础上，优化退火窑温度控制系统对玻璃制品的生产具有重要意义。1.2国内外发展现状及趋势我国目前的工厂广泛采用的是连续式退火窑，原因在于其生产效率高，连续性强，较易形成自动化管理运行模式，可以实现大批量生产。其中输送装置则因玻璃制品的特点而定，但速度控制系统落后，不能实现灵活调节，因此存在综合性不强，生产品种单一的缺点：即一个工厂只能对一种玻璃制品进行简单退火，若生产玻璃制品的品种增多，则需要相应增加退火窑的数量，这样不仅使投资成

7、本增加，而且使车间的空间利用率降低。对于退火窑内的加热方式，目前采用的有明焰式、隔焰式、半隔焰式和电加热式。明焰式的火焰与制品直接接触；隔焰式的火焰不与制品接触，通过薄片砖或退火窑外壳体间接传热；半隔焰式的火焰部分与制品接触，另一部分对制品间接加热。三种加热方式各有自己的优缺点。针对冷却介质，由于空气的来源广泛，设备简单，经济效益性好，故在国内外得到普遍采用。但由于空气中的杂质会对玻璃制品产生一定的影响，在实际中又不易通过改善风机的性能来得到净化空气的目的。就这一缺陷，法国公司在生产质量要求较高的玻璃制品时，采取水冷的方式进行冷却，效果可靠、技术成熟，玻璃制品的质量可以得到保证，值得我国的借鉴与引用。在退火窑结构方面，比利时克纳德（CNUD）式退火窑，增加了可以方便拆卸的喷镀区，其上可以安装喷镀设备来生产镀膜玻璃。在加热区增加了抽屉式电加热器和管束式辐射冷却器，来更好地调节退火窑顶部、底部和边部的温度。图1-1 克纳德（CNUD）式退火窑A区结构简图法国的斯坦因（STEIN）式在此方面采用热风循环逆流间接冷却玻璃板，其中电加热器不直接布置在窑内，而是安装在窑外的冷却风系统中，通过调节辐

8、射冷却器进口的空气流量和初始温度来达到控制窑内温度的目的。图1-2 斯坦因（STEIN）式退火窑热风循环逆流冷却装置1.3退火窑的基本结构和温度控制系统的工作原理1.3.1退火窑的基本结构 玻璃生产线退火窑为钢壳隧道式结构，按退火特点可分为间歇式、半连续式和连续式。就连续式退火窑而言，其结构一般由窑膛、传动装置、加热及温度控制系统组成。 由于玻璃制品的不同，又可将连续式退火窑分为网带式、辊轮式和蜗杆式。网带式退火窑的网带用钢丝编织而成，在退火窑的高温段，网带由无缝钢管或钢轨托住，在低温带由钢辊托住。网带的传动装置包括主动轮、张紧装置和纠偏装置等。图1-3 网带式退火窑传动装置简图辊轮式退火窑的辊子由吊挂式轴承支承，通过无级调速驱动传动轴，由固定在传动轴和辊子轴端的螺旋齿轮副带动。窑的宽度取决于玻璃制品的产量及窑长，一般从1.2m2.5m，不希望大于2.5m。窑膛的长度根据退火曲线、网带移动速度及厂房条件等因素来确定。退火窑沿长度方向可分为A区、B区、C区、D区、E区、和F区。其中，A、B、C区的钢壳内有保温层，内设电加热器和辐射冷却器，故称为保温区；D和E区为封闭钢壳结构，内设热风循环

9、冷却装置，故为缓冷区；F区有封闭式和敞开式两种类型，内设强制冷却装置，故为快冷区。退火窑的长度可以根据季节和外部环境气温来调节。1.3.2温度控制系统的工作原理就目前广泛采用的连续式退火窑而言，其工作特点是玻璃制品在退火窑内连续移动，但退火窑内各区温度恒定不变。因此，合理控制玻璃的温降速度，保持各区温度的连续均匀性，成为退火窑在退火操作中的关键。在退火窑工作时，通过输送装置的连续移动，将玻璃制品以特定的速度输送到退火窑内进行退火。退火过程是很严格的一项操作，之所以这么说，是因为对于不同的玻璃制品，其厚度、形状、大小、质量等因素不尽相同，这就决定了其退火曲线的不同。退火曲线又与温度和时间有着密不可分的联系，其中温度与时间的比值称为温降速度()，用公式表示为 ： (1-1) 在玻璃制品退火之前要先明确它们的退火曲线，并根据玻璃制品的形状和尺寸选择合适的输送装置。退火曲线与输送装置的合理选择是很重要的，然而控制合理的温降速度才是关键的。其中时间改变量： (1-2) 其中玻璃退火曲线如图1-4所示:图1-4 玻璃退火曲线举例 由式（1-1）和（1-2）可得： (1-3) 式中：温度变化量（） ：时间改变量（或）

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