毕业设计论文加热炉防脱火超驰控制系统设计.doc

XX大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题的研究背景我国加热炉是耗能大户，约占全国总能耗的25%，仅次于热力发电和锅炉的能耗量加热炉的能耗占工业炉总能耗的90%以上，可见加热炉在我国制造领域当中占据着举足轻重的地位在机械行业中，目前先进的炉型所占比例不超过20%，绝大多数为20世纪60 ~80年代建设或改造的结构形式，数以万计的锻件，铸件加热炉在不同程度上存在加热质量差，热效率低和机械化程度低的缺陷虽然一些较大的台车式炉、环形炉和步进炉，基本实现了流量、压力、温度的自动检测与过程控制，但据统计，其中有近三分之一的炉子，由于执行元件和控制仪表性能不稳定、维护不及时、操作人员培训不到位而不能坚持使用对于大量小型加热炉而言，只配备温度指示仪外，一般为人工凭经验操作我国的工业炉能源为利用率较低，其热效率平均约为25%，其中锻造加热炉5% ~ 20%，热处理炉为8% ~ 25%，连续加热炉的热效率稍高一点，也只有30% ~ 40%而世界上发达国家燃料炉的热效率平均为50%左右我国工业炉节能还存在很大潜力 对工业炉加热技术和装备水平的评价，主要从满足工艺要求、提高产品质量、降低生产成本、合理利用资源、保护环境以及改善劳动条件等几个方面进行。

工业炉首先应满足工艺要求，提高工件加热或热处理的质量，减少工件加热过程中的氧化和水碳损失，提高最终产品质量保证加热产品的质量是根本，只有在保证工件质量的前提下，其他目标才有意义其次，通过节约能源，降低产品能耗，实现降低产品成本的目标能耗的高低直接反映在产品的成本和价值上，直接影响到产品的竞争力，甚至影响到企业的生存和发展再次，提高炉子自动化控制水平和机械化水平，改善劳动环境，降低工人劳动强度工业炉装备水平的提高是工业化装备水平的提高，是工业化生产文明进步的标志尽管加热炉已经有了很长的历史，但是在发展过程中仍然有许多的问题影响着加热炉的继续发展其中比较突出的有回火和脱火脱火：火焰短，火焰根部离开了灶具火孔一段距离燃烧，有时燃烧一会就熄灭，这种现象称为脱火产生脱火的主要原因是一次空气量过多，产生气流速度大于燃烧速度所造成的处理方法是：将进风量调小再点火，然后再根据火焰情况调节调风板，使火焰达到最佳状态有时脱火是由于灶具火孔由异物或燃烧器内有水，也会产生脱火这就是需要排除异物或水，再进行点火回火是指火焰在引射管内燃烧，并发出响声，此时火焰内外锥不再分明，有时点火是由于气量过小会发生回火并发出“喷”的一声，回火是由于燃烧速度大于气流速度所造成的。

处理方法是：先关闭灶具开关，调节风板，将进风量调小，再进行点火，点着后再调节风板，使火焰达到最佳状态本毕业设计主要就是围绕加热炉的防脱火问题而进行的超驰控制系统设计1.2 课题的研究目的和意义加热炉广泛应用于大量的工业生产，促进了我国工业的快速发展同时加热炉还大量应用与许多大型公共场合，如学校、医院等正因为加热炉的广泛应用，所以在加热炉的工作过程中不可避免的会遇到许多问题脱火和回火问题就是其中比较典型的问题本课题主要研究脱火的预防问题气体燃烧时有一定的速度，当气体燃料在燃烧器出口的流速高于燃烧速度是，会使着火点远离燃烧器而产生脱火气体燃料的速度是由压力转换来的如果燃气管道压力突然变化，或调压站的调压阀、加热炉的燃气调节阀的特性不佳，使入炉燃气压力忽高忽低、以及风量调节不当等因素，都可能造成燃料器厨楼气流的不稳定，引起脱火加热炉如果发生脱火现象，会造成诸多危害脱火时，会造成加热炉在没有熄火保护装置的情况下，燃气大量向外泄露，引起火灾更危险的是，脱火还可能引起闪爆，造成炉毁人亡的重大事故闪爆，就是当易燃气体在一个空气不流通的空间里，聚集到一定浓度后，一旦遇到明火或电火花就会立刻燃烧膨胀发生爆炸。

一般情况只是发生一次性爆炸，如果易燃气体能够及时补充还将多次爆炸本课题研究的主要目的就是通过一系列的过程控制系统中超驰控制系统的设计，达到预防加热炉产生脱火现象目的，减少因加热炉脱火而造成大量损失本课题的研究虽然只能解决加热炉发展过程中的一个小问题，但是造成的影响是巨大的，它会更好的推动加热炉更好更快的发展，同时也会间接推动我国工业的发展2 可编程控制器PLC的实现2.1可编程控制器简介2.1.1 PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association) 经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制2.1.2 PLC的特点(一) 高可靠性1. 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离2. 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.3. 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰4. 采用性能优良的开关电源5. 对采用的器件进行严格的筛选6. 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大7. 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高二)丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：• 交流或直流；• 开关量或模拟量；• 电压或电流；• 脉冲或电位；• 强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：• 按钮• 行程开关• 接近开关• 传感器及变送器• 电磁线圈• 控制阀(三) 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合四) 编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握五) 安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行2.1.3 PLC的功能(一) 逻辑控制(二) 定时控制(三) 计数控制(四) 步进(顺序)控制(五) PID控制(六) 数据控制(七) 通信和联网(八) 其它 PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

2.2 PLC控制系统的设计步骤[2]PLC控制系统的设计步骤：(1)根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量I/O、模拟量I/O以及特殊功能模块等充分估计被控对象和工厂今后发展的需要，所选的PLC的I/O点数应留有一定的余量另外，在性价比不大的情况下，尽可能选用同类型中功能强的新一代PLC2)确定选用的PLC机型3)建立I/O分配表，绘制PLC控制系统的输入、输出接线图4)根据控制要求绘制用户程序的流程图5)编制用户程序，并借助用户程序装入PLC的用户程序存储器6)在实验室模拟调试用户程序7)进入现场联机调试用户程序8)整个系统的调试工作结束后，编制技术文件9)交付使用2.3 PLC中数据的处理硬件的A/D、D/A接口，实现模数转换，可编程控制器就可以方便的处理模拟量实际上用户程序中处理的只是与模拟量成比例的数字量在加热炉防脱火超驰控制系统设计中，加热管道阀门后的压力测量值和热水出口测量的温度值分别通过压力传感器和温度传感器变送成4—20mA的模拟信号，将此模拟信号接入到模拟量输入模块中，转换成0—1000的数字量后作差，在控制器中将数字信号通过PID运算输出成0—32767的数字量，再将此数字量转换成0—1000的数字量信号，再将数字量信号送到模拟量输出模块中，变成的模拟量信号来控制调节阀。

2.4 D/A转换、A/D转换[3]随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，数字技术渗透到各个技术领域，各种以数字技术为基础核心的装置和系统层出不穷，如数字仪表、数字控制、数字通信、数字电视等但是自然界中大多数物理信号和需要处理的信息却以模拟信号的形式出现，如语音、温度、位移、压力等所以，要想用数字技术对这些信号进行处理和加工，就必须首先把模拟信号转换成数字信号，这就是模数转换（ADC）；另一方面，在许多情况下为了显示直观或便于控制，必须将数字量转换成模拟量，这就是数模转换（DAC）图2-1 D/A转换、A/D转换系统Fig.2-1 D / A converter, A / D conversion systemAD:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理DA：数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口2.5 程序的调试将程序在编程软件中反复调试，检查是否有语法错误，观看各步是否顺利实现，通过模拟调试，PLC控制程序初步完成，之后可以进行联机调试3 控制系统人机界面设计3.1 MCGS组态软件简介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、曲线和报表输出、企业监控网络以及高性能、高可靠性、低成本的嵌入系统等功能使用MCGS，用户无须了解计算机编程的知识，就可以轻易完成一个稳定，成熟，具备专业水准的计算机监控系统3.2 组态软件的功能和特点MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为Monitor and Control Generated SystemMCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：1.概念简单，易于理解和使用普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速。