步进炉空燃配比控制系统设计及组态监控【字数：12876】
煤气发生炉是指用于制造煤气、水煤气及半水煤气的反应炉，其目的是提供清洁能源的需求，现有煤气发生炉主要依靠人工方式对煤气炉进行观测设控制，本文对现有的煤气发生炉进行自动化改造，要求空燃比可以实现自动控制，燃烧气氛良好并且充分考虑节能环保。要实现对步进炉的空燃比自动控制，设计中采用了温度传感器，氧传感器作为信号输入，PLC作为控制核心。通过PLC的模拟量模块对控制燃料的电动阀门以及控制风量的鼓风机进行控制，从而实现控制温度，控制空燃比的目的。此外，文中利用组态王软件模拟了整个控制过程，对各传感器的数据进行了采集，以便面对上位机直接对燃烧过程进行观测，方便监控。
目录
1.绪论 1
1.1工业炉概述 1
1.2燃烧控制现状概述 1
1.3几种燃烧控制方式 2
1.4本文设计主要内容 3
2.燃料燃烧计算及燃烧装置设计 3
2.1燃料燃烧的计算 4
2.2节能环保设计 5
2.2.1预热器选用 6
2.2.2基本计算 6
2.3燃烧装置设计及计算 10
2.3.1烧嘴的选择 10
2.3.2燃气管道的设计 11
2.3.3空气管道设计 12
3.硬件选型及控制系统设计 13
3.1 PLC概述及选型 13
3.1.1 PLC基本介绍 13
3.1.2 PLC基本结构 13
3.1.3 PLC工作原理 14
3.1.4 PLC型号选择 14
3.2热电偶和氧传感器选型 15
3.2.1热电偶的选择 15
3.2.2氧传感器选择 17
3.2.3电动蝶阀选择 19
3.2.4变频器选择 19
3.3 PLC控制系统设计 21
3.3.1总体方案设计 21
3.3.2温度控制系统 23
3.3.3天然气和空气比值控制系统 24
3.3.4烧嘴控制 26
4.组态王系统设计 27
4.1组态软件及组态王介绍 27
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
2组态王监控系统设计 28
4.2.1系统设计基本步骤 28
4.2.3系统设计具体操作 28
结语 35
参考文献 36
致谢 37
1.绪论
1.1工业炉概述
工业生产中，把用燃料燃烧产生热量，或者通过电能产生热量来对目标材料进行加热的设备称为工业炉。作为一种热工设备，工业炉广泛应用在冶金，干燥，熔炼，热处理，陶瓷工业等行业中。我国属于生产型国家，其中工业炉数量不仅多，而且品种也很丰富。
工业炉按供热方式可分成两类：一类是火焰炉即燃料炉，用各种燃料燃烧产生热量来加热；二是电炉，将电能转化为热量来加热。其中，火焰炉可以按照周围燃料优势来建造，价格相对便宜，同时也对电的需求也不大，所以目前国内主要以火焰炉为主。火焰炉中主要以火焰燃烧为主，其最大特点是火焰温度难以精确控制，容易造成污染。按热工制度分，可分成间断式和连续式加热炉，间断式按一班或两班生产，主要有室式炉，井式炉等，连续式按三班连续生产，主要有连续式加热炉，推杆式加热炉，热处理炉等。工业炉种类繁多，需要学习相应的知识，根据相关设计经验和手册，才能设计有效的工业炉。
改革开放以来，我国积极进取，已经从曾经落后的工业国发展成为工业大国。而工业炉在工业加工中起着关键作用，我国的工业炉品种繁多，已经足够工业加工中的使用，但是我国的工业炉先进技术还不够普及，大多数的企业加工所使用的工业炉还很落后，产量低，污染重，工人工作环境差。对此还有许多技术需更新，来为我国工业加工注入新的能量。
而空燃比，温度控制系统的设计则工业炉中的重中之重，因此本设计在工业炉设计手册的指导下，合理选择工业炉必须的部件和相应需要的传感器，采用PLC自动控制，实现空燃比的自动控制，相对人工控制自动控制更加精确，较好地保证了产品的成材率。
1.2燃烧控制现状概述
加热炉是钢铁加工工业中主要的耗能设备，消耗能源巨大，为了节能减排必须尽量提高燃料的利用率，这是首要问题。国内外的加热炉主要还是采用的混合煤气或者煤，部分使用天然气，特别是中小企业技术不完善，节能减排意识不高，一方面不注重清洁能源的使用，另一方面不能合理的控制燃烧。先进的企业已经注重燃烧的控制，并且使用清洁能源比如，天然气，天然气热值高，并且易于利用计算机实现自动控制空燃比。计算机控制燃烧，就是在现行的燃烧工况下，调节空燃比，使得燃烧处于较好状态，提高控温精度，达到提高生产效率和质量的目的。
国外对加热炉燃烧控制相对国内是要领先很多的，八十年代开始，我国开始重视对加热炉的燃烧控制系统的研究，吸取国内外先进经验，逐步加强对加热炉燃烧控制系统开发力度，我国的各种设备，控制水平也随之稳步提高。到了九十年代，我国的轧钢厂明显增多，或多或少在连续加热炉中可以进行不同程度的自动控制，虽然效果不尽人意，但这是燃烧控制系统在民用上一个重大突破。虽然国内的各项技术指标在飞速提高，控制效果也在慢慢变好，但是控制理论的研究和国际顶级技术的掌握始终不够，仍然被欧美等发达国家所掌握着，虽然炼钢水平今非昔比，但是涉及到关键技术时，还是非常地依赖进口。
1.3几种燃烧控制方式
1.串级并联双交叉限幅控制燃烧
串级并联双交叉限幅控制燃烧是一种先进的燃烧控制技术，所谓的并联双交叉是它设计了两个控制回路并且互相干涉，它起初经历了燃料和空气单独控制的比值调节系统，后来经过不断开发和改进，形成以温度为主，空燃为副的串级并联控制系统。
发展至今此项控制系统，在计算机的帮助下发张迅速，应用广泛，与以前的仪表控制相比，更加灵活方便，配合现在计算机可以和其他优异的控制系统共同作用可以取得非常理想的效果。如图11是一种交叉限幅控制燃烧方式。/
目录
1.绪论 1
1.1工业炉概述 1
1.2燃烧控制现状概述 1
1.3几种燃烧控制方式 2
1.4本文设计主要内容 3
2.燃料燃烧计算及燃烧装置设计 3
2.1燃料燃烧的计算 4
2.2节能环保设计 5
2.2.1预热器选用 6
2.2.2基本计算 6
2.3燃烧装置设计及计算 10
2.3.1烧嘴的选择 10
2.3.2燃气管道的设计 11
2.3.3空气管道设计 12
3.硬件选型及控制系统设计 13
3.1 PLC概述及选型 13
3.1.1 PLC基本介绍 13
3.1.2 PLC基本结构 13
3.1.3 PLC工作原理 14
3.1.4 PLC型号选择 14
3.2热电偶和氧传感器选型 15
3.2.1热电偶的选择 15
3.2.2氧传感器选择 17
3.2.3电动蝶阀选择 19
3.2.4变频器选择 19
3.3 PLC控制系统设计 21
3.3.1总体方案设计 21
3.3.2温度控制系统 23
3.3.3天然气和空气比值控制系统 24
3.3.4烧嘴控制 26
4.组态王系统设计 27
4.1组态软件及组态王介绍 27
4. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
2组态王监控系统设计 28
4.2.1系统设计基本步骤 28
4.2.3系统设计具体操作 28
结语 35
参考文献 36
致谢 37
1.绪论
1.1工业炉概述
工业生产中，把用燃料燃烧产生热量，或者通过电能产生热量来对目标材料进行加热的设备称为工业炉。作为一种热工设备，工业炉广泛应用在冶金，干燥，熔炼，热处理，陶瓷工业等行业中。我国属于生产型国家，其中工业炉数量不仅多，而且品种也很丰富。
工业炉按供热方式可分成两类：一类是火焰炉即燃料炉，用各种燃料燃烧产生热量来加热；二是电炉，将电能转化为热量来加热。其中，火焰炉可以按照周围燃料优势来建造，价格相对便宜，同时也对电的需求也不大，所以目前国内主要以火焰炉为主。火焰炉中主要以火焰燃烧为主，其最大特点是火焰温度难以精确控制，容易造成污染。按热工制度分，可分成间断式和连续式加热炉，间断式按一班或两班生产，主要有室式炉，井式炉等，连续式按三班连续生产，主要有连续式加热炉，推杆式加热炉，热处理炉等。工业炉种类繁多，需要学习相应的知识，根据相关设计经验和手册，才能设计有效的工业炉。
改革开放以来，我国积极进取，已经从曾经落后的工业国发展成为工业大国。而工业炉在工业加工中起着关键作用，我国的工业炉品种繁多，已经足够工业加工中的使用，但是我国的工业炉先进技术还不够普及，大多数的企业加工所使用的工业炉还很落后，产量低，污染重，工人工作环境差。对此还有许多技术需更新，来为我国工业加工注入新的能量。
而空燃比，温度控制系统的设计则工业炉中的重中之重，因此本设计在工业炉设计手册的指导下，合理选择工业炉必须的部件和相应需要的传感器，采用PLC自动控制，实现空燃比的自动控制，相对人工控制自动控制更加精确，较好地保证了产品的成材率。
1.2燃烧控制现状概述
加热炉是钢铁加工工业中主要的耗能设备，消耗能源巨大，为了节能减排必须尽量提高燃料的利用率，这是首要问题。国内外的加热炉主要还是采用的混合煤气或者煤，部分使用天然气，特别是中小企业技术不完善，节能减排意识不高，一方面不注重清洁能源的使用，另一方面不能合理的控制燃烧。先进的企业已经注重燃烧的控制，并且使用清洁能源比如，天然气，天然气热值高，并且易于利用计算机实现自动控制空燃比。计算机控制燃烧，就是在现行的燃烧工况下，调节空燃比，使得燃烧处于较好状态，提高控温精度，达到提高生产效率和质量的目的。
国外对加热炉燃烧控制相对国内是要领先很多的，八十年代开始，我国开始重视对加热炉的燃烧控制系统的研究，吸取国内外先进经验，逐步加强对加热炉燃烧控制系统开发力度，我国的各种设备，控制水平也随之稳步提高。到了九十年代，我国的轧钢厂明显增多，或多或少在连续加热炉中可以进行不同程度的自动控制，虽然效果不尽人意，但这是燃烧控制系统在民用上一个重大突破。虽然国内的各项技术指标在飞速提高，控制效果也在慢慢变好，但是控制理论的研究和国际顶级技术的掌握始终不够，仍然被欧美等发达国家所掌握着，虽然炼钢水平今非昔比，但是涉及到关键技术时，还是非常地依赖进口。
1.3几种燃烧控制方式
1.串级并联双交叉限幅控制燃烧
串级并联双交叉限幅控制燃烧是一种先进的燃烧控制技术，所谓的并联双交叉是它设计了两个控制回路并且互相干涉，它起初经历了燃料和空气单独控制的比值调节系统，后来经过不断开发和改进，形成以温度为主，空燃为副的串级并联控制系统。
发展至今此项控制系统，在计算机的帮助下发张迅速，应用广泛，与以前的仪表控制相比，更加灵活方便，配合现在计算机可以和其他优异的控制系统共同作用可以取得非常理想的效果。如图11是一种交叉限幅控制燃烧方式。/
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