论文题目：基于PLC的陶瓷高温梭式窑智能控制系统设计及数值模拟研究
摘要：梭式窑是陶瓷烧成过程的主要热工设备之一,烧成制品的好坏主要由窑内温度和气氛决定。传统的梭式窑主要依靠人工经验或其他简单的热工设备来进行调节,存在劳动强度大,窑内温差较大,产品烧制不稳定等缺点;而自动控制梭式窑相对于传统的梭式窑而言,具有减少窑内温差,提高陶瓷企业效率,改善劳动条件、提高制品质量等优点,已成为梭式窑发展主要方向之一。本论文采用数值模拟对传统梭式窑（自吸式梭式窑）和自动控制梭式窑（动力式梭式窑）两种窑炉进行对比分析研究以及采用PLC对陶瓷梭式窑智能控制系统设计研究。其主要内容包括:一、通过建立相同体积大小为2m3的梭式窑模型,在高温段对传统梭式窑和全自动控制梭式窑进行数值模拟进行对比研究,得出结论:自动控制梭式窑窑内温度场温度均匀性比传统梭式窑内温度场温度均匀性要好,且自动控制梭式窑气体扰动明显强于传统梭式窑,大大增强了高温烟气对窑内坯体的换热。动力式梭式窑能在窑内形成一个旋转循环气流,其窑内流速整体性比自吸式梭式窑的大,气体扰动更强,提高了烧成过程中的传热效率,更有利于陶瓷产品的烧成。二、以某企业工厂梭式窑为研究对象,根据梭式窑结构特点及硼板的烧成曲线,采用科威LP2-28M20R型号的PLC对梭式窑的温度、气氛、压力进行控制,并编写梭式窑PLC控制程序,对PLC及其相应模块在内的硬件进行选型,并配置输入/输出地址,使用昆仑通态TPC实现对梭式窑控制现场的实时监控。在控制窑内温度时,采用双执行器的新型控制方法去控制燃气与空气的比值,并将温度分成15区间段,进行分段升温与降温,取得较好的结果:在烧制硼板低温段（40-720℃）时,窑内实测温度与设定温度有一定的温差,但其实测的升温速率与设定的升温速率趋势较为吻合;在烧成段（720-1080℃）时,窑内温度设定值与实际测量值偏差值为2℃左右;在高火保温段（1320-1340℃）时,窑内温度设定值与实际测定值偏差值为4℃左右;在降温段（1340-300℃）时,其窑内整个实际降温速率与设定降温速率较为贴合;总的来说,硼板实际温度烧成曲线与设定的温度烧成曲线较为贴合,且硼板设定的各温度区间段气氛变化与相对应温度区间段实际测量气氛变化较为吻合,满足梭式窑硼板陶瓷产品的烧制控制要求。
关键词：梭式窑;数值模拟;PLC控制;硼板
学科专业：动力工程
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外窑炉控制发展现状
1.3 本论文主要内容与结构
2 梭式窑数值模拟研究
2.1 梭式窑的特点
2.1.1 全自动梭式窑的基本结构
2.2 梭式窑数值模拟现状
2.3 物理模型的建立及网格划分
2.3.1 动力式梭式窑的物理模型简化及网格划分
2.3.2 自吸式梭式窑的物理模型简化及网格划分
2.4 控制方程与边界条件
2.4.1 动力式梭式窑控制方程与边界条件
2.4.1.1 控制方程
2.4.1.2 控制方程的通用形式
2.4.1.3 边界条件
2.4.2 自吸式梭式窑的控制方程与边界条件
2.5 模拟结果与分析
2.5.1 A和B模型在X截面上的速度及温度云图对比分析
2.5.2 A和B模型在Z截面上的速度及温度云图对比分析
2.6 实测数据与数值模拟数据对比
2.7 本章小结
3 梭式窑窑炉控制系统需求及总体设计
3.1 PLC的组成及工作原理
3.2 系统组成总体结构
3.2.1 高温梭式窑的PLC控制系统设计
3.3 梭式窑控制系统任务分析
3.3.1 陶瓷产品烧成制度的确定
3.3.2 烧成制度
3.3.3 确定梭式窑主要控制对象
3.4 温度控制分析
3.5 气氛控制分析
3.6 压力控制分析
3.7 参数控制器的设计
3.8 工程设计原则
3.9 系统硬件设计
3.9.1 PLC选型
3.9.2 LP2-28M20R接线及其数字量输入输出地址分配
3.9.3 拓展模块接线
3.10 梭式窑制系统软件设计
3.10.1 PLC程序设计方法
3.10.2 程序设计
3.10.3 梭式窑控制系统主要PLC程序编写
3.11 本章小结
4 梭式窑监控界面设计
4.1 MCGS组态特点
4.2 监控主界面设计
4.3 工艺设置界面设计
4.4 定义数据变量
4.5 MCGS与 PLC的连接
4.6 本章小结
5 实验结果及分析
5.1 系统调试
5.2 实验所需设备及场地布置
5.3 实验结果及分析
5.3.1 温度结果及分析
5.3.2 气氛结果及分析
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
附录1:梭式窑控制程序梯形图
附录2:设备参数