加热炉防脱火超驰控制系统设计毕业设计

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1、1 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

2、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

3、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

4、是一次空气量过多，产生气流 加热炉防脱火超驰控制系统设计 2 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

5、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

6、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。 3 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