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
发布时间：2021-01-20 18:39
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LP2-2...
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
陶瓷产品出口量Fig.1-1Theexportvolumeofceramicproducts
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2梭式窑数值模拟研究6能够避免窑外冷空气窜入窑内，降低窑内温度。因此，在设计窑门时，应特别注意窑门四周的密封性，以防止冷空气通过空隙漏进窑内，致使窑内上下温差增大，燃料损耗增加，产品质量受影响，加重排烟风机的负担。1-窑墙，2-窑顶，3-窑车，4-动力式烧嘴，5-钢架，6-热电偶，7-曲封，8-排烟口，9-烟道，10-滑轮，11-滑轨，12-车台面图2-1梭式窑部分结构图Fig.2-1Thepartialstructurediagramofshuttlekiln（3）窑墙窑墙主要由各种不同的耐火材料砌筑而成[30]。一般情况下，根据陶瓷产品烧制的最高温度和耐火材料的导热系数和耐热温度，通过热传导的傅里叶定律公式，计算出窑墙所需要的经济实用耐火材料。在烧制一般的高温陶瓷产品时，窑墙外部温度一般为40-80℃，温度不是很高，所以一般在窑墙外部安装钢架及钢板，有利梭式窑结构的稳定，并且能够起到隔热保温的效果。（4）窑顶梭式窑的窑顶可以分成两类：一类是有一定角度的拱顶，另一类是无角度的吊顶。拱顶是使用楔形砖砌成的，不同的窑炉结构有不同的拱顶角度，一般60°的拱顶采用得较多，当然在设计窑炉结构式应结合实际砌筑情况。（5）动力式烧嘴动力式烧嘴跟传统梭式窑安装的自吸式烧嘴不同，其最大的优点就是喷射速度能够达到90-130m/s，火焰喷射长度及强度较大，能够与智能模块连接。其主要结构由燃气入口，助燃空气入口，电火花打火器，火焰检测器，碳化硅套管，固定支
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2梭式窑数值模拟研究7架等组成。1-燃气入口，2-助燃空气入口，3-电火花打火器，4-固定支架，5-碳化硅套管，6-空气压力检测口，7-火焰检测器，8-燃气压力检测口图2-2动力式烧嘴结构示意图Fig.2-2Theschematicdiagramofdynamicburnerstructure2.2梭式窑数值模拟现状随着计算流体力学（CFD）与CCD、CHT等多门学科的相互渗透与成长，数值模拟方法得到了很大的发展和应用。人们对陶瓷窑炉的研究也正从由陶瓷窑炉实体研究转向计算机虚拟数值模拟研究。数值模拟研究方法在陶瓷密炉上的应用，是陶瓷窑炉研究方法上的一大进步，极大地加快了陶瓷窑炉研究的进度。相比于其他研究方法，数值模拟研究有许多不可代替的优点。比如，陶瓷窑炉实体研究虽然研究问题真实而全面，但成本较高，工作强度大，研究进度慢，且生产条件不易改变，而陶瓷炉数值模拟研究投入的人力、物力都很少，可根据研究需求改变边界条件，短时间内可进行多组有效性数值模拟研究，其模拟结果对实体研究具有指导性意义。梭式窑内部流场及温度场非常复杂，不少从事窑炉工作研究人员对其进行了研究。汪和平等人对自吸式梭式窑预热段进行了三维数值模拟[31]，分析了窑内温度场及流场特性；宫小龙等人对自吸式梭式窑的温度场进行了数值模拟[32]，认为陶瓷产品的质量主要受到窑内气体的流动与换热状况的影响；胡国林对辊道窑内壁温度场进行了数值模拟[33]，得到了辊道窑预热带与烧成带的内壁温度比烧成产品高的结论；冯青等人利用CFD软件对辊道窑烧成带气流场与温度场进行了数值模拟研究[34]，得出了辊道窑内气流产与温度场的分布，同时得出烧成带烟气的射流速度是影响窑内温度高低的重要原因。虽然上述研究人员对窑炉做了很多研究，但对全自动梭
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的陶瓷辊道窑烧成段温度串级控制系统设计[J]. 肖军,耿青涛. 化工自动化及仪表. 2019(10)
[2]快速节能梭式窑触摸屏式全自动控制系统的设计[J]. 马中秋,方承恺. 黄冈职业技术学院学报. 2019(02)
[3]基于改进型PLC的蓄热式梭式窑节能技术的研究[J]. 李文硕,龙妍,靳世平,张竣溵. 上海节能. 2019(02)
[4]基于PID脉冲自动控制的梭式窑燃烧系统设计[J]. 陶为明,赵玲,张东阳. 工业控制计算机. 2017(06)
[5]基于S7-300PLC的高温梭式窑温度控制系统设计（英文）[J]. 马壮. 机床与液压. 2017(06)
[6]组态控制技术探析[J]. 王玉铎. 科技与企业. 2015(01)
[7]液化气梭式窑燃烧系统自动控制的研究[J]. 刘海芳,胡国林. 山东陶瓷. 2013(05)
[8]基于PLC和IPC的富氧陶瓷窑炉监控系统设计[J]. 郎建勋,钟建伟. 工业控制计算机. 2012(08)
[9]液化气梭式窑高温段流场与换热的数值模拟研究[J]. 宫小龙,汤文菊,冯青,潘小勇. 中国陶瓷. 2008(04)
[10]液化气梭式窑内流场与换热的数值模拟研究[J]. 汪和平,宫小龙,冯青,潘小勇. 工业加热. 2007(04)
硕士论文
[1]中国明代葫芦窑结构研究及数值模拟[D]. 李长塔.景德镇陶瓷大学 2018
[2]蓄热式梭式窑燃烧控制策略优化[D]. 曾志东.华中科技大学 2016
[3]陶瓷梭式窑炉优化控制研究[D]. 王丽俊.华北理工大学 2016
[4]梭式窑监控系统的设计与实现[D]. 金韡.东北大学 2012
[5]梭式窑温度控制算法及系统设计研究[D]. 张雷.河南科技大学 2012
[6]超小型间歇式电熔玻璃窑炉的结构及控制系统设计[D]. 高炳春.河北科技大学 2010
[7]模糊参数自整定PID控制器在梭式窑中的应用[D]. 张泽兴.景德镇陶瓷学院 2009
[8]陶瓷辊道窑温度场数值模拟与分析研究[D]. 吴武辉.武汉理工大学 2008
[9]隧道窑监控系统设计及温度模糊控制器仿真研究[D]. 孙桂爵.东北大学 2008
[10]用单片机开发自吸式液化气梭式窑的自控装置[D]. 熊桂龙.景德镇陶瓷学院 2007
本文编号：2989565
【文章来源】：景德镇陶瓷大学江西省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
陶瓷产品出口量Fig.1-1Theexportvolumeofceramicproducts
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2梭式窑数值模拟研究6能够避免窑外冷空气窜入窑内，降低窑内温度。因此，在设计窑门时，应特别注意窑门四周的密封性，以防止冷空气通过空隙漏进窑内，致使窑内上下温差增大，燃料损耗增加，产品质量受影响，加重排烟风机的负担。1-窑墙，2-窑顶，3-窑车，4-动力式烧嘴，5-钢架，6-热电偶，7-曲封，8-排烟口，9-烟道，10-滑轮，11-滑轨，12-车台面图2-1梭式窑部分结构图Fig.2-1Thepartialstructurediagramofshuttlekiln（3）窑墙窑墙主要由各种不同的耐火材料砌筑而成[30]。一般情况下，根据陶瓷产品烧制的最高温度和耐火材料的导热系数和耐热温度，通过热传导的傅里叶定律公式，计算出窑墙所需要的经济实用耐火材料。在烧制一般的高温陶瓷产品时，窑墙外部温度一般为40-80℃，温度不是很高，所以一般在窑墙外部安装钢架及钢板，有利梭式窑结构的稳定，并且能够起到隔热保温的效果。（4）窑顶梭式窑的窑顶可以分成两类：一类是有一定角度的拱顶，另一类是无角度的吊顶。拱顶是使用楔形砖砌成的，不同的窑炉结构有不同的拱顶角度，一般60°的拱顶采用得较多，当然在设计窑炉结构式应结合实际砌筑情况。（5）动力式烧嘴动力式烧嘴跟传统梭式窑安装的自吸式烧嘴不同，其最大的优点就是喷射速度能够达到90-130m/s，火焰喷射长度及强度较大，能够与智能模块连接。其主要结构由燃气入口，助燃空气入口，电火花打火器，火焰检测器，碳化硅套管，固定支
景德镇陶瓷大学硕士学位论文2梭式窑数值模拟研究7架等组成。1-燃气入口，2-助燃空气入口，3-电火花打火器，4-固定支架，5-碳化硅套管，6-空气压力检测口，7-火焰检测器，8-燃气压力检测口图2-2动力式烧嘴结构示意图Fig.2-2Theschematicdiagramofdynamicburnerstructure2.2梭式窑数值模拟现状随着计算流体力学（CFD）与CCD、CHT等多门学科的相互渗透与成长，数值模拟方法得到了很大的发展和应用。人们对陶瓷窑炉的研究也正从由陶瓷窑炉实体研究转向计算机虚拟数值模拟研究。数值模拟研究方法在陶瓷密炉上的应用，是陶瓷窑炉研究方法上的一大进步，极大地加快了陶瓷窑炉研究的进度。相比于其他研究方法，数值模拟研究有许多不可代替的优点。比如，陶瓷窑炉实体研究虽然研究问题真实而全面，但成本较高，工作强度大，研究进度慢，且生产条件不易改变，而陶瓷炉数值模拟研究投入的人力、物力都很少，可根据研究需求改变边界条件，短时间内可进行多组有效性数值模拟研究，其模拟结果对实体研究具有指导性意义。梭式窑内部流场及温度场非常复杂，不少从事窑炉工作研究人员对其进行了研究。汪和平等人对自吸式梭式窑预热段进行了三维数值模拟[31]，分析了窑内温度场及流场特性；宫小龙等人对自吸式梭式窑的温度场进行了数值模拟[32]，认为陶瓷产品的质量主要受到窑内气体的流动与换热状况的影响；胡国林对辊道窑内壁温度场进行了数值模拟[33]，得到了辊道窑预热带与烧成带的内壁温度比烧成产品高的结论；冯青等人利用CFD软件对辊道窑烧成带气流场与温度场进行了数值模拟研究[34]，得出了辊道窑内气流产与温度场的分布，同时得出烧成带烟气的射流速度是影响窑内温度高低的重要原因。虽然上述研究人员对窑炉做了很多研究，但对全自动梭
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PLC的陶瓷辊道窑烧成段温度串级控制系统设计[J]. 肖军,耿青涛. 化工自动化及仪表. 2019(10)
[2]快速节能梭式窑触摸屏式全自动控制系统的设计[J]. 马中秋,方承恺. 黄冈职业技术学院学报. 2019(02)
[3]基于改进型PLC的蓄热式梭式窑节能技术的研究[J]. 李文硕,龙妍,靳世平,张竣溵. 上海节能. 2019(02)
[4]基于PID脉冲自动控制的梭式窑燃烧系统设计[J]. 陶为明,赵玲,张东阳. 工业控制计算机. 2017(06)
[5]基于S7-300PLC的高温梭式窑温度控制系统设计（英文）[J]. 马壮. 机床与液压. 2017(06)
[6]组态控制技术探析[J]. 王玉铎. 科技与企业. 2015(01)
[7]液化气梭式窑燃烧系统自动控制的研究[J]. 刘海芳,胡国林. 山东陶瓷. 2013(05)
[8]基于PLC和IPC的富氧陶瓷窑炉监控系统设计[J]. 郎建勋,钟建伟. 工业控制计算机. 2012(08)
[9]液化气梭式窑高温段流场与换热的数值模拟研究[J]. 宫小龙,汤文菊,冯青,潘小勇. 中国陶瓷. 2008(04)
[10]液化气梭式窑内流场与换热的数值模拟研究[J]. 汪和平,宫小龙,冯青,潘小勇. 工业加热. 2007(04)
硕士论文
[1]中国明代葫芦窑结构研究及数值模拟[D]. 李长塔.景德镇陶瓷大学 2018
[2]蓄热式梭式窑燃烧控制策略优化[D]. 曾志东.华中科技大学 2016
[3]陶瓷梭式窑炉优化控制研究[D]. 王丽俊.华北理工大学 2016
[4]梭式窑监控系统的设计与实现[D]. 金韡.东北大学 2012
[5]梭式窑温度控制算法及系统设计研究[D]. 张雷.河南科技大学 2012
[6]超小型间歇式电熔玻璃窑炉的结构及控制系统设计[D]. 高炳春.河北科技大学 2010
[7]模糊参数自整定PID控制器在梭式窑中的应用[D]. 张泽兴.景德镇陶瓷学院 2009
[8]陶瓷辊道窑温度场数值模拟与分析研究[D]. 吴武辉.武汉理工大学 2008
[9]隧道窑监控系统设计及温度模糊控制器仿真研究[D]. 孙桂爵.东北大学 2008
[10]用单片机开发自吸式液化气梭式窑的自控装置[D]. 熊桂龙.景德镇陶瓷学院 2007
本文编号：2989565
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