第八章 应用介绍——陶瓷辊道窑CAN总线监控系统的设计与实现
辊道窑温度分布式智能控制系统的研究及应用
辊道窑温度分布式智能控制系统的研究及应用2008-11-7 11:19:00黄义新，方怡冰供稿摘要：根据辊道窑的特点及常规PID控制器的局限性，采用基于继电反馈的整定方法确定PID控制参数，在此基础上，采用模糊控制理论，根据系统运行过程中的偏差绝对值及偏差的积累绝对值，对PID参数进行实时校正，当参数或工况发生变化时，逐步调整PID参数值，使系统控制性能处于最优状态，实现对PID参数的在线智能校正，并以RS-485串行通信方式组成分布式智能控制系统对辊道窑温度进行集中监控。
该系统已在现场长期连续运行，性能稳定，可靠性高，具有良好的控制性能。
关键词：分布式控制系统；智能控制；PID参数自整定；辊道窑。
1 引言陶瓷生产是一门古老、历史悠久的传统工业，陶瓷辊道窑的生产过程均采用传统的手工操作，炉温波动幅度大，造成瓷砖质量不高，甚至出现产品不合格的情况，再加上现场环境条件差，工人的劳动强度大，操作员工增加，对企业的经济效益影响较大。
为了提高陶瓷生产水平，根据企业的实际需求和工厂提出的工艺要求，我们研制了一套分布式智能控制系统对辊道窑炉温度进行集中监控，保证炉温的误差在工艺要求之内，从而提高瓷砖的质量与产量，改善工人的劳动条件，提高生产效率。
2 辊道窑温度分布式控制系统的组成及原理该系统由上位机与下位机两大部分组成，上位机与下位机通过RS-485通讯协议完成信息的传递，上位机由586微机加RS232C/RS485转换器构成，位于集中控制室，完成向下位机（现场控制器）发送命令、接收现场控制器数据及数据分析、存储、报表打印、显示等功能。
下位机由现场温度智能控制器、温度传感器，电动比例调节阀等组成，主要完成对辊道窑炉各点温度的测量、控制及向上位机发送有关数据等。
6个控制器通过电动比例调节阀调整喷油量达到分别控制窑炉内6点温度，从而保证窑炉烧成带温度的恒定，该系统特别适合于象辊道窑这样的小规模DCS系统。
3 智能温度控制器的设计3.1 概述常规PID控制器由于具有原理简单，稳定性好，易于实现等优点，因而在过程控制中得到广泛应用，但在辊道窑温度控制系统中，常规PID控制器也暴露出其局限性。
辊道窑窑炉设计.doc
辊道窑窑炉设计1 前言陶瓷窑炉可分为两种:一种是间歇式窑炉,比如梭式窑;另一种是连续式窑炉,比如本设计书设计的辊道窑。
辊道窑是当代陶瓷工业的先进窑炉，我国70 年代开始已陆续应用于日用陶瓷工业、建筑陶瓷工业。
80 年代后，滚到窑已广泛地用于我国建陶工业中。
辊道窑由于窑内温度场均匀，从而保证了产品质量，也为快烧提供了条件；而快烧又保证了产量，降低了能耗。
产品单位能耗一般在2000～3500 kJ/kg ，而传统隧道窑则高达5500～9000 kJ/kg 。
所以，辊道窑是当前陶瓷工业中优质、高产、低消耗的先进窑型，在我国已得到越来越广泛的应用。
烧成在陶瓷生产中是非常重要的一道工序。
烧成过程严重影响着产品的质量，与此同时，烧成也由窑炉决定。
在烧成过程中，温度控制是最重要的关键。
没有合理的烧成控制，产品质量和产量都会很低。
要想得到稳定的产品质量和提高产量，首先要有符合产品的烧成制度。
然后必须维持一定的窑内压力。
最后，必须要维持适当的气氛。
通过对其窑炉结构和控制的了解，借鉴经验数据，本文设计的辊道窑，全窑长200 米，内宽2.81米，烧成温度是1180 摄氏度，燃料采用天然气，单位质量得产品热耗为2543.6 kJ/kg。
热效率高，温度控制准确、稳定，传动用电机、链传动和齿轮传动结构，联接方式主要采用弹簧夹紧式，从动采用托轮磨擦式，传动平衡、稳定，维护方便，控制灵活。
经过紧张的三周，有时候，特别是画图时，对于没有经过训练的我们来说，很是不容易，进入状态时饭也顾不上吃，叫外卖，夜以继日的，就像绣花一样，不经历还真不知道这其中的滋味，我想这次的窑炉设计实习，给予我们的不仅仅是设计的本身，还让我们知道什么是细致，什么叫技术。
在此，特别感谢周露亮、朱庆霞、孙健、李杰几位老师的细心指导，没有他们的指导，我们就无从下手。
由于水平所限，设计书中一定有不少缺点和不足之处，诚挚地希望老师批评指正。
2 设计任务书一、设计任务:日产10000 平米玻化砖辊道窑设计设计任务：日产10000 平米玻化砖天然气辊道窑炉设计（一）玻化砖1．坯料组成（%）：SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 K2O Na2O I.L68.35 16.27 2.30 2.65 0.85 1.76 2.15 4.852．产品规格：400×400×8mm，单重3 公斤/块；3．入窑水分：＜1%4．产品合格率：95%5．烧成周期：60 分钟（全氧化气氛）6．最高烧成温度：1180℃（温度曲线自定）（二）燃料天然气CO H2 CH4 C2H4 H2S CO2 N2 O2 Qnet(MJ/Nm3)0.2 0.2 95.6 3.5 0.3 0.1 0.1 0 41.58（三）夏天最高气温：37℃3 窑体主要尺寸的确定3.1 窑内宽的确定产品的尺寸为400×400×10mm，设制品的收缩率为8%。
陶瓷辊道窑节能技术
排出热
散热 有效热
物料带入热
回热
供热 1. 能量平衡问题
必须取得进出的能量平衡： 物料带入热+供热=有效热+排出热+散热 上述各项的载能工质是：①烟气；②热风； ③喷雾塔的排气。耗能工序是：④坯体烘干； ⑤辊道窑的去水、氧化和烧结；⑥喷雾干燥 塔的成形干燥；⑦回收热：辊道窑的烟气和 热风：温度650℃到250℃。经使用后的烘干 窑排烟气：温度150℃到250℃。喷雾干燥塔 的排气：温度90℃。 2. 注意到分级利用： 上述的烟气和排气温度是存在级差：650℃、 250℃、150℃、90℃。把温度分级使用降 低到不再能利用。
辊道窑用急冷热风助燃。两种温度：低温120℃以 下及400℃左右。3,以上的各种余热回收都未能考 虑到综合利用和分级利用能源的架构。 3. 以上的各种余热回收都未能考虑到综合利用和分 级利用能源的架构。 4. 过程中的问题。①，改变用能习惯。操作量和调 节过程不适应(新明珠)②，采用节能措施后,相应 的工艺操作没有配套,或可采用智能化操作。③， 末顾及产品质是要求。④，烧结段温度场的变化 和相应的温度调整。 5. 如何实施能源的综合利用和分级利用 工业建筑陶瓷工艺过程能源的综合利用和分级利 用(框图)。
1. 2.
原传统工艺利用能源的最大缺陷—“各自为战”： 喷雾干燥—炉子热风+冷风混合=600℃烟气,成型、 干燥颗粒原料。 烘干窑—用炉子烧成烟气+冷风混合=250℃烟气, 干 燥坯体。 辊道窑—燃料烧结成产品,烟气、热风外排。 综合利用和分级利用能源的开端和发展过程： 开端,把辊道窑的外排烟气、热风回收用于烘干窑干燥 坯体。 拓展利用，把烘干窑的烟气和辊道窑的缓冷热风引到 喷雾干燥塔作为取代冷风混合变为热风、烟气混合 =600℃烟气,成型、干颗粒原料。
CAN总线下的煤矿安全监控系统设计
关键词：煤矿安全；CAN总线；dsPIC30F6012；监控系统引言煤矿安全监控系统能够对矿井下CH4、CO、温度、通风、粉尘等环境参数及机电设备的开关状态进行准确、实时的监测和报警，减少事故的发生，对煤矿安全生产具有非常重要的意义。
但是，煤矿井下环境十分恶劣，监测数据量大，监测点多且分散，采集的数据需要通过长距离通信线路上传，易受干扰影响，对监测系统的可靠性、实时性提出了严峻的考验。
CAN总线是一种应用于现场设备与控制室之间，支持分布式、实时控制的现场总线网络；采用双绞线传输、全分散、全数字化，抗干扰能力强，可构建多变量、多点检测的通信系统；可靠性高、实时性好，传输速率高，最高可达1Mb/s，最大传输距离为5km，完全满足煤矿安全监控的要求。
因此，本文设计了一种基于CAN总线的煤矿安全监控系统，现场智能节点以单片机dsPIC30F6012为检测控制核心，检测井下环境参数，并通过CAN总线实时、远距离上传至地面上位监控主机进行数据分析，全面实现井下安全生产监控。
1煤矿安全监控系统概述煤矿安全监控系统的总体结构如图1所示,由现场检测节点电路及测量传感器、CAN总线网络、CAN总线适配卡、上位机组成。
现场检测节点收集有害气体含量、温度等矿用传感器检测的环境数据，进行分析处理并就地显示及异常报警，同时通过CAN接口将数据实时发送到CAN总线上，也可通过CAN接口接收上位机下达的指令信息。
CAN总线可挂接110个检测节点，通过网桥方式可扩充节点数量，使监控不留死角。
上位PC机通过CAN适配卡获取由CAN总线传输的井下监测数据，并进行数据分析处理及存储，形成各种报表、异常报警及控制指令的下达。
2系统硬件设计（1）现场检测节点设计现场检测节点电路结构图如图2所示，节点以单片机dsPIC30F6012为核心，井下传感器输出的模拟信号送入dsPIC30F6012的片内A/D转换器，单片机以此获取井下环境参数信息，进行显示及与设定的限值进行比较，对异常情况进行报警；由单片机片内CAN总线控制器及高速光耦6N137、CAN总线收发器TJA1050T构成CAN 通信接口电路，用于数据的实时传输。
陶瓷辊道窑传动变频调速系统分析与设计
（１） 万容方易受数影据响的机器，应尽量远离变压器。
国外建材科技
（２）容易受影响的信号线，尽
量远离变频器的输入、输出线．避 免信号线和动力线平行布置和成 柬面线。
对于路径７），８）在外围机器
一 一
一
电源与变频器电源是同一系统和 外围机器布线．由于变频器布线构 成闭环回路时，变频器产生的噪音 使机器产生误动作时，应采用下列
一
一 一．
一长盘√
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一
对策： （１）在变频器的动力线设置无
线电噪音滤波器。 （２）在变频器的动力线设置线
性噪音滤波器。
（３）变频器与机器接地线分析接近。
一
一
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基于PLC的陶瓷辊道窑烧成段温度串级控制系统设计
图 １ 陶瓷辊道窑外形构造示意图
如 果 火 焰 直 接 在 窑 道 烧 成 段 燃 烧，燃 烧 气 体 中的有害物质 将 会 影 响 产 品 的 光 泽 和 颜 色，因 此 现在多采用隔焰式隧道窑。从烧嘴喷出的燃料油
输 入 信 号 的 特 性 ，这 种 特 性 存 在 于 副 回 路 中 ，由 于 副回路是随动 控 制 系 统，因 而 能 够 很 好 地 跟 踪 负 载与操作条件 的 变 化，使 系 统 即 使 处 在 条 件 变 化 比较频繁的环 境 中，其 输 出 值 也 可 以 很 好 地 跟 踪 期望值。串级控制系统控制原理如图 ２所示。
串级控制系统具有以下 ３个特点： ａ．抗干扰能 力 强。 副 回 路 的 存 在 能 迅 速 克 服二次干扰。
作 者 简 介 ：肖 军 （１９７３），讲 师 ，从 事 工 业 自 动 化 及 过 程 控 制 的 研 究 ，１０７９６９９２３３＠ ｑｑ．ｃｏｍ。
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化 工 自 动 化 及 仪 表 第 ４６卷
值来自于主控 制 器 的 输 出，而 主 控 制 器 的 输 出 是
可 知 ，副 控 制 器 选 择 反 作 用 。
随时间化的。
当操纵变量燃 料 油 量 增 加 时，主 变 量 窑 道 温
在本设计中，选取火道温度为副变量、窑道温 度增加，副 变 量 火 道 温 度 也 增 加，主 对 象 为 正 作
在 陶 瓷 工 业 生 产 中，窑 炉 是 关 键 性 的 生 产 设 备 ，陶 瓷 产 品 品 质 的 好 坏 ，很 大 程 度 上 取 决 于 窑 炉 烧 成 的 质 量 ，在 陶 瓷 烧 成 过 程 中 ，陶 瓷 坯 体 进 入 窑 炉 装 备 ，通 过 控 制 技 术 保 证 烧 成 工 艺 参 数 ，实 现 产 品的烧成。目前在陶瓷工业中使用的窑炉主要有 隧 道 窑 、辊 道 窑 和 梭 式 窑 三 大 类 ，其 中 辊 道 窑 由 于 具 有 断 面 小 、温 度 分 布 均 匀 、产 量 高 及 结 构 简 单 等 特点，已在陶瓷 生 产 中 得 到 了 广 泛 应 用 和 迅 速 发 展。 １ 陶 瓷 生 产 工 艺 控 制 要 求
燃气辊道烤花窑的设计与调试 - 副本
二、辊子孔砖的结构形式
孔砖（俗称牙齿砖）的结构形式，大体上有两种。一种是大
型整体结构，另一种是小片单件结构。经过生产实践证明，孔砖
砌入窑墙后，随着温度的变化产生相对的位移，它的相对位移是
比较复杂的。大型结构孔砖，在烘窑过程中，孔砖发生复杂的纵
向横向位移，使各辊孔的中心线错位，辊子的调位难以进行，造
成辊子成批折断，被迫停窑重建。而小片单件孔砖结构合理，每
【关键词】辊道烤花窑；窑体结构设计；窑炉调试
其不可替代的。因此烤花生产在各大产瓷区仍占有重要的地
位，故烤花窑仍然是一个重要的陶瓷生产设备。
随着天然气、管道气的普及，燃气窑炉的设计和使用已变得
愈加普遍和重要。作者就近几年在一些中小企业建造的“36 米辊 道烤花窑”的设计和调试作一简单介绍，企盼以此来提高烤花窑
辊道窑磁砖生产线PLC控制
第20卷 第4期华侨大学学报(自然科学版)Vo l.20 N o.4 1999年10月Journal of Huaqiao U niver sity(N atural Science)O ct.1999 辊道窑磁砖生产线PLC控制X张家冰 苏溪泉 张宗欣(华侨大学电子工程系,泉州362011)摘要 辊道窑磁砖生产线对控制设备的可靠性要求极高,但传统继电器控制系统的故障率高、寿命短,无法满足现代生产的需求.因此,用可编程序控制器(PL C)设计控制器,是近年来发展的趋势.根据生产线的动作机理和逻辑关系,利用真值表及逻辑分析方法,分别设计生产线上的翻坯、窑前和窑后的P L C控制器,经现场运行,证明性能稳定可靠.它对新型窑炉设计和旧窑炉改造都具有应用价值.关键词 辊道窑,磁砖,可编程控制器,生产线分类号 T Q174.6+53.4:T M571.6+1辊道窑生产线对控制系统可靠性有特别严格的要求.文献〔1〕用单片机实现窑炉生产线的自动控制.尽管其价格低廉,也能满足生产要求,但可靠性、抗干扰能力较差,且程序不易修改,不利于推广应用.可编程序控制器(PLC)具有高可靠性、高抗干扰能力、编程简单和接线方便等一系列优点〔2〕.因此,我们采用国产UNICON系列的PLC对生产线进行开发,经多条生产线现场运行,证明性能可靠,具有进一步推广价值.U NICON型PLC为24点输入,16点输出小型PLC,输入编号为1000～1015,1100～1107,输出编号为2000～2015,中间继电器编号为3000～3715,4000～4715,延时/计数器编号为5000～5115.0006为初始化脉冲,0007运行开始即导通.一条辊道窑生产线包括压砖机、翻坯机、两套窑前控制、两套窑后控制、两个炉体以及存贮、印刷、包装等机组组成.本文仅介绍的是翻坯和窑前、窑后控制.1 翻坯控制器由压砖机压制出来的磁砖,在进入烘干前必须对砖面上的尘土进行清扫.扫完一面后,将砖翻转180°,再清扫另一面.为此,在压砖机前方安装有翻坯机,结构示意如图1所示.从图1可见,检测元件有对射式光电传感器T1,触点开关K,控制对象为2只电机(M1电机控制翻坯架翻砖,M2电机控制翻坯架上的辊子转动).当有砖时,T1传感器为“1”,无砖时为“0”;触点开关K当架翻转180°时,瞬间断开(K=0),其它时刻常闭(K=1).设计要求是:当T1由0→1→0时,利用其由1→0(即砖离开T1瞬间),令M2=1,架上辊子转动,将上次翻过的砖传送出去.同时,经延时2s后,令M1=1,M2=0,即架翻转,辊子停转.当架翻转180°时,碰上开关K(K =0),则令M1=0,M2=0,皆停转.待下次T1由1→0后,再次重复上面的动作.X本文1999-04-22收到;福建省自然科学基金资助项目在PLC 硬件连接图中,T 1接1000,K 接1001,而输出2000控制电机M 1,2001控制电机M 2,其梯形图如图2所示.300100205000000730001001200020012000200130002000300230013001500030001000DIFD 3000DIFD 3000后刷架辊子前刷V 1KT 1M 1M 2压砖机图2图翻坯梯形图1翻坯示意图2 窑后控制窑后控制的一套安装在翻坯架后面;另一套安装在烘干炉后,功能是将由辊子对磁砖的并排传送变换为,由皮带对磁砖进行串行传送.其控制示意图如图3所示.M 3电机带动凸轮可使转换架上升或下降.当T 4=1时,架在上面,砖由皮带传递沿V 2方向运动;而当T 4=0时,架在下面,砖由辊子传递沿V 1方向运动.V 1,V 2方向的运动由其它电机控制.PLC 的输入有T 2为对射式光电传感器,接1002端,T 3为反射式光电传感器,接1003端,T 4为接近开关,接1004端.PLC 的输出2002端接控制电机M 3,其动作过程是:(1)当T 2由0→1→0经延时0.5s 后,令M 3=1(架上升);而当T 4由0→1后(架在上面),令M 3=0;(2)当T 3由0→1→0再经延时0.2s 后,令M 3=1(架下降);而当T 4由1→0后(架在下面),令M 3=0.0.2s 延时是为了保证整排磁砖的最后一块传送完毕后架才下降,而在磁砖间隙时间内不发生误动作.据此设计的梯形图如图4所示.由T 3控制架下降,T 2位置安装为可调式.5002DIFD 3003DIFD 300910033007500200073008000230073008300830091004301030103006111120023010300630063006100430053004300430030005500130040007500130031002DIFD 3005DIFD 3003图4窑后控制梯形图转换架T 4M 3V 2T 3T 1V 1图3窑后控制示意图3 窑前控制窑前控制的一套为烘干炉前的控制,另一套是烧结炉前的控制.控制结构示意图如图5所示.其功能是:将沿V 1方向由皮带传送来的随机的串行磁砖,转换为紧密并排的磁砖,然后沿420 华侨大学学报(自然科学版) 1999年V 3方向,由辊子传送,从炉体的中间位置送入炉体.磁砖的排列长度为T 1至T 2之间的距离,T 3位置为本排砖前移后的终点.输入T 1,T 2,T 3和T 5为反射式光电开关,T 4为接近开关.输出有M 1,M 2和M 3共3只交流电机.M 1使皮带沿V 2方向传动,M 2使皮带沿V 1方向传动,V 3由其它电机控制,M 3电机控制转换架抬起或下降.当T 4=1时,架在下面;T 4=0时,架在上面.架在上面时,磁砖沿V 2方向移动;而架在下面时,磁砖沿V 3方向由辊子传送.T 5传感器起保护功能,当T 5处存在磁砖时,转换架不允许下降,以免炉体前出现堆砖、造成炉体受损.暂不考虑T 5,分析T 1～T 4和M 1～M 3之间具有如表1所示的逻辑关系.其中,T 1～T 3为1,表示有砖,0则表示无砖.T 4为1表示架在下,T 4为0表示架在上,而M 1～M 3中的“1”表示电机转动,“0”表示电机停转.表1 窑前控制逻辑关系表序号T 4T 3T 2T 1M 1M 2M 3说 明10000010序号1为架在上,均无砖20001110序号2为架在上,T 1有砖30010100序号3～4为架在上,T 1～T 2有40011100排砖,将其前移至T 3处50100001601010017011000180111000序号5～8为M 3转,使架下降91111000101110000111101000121100000131011000141010000序号9～14为M 3转180°,T 4=1(架在下),使M 3停转,则砖沿V 3方向移动151001001161000001序号15～16为M 3=1,使架上升171序号17为上升结束,T 4=0重新开始 由表1的逻辑关系,可得M 1=T -4·T -3·T -2·T 1+T -4·T -3·T 2·T -1+T -4·T -3·T 2·T 1.经化简,M 1=T -3·T -4(T 1+T 2·T -1).而M 2=T -4·T -3·T -2·T -1+T -4·T -3·T -2·T 1=T -4·T -3·T -2,而M 3=T -4·T 3·T -2·T -1+T -4·T 3·T -2·T 1+T -4·T 3·T 2·T -1+T -4·T 3·T 2·T 1+T 4·T -3·T -2·T 1+T 4·T -3·T -2·T -1.即M 3=T -4·T 3+T 4·T -3+T -2.M 3表达式的第2项是指架在下面(T 4=1).T 2,T 3处无砖时,令电机转动使架上升.由于光电传感器安装在磁砖的中间位置,虽然T 2=0,T 3=0,但砖可能还没完全离开皮带部分.架突然上升,会使磁砖抖动.为此设计由T 4·T -3·T -2=1,控制定时器延时0.2s(T k1=1)后,再让架上升.而第1项是指,架在上面(T 4=0),T 3=1有砖时,令M 3动作使架下降.考虑T 5的保护功能,只有当T 5=0时,才允许架下降.因此,M 3表达式应改写为M 3=T -5·T -4·T 3+T k1. 在PLC 硬件图中,T 1为1000,T 2为1001,T 3为1002,T 4为1003,T 5为1004,M 1为2000,M 2为2001,M 3为2002.则其设计梯形图如图6所示.421第4期 张家冰等:辊道窑磁砖生产线P L C 控制 M 1M 2T K 1M 35005100410031002200300025005100110031002100010031002100120012000～2007清0100320001002100110000006MOV2000#4000CONST4000#000炉体V 2T 3T 2M 2V 1图6窑前控制梯形图T 4M 3T 1T 1V 3图5窑前控制示意图4 结束语根据现场运行经验,得出几点结论及要求.(1)控制方式可分为分散式和集中式.分散式即某个机组或若干机组用一台超小型PLC 控制,其控制灵活,但成本较高.集中式是整条线共用一台小型PLC ,成本较低,但从炉前到炉后距离约有150m ,必须用多芯电缆连接.如果一个车间内有两条生产线,建议在炉前炉后各安装一台PLC,分别进行控制.(2)为了保证长期可靠工作,PLC 及接触器可考虑安装有备份装置.一旦出现故障,由开关切换,备份装置即投入运行.(3)接触器线卷必须并接有灭弧器,排除干扰,保护PLC 的输出继电器.(4)信号线和电力线必须分开.(5)PLC 各组输出公共端,应加装快速熔断器,以保护PLC 输出继电器.参 考 文 献1 杨宗晃,张宗欣,苏溪泉.磁砖辊道窑生产线微机控制.华侨大学学报(自然科学版),1996,17(2):204～2072 杨长能,张兴毅.可编程序控制器(P C )基础及应用.重庆:重庆大学出版社,1993.41～57Control of Programmable Controller (PLC )on the Tile Production Line of Roll Way Kiln Zhang Jiabing Su Xiquan Zhang Zongx in(Dept.of Electron.E ng.,Hu aqiao U niv.,362011,Quan zhou)Abstract Hig h r elia ble co nt ro l equipment is required by a t ile pro ductio n line of ro ll way kiln .Ho w ever ,the conv ent ional r elay co nt ro l sy stem failed to meet the demand of modern pr oduction due to its hig h err o r ra te and sho rt life.T o co nt ro l by pro gr ammable co nt ro ller is the tr end.I n the lig ht o f actio n mechanism and log ic relatio n o f pro duction line,pro gr ammable contr ollers (PL C )a re desig ned r espectiv ely fo r tur ning fr ame ,kiln fr ont and kiln la tter on t he pr oduct ion line by using t rue v alue char t and log ical analy sis .T hey ar e pro ved by o n-spo t o peration to be stable and reliable.T his kind of co ntro ller s are of pr actical value fo r designing new kiln and mo difying o ld o ne.T he char ts o f contr ol pr inciple and co ntro l ladder ar e g iv en finally.Keywords r oll way kiln ,tile ,pr og ramm able contr oller ,pr oduct ion line422 华侨大学学报(自然科学版) 1999年。
电热辊道窑的智能化控制系统研究
电热辊道窑的智能化控制系统研究随着科技的进步和工业自动化的不断发展，智能化控制系统在各个行业中起到了至关重要的作用。
作为一种常见的工业设备，电热辊道窑在陶瓷、玻璃、建材等行业中扮演着重要角色。
本文将针对电热辊道窑的智能化控制系统进行研究，旨在提高其生产效率、降低运营成本，并提供更加可靠和安全的工作环境。
一、智能化控制系统的概述智能化控制系统是使用计算机和先进的软硬件技术来实现设备的自动化、集成化和智能化。
对于电热辊道窑来说，智能化控制系统可以包括以下几个方面的功能：1. 温度控制：通过精确的温度传感器和先进的控制算法，实时监测和控制窑内的温度变化，以确保产品的质量和生产的稳定性。
2. 运行状态监测：通过传感器和数据采集系统，对电热辊道窑的运行状态进行实时监测，如转速、电流、振动等参数，以及窑内的燃烧状态和气体排放情况，从而及时发现故障和异常，并做出相应的处理和调整。
3. 自动化控制：通过编程和智能算法，实现电热辊道窑的自动化控制，包括启动、停止、加热、冷却等操作，同时结合运行状态监测和温度控制功能，实现窑内温度的自动调节和产品的自动转运。
4. 数据分析和优化：通过对采集的数据进行分析和处理，获取关键指标和性能参数，为生产管理和工艺优化提供科学依据，从而提高电热辊道窑的生产效率和产品质量。
二、智能化控制系统的关键技术1. 传感器技术：合理选择和布置温度传感器、压力传感器、振动传感器、气体传感器等，确保准确采集窑内各项参数。
2. 数据采集与处理技术：使用高速数据采集系统和强大的计算能力，对采集的传感器数据进行实时处理和分析，并将处理后的数据传输给控制系统。
3. 控制算法和模型建立技术：采用先进的控制算法，如模糊控制、PID控制等，通过与温度传感器反馈信息的实时对比和调整，实现对电热辊道窑温度的精确控制。
4. 人机交互界面技术：设计直观、友好的人机交互界面，方便操作人员进行设备监控、参数调整和故障处理，同时也提供运行状态数据的可视化展示，为管理者提供生产决策的参考依据。
辊道窑现场总线计算机控制系统
⑥上网点的逻辑查找只能在某个已打开的DPU 逻辑中进行,不能直接查找出引用该点的所有的DPU 号,另外DPU引用该上网点时查找不出来。
⑦A、B小机在转速大于4000r/m in时,两个测速通道偏差较大,转速大于5000r/m in时,测量误差大。
⑧ETS保护的切投状态与保护切投操作应增加历史记录功能。
⑨SCS控制的所有设备所处的手动/自动状态应增加历史记录功能,便于故障查询和事故分析。
一些重要的程控应有模拟试验功能。
收稿日期:2003-01-22。
作者高启繁,男,1964年生,1987年毕业于福州大学,工程师。
辊道窑现场总线计算机控制系统F ield Bus Co mputerized Control Syste m of Roller Conveyer Stove王 嵩 吴 刚 薛美盛 张培仁 孙德敏(中国科学技术大学自动化系,合肥 230027)0 引言在陶瓷制造工艺过程中烧成是最重要的工序,与产品质量密切相关,占用总能耗的60%～70%。
陶瓷的烧成是将成形后的生坯在一定条件下进行热处理,经过一系列物理化学变化,得到具有一定矿物组成和显微结构、达到所要求的理化性能指标的成坯。
烧成对温度高低、温度变化快慢、不同阶段的气氛等都有严格的要求。
烧成设备为窑炉,辊道窑代表了当前窑炉的先进水平,广泛应用于建筑、卫生和日用陶瓷行业。
辊道窑是一种连续窑,具有工艺先进、设计合理、易操作、易维修等优点,它用许多平行排列的不停转动的辊棒构成辊道,陶瓷坯件在辊道上被带动从窑头通过窑炉炉体至窑尾,经过预热、烧成、冷却,最后出窑。
辊道窑控制系统的发展,历经了20世纪60年代模拟仪表时期、80年代数字仪表时期以及90年代的DCS时期。
国内现有辊道窑大多控制水平低,产品类型少,质量波动大,生产能耗高,经济效益差。
引入先进控制技术可以降低成本,保证质量,提高经济效益。
1 工艺简介广东某陶瓷总厂7车间3号窑为燃油辊道窑,上世纪90年代初从意大利引进,用于烧800mm×800mm 或更小尺寸的地砖,氧化气氛烧成,烧成点1220℃左右。
窑炉设计辊道窑.doc22
窑炉设计7000m2 液化气辊道窑一、课程设计的目的与任务本课程的目的是对学生学习《热工过程及设备》课程的最后总结，学生通过课程设计将能综合运用和巩固所学知识，并学会如何将理论知识和生产实践相结合，去研究解决实际中的工程技术问题，本设计的任务主要是培养学生设计与绘图的基本技能，初步掌握窑炉设计的程序、过程与内容。
1.前言《热工过程及设备》作为一门热工以及材料专业的专业课程，目的是对学生学习《热工过程及设备》课程后，引导学生总结﹑归纳理论知识，在此基础上推陈出新，根据当前的社会和科学环境，不断创新，最大可能的从环境保护和能源节约方面考虑，设计出符合社会需要的新时代窑炉，为创建社会主义和谐社会贡献自己的智力支持。
通过课程设计辊道窑，综合运用和巩固所学知识，学会将理论知识与生产实践相结合，去研究解决实际中的工程技术问题，本设计的任务主要是培养学生设计与绘图的基本技能，初步掌握窑炉设计的程序﹑过程和内容；进一步了解窑炉设备的基本结构；掌握窑炉设备的工作原理，工程制图方法和编制设计说明书的方法。
辊道窑属于连续性窑炉，传动方式有斜齿轮传动及链条传动两种形式，一般以刚玉瓷辊作为传动辊子运载产品。
按加热方式可分为火焰加热辊道窑炉和电加热辊道窑炉两类。
可根据要求通气氛。
辊道窑是当代陶瓷工业的先进窑炉，是近几十年来发展起来的新型快烧连续式工业窑炉，目前已广泛用于釉面砖﹑墙地砖﹑抛光砖﹑彩釉砖等建筑陶瓷工业生产中。
而辊道窑在短短的几十年中发展如此迅速，说明它具有旺盛的生命力，它代表了陶瓷工业窑炉的发展方向，这是因为辊道窑具备其他陶瓷工业窑炉无法比拟的优点。
本设计书在写作过程中得到老师和同学的指导，在此表示深深地谢意。
编写时，本人想设计一个实用、廉价的建陶工业辊道窑，内容上尽量达到符合工程上的需要，但由于本人水平所限，设计书中一定有不少缺点和不足之处，诚挚地希望老师批评指正。
2.设计任务书2.1设计题目：年产量245万m2液化气辊道窑设计2.2设计技术指标，参数：1、坯料的化学组成（%）：SiO2Al2O3CaO MgO2Fe2O3K2O+Na2O IL68.35 16.27 2.30 2.65 0.85 4.35 4.852、产品的规格：400×400×8mm3、入窑水分：1.0%4、产品合格率：95%5、工作日：3506、烧成周期：60分钟7、最高烧成温度：1180o C8、气氛制度：全氧化气氛9、燃料：液化气Qnet=110000KJ/Nm3组成成分：H2CH4C2H6C2H4C3H8C3H6C4H10C4H8C5H12C5H10 10 6 5 16 15 15 2 8 10 13 10、夏天最高温度37o C3窑体主要尺寸的确定3.1窑内宽的确定产品规格：400×400×8mm ，可知砖的宽度为400 mm ，考虑到烧成收缩率为10％，则：1产品尺寸坯体尺寸＝－烧成收缩率400444.4110%==-mm坯体离窑墙内壁一般应有100～200 mm 间隙，取150mm 。
机械 自动化 陶瓷辊道窑窑体及传动部分的设计
景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）中文题目：陶瓷辊道窑窑体及传动部分的设计英文题目：Design of ceramic roller kilnBody and transmission part院系：（小三号宋体）专业：姓名：学号：指导教师：完成时间：摘要本设计的题目是陶瓷辊道窑窑体及传动部分的设计。
说明书中具体论述了设计时应考虑的因素,诸如窑体结构、排烟系统、烧成系统和冷却系统等等.同时详细的进行了对窑体材料的选用、热平衡、管路、传动设计等的计算。
本设计所采用的燃料为水煤气，在烧成方式上采用明焰裸烧的方法，既提高了产品的质量和档次，又节约了能源，辊子运输可减少窑内装卸制品，和窑外工序连在一起，操作方便，同时具有很高的自动化控制水平，在燃烧及温度控制上采用PID智能仪表，可以很方便的调节和稳定烧成曲线。
本说明书内容包括：窑体主要尺寸的确定、工作系统的确定、窑体材料的选择、燃料燃烧计算、热平衡计算、陶瓷辊道窑传动部分计算、管道尺寸阻力计算、风机的选型及工程材料概算。
关键词：陶瓷辊道窑、PID 控制、稳定AbstractThis instruction elaborated the roller kiln. The daily production of this roller kiln is 1.4 million square meter polishing brick. This instruction specifically elaborated the factor should considered when we designed, such as the structure of the kiln body, discharged system, burning system and the cooling system and so on, At the same time it detailed how to choose the materials, the calculation of heat balance , the pipeline design, the transmission design to the kiln and so on.The fuel of this kiln is serni-water gas, it fires product directly. This firing way can improved the quality and scale of the product, saved the energy, and the transportation by roller may reduce loading the product. With the working procedure outside the kiln, it is eased to operation. Simultaneously it has the high automation control level. It uses the PID intelligence measuring appliance in firing and the temperature control. It can adjust the firing curve and make the temperature stably conveniently.This instruction content includes: the determination of kiln body dimension, work system, the choice of material, the calculation of fuel burning, the calculation of heat balance, the calculation of transmission, the calculation of pipeline size and resistance, how to choose air blower shaping and the estimation of engineering material.Keywords: roller kiln, PID control, stably目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................................................... I I1. 引言 (1)2 烧成制度的确定 (1)2.1 温度制度的确定 (1)2.2 气氛制度 (2)2.3 压力制度 (2)3 窑体主要尺寸确定 (3)3.1窑内宽的确定 (3)3.2 窑体长度的确定 (4)3.3 各带长度的确定 (4)3.4 辊上高、辊下高的确定 (5)4 工作系统确定 (6)4.1 排烟系统 (6)4.2 烧成系统 (6)4.3冷却系统 (7)4.4窑体附属结构的布置 (8)5 窑体材料及厚度的确定 (10)6 燃料及燃烧计算 (12)6.1理论空气需要量 (12)6.2实际空气需要量 (12)6.3 用经验公式计算实际烟气生成量 (12)6.4 燃烧温度 (12)7 物料平衡 (13)7.1每小时出窑制品的质量G出 (13)7.2每小时入窑干制品的质量G干 (13)7.3每小时入窑湿制品的质量G湿 (13)7.4每小时蒸发自由水的质量G w (13)8 预热带烧成带热平衡计算 (14)8.1热平衡计算基准及范围 (14)8.2热平衡示意框图 (14)8.3热收入项目 (15)8.4热支出项目 (15)8.5热平衡方程 (21)8.6热平衡表. (21)9 冷却带平衡计算 (22)9.1热平衡计算准则： (22)9.2热平衡示意图: (22)9.3热收入 (23)9.4热支出 (23)9.5热平衡方程 (30)9.6冷却带平衡列表 (31)10 陶瓷辊道窑传动部分计算 (32)10.1 传动系统的选择 (32)10.2 传动过程 (32)10.3 辊子材质的选择 (32)10.4 辊距的确定 (33)10.5 辊子传动过程中的联接方式 (33)10.6 辊子转速的选择 (33)11管道计算、阻力计算和风机选型 (34)11.1管道计算 (34)11.2阻力计算 (34)11.3排烟风机选型 (35)11.4其他管路阻力计算： (35)12 烧嘴选型 (39)12.1每个烧嘴所需燃烧能力 (39)12.2 选用烧嘴应注意的原则 (39)12.3 烧嘴选用 (39)13 工程材料概算 (41)13.1 钢架结构所用钢材用量概算： (41)13.2 钢板用量概算： (41)13.3 耐火材料概算： (42)致谢 (45)参考文献 (46)1. 引言陶瓷辊道窑是近几十年发展起来的新型快烧连续式工业窑炉，目前已广泛用于釉面砖、墙地砖、彩釉砖等建筑陶瓷工业生产中，它代表了陶瓷工业窑炉的发展方向，这是因为陶瓷辊道窑具备其他陶瓷工业窑炉无可比拟的优点。
辊道窑设计说明书
设计说明书设计考虑到该厂已引进WELKO公司FRW2000型辊道窑，该窑设计合理，利用余热干燥生坯和进窑坯，热效率高；温度控制准确、稳定；传动用传统链条传动，磨擦式联接辊筒，传动平衡，维护方便，无级调速，控制灵活。
设计认为，FRW2000型窑炉适合该厂使用，通过仿制吸收其先进技术，又有助于加深对原窑的认识，更好管理窑炉，新旧窑零部件可互用，节约资金，因此，窑型选择为仿FRW2000型煤气辊道窑。
辊道窑的设计计算包括：窑体主要尺寸计算，燃料燃烧计算、热平衡计算、通风阻力计算等，这里以某厂消化吸收引进窑自行设计的一条气烧明焰辊道窑为例来说明辊道窑设计计算步骤。
一、设计依据:设计前必须根据设计任务收集所需的原始资料，该厂已引进一条玻化砖生产线，考虑到原料车间、压机等仍有270000m2富余的生产能力，故进行挖潜技改，对照已有生产线，设计原始资料如下：1、产量：年产600000m2瓷砖。
2、产品规格：1000×1000×16(mm)3、年工作日：330天4、燃料：半水煤气，热值5233.8kJ/m3，压力0.1—0.16MPa，供气量800m3/h。
5、坯入窑含水量：≤2％6、原料组成：中粘性土，低粘性土，风化长石各占30％。
还有适量低温溶剂原料。
7、烧成制度（1）温度制度①烧成周期：60min②各带划分：烧成周期比原引进WELKO公司辊道窑60min增加12min，12min全部用于增加预热及冷却时间，而高温烧成时间仍按原设计不变。
各段温度与时间划分如表1。
、表1 各段温度的划分与升温速率（2）气氛制度：全窑氧化气氛。
（3）压力制度，预热带-40~-25Pa；烧成带<8Pa。
二、窑型选择设计考虑到该厂已引进WELKO公司FRW2000型辊道窑，该窑设计合理，利用余热干燥生坯和进窑坯，热效率高；温度控制准确、稳定；传动用传统链条传动，磨擦式联接辊筒，传动平衡，维护方便，无级调速，控制灵活。
熔融石英陶瓷辊道技术特点及应用
中国建材报/2007年/1月/19日/第003版中国玻璃熔融石英陶瓷辊道技术特点及应用赵远涛编者按：随着深加工玻璃特别是钢化玻璃的发展，企业和用户更加关注产品质量。
作为钢化玻璃生产过程中重要的部分，陶瓷辊道成为影响产品质量的关键因素之一。
近些年发展较快的钢化炉用熔融石英陶瓷辊道是一种能够满足特殊要求的功能材料，它具有很多优异的特点。
本报今日约请多年从事玻璃深加工的赵远涛先生撰写熔融石英陶瓷辊道的技术特点和应用情况，希望能对正确理解这些技术性能指标并指导生产实践有所借鉴，提高产品质量，减少生产成本。
陶瓷辊道的制造陶瓷辊道成分——尚纯熔融石英熔融石英是陶瓷辊道的关键原材料，其中SiO2的含量超过99.5%。
高纯度的SiO2原料的使用可以使陶瓷辊道的颜色均一，没有颜色差异。
在结构和组成上形成均匀同质的陶瓷体。
在炉内辊道能够均匀地吸收热能，同步升高温度。
即便是由于装载率的不同，也不会在有无玻璃的地方引起过大的温差。
含有过多的杂质和不同的浇注工艺会使得辊道表面出现颜色的深浅，这种含有杂质的辊道在使用过程中会由于吸热的快慢导致玻璃下表面产生缺陷。
当然熔融石英陶瓷里对方石英晶相的控制是相当严格的，含量必须小于2%。
含量过高的方石英会导致辊道的变形，而直接影响玻璃的波浪变形。
在实践中通常通过在炉体内加入SO2，使辊道表面形成薄膜，它的作用相当于高温的干润滑剂。
它能够提高玻璃的表面质量。
而过量长时间的使用SO2，会导致辊道表面附着过多的Na2SO2，虽然能够用水清洗，但不能被水彻底清洗干净。
这样的碱金属离子的引入会使得辊道表面有晶型转变，生成方石英。
这样辊道表面会慢慢有小的裂纹出现。
通常并不推荐使用过多的SO2，即便对提高玻璃的质量有好处。
特殊的轴头设计通常金属轴头和陶瓷辊道的连接都采用硅橡胶。
硅橡胶的一些物理和化学性能介于无机材料和有机材料之间。
它具备无机材料的耐高温性能，又具备有机材料的弹性。
轴头的金属部分和陶瓷的膨胀系数并不一样。