基于PLC的鑄造熔爐燃燒自動控制系統設計

董麗梅

摘 要： 鑄造熔爐是鑄造過程中的關鍵設備之一，并且鑄造熔爐燃燒過程的完全與否將決定著鑄造質量的好壞。基于PLC可編程序控制器設計了鍋爐燃燒過程的自動控制系統，設計過程中主要考慮蒸汽壓力、燃燒過程含氧量和爐膛負壓三個變量，并分別基于以上三個變量進行控制系統硬件和軟件設計，并且給出具體的控制方案，對鑄造熔爐燃燒的自動控制系統的設計與研究起著重要作用。

關鍵詞： 鑄造熔爐； 燃燒自動控制； 硬件設計； 軟件設計

中圖分類號： TN876?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）17?0138?03

Design of PLC?based combustion automatic control system of casting furnace

DONG Limei

（College of Electronic Information Engineering， Hebei University， Baoding 071002， China）

Abstract： Casting furnace is one of the key equipments in casting process， and its combustion process determines the quality of the casting. A PLC?based automatic control system of boiler combustion process was designed. Steam pressure， oxygen content and combustion chamber negative pressure in combustion process are considered in design process. On the basis of the above three variables， the hardware and software of the control system were designed. The specific control scheme is given， which plays an important guiding significance for the design and research of the combustion automatic control system of casting furnace.

Keywords： casting furnace； combustion automatic control； hardware design； software design

0 引 言

鑄造屬于液態金屬材料成形的典型工藝，鑄造工藝的首要過程為將固態金屬熔煉成液態金屬，鑄造熔爐是鑄造中必不可少的試驗設備之一[1]。鑄造熔爐是利用煤炭燃燒或其他能量轉化所得的熱能把固態金屬加熱融化成為液態金屬，使其具有一定的液態流動性的機械設備，是機械、能源等工業裝備過程必不可少的重要動力設備[2]。隨著鑄造技術的不斷發展，鑄造熔爐設備也隨之得到了快速發展，并逐漸受到國內外專家學者的青睞，對其研究也逐年增多。在國內，文獻[3]對鑄造鎂合金熔爐內保護氣體流動進行了數值模擬；文獻[4]對鎂合金壓鑄機熔化保溫系統進行了設計研究；文獻[5]研究了鎂合金介質保護熔煉技術，在國外也有諸多專家學者對鑄造熔爐設備進行了一系列研究。雖然，鑄造熔爐設備的研究逐年增多，但是大都集中在對某種材料的熔化保溫等設計與研究，對熔爐燃燒的自動控制的研究尚未見報道。本文基于PLC的鑄造熔爐燃燒自動控制系統可以有效地解決熔爐燃燒自動控制的問題，對其發展有著重要的推動意義。

1 工藝流程的描述

圖1為熔爐燃燒自動控制系統的工藝流程圖。本文設計的熔爐燃燒主要利用蒸汽余熱對鑄造熔爐進行加熱[6]。具體加熱過程如下：首先將定量的水經過水泵、控制閥開關注入鍋爐；其次，將煤炭燃料或其他燃料和受熱空氣按照一定的比例進行混合，混合后通過燃燒設備對其燃燒，燃燒過程中產生的熱量被蒸汽發生系統接收，并產生飽和蒸汽。經過換熱器發生器后形成過熱蒸汽最終儲存在蒸汽母管。所儲存的過熱蒸汽經過傳遞系統供給外界負載熔爐燃燒使用[7]。

如圖1所示的燃燒過程中，蒸汽壓力、產生的煙氣成份以及爐膛的負壓是整個過程中的關鍵控制變量，其中煤炭及其他燃料使用量、送風速度及時間和引風速度為三個自變量[8]。根據以上控制變量及其對應的自變量設計合理的控制系統，保證滿足負載使用，并且保證燃燒的安全性和經濟性。

2 控制系統設計

2.1 控制系統方案設計

鑄造熔爐燃燒的自動控制系統主要包括蒸汽壓力、燃燒過程含氧量和爐膛負壓自動控制系統等三個子系統。以上三個子系統的控制方案均為前反饋系統控制+PID反饋控制，蒸汽壓力子系統自動控制方案如圖2所示，含氧量子系統控制方案如圖3所示，爐膛負壓子系統控制方案如圖4所示。

2.2 控制系統硬件設計

本文設計的鑄造熔爐燃燒供能的控制系統主要采取PLC控制方式。主要實現邏輯控制和連續控制兩種常規功能，與此同時，可以實現燃燒過程各變量及控制關鍵參數的數據采集、數據檢測、系統報警和反饋信息的傳送等功能。整個控制系統包含四個主要控制模塊，分別為一個輸入模塊、兩個輸出模塊、一個輸入輸出混合模塊。其中，EM231為輸入模塊、EM232為輸出模塊、EM235為輸入輸出混合模塊。具體控制系統硬件設計方案如圖5所示。

2.3 系統軟件設計

對應控制系統的硬件系統，本控制系統的軟件系統也有三個子系統，其系統軟件分別為蒸汽壓力、燃燒過程含氧量和爐膛負壓自動控制系統軟件。

（1） 蒸汽壓力子系統控制軟件設計

圖6為蒸汽壓力子系統控制軟件的控制方案流程圖。控制方式主要為前饋+PID反饋控制，表1為PID反饋回路表。

（2） 燃燒含氧量控制軟件設計

圖7為燃燒過程含氧量系統控制軟件控制方案流程圖?？刂品绞脚c蒸汽壓力控制方式一致，表2為含氧量控制系統PID反饋回路表。。

（3） 爐膛負壓系統控制軟件

圖8為爐膛負壓系統控制軟件控制方案流程圖。控制方式與蒸汽壓力及燃燒過程含氧量控制方式一致，表3為爐膛負壓控制系統PID反饋回路表

3 結 論

本文以鑄造熔爐燃燒室為控制對象，基于PLC對其控制系統進行設計，設計過程主要考慮蒸汽壓力、燃燒過程含氧量和爐膛負壓三個變量，并分別基于以上三個變量進行控制系統硬件和軟件設計，給出具體的控制方案，對鑄造熔爐燃燒的自動控制系統的設計與研究具有重要意義。

參考文獻

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