水泥粉磨DCS控制系統(tǒng)——配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

畢業(yè)設(shè)計(jì)方案題 目 水泥粉磨DCS控制系統(tǒng) 配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué) 院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 二一三 年 四 月 二 日畢業(yè)設(shè)計(jì)方案學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)題目水泥粉磨DCS控制系統(tǒng)配料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、 選題背景與意義1.背景現(xiàn)狀 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、和決策的綜合性技術(shù)。而在水泥工業(yè)中應(yīng)用尤為顯著，自1824年水泥誕生并實(shí)際應(yīng)用以來，水泥工業(yè)經(jīng)歷多次變革，工藝和設(shè)備不斷改進(jìn)。1877年回轉(zhuǎn)窯燒制水泥熟料獲得專利權(quán)；1905年濕法回轉(zhuǎn)窯出現(xiàn)；1910年實(shí)現(xiàn)了立窯機(jī)械化連續(xù)化生產(chǎn)；1928年立波爾窯投入生產(chǎn)；1950年懸浮預(yù)熱器窯的發(fā)明使熟料熱耗大幅度降低；1971年開發(fā)的水泥窯外分解技術(shù)，揭開了現(xiàn)代水泥工業(yè)的新篇章，形成了新型的干法水泥生產(chǎn)技術(shù)；近幾年，大型PLC產(chǎn)品和集散系統(tǒng)的應(yīng)用，使水泥的生產(chǎn)控制又有了進(jìn)一步的提高。我國(guó)水泥工業(yè)自1889年創(chuàng)立工廠，迄今已經(jīng)有100多年的歷史。我國(guó)的水泥工業(yè)發(fā)展的十分迅速，在70-80年代，我國(guó)自行開發(fā)的日產(chǎn)700t 、1000t、1200t、2000t熟料的預(yù)分解窯生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)。從1978年起，相繼從國(guó)外引進(jìn)一批20004000t熟料的預(yù)分解窯生產(chǎn)線成套設(shè)備，迅速提高了我國(guó)的新型干法技術(shù)水平。經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和科技創(chuàng)新，我國(guó)已經(jīng)在主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。在水泥產(chǎn)量上看，從1985年水泥年產(chǎn)量躍居世界第一以來，已經(jīng)持續(xù)保持水泥年產(chǎn)量居世界首位多年。2.目的意義：DCS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上將管理監(jiān)控、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集等功能分散到不同的計(jì)算機(jī)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)均采用高性能的專業(yè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，必要時(shí)采用冗余熱備技術(shù)，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。利用計(jì)算機(jī)組態(tài)和圖形化技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的模塊化組態(tài) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展、成本的大幅降低以及可靠性的不斷提高，使計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)在水泥生產(chǎn)控制領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用，分散控制系統(tǒng)DCS亦隨之誕生。 DCS系統(tǒng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和CRT/TFT圖象顯示技術(shù)為一體，在結(jié)構(gòu)上將管理監(jiān)控、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)采集等功能分散到不同的計(jì)算機(jī)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)均采用高性能的專業(yè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，必要時(shí)采用冗余熱備技術(shù)，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。利用計(jì)算機(jī)組態(tài)和圖形化技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的模塊化組態(tài) 水泥配料的好壞直接影響到水泥的質(zhì)量與產(chǎn)量。通過對(duì)配料控制系統(tǒng)的研究，可使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，既節(jié)省人力、物力又降低生產(chǎn)成本，通過利用工程機(jī)和AC800F等硬件，應(yīng)用Industrial IT系統(tǒng) CBF、Digvis組態(tài)軟件做開發(fā)環(huán)境，利用PID等控制算法實(shí)現(xiàn)粉磨配料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制，對(duì)配料生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此掌握DCS系統(tǒng)的集成及控制方法有重要意義。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容：1. 熟悉水泥粉磨配料生產(chǎn)工藝流程、電氣要求及電器控制電路、掌握Industrial IT系統(tǒng)的硬件以及CBF、Digivis組態(tài)軟件等、2. 通過CBF組態(tài)軟件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)配料生產(chǎn)環(huán)節(jié)中設(shè)備運(yùn)行的啟停監(jiān)控、模擬量顯示、超越報(bào)警、歷史趨勢(shì)顯示，動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖畫面及各畫面之間的自由切換；能根據(jù)工藝要求，自動(dòng)控制配料生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各物料的下料量。3. 進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與選型。4. 確定系統(tǒng)變量表、內(nèi)外部接線圖及IO通道分配。5. 設(shè)計(jì)配料控制系統(tǒng)界面。6. 進(jìn)行系統(tǒng)程序開發(fā)及系統(tǒng)軟硬件仿真調(diào)試。預(yù)期結(jié)果：1. 工藝流程設(shè)定啟停2. 工藝流程緊急停止和報(bào)警3. 熟料倉(cāng)自動(dòng)控制4. 各種物料流量反饋、累計(jì)三、設(shè)計(jì)方案水泥粉磨的原料由孰料、石灰膏、混合材料按一定比例組成，所以其配料的自動(dòng)控制實(shí)際上是一種比值控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是利用AC800F現(xiàn)場(chǎng)控制器，根據(jù)工藝要求，采用比值控制算法，通過對(duì)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)粉墨生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種物料的科學(xué)配比，合理控制各種物料的下料量。其工藝流程圖見圖1。圖1 水泥配料工藝流程此控制方案采用DCS集散控制，DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過程控制級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)、工廠總體管理和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)等組成。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖2。采用DCS控制系統(tǒng)，其構(gòu)成方式十分靈活，可以由專門的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、記錄站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用它的服務(wù)器、工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)和可編程控制器（PLC）構(gòu)成。 處于最底層的過程控制級(jí)別一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。圖2 DCS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水泥配料的工藝結(jié)構(gòu)中主要由兩大部分組成：一是機(jī)械部分，其中包括原料庫(kù)，駐傳送皮帶，定料給料機(jī)和棒型閥門等的控制；二是微機(jī)控制部分，其中主要包括工業(yè)控制微機(jī)一臺(tái)，流量傳感器，變頻放大驅(qū)動(dòng)器，以及電機(jī)起、停、故障顯示、流量累計(jì)、趨勢(shì)顯示等。水泥配料的主要工藝流程為：將水泥生產(chǎn)所需的各原料石灰石、熟料、礦渣和矯正原料分別存在原料庫(kù)中，通過棒型閥門將原料送給定料給料機(jī)，由傳感器測(cè)出各種物料的下料量，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器再將調(diào)節(jié)信號(hào)輸出給變頻器，構(gòu)成閉環(huán)回路，以調(diào)節(jié)定料給料機(jī)的速度，使定料給料機(jī)的流量穩(wěn)定在某一固定值上。定料給料機(jī)再將各種原料按照一定的比例由住傳送帶送入磨機(jī)，經(jīng)生料粉墨成生料。在水泥配料的生產(chǎn)工藝中，將不同的物料按照一定的比例進(jìn)行配合，由定料給料機(jī)來對(duì)調(diào)配的各種物料的流量就行監(jiān)測(cè)計(jì)算。PLC主要完成對(duì)皮帶輸送設(shè)備，設(shè)備起停系統(tǒng)，定料給料稱重系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，并對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警，并向變頻器輸送信號(hào)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)皮帶秤和膠帶輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)配料工藝整個(gè)工藝的自動(dòng)化。本設(shè)計(jì)中的主要思路為：1根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備表和工藝流程圖，大致確定系統(tǒng)的各種模擬量和數(shù)字量，并根據(jù)這些變量，制定系統(tǒng)的點(diǎn)號(hào)表；2在CBF里，建立項(xiàng)目樹，并對(duì)其進(jìn)行硬件配置；3對(duì)配置好的硬件中的FI830進(jìn)行I/O通道分配，分別插入DI801，DO801，AI801和AO801，并對(duì)插入的這些DI，DO，AI，AO模塊進(jìn)行I/O編輯，將前面確定的點(diǎn)號(hào)表中的變量輸入進(jìn)去；4在CBF中進(jìn)行軟件編程，實(shí)現(xiàn)要求中的電機(jī)分組起停、流量累計(jì)等各種功能；5進(jìn)行用戶界面制作，先做靜態(tài)畫面，然后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，制作故障顯示等；6進(jìn)行系統(tǒng)仿真，查看各功能是否能夠順利實(shí)現(xiàn)。通過水泥配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，希望達(dá)到的目的為：根據(jù)原料資源情況，進(jìn)行合理配料，從而盡可能地充分利用礦山資源；確定各原料的配比，計(jì)算全廠的物料平衡，作為全廠工藝設(shè)計(jì)及主機(jī)選型的依據(jù)；確定各原料、燃料的消耗比例，改善物料易磨性和生料的易燒性，為窯磨創(chuàng)造良好的操作條件，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的生產(chǎn)目。通過以上的內(nèi)容和學(xué)習(xí)，大致可以做出設(shè)計(jì)的大綱為：1前言1.1 課題背景和意義1.2 論文主要內(nèi)容2DCS介紹2.1 DCS簡(jiǎn)介2.2 DCS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3 DCS發(fā)展過程3水泥工藝流程3.1 水泥配料介紹3.2 水泥配料控制系統(tǒng)介紹4水泥配料系統(tǒng)硬件設(shè)置4.1 項(xiàng)目樹建立4.2 硬件結(jié)構(gòu)配置4.3 I/O通道分配5水泥配料系統(tǒng)軟件編程7系統(tǒng)仿真調(diào)試四、參考文獻(xiàn)任林燕 孫雪琴水泥 2004年第6期王真.板式喂料機(jī)與定量給料機(jī)速度不匹配的解決方案水泥工程,2005蔣慰孫, 俞金壽. 過程控制工程M . 北京: 中國(guó)石化出版社, 1999, 3.宋向輝智能預(yù)測(cè)控制在磨機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用及軟件設(shè)計(jì)北京：北京理工大學(xué)，2003趙敏，許平海生料質(zhì)量控制系統(tǒng)在新型干法水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用四川水泥，2005,5惲源世，林平,JPBAR等水泥生料磨機(jī)動(dòng)態(tài)成分控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化學(xué)報(bào)，肖爭(zhēng)鳴，李堅(jiān)利水泥生產(chǎn)工藝北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006劉建壽，趙紅霞水泥生產(chǎn)粉碎過程設(shè)備嗍武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2005OPC FoundationOPC DataAccessAutomation Interface Standard version，1999A1 ChilsholmOLE for Process Control takes first step to ward data sharing standards 1996Isll G HShah Hamzei，DJMulvaneyImplementation of all Intelligent Control SystemRS View 32TM Expanding the world of MMi User Guide, Rockwell Software, 1998.濟(jì) 南 大 學(xué)五、指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師（簽字） 201 年 月 日六、審核意見系主任（簽字） 201 年 月 日濟(jì) 南 大 學(xué)