【正文】 獻(xiàn) ........................................................... 24 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 在鋼鐵、電力、醫(yī)藥、水泥、化工、冶金等許多工業(yè)流程中，都存在配料過程。配料過程主要是將各種物料按照生產(chǎn)要求以一定的比例進(jìn)行混合，配制出各項(xiàng)指標(biāo)符合生產(chǎn)需要的混合物料，滿足后續(xù)生產(chǎn)的需求，提高最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。這些配料過程一般都具有多變量、大時(shí)滯、強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合等控制難點(diǎn)，屬于復(fù)雜工業(yè)過程。所以，針對(duì)于配料過程 的優(yōu)化控制方法的研究就變得比較復(fù)雜。針對(duì)配料過程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要做了一下幾方面的研究：一是對(duì)復(fù)雜工業(yè)過程，怎樣建立更加精確的數(shù)學(xué)模型；二是采用什么優(yōu)化控制算法，能有效的解決配料過程中存在的多變量、強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合等控制難題。 化堿過程是一種典型的復(fù)雜工業(yè)過程，目前化堿的配料方式主要是依據(jù)傳統(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配料，由于生料漿配料過程的復(fù)雜特性，因此采用人工配料方法難以使生料 漿各項(xiàng)指標(biāo)難以達(dá)到工藝生產(chǎn)要求，導(dǎo)致了生料漿產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定， 堿比和水分等指標(biāo)的合格率低。 PLC 控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器， 是 一種數(shù)字運(yùn)算操作 的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等 面向用戶 的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 ， 是工業(yè)控制的核心部分。 自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)， PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)， PLC 的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC 在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 PLC 控制器是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC 控制器只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 控制器的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 本設(shè)計(jì)正是基于羅克韋爾 PLC 的化堿過程控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，與西門子 PLC 相比羅克韋爾 PLC 具有通訊功能更強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易用，配備軟件也相對(duì)容易的特點(diǎn) 。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 羅克韋爾 PLC 在模擬量轉(zhuǎn)化中不需要轉(zhuǎn)化，只要把 MAX MIN 和對(duì)應(yīng)你傳感器的輸出特性鏈接即可，另外， 羅克韋爾 PLC 無(wú)需插入硬件， 鏈接好 PLC 后可以直接讀到其他變量 。 5000 軟件都是塊編程， 對(duì)于 初級(jí)編程者 更 實(shí)用 。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 化堿過程控制系統(tǒng) 的方案 概述 由于生料漿的物料像堿粉、赤泥漿、混礦和石灰石的成分一般是不去人為改變的，生料漿各項(xiàng)指標(biāo)的好壞主要取決于物料的配比，好的配比可以獲得各項(xiàng)指標(biāo)符合生產(chǎn)要求的生料漿， 壞的配比會(huì)誤導(dǎo)生產(chǎn)，造成生料漿各項(xiàng)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)和頻繁波動(dòng)。 本設(shè)計(jì)中 堿粉的流量范圍為 2040t/h；赤泥漿流量范圍為 6080t/h。 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 如圖 為化堿系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 。 皮 帶 啟 動(dòng)按 鈕赤 泥 漿 啟動(dòng) 按 鈕赤 泥 漿 流量 計(jì)堿 粉 流量 計(jì)C o n t r o L o g i x赤 泥 漿泵變 頻 器（ 皮 帶秤 ） 圖 化堿系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 在堿粉和赤泥漿的控制系統(tǒng)中，通過流量計(jì)檢測(cè)堿粉和赤泥漿流量反饋給PLC， PLC 控制皮帶秤和赤泥漿泵的啟動(dòng)，經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié)，保證堿粉流量范圍為20— 40t/h，赤泥漿流量范圍為 60— 80t/h。 堿粉回路控制 控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán) 控制方法，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過選擇按鈕，手動(dòng)設(shè)定與自動(dòng)調(diào)節(jié)之間是沒有靜差的。堿粉回路控制圖如圖 所示。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 P I 控 制 器變 頻 器 頻 率 手 動(dòng)給 出堿 粉 皮 帶流 量 檢 測(cè)手 動(dòng)自 動(dòng)選 擇 按 鈕+堿 粉 流 量 設(shè)定 值變 頻 機(jī) 構(gòu) 圖 堿粉回路控制圖 對(duì)堿粉流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的是：通過自動(dòng)調(diào)整下料皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使堿粉流量穩(wěn)定在 2040t/h 的范圍內(nèi)，先給定堿粉流量設(shè)定值，通過 PI 控制器和變頻機(jī)構(gòu)，對(duì)堿粉皮帶的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足生料漿指標(biāo)中的堿比。在處于自動(dòng)控制的過程中，為避免電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻繁被調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速在流量設(shè)定值177。死區(qū)范圍時(shí)，不調(diào)整電機(jī)的 轉(zhuǎn)速。 赤泥漿回路控制 控制系統(tǒng)采用的是閉環(huán)控制方法，當(dāng)自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過選擇按鈕，改變控制量的調(diào)節(jié)方式，用手動(dòng)設(shè)定取代自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且手動(dòng)設(shè)定與自動(dòng)調(diào)節(jié)之間是沒有靜差的。赤泥漿回路控制圖如圖 所示。 P I 控 制 器變 頻 器 頻 率 手 動(dòng)給 出液 泵流 量 檢 測(cè)手 動(dòng)自 動(dòng)選 擇 按 鈕+赤 泥 漿 流 量設(shè) 定 值變 頻 機(jī) 構(gòu) 圖 赤泥漿回路控制 對(duì)赤泥漿流量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的是：通過自動(dòng)調(diào)整下料皮帶電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 使赤泥漿流量穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)，先給定赤泥漿流量設(shè)定值，通過 PI 控制器和變頻機(jī)構(gòu)，對(duì)堿粉皮帶的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足生料漿指標(biāo)中的堿比。在處于自動(dòng)控制的過程中，變頻器輸出被限制在 20%80%范圍內(nèi)調(diào)整，為避免電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻繁被調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速在流量設(shè)定值177。死區(qū)范圍時(shí)，不調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件模塊結(jié)構(gòu) Controllogix 是羅克韋爾自動(dòng)化 Logix 控制引擎系列中最具代表性的產(chǎn)品。從外表看起來(lái)像一個(gè)可編程控制器系統(tǒng)，但是實(shí)際上他卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)意義上的PLC 系統(tǒng)。 Controllogix 體系結(jié)構(gòu)是最新科技的多控制律集成控制平臺(tái)，是先進(jìn)的混成控制，可以完成順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、傳統(tǒng)控制、和過程控制。無(wú)論是高速離散控制、復(fù)雜過程控制，伺服 控制，還是高速傳動(dòng)控制等各種應(yīng)用，借助單一的 Controllogix 平臺(tái)，用戶只需掌握一直編程軟件，就能根據(jù)應(yīng)用要求不同，選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊，選擇標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò) /總線得到所需的控制系統(tǒng)。如圖 系統(tǒng)硬件圖。 圖 系統(tǒng)硬件圖 Controllogix 系統(tǒng)能夠與現(xiàn)有基于 PLC 系統(tǒng)完美結(jié)合，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)用戶完美結(jié)合并可以實(shí)現(xiàn)信息的透明呼喚，與其他網(wǎng)絡(luò)上的程序處理器完美結(jié)合。 Controllogix 系統(tǒng)的模塊化 I/O、內(nèi)存及通信接口為用戶提供了一種即可組態(tài) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 又便于擴(kuò)展的系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)需要靈活配置所需的 I/O 數(shù)量，內(nèi)存容量以及通信網(wǎng)絡(luò)。以后當(dāng)用戶需要進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，可隨時(shí)添加 I/O，內(nèi)存及通信接口。 Controllogix 允許用戶帶電插拔系統(tǒng)中的任何模塊，而不