【正文】 碩士學(xué)位論文中期 報(bào)告 論文題目： 基于 PROFIBUS 和 MODBUS 的高爐渣粒化傳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： _________________________ 姓 名 ： _________________________ 專 業(yè) 名 稱： _________________________ 指 導(dǎo) 教 師： 田海 20xx 年 12 月 01 日 趙德 琦 控制工程 20xx02443 1 緒論 高爐渣處理技術(shù) 研究背景 國(guó)家 “ 十一五 ” 規(guī)劃提 出了建設(shè)資源節(jié)約型 、 環(huán)境友好型社會(huì)的戰(zhàn)略目標(biāo)，并將節(jié)能和減排作為約 束性指標(biāo)執(zhí)行。鋼鐵行業(yè)作為國(guó)家建設(shè)基礎(chǔ)行業(yè)和 能耗大戶，將同時(shí)面臨機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中 ， 高爐煉鐵工序能耗約占鋼鐵工業(yè)總能耗 60％，是鋼鐵工業(yè)的能耗大戶，其節(jié)能減排潛力巨大。 高爐熔渣由于自身溫度高，含熱量豐富，對(duì)能源工業(yè)來(lái)說(shuō)是一種很好的二次能源。通常，高爐渣的處理方式為水力沖渣，在處理過(guò)程中不僅浪費(fèi)、消耗大量的能源、水源，同時(shí)也排出大量的有害物質(zhì)。因此，開(kāi)展高爐渣顯熱回收利用的研究十分必要。高爐渣的主要成分是氧化鈣、氧化鎂、三氧化二 鋁、二氧化硅，屬于硅酸鹽質(zhì)材料。在急冷處理 過(guò)程中，熔態(tài)爐渣中的絕大部分物質(zhì)沒(méi)能形成穩(wěn)定 的化合物晶體，而是以無(wú)定形體或玻璃體的狀態(tài)將 沒(méi)能釋放的熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，從而具有潛在的化學(xué)活性，是優(yōu)良的水泥摻和料。因此，在高效回收高爐熔渣顯熱的同時(shí)，還要保證處理后的爐渣可用為水泥原料。 國(guó)內(nèi)外高爐渣處理 工藝 現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)外在生產(chǎn)中應(yīng)用的高爐渣處理工藝主要是水淬?；に嚭透稍幚砉に?H0。 由于后者環(huán)境污染較嚴(yán)重， 且資源利用率低 ， 現(xiàn)在已很少 使用 ， 一般只在事故處理時(shí) ， 設(shè)置干渣坑或渣罐出渣?，F(xiàn)主要采用 水淬?；に?，就是將熔融狀態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻， 限制其結(jié)晶 ， 并使其在熱應(yīng)力作用下發(fā)生粒化。水淬后得到的?；?(水渣 ) 絕大部分為非晶態(tài) ， 其含量超過(guò) 95 ％，可用作生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的原料。按脫水方式可分為： 1) 轉(zhuǎn)鼓脫水法。經(jīng)水淬或機(jī)械?；蟮乃魅朕D(zhuǎn)鼓 脫水器進(jìn)行脫水， 前者為因巴 ( INBA)法 ， 后者為圖拉 ( rrYNA)法 ， 2)渣池過(guò)濾法。渣水混合物流入沉渣池， 用抓斗吊車抓渣 ， 池內(nèi)的水則通過(guò)渣池底部或側(cè)部的過(guò)濾層排出，一般稱底濾 (OCP) 法。 3)脫水 槽法 。 水淬后的渣漿經(jīng)渣漿泵輸送到脫水槽內(nèi)脫 水，稱為拉薩 (RASA)法 。 4)提升脫水法 。 水渣由傾斜放置的螺旋輸送機(jī)向上輸送，靠重力實(shí)現(xiàn)水和渣的分離，稱為明特克 (MTC)法。 因巴法 因巴法是 20 世紀(jì) 80 年代初由比利時(shí)西德瑪公司與盧森堡 Pamp。W 公司共同開(kāi)發(fā)的爐渣處理工藝。于 l981 年在西德瑪公司運(yùn)行 ， 我國(guó)首次引進(jìn)用于寶鋼 2 號(hào)高爐(4063m)， 于 1991 年投產(chǎn)運(yùn)行。因巴法工藝流程為：高爐熔渣由熔渣溝流人沖制箱，經(jīng)沖制箱內(nèi)的壓力水沖成水渣進(jìn)入水渣溝，然后經(jīng)滾筒過(guò)濾器脫水排出。 因巴法分為熱因巴、冷因巴和環(huán)保型因巴，三種因巴法的爐渣粒化、脫水的方法相 同，都是使用水淬?；?，采用轉(zhuǎn)鼓脫水器脫水，不同之處在于水系統(tǒng)。熱因巴只有?；到y(tǒng)，?；苯友h(huán)；冷因巴?；到y(tǒng)設(shè)有冷卻塔，?；鋮s后循環(huán)使用；環(huán)保型因巴水系統(tǒng)分粒化水和冷凝水兩個(gè)系 統(tǒng)，冷凝水系統(tǒng)主要用來(lái)吸收蒸汽 、 二氧化硫、硫化氫。與冷、熱因巴比較，環(huán)保型因巴最大的優(yōu)點(diǎn)是硫排放量很低，它把硫大部分轉(zhuǎn)移到循環(huán)水系統(tǒng)中。 圖拉法 圖拉法水渣處理技術(shù)是由俄羅斯國(guó)立冶金工廠設(shè)計(jì)院研制，在俄羅斯圖拉廠 20xx m 高爐上首次應(yīng)用。該法與其他水淬法不同，在渣溝下面增加了?；唽?shí)現(xiàn)機(jī)械?；；蟮臓t渣顆 粒被水冷卻、水淬，產(chǎn)生的氣體通過(guò)煙囪排出。該法最顯著的特點(diǎn)是徹底解決了傳統(tǒng)水淬渣易爆的問(wèn)題。熔渣處理在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，環(huán)境好、循環(huán)水量少、動(dòng)力能耗低、成品渣質(zhì)量好。 底濾法 底濾法是在沖制箱內(nèi)用多孔噴頭噴射的高壓水對(duì)高爐熔渣進(jìn)行水淬?；缓筮M(jìn)入沉渣池。沉渣池中的水渣由抓斗抓出堆放在干渣場(chǎng)繼續(xù)脫水，沉渣池內(nèi)的水及懸浮物由分配渠流入過(guò)濾池，過(guò)濾池內(nèi)設(shè)有礫石過(guò)濾層，過(guò)濾后的沖渣水經(jīng)集水管由泵加壓送入冷卻塔冷卻后循環(huán)使用，水量損失由新水補(bǔ)充。底濾法沖渣水的壓力一般為 ～ 0 .4 M P a ，渣水比為 1： l 0～ 1： l 5，水渣含水率為 10％～ 15％，作業(yè)率 100％，出鐵場(chǎng)附近可不設(shè)干渣坑。 明特克法 明特克法爐渣處理工藝是由首鋼與北京明特克冶金爐技術(shù)有限公司聯(lián)合研制、開(kāi)發(fā)，整套系統(tǒng)于 20xx 年 7 月在首鋼 3 號(hào)高爐上投入運(yùn)行。明特克法核心設(shè)備是通過(guò)特殊設(shè)計(jì)和制造的一臺(tái)螺旋輸送機(jī)和一臺(tái)過(guò)濾器組成。螺旋輸送機(jī)呈 20 度 傾角安裝 在水渣池內(nèi)， 隨著螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，其螺旋葉片將水渣池底部的水渣向上輸送，水則靠重力和渣的翻動(dòng)擠壓雙重作用向下回流，從而實(shí)現(xiàn)渣水分離和脫水的目的。水渣經(jīng)脫水離開(kāi)螺旋輸送機(jī)的 u 型槽后，通過(guò)皮帶系統(tǒng)輸送至水渣堆場(chǎng)；沖渣水經(jīng)濁水渣池溢流日進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾成干凈水后進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)使用。 高爐渣處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 在目前鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中 ，高爐渣的處理主要是采用水淬法進(jìn)行，水淬處理后的爐渣作為水泥生產(chǎn)的摻合料。但是水淬法渣處理工藝也存在一些缺點(diǎn)，比如水淬法渣處理工藝的耗水量大，對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，水資源的短缺成為除鐵礦資源短缺外的另一制約因素。高爐熔渣含有豐富的熱量，而水淬渣產(chǎn)生大量的低溫蒸汽，除少數(shù)鋼鐵企業(yè)用于冬季取暖外，其余全部白白浪費(fèi)。水淬處理后的爐渣含水率可達(dá) 10％，在做水泥原料使用時(shí)必須進(jìn)行干燥處理，仍要消耗一定的能源。此外 ,對(duì)水淬渣系統(tǒng)而言，電耗和維護(hù)工作量大；水沖渣產(chǎn)生的二氧化硫和硫化氫等氣態(tài)硫化物還帶來(lái)空氣污染。因此，開(kāi)發(fā)能高效回收高爐渣顯熱、更環(huán)保的爐渣處理技術(shù)迫在眉睫。這些技術(shù)包括干式粒化工藝和化學(xué)?；に?。 高爐渣處理是煉鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，從目前來(lái)說(shuō)，水淬法處理工藝安全性能最高，技術(shù)上最為成熟，應(yīng)用也最廣。但在能源日益短缺的今天，水淬法存在的浪費(fèi)能源、污染環(huán)境等弊端顯得尤 為嚴(yán)重，急冷干式?；に嚹苡行Ы鉀Q這些困難，具有更好的發(fā)展前景 ， 與水淬法粒化工藝相 比優(yōu)勢(shì)明顯：水資源消耗少；爐渣顯熱回收率高；污染物排放少，可減少環(huán)境污染；工藝操作簡(jiǎn)單；成渣質(zhì)量高，滿足水泥摻合料的要求等。雖然干式?；に囘€沒(méi)有達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的程度，但符合我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的大趨勢(shì)，因此開(kāi)發(fā)新型急冷干式粒化工藝來(lái)替代傳統(tǒng)的渣處理工藝迫在眉睫。 課題來(lái)源及研究意義 本文以包鋼煉鐵廠的高爐水沖渣系統(tǒng)作為背景， 借用先進(jìn)的可編程控制器技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、組態(tài)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的 高爐渣?；瘋鲃?dòng)監(jiān)控系統(tǒng) 進(jìn)行改造，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、提高安全可靠性和完成全自動(dòng)化的目的。 現(xiàn)場(chǎng)總 線技術(shù)是當(dāng)前控制和自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展最快、最為活躍的一項(xiàng)新技術(shù)，集合了自動(dòng)控制、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、智能傳感器等多項(xiàng)技術(shù)的最新成果。我們采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)已有的生產(chǎn)線進(jìn)行改造是有意義和能創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值的。 本論文主要研究?jī)?nèi)容 論文以包鋼煉鐵高爐水沖渣傳動(dòng)系統(tǒng)的改造工作為背景，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)全面深入的探討了基于 Profibus 和 Modbus 的煉鐵高爐水沖渣傳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，著重研究了系統(tǒng)控制的方案設(shè)計(jì)、硬件的選型與設(shè)計(jì)、 Profibus 總線技術(shù)、Modbus 總線技術(shù)， PLC 的 Profibus 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、編寫 PLC 控制程序 、 PLC 通信及上位機(jī)監(jiān)控軟件 WinCC 的界面設(shè)計(jì)。 2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì) 高爐渣?；瘋鲃?dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的改造 工藝流程介紹 原來(lái)生產(chǎn)線采用傳統(tǒng)的集中 控制系統(tǒng)。原系統(tǒng)采用 S7300PLC 作為主控原件，現(xiàn)場(chǎng)的傳動(dòng)設(shè)備、傳感器與 PLC 之間仍然是采用 I/O 硬線傳輸方式，電纜數(shù)量多，信號(hào)的信號(hào)的傳送過(guò)程中的干擾問(wèn)題仍然很突出。整條生產(chǎn)線由一個(gè) PLC 控制，生產(chǎn)效率低。 下圖為高爐渣?；に嚵鞒虉D E 9V 4E 3 1E 3 2沖 洗 水補(bǔ) 水E 4 3轉(zhuǎn) 鼓 電 機(jī)P G R 1 P G R 2V P 1 1 0 6V P 1 2 0 6排 水 池 2P D R 2V E 3 2 2 1V E 3 1 2 1P C C 3V E 3 1 0 6V E 3 2 0 6P C C 1P C C 2V E 3 2 0 1V E 3 3 0 1V E 3 1 0 1P D R 1P D R 3沖 洗 水P B OV E 5 0 0 9V E 5 1 0 3集 水 池排 水 池P R C 1P R C 2V E 4 1 0 1V E 4 2 0 1V E 1 1 1 1V E 1 2 1 1V E 1 1 2 1V E 1 2 2 1P S L 1P S L 2P R YV E 6 1 0 51 4 C6 . 7 2 M 3 / H0 . 6 1 M 3 / h0 . 0 0 M 3 / h0 . 0 3 M p a1 3 C南北冷 卻 塔 2冷 卻 塔 1V E 3 3 0 7V E 3 3 0 6圖 21 高爐渣工藝流程圖 注： PGR1~2——粒化泵、 PCC1~3——冷卻泵、 PDR1~3——排污泵、 PRC1~2——回流泵、PSL1~2——倒渣泵、 PRY——回收泵、 PBO——增壓泵 如上圖，此工藝流程為高爐渣?；恼w過(guò)程。主要設(shè)備是兩個(gè)冷卻塔、南北粒化泵以及轉(zhuǎn)鼓塔。 首先，由冷卻泵向南北?；槿±鋮s水，?；?PGR1 和 PGR2 互為備用。同時(shí)，煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的高爐渣也進(jìn)入南北?；?。冷卻水和高爐渣在?；袥_洗產(chǎn)生?；蟮母郀t渣，形態(tài)和普通建筑用黃沙類似。 然后，?；蟮母郀t渣進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓塔，由于北?；癄t距離轉(zhuǎn)鼓塔一定距離，要有倒渣泵 PSL1 和 PSL2 將?；蟮母郀t渣打入轉(zhuǎn)鼓塔。轉(zhuǎn)鼓塔中有轉(zhuǎn)鼓主電機(jī)和轉(zhuǎn)鼓輔電機(jī)，轉(zhuǎn)鼓主電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，使進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓塔的?；郀t渣做離心運(yùn)動(dòng)，目的是使水和沙粒分離，離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生出來(lái)的水進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓塔下方的水池。此水池由三層嵌套，產(chǎn)生的濁水逐層沉淀凈化。同時(shí)，由于沙粒中可能摻雜沒(méi)有完全?；母郀t渣，故由一二層水池的沉淀物經(jīng)回流泵 PRC1 和 PRC2 向南粒化爐重新填入?；?，此過(guò)程循環(huán)進(jìn)行。經(jīng)轉(zhuǎn)鼓電機(jī)分離出來(lái)的干粒經(jīng)皮帶卷?yè)P(yáng)機(jī)送入渣倉(cāng)，待卡車運(yùn)走。 接著，由轉(zhuǎn)鼓塔下第三層水池過(guò)濾后的凈水經(jīng)冷卻泵 PCC1/2/3 向冷卻塔回收經(jīng)冷卻 塔風(fēng)扇對(duì)回收的水進(jìn)行冷卻，以備循環(huán)使用。轉(zhuǎn)鼓塔下的水池中的水向向下方的排水池排水，排水池中的水經(jīng)排污泵 PDR1 向集水池注水。集水池中的水經(jīng)回收泵 PRY回收進(jìn)冷卻塔 過(guò)高而設(shè)計(jì)的。其中，若冷卻塔水位過(guò)高，可經(jīng)排污泵 PDR2 向排水池排水。 最后，在工藝圖的最下方，分別有從外部進(jìn)入系統(tǒng)的沖洗水及補(bǔ)水。沖洗水經(jīng)增壓泵 PBO 進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓塔，定期對(duì)轉(zhuǎn)鼓塔進(jìn)行沖洗，另外沖洗水也可對(duì)系統(tǒng)各個(gè)管道及冷卻泵、?；M(jìn)行沖洗。補(bǔ)水的作用是在于經(jīng)一定時(shí)期運(yùn)行后，整個(gè)系統(tǒng)的水難免流失 造成水量不足，此時(shí)可打開(kāi)補(bǔ)水進(jìn)水電動(dòng)閥 VE5103 對(duì)冷卻塔進(jìn)行補(bǔ)水。 改造方案設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用 利用 Profibus 和 Modbus 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) ，我們可以對(duì)將設(shè)備層的各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備連到現(xiàn)場(chǎng)總線電纜上，大大節(jié)省電纜費(fèi)用，并且控制功能分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散，提高了系統(tǒng)的可靠性。另外，借用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可對(duì) PLC 之間進(jìn)行組網(wǎng)和通信，傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。 組態(tài)軟件的使用 利用組態(tài)軟件 WinCC 對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)觸發(fā)報(bào)警并將重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔