【正文】 。其次，設(shè)計(jì)了電石爐控制系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的硬件設(shè)備進(jìn)行選型和安裝，并完成了下位機(jī) PLC 的程序設(shè)計(jì)和上位機(jī) Win CC 監(jiān)控軟件的畫面設(shè)計(jì) 。 其中， 在研 究了電石生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)上，用工控機(jī)和可編程控制器建立了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : 電石爐控制系統(tǒng) ； PLC； Win CC Abstract To begin with, the principle and flow of the Calcium Carbide furnace production were introduced. Furthermore, the control system was designed, the hardware of the system is selected and installed, and then the PLC software and monitoring software with WinCC in the PC were finished. Which, in the study of the calcium carbide production process based on, With the IPC and PLC puter control system machine has a modular structure,Siemens S7300 prammable controller for data acquisition and control of the production with Win CC configuration software designed to monitor applications,provides a friendly interactive interface and realtime data management capabilities. The Calcium Carbide furnace control system has been put into practice, which releasesthe labor intensity, enhances the stability of electrode current, improves the automation levelof Calcium Carbide production, and realizes the ultimate objects of energy saving andproductivity increase. Key words: Calcium Carbide furnace control system； PLC； WinCC I 目 錄 第一章 緒論 ............................................. 1 引言 ............................................. 1 電石工業(yè)發(fā)展前景 ................................. 1 項(xiàng)目背景與研究意義 ............................... 2 項(xiàng)目背景 .................................... 2 研究意義 .................................... 3 研究?jī)?nèi)容 ......................................... 3 研究?jī)?nèi)容 .................................... 3 ......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 電石爐內(nèi)利用三相電極間短路電弧所產(chǎn)生的高溫?zé)崮軐⑸?、焦碳等原料熔融后?應(yīng)生成 CaC，即工業(yè)電石。符合《電石行業(yè)準(zhǔn)入條件》的企業(yè)共有 312 家，企業(yè)平均規(guī)模 6 萬(wàn)噸 /年，年產(chǎn)能 10 萬(wàn)噸以上的企業(yè)數(shù)量超過 10%，最大的廠家的生產(chǎn)能力已近百萬(wàn)噸 / 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 年。產(chǎn)能過剩和因技術(shù)裝備水平落后帶來(lái)的成本壓力，正導(dǎo)致電石行業(yè)利潤(rùn)水平下降、甚至瀕臨虧損。 由于我國(guó)電石消費(fèi)對(duì)于聚氯乙烯行業(yè)的依賴程度較大，金融危機(jī)爆發(fā)后至今聚氯乙烯行業(yè)一直處于低迷狀態(tài)，倒是電石企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)到很大影響。目前繼電器電路被廣泛的采用于的電石爐控制系統(tǒng)中，由于繼電器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化的適應(yīng)性差，使得控制系統(tǒng)存在可高性差、診斷與排除故障非常困難等缺陷。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取代人工經(jīng)驗(yàn)操作，結(jié)合設(shè)計(jì)工藝參數(shù)和控制參數(shù)，合理設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件，并達(dá)到規(guī)范生產(chǎn)過程、提高自動(dòng)化水平的設(shè)計(jì)效果。 （ 2）設(shè)計(jì)電石爐控制系統(tǒng)，研究該系統(tǒng)的硬件選型和安裝、下位機(jī) PLC的軟件設(shè)計(jì)和編程以及上位機(jī) Win CC 軟件的監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)。碳化鈣的分子式 2CaC ，分子量為 其工業(yè)品是灰色、黃褐色或黑色固體，含碳滑蓋較高的呈紫色，通暢所售的電石是指工業(yè)碳化鈣，它是由生石灰和焦炭放在電爐中加熱到 20210℃生成的。 電石爐生產(chǎn)原理 碳化鈣反應(yīng)機(jī)理 電石是石灰與碳素材料在電阻電弧中制成的， 在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，石灰與碳素材料冶煉生成碳化鈣是通過兩種方式完成的： 第一種方式：氧化鈣與碳在高溫下首先發(fā)生下列反應(yīng)： COCaCC a O ??? () 鈣蒸汽同固態(tài)碳又發(fā)生如下反應(yīng)： 22 CaCCCa ?? () 反應(yīng)在雙變量系統(tǒng)，氣體中存在有氣態(tài) Ca 和 CO 兩種氣體，反應(yīng)狀態(tài)不僅決定于溫度，同時(shí)決定于氣體中 Ca 或 CO 二者間任意一個(gè)壓力值。 整個(gè)反應(yīng)幾段生成電石所需要的熱量，由電極產(chǎn)生的電弧與電流通過爐料產(chǎn)生的電阻供給。 電能在電石爐內(nèi)根據(jù)焦耳楞次定律轉(zhuǎn)化為熱能，當(dāng)電流 I 通過電弧，爐料及熔體，且電阻為 R 時(shí)，則在一定時(shí)間 t 內(nèi)，供給電石爐的電能為 K W htRIQ 32 10 ????? （ ） 電熱當(dāng)量為： 千卡8601 ?KWh ,則： 千卡32 10860 ?????? tRIQ （ ） 根據(jù)歐姆定律： RIU ?? 又可表示為： 千卡3108 6 0 ?????? tIUQ （ ） 一般情況下，釋放于電弧中的能量約為釋放于電石爐中的總能量的 40%，釋放于爐料中的能量較多，而釋放于融體中的能量則為釋放于電石爐中的總能量的 20%。而密閉型爐石二十一世紀(jì)內(nèi)很多國(guó)腳推廣的環(huán)保型電石爐，它誕生于上個(gè)世紀(jì)四十年代末期，是在開放式電石爐基礎(chǔ)上加上一個(gè)爐蓋，將爐內(nèi)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)庥贸闅庠O(shè)備抽出，并將爐氣加以凈化處理。從環(huán)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設(shè)備 9 形料倉(cāng)下部的投料管把爐料投到電石爐（ 7）中。生成的電石自出料口流料槽流出。壓力由油壓裝置供給。筒外淋灑冷卻水使其冷卻。電石爐電極依次通過短網(wǎng)、電爐變壓器、電抗器、斷路器和隔 離開關(guān)接到高壓供電網(wǎng)上。短網(wǎng)的電阻包括直流電阻及由集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的附加電阻，短網(wǎng)的電感包括導(dǎo)線的自感及二相線問的互感。它具有過 載能力大、 機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn) 。 電抗器用來(lái)緩和電弧電流的劇烈波動(dòng)，一般在電極燒結(jié)期內(nèi)投入。當(dāng)電流過大時(shí)，斷路器會(huì)自動(dòng)切斷，使電弧爐與電源脫離。電弧電流的變化，使得輸入爐內(nèi)的電功率也隨之變化。電極自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由電壓電流的測(cè)量比較環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，在第五章中對(duì)電極自動(dòng)調(diào)節(jié)的算法有詳細(xì)論述。如圖 所示，圖的右側(cè)為泵系統(tǒng)，集中安裝在泵站。 這樣做的目的是因?yàn)槭姌O不斷被電解消沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設(shè)備 12 耗而變短。 壓放系統(tǒng)的機(jī)械部分由上摩擦帶、壓放升降缸和下摩擦帶組成。 壓放系統(tǒng)的油路如圖 中所見。當(dāng)油壓到達(dá)工作壓力時(shí)，又將電磁閥斷電，于是油又從單向閥方向進(jìn)入儲(chǔ)壓罐充壓。反之，油按交叉路線在閥內(nèi)走，于是油進(jìn)入油缸下腔，為控制壓下的力，在上腔的油路中設(shè)有單向減壓閥。電接點(diǎn)壓力計(jì)是為了保持油缸下腔油一定壓力的油，當(dāng)油缸下腔壓力下降時(shí)，電接點(diǎn)壓力計(jì)動(dòng)作，使電磁換向閥內(nèi)動(dòng)作，以恢復(fù)下部的控制壓力 .而壓力的大小可由減壓閥和電接點(diǎn)壓力計(jì)共同來(lái)調(diào)整 .為沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電石爐生產(chǎn)工藝及設(shè)備 13 使三個(gè)把持缸實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作，在其中兩個(gè)油缸的油路上裝有單向節(jié)流閥。 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 技改核心為設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，結(jié)合具休生產(chǎn)工藝，合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化 控制系統(tǒng)軟硬件，使電石生產(chǎn)過程自動(dòng)化和規(guī)范化。在自動(dòng)控制運(yùn)行情 況下，可根據(jù)工藝規(guī)定流程，實(shí)現(xiàn)恒電流 模式平穩(wěn)運(yùn)行，使整個(gè)操作流程更加規(guī)范合理。同時(shí)設(shè)計(jì) 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)歷史記錄。結(jié)果匯總?cè)缦拢? 1) 原系統(tǒng)的三相電極電流 (序號(hào) 1)、三相相電流 (序號(hào) 2)、三相 1 次電壓 (序號(hào) S)、三相 1 次電流 (序號(hào) 6)、三相電極功率 (序號(hào) 7)、總?cè)嘤泄?/無(wú)功功率 (序號(hào) 8)、有功電度 (序號(hào) 9)、無(wú)功電度 (序號(hào) 10)、三相電容器電流 (序號(hào) n)、功率因數(shù) (序號(hào) 12)等均是通過電流互感器、電壓互感器降流和降壓后直接由示表顯示，而三相對(duì)地電壓 (序號(hào) 3)、三相線電壓 (序號(hào) 4)直接由顯示表顯示 .由于通過互感器處理后的電流為 0~5A 或 0~，電壓為 0~100V 或 0~150V(包括序號(hào) 4 項(xiàng) )，故上述各項(xiàng)電量信號(hào)均需增加相應(yīng)的電量變送器轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可采集的 4 ~20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 由于序號(hào) 1 的信號(hào)采集儀表己更換為新型二次儀表，該儀表具有變送功能，故不 在需要增加電流變送器。 4) 爐氣含氫量 (序號(hào) 15)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查看得知，氫量測(cè)量配用的是 XWGJ101圓圖記錄儀。 7) 三相電極位置 (序號(hào) 20)項(xiàng)己有 4~20mA 輸出端，故不需增加傳感和變送器。 11) 序號(hào) 26 至序號(hào) 30 為開關(guān)量輸入信號(hào)， 可直接接入測(cè)量。電動(dòng)執(zhí)行器 DJK310沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 有 0~10mA 控制信號(hào)接口，故不需增加轉(zhuǎn)換接口。 控制系統(tǒng)的總體配置 根據(jù)對(duì)電石爐生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的實(shí)際調(diào)研和其生產(chǎn)環(huán)境的了解得知，電石爐現(xiàn) 場(chǎng)條件較惡劣，灰塵多，溫度高，電磁干擾嚴(yán)重，因此，對(duì)控制設(shè)備的可靠性要 求較高。上位計(jì) 算機(jī)選用工業(yè)控制級(jí)計(jì)算機(jī)，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示、存儲(chǔ)和監(jiān)督控 制工作，兩者通過 RS485 串口通信，如圖 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華 IPC 工控機(jī)，運(yùn)行 Windows XP 操作系統(tǒng)，以滿足上位組態(tài)軟件的運(yùn)行要求。 表 給出了本項(xiàng)目中配置的 S7300PLC 模板的型號(hào)和數(shù)量，下面對(duì)使用的 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 這些模塊作具體說明。最大可擴(kuò)充 1024 點(diǎn)開關(guān)量 I/O 通道或 256 路模擬量 I/O 通道，可用于中等規(guī)模 I/O 配置。每個(gè)機(jī)架的接口模塊再通過總線連接器連接到 I/O 模塊上， 一個(gè)系統(tǒng)可以有中央機(jī)架和最多 3 個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，每個(gè)機(jī)架最多八個(gè)擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為 4 厘米到 10 米。 3) 16 路開關(guān)量輸入模塊 SM321 DC24V 或 AC 120V 開關(guān)量輸入模塊SM321 將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離或繼電器 (如圖 所示 )，將從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸來(lái)的外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部 S7300 信號(hào)電平。 8 個(gè)輸出點(diǎn)分成 8 組接地 。模塊中要是由 A/D 轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成， A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。在我國(guó)為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20ms 的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為 12 位。即通過模擬切 換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 電石爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 換。 圖 6) 模擬量輸出模塊 SM332 A04 12Bits ； SM332 A04 12Bits 是 4 通道的模擬量輸出模塊