【正文】 并 將洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 相應的 重量信號 輸送給 PLC，該 重量 信號 又 與轉子 秤 電機 的轉速信號經(jīng) 控制 系統(tǒng)處理 后 得到煤粉的 瞬時 流量， 再 經(jīng) 過 PLC 中自帶的 P ID 快速 運算處理 ， 最后再 通過 變頻器 調節(jié) 喂料機 電機 的轉速， 進而 調整 整個系統(tǒng)的喂煤量 ， 實現(xiàn)煤粉的定量給料 。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 第 2 章 控制原理與總體 設計 控制流程與工作原理分析 窯頭喂煤控制系統(tǒng) 是由煤粉倉、 喂料機、轉子秤、除塵器、羅茨風機及相應的 PLC 控制系統(tǒng)組成。如 轉子秤、 PLC、傳感器、開關電源、羅茨風機、觸摸屏、變頻器等等 。 煤粉 由 螺旋 喂料機 從粉煤倉中 均勻穩(wěn)定地喂入轉子稱 ，轉子稱內的轉子盤帶著煤粉轉動 ，轉子盤上煤粉的重量通過轉子秤內稱重傳感器精準測出，然后經(jīng)過放大、 A/D 轉換輸送到PLC 的模擬量輸入端口，進入數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)處理， 同時轉子秤的洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 轉速也由變頻器的實時數(shù)據(jù)值傳輸?shù)?PLC 的高速脈沖測量單元 經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理 。目前國內水泥廠 使用的煤粉計量與控制設備中，都由 國外供貨， 由于外國廠商對自己的獨有設備具有嚴格的保密，我們無法獲取相關設備信息，就造成了國內壟斷的局面，設備價格高昂、維修困難、通用性差等等，給我過的水泥生產(chǎn)帶來許多不必要的麻煩，對水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來了很大的制約，而國內的水泥生產(chǎn)過程中的窯頭喂煤設備計量不準確，系統(tǒng)不穩(wěn)定，可靠性差等等都需要大步的提升[8]。 新型水泥生產(chǎn)喂煤裝置的 研發(fā)意義 隨著技術的發(fā)展以及水泥產(chǎn)品的要求不斷地提高，必將不斷的出現(xiàn)新的水泥生產(chǎn)喂煤裝置。 3． 失重 式 喂料 機 和沖量式流量計喂料 機 失重式喂料機通過 調節(jié) 其 電機的運轉 速率來修正的 差 值 ， 從而可以 使系統(tǒng) 均勻 、 準確 、 連續(xù) 的給窯頭喂煤 。 傳統(tǒng)的 煤粉 稱重皮帶機 固定 設備投 資 大 ,維修 不便，效益增長緩慢 ， 對皮帶機密封性要求高，且具有防爆裝置 ,對安裝有一定的要求，不方便其廣泛使用， 于此 同時 煤粉 粘連 在 輸送帶的 皮帶秤 上會引起零點漂移 ,導致測量結果不準確 。 因此 , 我們 選用的 搖頭喂煤控制系統(tǒng)要 控制 精度高，稱重 計量準確 ，系統(tǒng) 穩(wěn)定 、 調節(jié) 響應速度快，對煤粉適應能力強。目前 就 我國 水泥企業(yè)的數(shù)量而言， 7000 余 家 的 水泥 生產(chǎn) 企業(yè) 在世界范圍內也是屈指可數(shù) ，水泥行業(yè)的 年產(chǎn)量 就占據(jù)了 全 世界水泥 年 產(chǎn)量的 半壁江山 [4]。 在中國乃至世界上的建筑行業(yè)中 ，水泥 都是有史以來最不可或缺的建筑材料。 煤粉 由 螺旋 喂料機 從粉煤倉中 均勻穩(wěn)定地喂入轉子稱 ，轉子稱內的轉子盤帶著煤粉轉動 ， 轉子盤上煤粉的重量 通過 轉子秤內稱重傳感器精準 測出 ，然后經(jīng)過 放大、 A/D 轉換 輸送 到 PLC 的模擬量輸入 端口，進入數(shù)據(jù)處理中心進行數(shù)據(jù)處理 ， 同時轉子秤的轉速也由變頻器的 實時 數(shù)據(jù) 值 傳輸?shù)?PLC 的高速脈沖測量單元 經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理 。水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 在 我國的基礎設施建設 及經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺 ，也成為了衡量一個國家發(fā)展水平及綜合實 力的重要指標之一。 本喂煤系統(tǒng)控制目標是能夠向窯頭連續(xù)、均勻的喂煤，并實現(xiàn) 5‰的喂煤精度。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） I 基于三菱 PLC 的水泥廠窯頭喂煤系統(tǒng)設計 摘 要 隨著 建筑行業(yè) 的 不斷 發(fā)展， 其 對水泥 產(chǎn)量和 質量的要求也越來越高。本設計以三菱 PLC 為控制核心， 轉子秤通過稱重傳感器測出其 中煤粉的重量 ，同時轉子盤 的旋轉速度也通過 變頻器 得出， PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉換單元 將 煤粉的 重量和速度的轉化為數(shù)字量， 經(jīng)系統(tǒng) 運算處理后得出 煤粉 瞬時流量，并 與 給定量進行比較， 再經(jīng) PID 算法，最終達到 瞬時流量跟蹤 給定流量的最佳控制效果。 在水泥的煅燒過程中，在穩(wěn)定水泥熱工制度中尤為重要的是燃燒器的煤粉計量 喂料裝置，煤粉是否能夠充分燃燒取決于轉子秤供給煤粉量的均勻穩(wěn)定， 因此 煤粉 計量 在喂料過程中 對水泥 生產(chǎn)來說至關重要 。 PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉換 單元 將速度 和 重量轉化為數(shù)字量， 經(jīng)過運算處理后得出 煤粉 瞬時流量， 并與用戶已設定的臺式流量所需要的 給定量進行比較 ，再經(jīng) PID 運算 得出 電機調節(jié) 數(shù)據(jù)，調整轉速數(shù)據(jù) 值經(jīng) D/A 轉換單元 轉換成標準電流信號 經(jīng)過 變頻器去控制喂料機 電機 和轉子稱 電機的轉速， 最終達到煤粉瞬時流量 與 由臺 時流量所設定的給定流量 的誤差小于控制精度 的最佳控制效果。 近年來， 我國水泥 產(chǎn)業(yè) 發(fā)展 勢頭迅猛 ， 高科技技術含量的 水泥 生產(chǎn)線 不斷 地 投入使用，全國水泥產(chǎn)量 增速世界首屈一指 [1]。 水泥生產(chǎn) 喂煤裝置 簡介 水泥生產(chǎn)工 藝主要包括： 水泥 原料破碎 和預均化、生料制備、預熱分解、熟料 煅燒 、粉磨、 包裝。這樣既可以提高 水泥 熟料的產(chǎn)量和質量 ,又能節(jié)約洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 水泥 原料 ,降低生產(chǎn)成 本 [5]。 2． 螺旋喂料機 螺旋喂料機 通過稱重橋架 把經(jīng)過的物料進行 重量 檢測， 用來稱重 膠帶上的 煤粉 重量， 裝在 膠帶 尾部的 速度 傳感器 測量 喂 料機 電機 的 轉 速 ， 然后將 重量信號 和 速度信號 一起 送至 螺旋喂 料機 的 控制核心 ，經(jīng)過一定的處理后，就可以及時的測量出流經(jīng)煤粉的瞬時流量 。 失重 式 喂料系統(tǒng)需要 有 減振 設施或無彈性平臺 ,這 大大 增 加 了 水泥廠原始投 資 ， 同時系統(tǒng)在開始喂 煤 階段 ,有時由于 無規(guī)則測容 的 操作 ， 會出現(xiàn)安全意外 。 近些年煤粉計量喂料系統(tǒng) 不斷推陳出新，一代更比一代計量準確，穩(wěn)定運行時間也更長，人性化更高 。因此， 展開 對 水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的 煤粉 稱量 的國產(chǎn)化研發(fā)具有極 大的 研究 意義。 PLC 通過高速脈沖測量 單元和 A/D 轉換 單元 將速度 和 重量轉化為數(shù)字量， 經(jīng)過運算處理后得出煤粉瞬時流量， 并與用戶已設定的臺式流量所需要的給定量進行比較 ，再經(jīng) PID 運算得出電機調節(jié)數(shù)據(jù)，調整轉速數(shù)據(jù) 值經(jīng) D/A 轉換單元 轉換成標準電流信號 經(jīng)過 變頻器去控制喂料機 電機 和轉子稱 電機的轉速， 最終達到煤粉瞬時流量與由臺時流量所設定的給定流量的誤差小于控制精度的最佳控制效果 [10]。 畫出相應的 電氣 接線圖，硬件原理圖等。 煤粉進入煤粉倉 后， 由一個錐形漏斗及螺旋喂料機 喂入 轉子秤，通過轉子秤來計量喂煤量的大小并進行適當?shù)恼{節(jié)，轉子秤轉過一定角度 由 羅茨風機通過 出 風口將煤粉吹入 窯頭 通道，在此過程中為避免發(fā)生揚塵還有鎖風喂料機的加入，最后送至窯頭。系統(tǒng) 可以 準確測出 喂煤系統(tǒng)的 瞬時流量、 電機轉速，計算得 出 累計流量 、臺時流量等 。系統(tǒng) 能 有效 抑制 外界 干擾 ， 并且 系統(tǒng)的魯棒性 能有所增加 。 4. 系統(tǒng) 自動化程度要高， 在水泥廠各種復雜的環(huán)境下仍能繼續(xù)保持穩(wěn)洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 定運行 ，即 適用性要 強， 。目前， 中國水泥行業(yè)約 有 1500 套該轉子秤運行在不同 的生產(chǎn)線上。 DRW 系列轉子秤 中的 型轉子稱適用于水泥煅燒過程中煤粉的連續(xù) 稱量。 三菱 PLC 是當今應用最廣 泛的 PLC 之一，其 梯形圖 編程簡單 ， 修改方便。 荷重傳感器 荷重傳感器主要是通過檢 測被測體使載體發(fā)生形變的 形變 度來 獲得 被測體 重量 的傳感器 ，荷重傳感器能將載體 因 所受的 壓力 而改 變的形變 程度轉 變 成相應的電信號 來進行相應的數(shù)據(jù)傳輸 ， 從而達到測量 荷重 的目的。 % 。 本設計的 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng) 需要 配 備 2 臺變頻 器 ， 一臺拖動 和控制 轉子秤電機 運轉 ，另一臺 拖動和控制 喂料 機 電機 運轉 。 羅茨風機 羅茨風機 輸送的風量 大小 一般 是由風機電機轉速 的大小來 決定的 ， 羅茨風機的選型 要根據(jù) 煤粉 流量、壓頭、葉片以及電機 的 轉速 來決定 我們 的需要 ，另外還要滿足 系統(tǒng)需要 羅茨 風機在安裝、噪音大小等方面的要求。 開關電源 三菱 PLC 自帶電源 ， 可 用來給傳感器或 者 擴展模塊供電。 模擬量擴展模塊 由于我們選用的 FX2N32MR001 型 PLC 不能直接讀取 荷重 傳感器 和洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 速度傳感器 的標準電信號，因此只有通過模擬量擴展模塊將標準的電信號轉化為數(shù)字信號才能由 CPU 處理。因此 我們 選用 12 位的 A/D 轉換單元 或 D/A轉換單元 。我們選擇 FX— 4DA 輸出 單元 ， FX— 4DA 為 4 通道 12 位 D/A 轉換 單元 ，它 可以 通過簡易的調整 及 PLC 的指令改變模擬量 的 輸出 范圍 ， 是一種具有高精確度的輸出 單元 。支持多 臺互連 ， 人機界面 內置標準 的 USB，RS232， RS422 接口 。 現(xiàn)代 高科技技術含量的 三菱 PLC 測控 控制 系統(tǒng) 在 被 用于 窯頭喂煤 控制系統(tǒng)時， 負責完成各種 實時 任務，實現(xiàn)整個 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng)的連續(xù) 稱量和定量 喂 煤 ，實 現(xiàn)水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的連續(xù)化、均勻化，并實現(xiàn)5‰的喂煤精度。 同時在電機運轉過程中實現(xiàn) PID 調節(jié)， 也可 以實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)、均勻的喂煤。此時備妥信號發(fā)出，過程為 KA1 閉合，繼電器線 圈 KA11 帶電。 轉子秤電機控制 在 本控制系統(tǒng)中最重要的 部分 就是 控制轉子秤轉速，轉子秤電機的轉速控制對于整個 系統(tǒng)的控制 準確度、控制精度都顯得尤為重要。只是在變頻器的設定過程中即兩者電機的轉速可能會不同，但控制方式是完全一樣的。 羅茨風機控制原理圖如圖 33 所示。 開關電源為 24V 電源，向人機界面和 PLC 的模擬量擴展單元供電。 其中 L洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 L和 L3 是 3 臺電機的正常運行指示燈，供電電壓為 220V。 控制柜主要 作用是將電氣元件的控制功能集中放置， 里面一般 放 有開關，繼電器或 PLC 等元 器件 。 安裝布局： 控制柜 在 設計時， 一定 要注意 布局的 區(qū)域性，設備 不同，要求 不同 ， 合理 規(guī)劃 控制柜內的布局 。本設計中需要對喂料電機、轉子秤電機、羅茨風機、 PID 控制等進行軟件設計，并進行不斷的調試達到我們所預想的結果。在轉子秤電機、喂料電機、羅茨風機運轉不正常的情況下， DCS 系統(tǒng) 及時給出故障信號，方便設備操作人員給出修復。如果轉子秤電機轉速小于我們需要的符合要求的設定轉速， 需要通過 PID 控制處理數(shù)據(jù) 對 喂料電機和轉子秤 電機 進行調制，加快電機轉速，直至符合要求；同理，在轉子秤電機大于設定轉速時，我們也需要對其進行降速處理。電機啟停梯形圖如圖 43 所示： 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 24 圖 43 電機啟停梯形圖 在編程設計中用到了 M0、 M M2 三個輔助繼電器和 T0、 T1 兩個延洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 25 時繼電器， X000 為 程序 開始運行指令， X001 為 程序 結束指令。 停止：在結束 信號 X001 發(fā)出后， 輔助繼電器 M2 線圈得電，喂料電機Y002 立即失電停止運轉，此時定時器 T0、 T1 開始計時， 2s 后， 時間繼電器 T0、 T1 的常閉開關斷開， 轉子秤電機 Y001 與羅茨風機 Y000 同時失電，停止轉動。 PID 的調節(jié)原理如圖 44 所示。 設 定 喂 煤 量 P I D 控 制 器 D / A 模 塊 變 頻 器喂 料 電 機轉 子 秤 電 機荷 重 傳 感 器A / D 模 塊實 際 喂 煤 量數(shù) 字 濾 波— 圖 45 用 PLC 實現(xiàn) PID 控制的系統(tǒng)結構框圖 FX2N 系列 PLC 的 PID 指令編號為 FNC88，如圖 46 所示，給定值 SV和反饋值 PV 存放［ S1］和［ S2］中 ， 控制參數(shù)的值存放在 ［ S3］ — [S3]＋ 6 中 ， 輸出值 MV 存放在［ D］中。 Ti：由S3+4 的值決定， 能完全 消除穩(wěn)態(tài)誤差 ，提高控制精度。 根據(jù)系統(tǒng)要求對 PID 參數(shù)設定的梯形圖如圖 47 所示 。 M8000 為運行監(jiān)視器，在系統(tǒng)運行中一直處于接通狀態(tài) ，既調節(jié)程序將 一直處于 工作 狀態(tài) ，監(jiān)視 煤 量 是否達到系統(tǒng)對 其的精度 要求。 圖 49 梯形圖無誤顯示界面 下面開始邏輯測試，將 X000 啟動，即強制取 ON， 輔助繼電器 M0、M2 的 線圈 得 電 ，時間繼電器 T0、 T1 線圈 線路接通 得 電 ， 三臺電機羅茨風機 Y000、 轉子秤電機 Y001 和 喂料電機 Y002 開始工作 。 其邏輯測試結果如圖 411 所示。 組態(tài)軟件 可以 使用戶 自定義 一套最適合自己 研發(fā)和 應用 仿真控制 系統(tǒng)。如圖 51 所示。 工具箱為用戶提供 了矩形、直線、多邊形、扇形等簡單的圖形對象，并且還有指示燈、按鈕等圖形對象。因此，外部設備只有先定義好后，上