【正文】 位機(jī) 和外部設(shè)備的數(shù)據(jù) 交換 才能進(jìn)行 。這樣設(shè)備設(shè)置也就完成。在數(shù)據(jù)庫中包含有結(jié)構(gòu)變量、數(shù)據(jù)詞典、報(bào)警組。 圖 55 數(shù)據(jù)詞典中的變量定義 目前為止，由工具箱繪制的圖形界面是靜止的，我們要對這些仿真圖形進(jìn)行 動畫屬性設(shè)置，使它們按照設(shè)計(jì)要求模擬仿真水泥廠窯頭喂煤畫面，形象逼真的“動”起來。其中設(shè)定重量輸入框內(nèi)可以輸入對系 統(tǒng)所設(shè)定的喂煤量，顯示框可顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)重量。將編好的 PLC 梯形圖程序編譯完，下載到 PLC 界面，然后切換到組態(tài)設(shè)置好 COM 端口到組態(tài)畫面，點(diǎn)擊“切換到 View”，在程序界面點(diǎn)擊 RUN，用PLC 控制組態(tài)畫面。 當(dāng)按下“停止”按鈕后，喂料電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動，指示燈由綠色變成紅色，而其他兩臺電機(jī)仍處于運(yùn)行狀態(tài)， 2s 后，轉(zhuǎn)子秤電機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路，分 單元 、分模塊的 構(gòu)建設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架。 本論文 是在導(dǎo)師葛運(yùn)旺教授的精 心指導(dǎo)下完成的。 經(jīng)過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深的感受到了專業(yè)課知識的強(qiáng)大作用，這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作留下了積極的影響，在學(xué)習(xí)過程中涉獵范圍一定要廣，提高自己的綜合設(shè)計(jì)水平。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 58 停止 運(yùn)行畫面 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 結(jié) 論 經(jīng)過 3 個(gè)多月的努力，終于按照畢業(yè)設(shè)計(jì)要求如期的完成了基于三菱PLC 的水泥廠窯頭喂煤設(shè)計(jì)的任務(wù)， 本 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本上可以完成對 窯頭喂煤 的連續(xù)、均勻供給，對系統(tǒng)要求的 5‰的精度也可以滿足 。電機(jī)的指示燈由“紅色”變?yōu)椤熬G色”，同時(shí)可以在“設(shè)定重量”的輸入框內(nèi)輸入預(yù)設(shè)的臺時(shí)流量，系統(tǒng)運(yùn)行畫面如圖 57 所示。 圖 56 系統(tǒng)組態(tài)畫面 系統(tǒng)組態(tài)運(yùn)行 對控制系統(tǒng) 動畫 狀態(tài) 和 煤粉流程進(jìn)行檢查， 對 水泥廠窯頭喂煤 控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試， 系統(tǒng)運(yùn)行 后 ,可 出現(xiàn) 系統(tǒng)最先預(yù)想的 動畫效果。 只要這樣電動機(jī)的啟停我們才能夠根據(jù)指示燈顏色的變化觀察出來。結(jié)構(gòu)變量中我們定義了“定時(shí)器結(jié)構(gòu)”，以便完成對喂料電機(jī)停止 2s 后轉(zhuǎn)子秤電機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)才停止的控制，定義如圖 54 所示。 圖 53 設(shè)備設(shè)置 在組態(tài)王中最重要的一部分為數(shù)據(jù)庫，其是上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的 橋梁，也是實(shí)現(xiàn)動畫連接的中介。在本次設(shè)計(jì)中選用 的是設(shè)備菜單欄下的COM1 口。 和組態(tài)王 進(jìn)行交換數(shù)據(jù)的設(shè)備都稱之為外部設(shè)備，如 PLC、變頻器、板卡、模塊以及儀表等。 圖 52 建立組態(tài)畫面 編輯 進(jìn)入畫面編輯窗口， 在此 編輯 窗口中下 利用 工具欄中的 畫面 繪圖工具完成對水泥廠窯頭喂煤系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)。 本系統(tǒng)采用 組態(tài)王 組態(tài)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行模擬控制，其能夠快速的對 現(xiàn)場數(shù)據(jù) 進(jìn)行 采集與監(jiān)測 的同時(shí)對 前端數(shù)據(jù)處理與控制 。 PID 進(jìn)行模擬運(yùn)行如圖 412 所示。 圖 410 X000 強(qiáng)制啟動邏輯測試結(jié)果 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 然后將 X001 強(qiáng)制啟動，即關(guān)閉系統(tǒng)。 點(diǎn)擊工具欄中“工具”選項(xiàng) 下的“梯形圖邏輯測試啟動”選項(xiàng)，啟動梯形圖邏輯測試， PLC 持續(xù)寫入。 圖 47 PID 參數(shù)設(shè)定梯形圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 PID 調(diào)制 梯形圖 喂煤控制 系統(tǒng)要想要達(dá)到 5‰控制 精度 ，就必須 將荷重傳感器檢測到的 實(shí)時(shí) 荷重信號 經(jīng)過一定的 轉(zhuǎn)換 變 為 標(biāo)準(zhǔn)的 電信號 （ 0~20mA）后及時(shí) 送給PLC 作比較 處理 ，接著通過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)據(jù)讀到 PLC 中，再 通過變頻器讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而得到實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)，再與預(yù)設(shè)值作比較， 進(jìn)而細(xì)一步 調(diào)節(jié)喂料 機(jī) 電機(jī)與轉(zhuǎn)子秤 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使之達(dá)到理想狀態(tài) 。 Ts： 由 S3 的值決定， Ts 值的設(shè)定 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。 在 設(shè)置整定 參數(shù)的過程中 ， 實(shí)時(shí) 把 控 整定 參數(shù)與 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性 的關(guān)系。 PLC內(nèi)部已基本上 提供 PID 控制的 功能指令， 三菱 系列的 PID 控制 指令 實(shí)際是子程序 的調(diào)用 ， 輸入輸出需要 與 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換單元一并 使用， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)PID 控制 系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)精度 。 PID 控制 可以對 被控對象的 未知 數(shù)學(xué)模型進(jìn)行 有效 控制， PID 控制器結(jié)構(gòu)簡單，程序設(shè)計(jì)容易，參數(shù)易于調(diào)整，同時(shí)對于工廠的工作環(huán)境有著較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng) 性。 啟動：在 X000 強(qiáng)制 閉合后，輔助繼電器 M0 線圈得電， M0 常開 開關(guān)閉合， 發(fā)生自鎖；與此同時(shí)，轉(zhuǎn)子秤電機(jī) Y001 與羅茨風(fēng)機(jī) Y000 同步運(yùn)轉(zhuǎn) 。 PID 調(diào)制程序流程圖如圖 42 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 開 始D C S 備 妥 信 號D C S 驅(qū) 動 信 號喂 料 機(jī) 電 機(jī)轉(zhuǎn) 子 秤 電 機(jī) 羅 茨 風(fēng) 機(jī) 電 機(jī)P I D 程 序 調(diào) 制結(jié) 束 處 理結(jié) 束D C S 故 障 信 號P I D 程 序 調(diào) 用圖 41 主程序流程圖 PID 調(diào)制程序流程圖 PID 調(diào)制程序在調(diào)用后根據(jù)系統(tǒng)給出的設(shè)定值 ， 進(jìn)行 相應(yīng)的調(diào)整， 直到 達(dá)到允許誤差內(nèi)，滿足喂煤精度要求。 程序流程圖 主程序流程圖 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，我們繪制出了系統(tǒng)主程序流 程圖。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 考慮到以上各種要求，以及結(jié)合本設(shè)計(jì)中所需要的安排布局，得到如下的控制柜布局圖，如圖 36 所示 。 控制柜布局相關(guān)要求如下： 接地： 控制柜中所有設(shè)備 都 應(yīng) 有良好的 接地， 避免發(fā)生意外。 對 PLC 的 I/O 口分布 分析得 I/O 口輸入、輸出 分配 列表如表 3 32 所示 ： 表 31 輸入口分布表 輸入 輸入口分配 喂料機(jī) DCS 驅(qū)動信號 X0 喂料機(jī) DCS 備妥信號 X1 喂料機(jī) DCS 故障信號 X2 轉(zhuǎn)子秤 DCS 驅(qū)動信號 X3 轉(zhuǎn)子秤 DCS 備妥信號 X4 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 轉(zhuǎn)子秤 DCS 故障信號 X5 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 驅(qū)動信號 X6 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 備妥信號 X7 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 故障信號 X8 表 32 輸出口分布表 輸出 輸出口分配 喂料機(jī) DCS 應(yīng)答信號 Y0 喂料機(jī)運(yùn)行指示燈 Y1 喂料機(jī)故障指示燈 Y2 轉(zhuǎn)子秤 DCS 應(yīng)答信號 Y3 轉(zhuǎn)子秤運(yùn)行指示燈 Y4 轉(zhuǎn)子秤故障指示燈 Y5 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 應(yīng)答信號 Y6 羅茨風(fēng)機(jī)運(yùn)行指示燈 Y7 羅茨風(fēng)機(jī)故障指示燈 Y8 延時(shí)控制 Y9 由 PLC 輸入輸出分布表可知 PLC 端子接線圖如圖 35 所示。 在供電 電路中所使用的 JBK3 控制變壓器 是 參考德國西門子公司樣機(jī)制造的新產(chǎn)品，符合 相 關(guān)國際、國家標(biāo)準(zhǔn)。 系統(tǒng)供電電路分析設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)是由多模塊組成，且由于各模塊性質(zhì)確定，其所需電源均相同。 但對于 3 臺電機(jī)的啟?？刂?有著 一定的要求，本系統(tǒng)要求 3 臺電機(jī)在啟動時(shí)同步啟動，在工作完成后，先停止喂料電機(jī)，然后延時(shí) 2 秒停止羅茨風(fēng)機(jī)與 轉(zhuǎn)子秤電機(jī)。轉(zhuǎn)子秤電機(jī)控制原理圖如圖 32 所示。若出現(xiàn)故障，則熱繼電器 KH1 中常閉開關(guān)斷開，正常運(yùn)行指示燈滅，DCS 中的常開開關(guān) KH1 閉合，發(fā)出故障信號，此時(shí)，由 COM1 端連接的故障信號燈 HL12 亮。 喂料機(jī)電機(jī)控制原理圖如圖 31 所示。 開 關(guān) 電 源D / A 模 塊三 菱 P L CA / D 模 塊荷 重 傳 感 器變 頻 器人 機(jī) 界 面喂 料 機(jī) 電 機(jī)轉(zhuǎn) 子 秤 電 機(jī)速 度 傳 感 器 圖 22 喂煤系統(tǒng)控制原理 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路分析設(shè)計(jì) 在基于三菱 PLC 的水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們通過 DCS系統(tǒng)來控制整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，包括喂料機(jī)電機(jī)、轉(zhuǎn)子秤電機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)三臺電機(jī)的啟動和停止。 系統(tǒng)將實(shí)際 測得的 轉(zhuǎn)子秤電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)子 盤上的 煤粉的 荷重 的乘積值與 設(shè)計(jì)臺時(shí)流量轉(zhuǎn)換后的預(yù)先 設(shè)定值相比較，由 變頻器調(diào)制 喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，使 喂料機(jī)的 喂 煤 量保持在一個(gè)恒 定范圍內(nèi) ，進(jìn)而 達(dá)到 搖頭喂煤控制 系統(tǒng) 精確喂煤的目的。 由于水泥廠的工 作 環(huán)境復(fù)雜以及使用方便和高性價(jià)比的要求， 系統(tǒng) 欲 采用日本三菱 GT1050QBBDC觸摸屏，顯示屏為 英寸 藍(lán)白 16 灰度， DC 電源 。我們選擇 FX2N2AD 輸入 單元 ， FX— 2AD 為 2 通道 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換 單元 ，它 可以 根據(jù)外部連接方法及 PLC 指令選擇電壓輸入或電流輸入，是一種具有高精確度的輸入 單元 。 A/D 轉(zhuǎn)換器的 控制精度是由其 二進(jìn)制位數(shù) 決定的 ， 二進(jìn)制 位數(shù)越多， 一個(gè)單位內(nèi) 所占比例越小， 控制精度越高。 在 此 我們考慮到外部單元較多，內(nèi)部電源 不能滿足 要求，因此需要選用開關(guān)電源作為外部電源 供電 。風(fēng)機(jī)口徑 為 80— 500A，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為5— 350 m179。 此變頻器 輸入 3 相 380V 、 50Hz的 交流電壓 。 由于本系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子秤電機(jī)和喂料電機(jī)是由變頻器控制的，可直接由變頻器 的相關(guān)數(shù)據(jù)得到 相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，而羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)喂煤精度沒有影響，只要其能將煤粉從轉(zhuǎn)子盤卸出后在氣力輸送管道吹至窯頭就可，無需對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 根據(jù)控制系統(tǒng)的 要求， 決定 選用 西門子公 司的 壓力 荷重 傳感器SIWAREX WL270 CPS SB，本荷重傳感器 設(shè)計(jì) 緊湊 ， 適用于安裝在容器計(jì)量秤 中 ，額定負(fù)載 有 10t、 20t、 30t 和 50t。 三菱 FX2N 系列 的 PLC 性能 強(qiáng)勁， 外形小巧 ， 高速度 處理 ， 其所有方面都是 FX系列中最高檔次的超小 型、可 滿足多樣化廣泛需要的 PLC程序裝置。％ 。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤 占地 面積小， 稱重 計(jì)量準(zhǔn)確，自動調(diào)整 系統(tǒng) 喂 煤 量 。 設(shè)備選型 轉(zhuǎn)子秤 國內(nèi) 大型熟料生產(chǎn)線 為 了 保證喂煤系統(tǒng)的穩(wěn)定 一般 都采用德國菲斯特公司生產(chǎn)的 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤 煤粉轉(zhuǎn)子秤 ， 本設(shè)計(jì) 也 欲 采用 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤。 2. 煤粉 稱重計(jì)量 裝置 具有高的 靈敏度 和 穩(wěn)定性，受外界擾動小，能長期穩(wěn)定維持在一定的控制精度內(nèi)。 控制要求與控制目標(biāo) 控制要求 本系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 以三菱 系列 FX2N 的 PLC 為控制核心，用以實(shí)現(xiàn) 圓盤喂料機(jī)的自動控制與相應(yīng)參數(shù)的 PID 調(diào)節(jié)， 通過 轉(zhuǎn)子秤上的 荷重傳感器 檢 測出流經(jīng)煤粉的 重量 ，輸出重量 信號，通過 變頻器可直接得出 轉(zhuǎn)子 秤 轉(zhuǎn)速信號，也 通過變頻器實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子秤電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，通過控制屏顯示瞬時(shí)流量、給定流量、累積量、荷重、轉(zhuǎn)速等過程參數(shù)，并能通過顯示屏設(shè)定和改變過程參數(shù) 獲得所需要的臺時(shí)產(chǎn)量 ，且 本系統(tǒng)要求系 統(tǒng)的控制精度為 5‰。 粉 煤 倉旋 轉(zhuǎn) 喂 料 機(jī)轉(zhuǎn) 子 秤除 塵 器羅 茨 風(fēng) 機(jī)窯 頭 圖 21 窯頭喂煤控制系統(tǒng)控制流 程圖 窯頭喂煤控制系統(tǒng)中 粉煤倉 中的煤粉由 螺旋 喂料機(jī) 喂入轉(zhuǎn)子稱 ， 進(jìn)入轉(zhuǎn)子稱 ， 煤粉 經(jīng)過荷重 傳感器的稱重后， 由轉(zhuǎn)子 盤 帶 至 進(jìn)入 羅茨風(fēng)機(jī) 氣力輸送區(qū) 。 用 MCGS 組態(tài)軟件對 水泥廠窯頭喂煤控制 系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài) 設(shè)計(jì) 、仿真 。 根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，選出具體的硬件設(shè)備。 設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì) 中， 轉(zhuǎn)子秤煤粉 計(jì)量控制系統(tǒng)主要包括粉煤倉、稱重傳感器、煤粉喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 世界范圍內(nèi)的水泥生產(chǎn) 企業(yè)和相關(guān)公司都在積極研發(fā) 與新型干法水泥生產(chǎn)線配套的轉(zhuǎn)子 秤計(jì)量與控制系統(tǒng)。 由此可 見 ， 失重 式 喂料系統(tǒng)和沖量式流量計(jì)喂料系統(tǒng)也不是理想的 喂煤裝置 [6]。 因此 , 螺旋喂料機(jī) 也不是理想的煤粉 稱重 裝置 。 1． 稱重皮帶機(jī) 稱重皮帶機(jī)中的 皮帶秤是安裝在皮帶輸送機(jī)上的動態(tài)稱重儀表，對放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù) 移動 的松散物料進(jìn)行 稱 重 。 窯頭喂煤系統(tǒng)喂煤量的計(jì)量不準(zhǔn)確不僅會造成后續(xù)窯頭燒成系統(tǒng)對于煤粉的不充分燃燒，還有可能直接影響整個(gè)水泥廠的生產(chǎn)產(chǎn)量甚至停窯事故， 進(jìn) 而影響 到 工廠的 經(jīng)濟(jì)效益。 從水泥生產(chǎn)線來看，20xx 年 我國新增水泥熟料生產(chǎn)線 124 條， 20xx 年我國新增水泥熟料生產(chǎn)線 72 條 [2]； 從 行業(yè) 產(chǎn)量 看來 ， 我國水泥產(chǎn)量 逐年增長 ， 在 “十五”期間，我國全社會固定資產(chǎn)投資保持年平均 20%以上的飛速增長，有力的拉動了水泥的生產(chǎn)和消費(fèi)， 因此水泥生產(chǎn)企業(yè)得到了快速發(fā) [3]。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 概述 研究的現(xiàn)狀 水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 水泥，粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料 ， 在建筑行業(yè)中