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磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(文件)

 

【正文】 鈮礦磨礦 分級(jí)過(guò)程 控制系統(tǒng) 本 著以下設(shè)計(jì)原則 進(jìn)行設(shè)計(jì) : 系統(tǒng)的可靠性原則 為了使自動(dòng)化系統(tǒng)在滿(mǎn)足工藝要求基礎(chǔ)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,并且具有抗各種干擾的能力,滿(mǎn)足電磁兼容性和安全性的要求;所提供的系統(tǒng)軟件是當(dāng)今國(guó)際計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域公認(rèn)的 、穩(wěn)定可靠的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和相應(yīng)的系統(tǒng)軟件;系統(tǒng)配置的通信網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程控制系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和標(biāo)準(zhǔn)的商用軟件具有高容錯(cuò)能力;所提供的設(shè)備符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 系統(tǒng)的易維護(hù)性原則 系統(tǒng)具有易于維護(hù),操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。 系統(tǒng)的開(kāi)放性原則 控制系統(tǒng)采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),符合 ISO 的有關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn),方便系統(tǒng)擴(kuò)充。依照的主要規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)如下: 自動(dòng)化儀表選型規(guī)定 HG2050792 工業(yè)自動(dòng)化儀表用電源、電壓 GB336882 工業(yè)自動(dòng)化儀表用氣源壓力范圍和質(zhì)量 GB483084 工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 GB50093- 20xx 不間斷電源設(shè)備 GB726087 《計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)文件編制指南》 GB 856788 《工業(yè)控制用軟件評(píng)定準(zhǔn)則》 GB/T134231992 系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求 GB14050- 93 磨礦分級(jí)過(guò)程 自動(dòng)控制系統(tǒng) 總體 設(shè)計(jì) 磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)南方某鉭鈮礦選礦廠的工藝特點(diǎn),把選礦 廠 自動(dòng)控制的重點(diǎn)放在提高棒磨機(jī)的磨 8 礦效率和產(chǎn)品質(zhì)量上,在穩(wěn)定磨礦細(xì)度前提下盡最大可能提高磨機(jī)的處理能力。針對(duì) 南方某 鉭鈮礦選礦廠磨礦工藝流程的特點(diǎn),磨礦生產(chǎn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵是: ① 磨機(jī)介質(zhì)充填率符合工藝要求的前提下,控制磨機(jī)的給礦量,使磨機(jī)內(nèi)的礦石裝載量始終在合適的范圍內(nèi),防止磨機(jī)過(guò)負(fù)荷(即俗稱(chēng) “ 脹肚 ” )或欠負(fù)荷,在保證磨礦出口粒度及后續(xù)選別流程容量允許的條件下適當(dāng)提高磨機(jī)的處理量。 圖 磨礦分級(jí)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)在主廠房主控 室設(shè)置工程師站 1 臺(tái),設(shè)置操作員站 1臺(tái)。系統(tǒng)工業(yè)以太網(wǎng)按照環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì),通訊速率為 100M,系統(tǒng)具有很高的擴(kuò)展能力,最大可以擴(kuò)展到 1000 個(gè)負(fù)載 9 站(包括現(xiàn)場(chǎng)站和操作站)。 (1)SIMATIC 管理器可瀏覽 SIMATICS M C7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。包括系統(tǒng)組態(tài) (選擇機(jī)架、給各個(gè)槽位分配模塊、自動(dòng)生成 I/OO 地址 )、 CPU 參數(shù)設(shè)置 (如啟動(dòng)特性、掃描監(jiān)視時(shí)間 )和模塊參數(shù)設(shè)置 (用于定義硬件模塊的可調(diào)整參數(shù) )。 WlndowsControIConter(視窗控制中心 )是 西門(mén)子公司 WinCC 組態(tài)軟件的全稱(chēng)??梢源蟠罂s短工作時(shí)間,提高工作效率。 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) SIMATIC NET 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)的全集成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),擁有豐富靈活的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)。 SIMATIC NET 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)還可采用冗余設(shè)計(jì),具 備很好的容錯(cuò)性能,不僅保證了系統(tǒng)通訊的可靠性,也便于系統(tǒng)的故障維護(hù) [23][24]。 控制系統(tǒng)預(yù)留了網(wǎng)絡(luò)接口,做為管理工作站的服務(wù)器既可以通過(guò)內(nèi)置的 10M/100M 自適應(yīng)網(wǎng)卡或調(diào)制解調(diào)器與其他客戶(hù)機(jī)組成管理級(jí)網(wǎng)絡(luò),又可以在客戶(hù)機(jī)上再安裝一塊CP1613 卡實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的同步監(jiān)控。首先程序進(jìn)行自檢,自檢通過(guò)則彈出啟動(dòng)允許對(duì)話框,如果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上設(shè)備出現(xiàn)故障、處于檢修狀態(tài)或其他非正常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警。 就地手動(dòng)控制 就地控制模式由安裝在設(shè)備附近的就地按鈕站或設(shè)備自帶的控制箱來(lái)完成,可通過(guò)就地/遠(yuǎn)程切換開(kāi)關(guān)切換設(shè)備的控制方式。每幅畫(huà)面能顯示過(guò)程變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)。另外對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。因此整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期較短,可以節(jié)約大量的時(shí)間,降低成本,為企業(yè)實(shí)現(xiàn)利益。 綜合 以上因素的影響,根據(jù) 性?xún)r(jià)比與 系統(tǒng) 控制要求 , 選用 CPU4162DP。 (4)信號(hào) 模塊 I/O 的 選取 信號(hào)模塊分為:數(shù)字量模塊和模擬量模塊,數(shù)字量模塊分為數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊,模擬量模塊分為模擬量輸入模塊和模擬量輸入模塊 。采用 10/100Mbit/s 通訊速率自檢測(cè),支持全雙工 /半雙工連接,可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程編程 13 和調(diào)試,通過(guò) S7 路由實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的 PG/OP 通訊。 ② 液位計(jì) 穩(wěn)定性 良 好,滿(mǎn)度、液位計(jì)零位穩(wěn)定性可達(dá) %FS/年。 ⑵ 濃度計(jì) 濃度計(jì)用于一段高頻篩給礦濃度檢測(cè),工程項(xiàng)目中選用東方測(cè)控公司型號(hào)為 DF5420(含現(xiàn)場(chǎng)顯示表),共 4臺(tái)。 濃度計(jì) 采用高靈敏 且 高效率的閃爍探測(cè)器 ,并且 所需放射源的強(qiáng)度大大降低。 ⑥ 主機(jī):工作溫度 0~ 50℃ ;相對(duì)濕度 ≤90 % (40℃ ); ⑦ 探測(cè)器:工作溫度 20~ 50℃ ;相對(duì) 濕度 ≤95 % (40℃ ); ⑶ 流量計(jì) 流量計(jì)用于一段高頻篩給礦流量檢測(cè)和一段泵池補(bǔ)加水流量檢測(cè),工程項(xiàng)目中選用德國(guó)科隆公司型號(hào)為 ZDLJP100 的電磁流量計(jì)。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)如表 所示: 表 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù) 公稱(chēng)通徑 (mm) 100 150 閥座直徑 (mm) 100 150 額定流量 系數(shù) Kv 直線 176 440 等百分比 160 400 行程 (mm) 40 60 公稱(chēng)壓力 (Mpa) 、 、 、 工作溫度℃ 20~ 200, 40~ 200, 40~ 450 ⑸ 磨音頻譜分析儀 磨音頻譜分析儀用于一段球磨磨音頻譜監(jiān)測(cè),工程項(xiàng) 目中選用東方測(cè)控公司,型號(hào)為 DFCK6811A。具有動(dòng)態(tài)計(jì)量精度 準(zhǔn)確性良好 的優(yōu)點(diǎn) ;例如: 在皮帶輸送機(jī)正常工作 期間, 15 當(dāng) 物料負(fù)載量大于 設(shè)定參考 下限值 而 且流量在滿(mǎn)量程的 15%100%范圍內(nèi) 波動(dòng) 時(shí), 整個(gè)系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)累計(jì)計(jì)量誤差 ≤177。綜上所述,各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)儀表的型號(hào)如下表 所示 表 現(xiàn)場(chǎng)儀表的型號(hào) 元件名稱(chēng) 型號(hào) 超聲波液位計(jì) FDU91+FMU90 濃度計(jì) DF5420 電磁流量計(jì) ZDLJP100 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 ZDLJP150、 ZDLJP100 磨音頻譜分析 DFCK6811A 核子秤 DF5500 磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件 模塊線路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件配置主要包括主站配電原理圖、 1分站處理部分的控制信號(hào)( 1站配電圖、DI1 至 DI5 數(shù)字量模塊開(kāi)關(guān)量輸入、 DO1 至 DO5 數(shù)字量模塊開(kāi)關(guān)量輸出、 1站繼電器接線圖)、 2分站處理部分的控制信號(hào)( 2站配電原理圖、 2站 AI模塊原理圖、 2站 AO 塊原理圖)、 4磨音 頻譜分析儀接線圖。 20 圖 1站 DI03 模塊接線圖 DI03是數(shù)字量輸入模塊 DI 16 120 VAC/230 VAC,分成 4 組,對(duì)應(yīng)的輸入分別是 2渣漿泵的手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、運(yùn)行故障。 本章小結(jié) (1) 闡述了磨礦分級(jí)控制系統(tǒng)的硬件組成及安裝??刂瞥绦?用 Step7 版本軟件,編程方式 使 用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),將每個(gè)控制任務(wù)分成 N 個(gè)子程序 編制在 不同的功能塊中??刂葡到y(tǒng)的監(jiān)控軟件為 WINCC,用戶(hù)可以通過(guò)WINCC 組態(tài)軟件進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制,記錄 各運(yùn)行設(shè)備中各主要參數(shù)的運(yùn)行狀況,從而有效的對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制,提高經(jīng)濟(jì)效益 [30]。 通過(guò) S7 軟件可創(chuàng)建 自動(dòng)化應(yīng)用方案,所有數(shù)據(jù)是以項(xiàng)目的 結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織和管理 , 主要有 :硬件組態(tài)數(shù)據(jù)和 對(duì) 應(yīng) 的模塊 參數(shù);可編程模塊的程序 ;通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)數(shù)據(jù) [31][32]。 MPI 通信的設(shè)定: PLC 側(cè)的通信速率設(shè)定為 。 MPI 通信設(shè)置:在安裝好的 STEP7 軟件的上位機(jī)中,打開(kāi) SIMATIC 管理器,打開(kāi)“選項(xiàng)”按鈕→ “設(shè)置 PG/PC 接口”按鈕,選擇 CP5611(MPI)激活選項(xiàng),單擊窗口右邊的“屬性”按鈕,彈出一個(gè)對(duì)話框,如圖 所示,在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中的傳輸率下,設(shè)置傳輸速率為,單擊確定,返回到接口設(shè)置界面; 圖 設(shè)置 PG/PC 接口 雙擊測(cè)試按鈕,彈出一個(gè)測(cè)試對(duì)話框,分別點(diǎn)擊測(cè)試與讀取按鈕,測(cè)試畫(huà)面如圖 所示。 分析 磨礦 分級(jí)過(guò)程 控制系統(tǒng)的硬件要求, 采 用 STEP7 軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài),硬件組態(tài)有兩種方法, STEP 向?qū)Ш托陆?xiàng)目。 ①在硬件配置中雙擊“ DP” ,彈出 DP 屬性窗口,點(diǎn)擊“屬性”進(jìn)入屬性設(shè)置。在 4至 8 號(hào)槽位插入數(shù)字量輸入模塊, SIMATIC400→ SM400→ DI400→ DI16xAC120/230V;在 9至 11 號(hào)槽位插入數(shù)字量輸出模塊, SIMATIC400→ SM400→ 。信號(hào)模塊的硬件組態(tài)圖如圖 所示。在4 至 9 號(hào)槽位插入模擬量輸入模塊, SIMATIC400→ SM400→ AI400→ AI8x12Bit。 圖 網(wǎng)絡(luò)設(shè)置 ②插入電源模塊,在 0 號(hào)機(jī)架的 1 號(hào)槽插入電源模塊,在文件配置中依次單擊SIMATIC400→ PS400→ Redundant→ PS407 10A; ③ PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)中插入兩個(gè) IM153 模塊, DP 地址分別設(shè)置為 5 和 6。新建項(xiàng)目向?qū)D如圖 所示,單擊確認(rèn)后,回到 SIMATIC Manager 主窗口。 26 圖 測(cè)試畫(huà)面 DP 通信設(shè)置:在安裝好的 STEP7 軟件的上位機(jī)中,打開(kāi) SIMATIC 管理器,打開(kāi)“選項(xiàng)”按鈕→ “設(shè)置 PG/PC 接口”按鈕,選擇 CP5611(PROFIBUS)激活選項(xiàng),單擊窗口右邊的“屬性”按鈕,彈出一個(gè)對(duì)話框,在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中的傳輸率下,設(shè)置傳輸速率為 ,單擊確定,返回到接口設(shè)置界面;雙擊測(cè)試按鈕,彈出一個(gè)測(cè)試對(duì)話框,分別點(diǎn)擊測(cè)試與讀取按鈕,測(cè)試的結(jié)果是在總線節(jié)點(diǎn)處,窗口 0、 3 端口處是打勾的,它們分別對(duì)應(yīng)的是電源模塊、 CPU 模塊、 CP343_1 模塊的 MPI 地址。 CPU 與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊時(shí),計(jì)算機(jī)需插有 CP5613 通信網(wǎng)卡,并通過(guò) MPI 或 DP 編程電纜與 PLC 連接。 25 上位機(jī)與 PLC 通訊測(cè)試 和 系統(tǒng)的硬件組態(tài) 上位 控制計(jì)算 機(jī)與 PLC 的通信 CPU 4162 DP 集成了兩個(gè)通信接口: DP 通信接口和 MPI 通信接口,上位機(jī) 通過(guò)接口設(shè)置選擇 合適的 通信方式。軟件適用于 C S7和 WINAC 產(chǎn)品系列,是一款西門(mén)子公司開(kāi)發(fā) 的 組態(tài)軟件。系統(tǒng)程序是指編程軟件中系統(tǒng)自帶的程序或函數(shù),因此用戶(hù)可直接調(diào)用,方便快捷;用戶(hù)程序是指用戶(hù)根據(jù)控制對(duì)象與控制要求來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)的指令。 24 第四章 磨礦分級(jí) 過(guò)程 自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 磨礦分級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由與其相應(yīng)的 PLC 控制程序和 上位 機(jī)中運(yùn)行的程序(監(jiān)控 )組成。對(duì)應(yīng)的輸出分別是 2系列給料機(jī)、皮帶、高頻篩、渣漿泵的啟動(dòng)、停止。 主站配電原理圖如圖 所示 16 圖 主站配電原理圖 17 1站接線圖 ⑴ 1站 DI1至 DI DO1 至 DO5 模塊信號(hào)供電圖,如圖 所示 圖 1配電圖 18 ⑵ DI1 至 DI5 信號(hào)接線圖如圖 所示 圖 1站 DI01 接線圖 DI01 是數(shù)字量輸入模塊 DI 16 120 VAC/230 VAC,分成 4 組,對(duì)應(yīng)的輸入為分別 2 系列給礦機(jī)運(yùn)行,皮帶運(yùn)行,變頻故障,變頻自動(dòng)。1% ;對(duì)非皮帶輸送機(jī)設(shè)備計(jì)量與控制誤差 ≤177。 調(diào)整方便:具有參數(shù)自動(dòng)調(diào)整的功能,如增益、零點(diǎn)由單片機(jī)自動(dòng)調(diào)整;頻譜分析通道的增益由單片機(jī)自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),使調(diào)整參數(shù)更方便、準(zhǔn)確,信號(hào)頻率為 100Hz10kHz,模擬接口是兩路 420 毫安標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),數(shù)字接口是 RS485 通信,供電電源為 AC85265V,在溫度 050℃ 、相對(duì)濕度< 85%條件下工作,最 大負(fù)載為 600 歐。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍如下: ZDLJp 型電子式電動(dòng)精小型單座調(diào)節(jié)閥是由 3610L 系列電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和低流阻直通單座調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。 主要技術(shù)參數(shù): ① 測(cè)量范圍:濃度0~100%; ② 適應(yīng)管徑 (液層厚度 ): Φ 50~500 mm; ③ 精確度等級(jí):0.1%; ④ 基本誤差:量程的 177。這樣的安裝可以使設(shè)備 長(zhǎng)期運(yùn)行 并且 穩(wěn)定可靠, 不但能使?jié)舛扔?jì) 經(jīng)久耐用, 而且還能使 測(cè)量結(jié)果受到的干擾因素 最 少 。 ③液位計(jì) 固態(tài)結(jié)構(gòu),無(wú)可動(dòng) 部件,可靠性 高 , 元器件 使用壽命長(zhǎng)。 磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表 輸入輸出電路設(shè)計(jì) ⑴ 超聲波液位計(jì) 超聲波液位計(jì)用于一段分級(jí)泵池液位檢測(cè),工程項(xiàng)目選用型號(hào)為 FDU91+FMU90+支架4 臺(tái)。在模塊分級(jí)控制 系統(tǒng)選用6 個(gè) 數(shù)字量輸入模塊 SM321 DI32 DC24V, 5 個(gè)數(shù)字量輸出模塊 SM322 DO32 24V/, 3 個(gè)模擬量輸入模塊 SM331 AI812Bit 和 1 個(gè)模擬量輸出模塊 SM332 AO412Bit 。 (3)電源模塊的選擇 PS407 系列電源模塊是西門(mén)子公司為 S7400 專(zhuān)配的 24V DC 電源,可安裝在 S7400的專(zhuān)用導(dǎo)軌上,其額定輸出電流有 2A、 5A、 10A 等多種。 ⑵ C
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