【正文】 or the production and quality of cement is being more and higher. And cement calcination is crucial steps in the process of cement production。 水泥廠窯頭喂煤的煤粉稱量和適當(dāng)控制 對窯 頭的 穩(wěn)定 以及 水泥 熟料的產(chǎn)量及質(zhì)量 的提升 ，水泥生產(chǎn)的 過程 自動(dòng)化 的加強(qiáng) 都 起到積極的 影響 。 現(xiàn)代 高科技技術(shù)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(shí)， 負(fù)責(zé)完成各種 實(shí)時(shí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè) 窯頭喂煤控制 系統(tǒng)的連續(xù) 稱 量和定量 喂 煤， 實(shí)現(xiàn)水泥廠窯頭喂煤 控制系統(tǒng) 的連續(xù)化、均勻化，并實(shí)現(xiàn) 5‰的喂煤精度。 中國目前在全球水泥 生產(chǎn) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)占鰲頭 。 在水泥的 熟料 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 喂料 計(jì)量裝置 ， 煤粉是否能夠充分燃燒取決于轉(zhuǎn)子秤供給煤粉量 是否均勻穩(wěn)定， 因此喂料裝置的稱重測量 對水泥煅燒 來說是 至關(guān)重要 。 研究的意義 傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)喂煤裝置 在我國水泥生產(chǎn) 過程 中 ,傳統(tǒng)的煤粉喂料 計(jì)量 裝置大多 采用稱重皮帶機(jī) 、 螺旋喂料機(jī) 、 失重 式 喂料 機(jī) 和沖量式流量計(jì)喂料 機(jī)。 但 螺旋喂料機(jī)不宜輸送易變質(zhì)、粘性大 、易結(jié)塊的物料，因?yàn)檫@些物料會粘結(jié)在螺旋上， 停止 移動(dòng)并 隨之旋轉(zhuǎn)或者在吊軸承處形成物料的積塞， 從 使 螺旋喂料機(jī) 不能正常工作。 沖量式流量計(jì) 喂料 機(jī) 利用 由來自喂料機(jī) 煤粉的 重力對 特定 沖擊板的 重力分量 對流經(jīng)煤粉進(jìn)行重量檢測的 ,由于 是 間接 測重 煤粉重量 ,所以 測量 不準(zhǔn)確 ,而且 對 煤粉 要求較高，稍微有不確定因素的進(jìn)入，就會導(dǎo)致系統(tǒng)計(jì)量洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 不準(zhǔn)確甚至停機(jī)影響生產(chǎn) 。 又 由于 不斷地 從國外引進(jìn) 高效率輥壓機(jī)和新的高效選粉機(jī) ,因此 新出現(xiàn)的 喂料設(shè)備 —— 喂料轉(zhuǎn)子秤 的研發(fā) 也就 勢在必行 [7 ]。 隨 著第一臺 轉(zhuǎn)子秤 系統(tǒng) 成功 運(yùn)用于水泥磨 ,我們 看到 采用 全新的水泥廠要窯頭喂煤稱重系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)小巧，操作方便，能適用于水泥廠復(fù)雜的環(huán)境，對水泥產(chǎn)量和質(zhì)量也有了質(zhì)的提升 ，我們確信國產(chǎn) 新型 轉(zhuǎn)子秤 系統(tǒng) 必將取代 傳統(tǒng)的 水泥廠煤粉稱重 計(jì)量 方式 [9]。 論文的主要工作 及章節(jié)安排 水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)中最重要的就是轉(zhuǎn)子秤的設(shè)計(jì)與控制，本設(shè)計(jì)對于控制系統(tǒng)中的各個(gè) 單元 模塊的選型 和電路的總體設(shè)計(jì)以及軟件的編寫都 做出詳細(xì)的 設(shè)計(jì) 分析， 具體 如下所示： 對 系統(tǒng) 總體 進(jìn)行分析，確定總體設(shè)計(jì)方案。 對各個(gè) 單元模塊進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，繪制 流程圖，編寫程序。 窯頭喂煤控制系統(tǒng)控制流程如圖 21。 三菱 PLC 控制 該 系統(tǒng)完成 荷重信號的檢測，變頻器信號的處理， P ID運(yùn)算等等一系列的調(diào)節(jié)控制處理過程 。 控制目標(biāo) 若要 實(shí)現(xiàn) 本 系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行， 需 具備以下 條件 ： 1. 搖頭 喂煤 控制 系統(tǒng) 需要運(yùn)行時(shí) 穩(wěn)定 、 稱重計(jì)量時(shí) 可靠， 裝置 密封性良 好，受控性 良 好。 國內(nèi) 水泥廠內(nèi)的 窯頭 喂煤 裝置為了保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定都采用德國菲斯特公司生產(chǎn)的煤粉轉(zhuǎn)子秤 ， 由于該 公司 設(shè)備對使用 環(huán)境 和維護(hù) 方式 要求 很 高 ，因此在煤粉輸送過程 中要嚴(yán)格 把控 煤粉 的 質(zhì)量 （純度）和 水分 、 粉 煤倉的材質(zhì) ，要求 密封 、恒 溫 ，同時(shí) 秤體消風(fēng) 、 羅茨 風(fēng)機(jī)用風(fēng) 、 助流系統(tǒng)的使 用也需要嚴(yán)格注意。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤以先進(jìn)的前饋控制技術(shù)，強(qiáng)勁的功能深得用戶的信賴。 煤粉從粉煤倉的輸出、稱 重和 直接傳送到氣力輸送管道 的所有過程都 在一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單的封閉式 機(jī)構(gòu) 內(nèi)完成，此型號轉(zhuǎn)子秤的 計(jì)量精度為 177。 FX2N 系列是三菱 PLC 家族中最先進(jìn)的 系列 ， 具有高速處理 分析數(shù)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 據(jù)， 可 互 聯(lián) 擴(kuò)展等特點(diǎn)， 能 為 工廠 生產(chǎn)自動(dòng)化和控制 自動(dòng)化提供 最理想的控制核心 。荷重傳感器是 喂煤控制 系統(tǒng)能夠 持續(xù) 定量 喂煤 的 重要 元 器件 之一 ， 其量程選擇的正確與否將 直接 影響 到系統(tǒng)的計(jì)量精度和 喂煤 精度， 我們應(yīng) 盡可能使 從 轉(zhuǎn)子秤 流過的 煤粉 瞬時(shí) 荷重 維 持 在荷重傳感器 20%~80%的 受力范圍內(nèi) 。 速度傳感器 速度傳感器 指的是能 夠 感受被測速度并轉(zhuǎn)換成可用 于 輸出 或檢測的 信號的傳感器。 根據(jù)系統(tǒng)喂料的臺時(shí)流量以及變頻器的高性價(jià)比需求，最終 確定 2 臺變頻器都 選用三菱變頻器FR740 系列中的 。 根據(jù)本系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)及數(shù)據(jù)選擇 MD系列 HSR200 高壓羅茨風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī) 氣密 性好、 風(fēng)機(jī)送風(fēng) 效率高， 節(jié)能 高效， 噪音低、振動(dòng)小 ， 體積小 ，控制 精度 較 高，使用 較一般風(fēng)機(jī) 方便 。 若 是 PLC外接 按鈕或行程開關(guān)， 則 可 以直接使用自帶電源 ；若 是 外接 接近開關(guān)或光電開關(guān)，可以 選擇 使用 PLC 內(nèi)部提供的 24V 電源，也可以 使 用 外部 另接24V 電源 對其進(jìn)行 供電。 在此我們就需要在輸入 和 輸出端加入A/D 及 D/A 模擬量擴(kuò)展模塊。 FX2N 常用的模擬量輸入 單元 有 FX2N2AD、 FX2N4AD、 FX2N8AD。 人機(jī)界面 人機(jī)界面是 用戶 和 系統(tǒng) 間進(jìn)行交互 的 媒介，它 可以 實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng) 內(nèi)部 信息處理 的 形式與人類可 接受 的 形式之間的轉(zhuǎn)換。 總體設(shè)計(jì)方案 根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求、控制目標(biāo)及 控制系統(tǒng)的精度要求等，設(shè)計(jì)出了 本窯頭喂煤控制系統(tǒng)： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 煤粉的 臺時(shí) 流量大小是由轉(zhuǎn)子秤 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 和 測 重 裝置的 荷重傳感器的 共同 決定的 ， 其 轉(zhuǎn)子盤 流經(jīng) 的 煤粉 荷重 通過 荷重傳感器 直接 測得 ， 而轉(zhuǎn)子秤 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速由變頻器 的相關(guān) 運(yùn)行數(shù)據(jù) 得出 。 喂煤系統(tǒng)控制原理圖 如圖 22 所示。 喂料機(jī)電機(jī)控制 在 本 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，煤粉第一個(gè)進(jìn)入的裝置就是喂料機(jī)，因此對喂料 機(jī)電 機(jī) 轉(zhuǎn)速 的控制在整個(gè)控制過程中 不可小覷 ， 因此 喂料機(jī)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)顯得尤為重要。與此同時(shí) DCS 發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號，繼電器線圈 K1 得電， 繼電器線圈 K1 的常開觸頭 立即 閉合 線路接通 ，進(jìn)而繼電器線圈 KM1 得電，使繼電器線圈 KM1 的 常開觸點(diǎn)閉合，喂料 機(jī) 電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)， 控制回路中 正常運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈 HL11 亮， DCS系統(tǒng) 中 繼電器線圈 KM1 的常開觸頭閉合，發(fā)出應(yīng)答信號表明電機(jī)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子秤電機(jī)的控制與喂料機(jī)電機(jī)的控制可謂大同小異，都需要變頻器來精準(zhǔn)的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)控制 羅茨電機(jī)的控制主要是對風(fēng)速的需要來設(shè)定的，羅茨風(fēng)機(jī)主要是將煤粉吹入窯頭內(nèi)，因此不再需要變頻器對其進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 M3～F U 1K H 3380V 3PH B U S B A R SUVWS1K M 3H L 3 1K H 3N L B T 3 1K1K A 3 1K M 3 K A 3 2 H L 3 2K M 3 K A 3 2U V WC O M 1驅(qū)動(dòng) 備妥 應(yīng)答 故障 D O D I D I D IK1K0D C SK A 3 K M 3 K H 3K A 3 2K M 3NQ F 1C O M 2M3 1 3 5 1 3 52 4 61 3 2 11 4 2 32 314434413142122 1 3 52 4 62 4 69 5 9 79 6 9 8圖 33 羅茨風(fēng)機(jī) 控制原理圖 羅茨風(fēng)機(jī)的過程分析與喂料電機(jī)與轉(zhuǎn)子秤電機(jī)的過程分析也沒有區(qū)別，只是羅茨風(fēng)機(jī)不在需要變頻器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，但其分析過程還是相似的。 控制柜里的風(fēng)機(jī)和工業(yè)空調(diào)都是 由 220V 電源供電。 系統(tǒng)供電電路原理圖如圖 34 所示： QF24+ 24UVWNV02 W02380VJBK3V03 W03V04FUW057KMV05L+PLCMPE220VL1FH12038~220V開關(guān)電源H300工業(yè)空調(diào) +GND人機(jī)界面L2KM2L3KM3KM1HMI圖 34 系統(tǒng)供電電路原理圖 PLC 外圍接線分析設(shè)計(jì) PLC 外圍接線設(shè)計(jì)即為 PLC 的 I/O 點(diǎn)分析設(shè)計(jì)，由前面的電路圖分析與 PLC 選型可知，我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中 3 臺電機(jī)輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)情況 ， 即 9 個(gè)輸入， 10 個(gè)輸出。 在安裝控制柜的過程中我們要注意很多的事項(xiàng) ， 如 控制柜內(nèi)部的布局走線 ，好的 走 線 可以提高系統(tǒng)的安全性、實(shí)用性，方便設(shè)備操作人員操作和進(jìn)行日常的維護(hù)檢修。 排風(fēng)： 控制柜 一定 要注意散熱 ，保持 通風(fēng) 順暢。 本系統(tǒng)編程 實(shí)現(xiàn) 采用三菱 PLC 的編程語言，軟件 梯形圖在 三菱 系列 PLC 的 專用編程軟件 GX Developer 中編程 ， 并 使用 GX Simulator 進(jìn)行仿真校驗(yàn)。主程序流程圖如圖 41 所示。 PID 控制能很好的幫助我們利用軟件完成我們對于電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理。輸出 指令Y000 為工頻電機(jī)既羅茨風(fēng)機(jī)， Y001 是轉(zhuǎn)子秤電機(jī)， Y002 是喂料電機(jī)。 PID 參數(shù)設(shè)定 梯形圖 工業(yè)控制中， PID 控制 在系統(tǒng)調(diào)節(jié)上的作用非常精準(zhǔn)并且改正效果明顯 。 設(shè) 定 值比 例 P積 分 I微 分 D控 制 器 被 控 對 象輸 出 值負(fù) 反 饋偏 差圖 44 PID 調(diào)節(jié)原理圖 采用 PLC 對模擬量進(jìn) 行 PID 控制的 本 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 如圖 45 所示。 給定值 SV 反 饋值 PV 參 數(shù) 輸出值 MVX000圖 46 PID 指令 系統(tǒng) PID 調(diào)制的 PID 控制器 的參數(shù)整定需要整定 比例放大系數(shù) Kp、 積分時(shí)間常數(shù) Ti、 微分時(shí)間常數(shù) Td、 采樣周期 Ts， 任意 參數(shù) 整定的 不合適都會 直接對系統(tǒng)的 控制效果 產(chǎn)生直接影響 。 Td：由 S3+6 的值決定， 有超前 預(yù)測的特 性 。 其中 M8002 為初始脈沖，只在運(yùn)行時(shí)接通。 圖 48 PID 調(diào)制梯形圖 梯形圖邏輯測試 在完成梯形圖的編寫后，電機(jī)程序檢查按鈕 ，檢查程序是否洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 出錯(cuò)，如果沒有出錯(cuò)， 對程序 可以 進(jìn)行邏輯測試，在邏輯測試中，我們完全可以看出所編輯的梯形圖是否能夠按照我們所涉及的那樣進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。其邏輯測試結(jié)果如圖 410 所示。 圖 411 X001 強(qiáng) 制啟動(dòng)邏輯測試結(jié)果 同時(shí)也可以對 X8000、 X8002 采取強(qiáng)制 ON，使其設(shè)置 PID 參數(shù)后對系統(tǒng)進(jìn)行 PID 調(diào)制 ，但其參數(shù)設(shè)置還是要根據(jù)實(shí)際需要及實(shí)際水泥廠生產(chǎn)情況而進(jìn)行設(shè)定。組態(tài)軟件通常 運(yùn)行在工控機(jī)上，便于 對系統(tǒng)進(jìn)行 運(yùn) 行操作和維護(hù) ， 通過 工業(yè) 計(jì)算機(jī)對 生產(chǎn) 設(shè)備 或 生產(chǎn)過程 的運(yùn)行 進(jìn)行控制 、 調(diào)制 和 運(yùn)用 。 圖 51 建立 組態(tài)工程 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 ： 打開上面已經(jīng)建好的工程，進(jìn)入工程管理器界面， 在界面新建“水泥廠窯頭喂煤設(shè)計(jì)”畫面，如圖 52 所示。工具箱的功能很強(qiáng)大，它有很多的優(yōu)點(diǎn)，不僅降低了設(shè)計(jì)畫面的難度，也統(tǒng)一了畫面的外觀。 在本次設(shè)計(jì)中選用的外部設(shè)備為三菱 FX2N和基于 Windows操作系統(tǒng)的組態(tài)王 進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的通信。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 設(shè)備設(shè)置如圖 53 所示。在本次設(shè)計(jì)中用到了結(jié)構(gòu)變量和數(shù)據(jù)詞典。點(diǎn)擊選中我們需要設(shè)置的圖像對象，對其進(jìn)行動(dòng)畫連接，即可以產(chǎn)生形象的動(dòng)畫效果 ， 雙擊圖畫會出現(xiàn)“動(dòng)畫連接”的對話框，在對話框內(nèi)設(shè)置該動(dòng)畫的屬性變化、位置和大小變化等 。系統(tǒng)組態(tài)畫面如圖 56 所示。 點(diǎn)擊畫面中的“啟動(dòng) ”按鈕，系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，三臺電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。停止運(yùn)行畫面如圖 58 所示。 同時(shí)，由于 自己 能力不足， 設(shè)計(jì)水平有限， 在設(shè)計(jì)過程中 難免 有許多缺漏 ，如使系統(tǒng) 不夠優(yōu)化，很難長時(shí)間的保持對煤粉連續(xù)、均勻的供給，系統(tǒng)運(yùn)行不太穩(wěn)定，沒有經(jīng)過實(shí)際操作驗(yàn)證，因此不能保證此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)用性，在選型的過程中，對各種器件并不是十分的了解，導(dǎo)致所選的器件并不是十分合適，性價(jià)比 也不是最高，在設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)思維不夠縝密，系統(tǒng)喂煤的控制 精度還有待 進(jìn)一步提高。感謝導(dǎo)師從論文的選題、設(shè)計(jì) 直到論文 結(jié)束 的整個(gè)過程 給予的 細(xì)心 指 導(dǎo) 和幫助 ， 使我最終完成 本科