【正文】 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(guò)程中 難免 有許多缺漏 ，如使系統(tǒng) 不夠優(yōu)化，很難長(zhǎng)時(shí)間的保持對(duì)煤粉連續(xù)、均勻的供給，系統(tǒng)運(yùn)行不太穩(wěn)定，沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(guò)程中，對(duì)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?xún)r(jià)比 也不是最高，在設(shè)計(jì)過(guò)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。 點(diǎn)擊畫(huà)面中的“啟動(dòng) ”按鈕，系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，三臺(tái)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。點(diǎn)擊選中我們需要設(shè)置的圖像對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接，即可以產(chǎn)生形象的動(dòng)畫(huà)效果 ， 雙擊圖畫(huà)會(huì)出現(xiàn)“動(dòng)畫(huà)連接”的對(duì)話框，在對(duì)話框內(nèi)設(shè)置該動(dòng)畫(huà)的屬性變化、位置和大小變化等 。洛陽(yáng)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。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(huà)面的難度，也統(tǒng)一了畫(huà)面的外觀。組態(tài)軟件通常 運(yùn)行在工控機(jī)上，便于 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 運(yùn) 行操作和維護(hù) ， 通過(guò) 工業(yè) 計(jì)算機(jī)對(duì) 生產(chǎn) 設(shè)備 或 生產(chǎn)過(guò)程 的運(yùn)行 進(jìn)行控制 、 調(diào)制 和 運(yùn)用 。其邏輯測(cè)試結(jié)果如圖 410 所示。 其中 M8002 為初始脈沖，只在運(yùn)行時(shí)接通。 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(huì) 直接對(duì)系統(tǒng)的 控制效果 產(chǎn)生直接影響 。 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 。 PID 控制能很好的幫助我們利用軟件完成我們對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的處理。 本系統(tǒng)編程 實(shí)現(xiàn) 采用三菱 PLC 的編程語(yǔ)言，軟件 梯形圖在 三菱 系列 PLC 的 專(zhuān)用編程軟件 GX Developer 中編程 ， 并 使用 GX Simulator 進(jìn)行仿真校驗(yàn)。 在安裝控制柜的過(guò)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。 控制柜里的風(fēng)機(jī)和工業(yè)空調(diào)都是 由 220V 電源供電。 羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)控制 羅茨電機(jī)的控制主要是對(duì)風(fēng)速的需要來(lái)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(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。與此同時(shí) DCS 發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，繼電器線圈 K1 得電， 繼電器線圈 K1 的常開(kāi)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(kāi)觸點(diǎn)閉合，喂料 機(jī) 電機(jī)開(kāi)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(kāi)觸頭閉合，發(fā)出應(yīng)答信號(hào)表明電機(jī)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 喂煤系統(tǒng)控制原理圖 如圖 22 所示。 人機(jī)界面 人機(jī)界面是 用戶(hù) 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(lèi)可 接受 的 形式之間的轉(zhuǎn)換。 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。 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 。 速度傳感器 速度傳感器 指的是能 夠 感受被測(cè)速度并轉(zhuǎn)換成可用 于 輸出 或檢測(cè)的 信號(hào)的傳感器。 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(yáng)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 。 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(hù)的信賴(lài)。 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(chēng)重計(jì)量時(shí) 可靠， 裝置 密封性良 好，受控性 良 好。 窯頭喂煤控制系統(tǒng)控制流程如圖 21。 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(duì)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(xiě)都 做出詳細(xì)的 設(shè)計(jì) 分析， 具體 如下所示： 對(duì) 系統(tǒng) 總體 進(jìn)行分析，確定總體設(shè)計(jì)方案。 又 由于 不斷地 從國(guó)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(shì)在必行 [7 ]。 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(huì)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。 在水泥的 熟料 煅燒過(guò)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(chēng)重測(cè)量 對(duì)水泥煅燒 來(lái)說(shuō)是 至關(guān)重要 。 現(xiàn)代 高科技技術(shù)含量的三菱 PLC 測(cè)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(chēng) 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。 關(guān)鍵詞： 轉(zhuǎn)子秤 ， PLC， PID， 喂煤系統(tǒng) ， A/D 轉(zhuǎn)換 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II The cement kiln head feeding coal system based on mitsubishi PLC design ABSTRACT With the continuous development of construction industry, the requirement for the production and quality of cement is being more and higher. And cement calcination is crucial steps in the process of cement production。 由于國(guó)外喂煤系統(tǒng) 控制的核心、 編程語(yǔ)言及許多元器件國(guó)內(nèi)沒(méi)有替代品，日常難以維護(hù)， 因此 本設(shè)計(jì)將采用國(guó)內(nèi)的高性?xún)r(jià)比元器件和通用的三菱 PLC 代替國(guó)外喂煤系統(tǒng)中的部分。 本設(shè)計(jì)方案中， 轉(zhuǎn)子秤煤粉 計(jì)量控制系統(tǒng)主要包括粉煤倉(cāng)、稱(chēng)重傳感器、煤粉喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 從水泥生產(chǎn)線來(lái)看，20xx 年 我國(guó)新增水泥熟料生產(chǎn)線 124 條， 20xx 年我國(guó)新增水泥熟料生產(chǎn)線 72 條 [2]； 從 行業(yè) 產(chǎn)量 看來(lái) ， 我國(guó)水泥產(chǎn)量 逐年增長(zhǎng) ， 在 “十五”期間，我國(guó)全社會(huì)固定資產(chǎn)投資保持年平均 20%以上的飛速增長(zhǎng)，有力的拉動(dòng)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]。 1． 稱(chēng)重皮帶機(jī) 稱(chēng)重皮帶機(jī)中的 皮帶秤是安裝在皮帶輸送機(jī)上的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重儀表，對(duì)放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù) 移動(dòng) 的松散物料進(jìn)行 稱(chēng) 重 。 由此可 見(jiàn) ， 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]。 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(cāng)、稱(chēng)重傳感器、煤粉喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 用 MCGS 組態(tài)軟件對(duì) 水泥廠窯頭喂煤控制 系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài) 設(shè)計(jì) 、仿真 。 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(pán)喂料機(jī)的自動(dòng)控制與相應(yīng)參數(shù)的 PID 調(diào)節(jié)， 通過(guò) 轉(zhuǎn)子秤上的 荷重傳感器 檢 測(cè)出流經(jīng)煤粉的 重量 ，輸出重量 信號(hào)，通過(guò) 變頻器可直接得出 轉(zhuǎn)子 秤 轉(zhuǎn)速信號(hào)，也 通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子秤電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，通過(guò)控制屏顯示瞬時(shí)流量、給定流量、累積量、荷重、轉(zhuǎn)速等過(guò)程參數(shù)，并能通過(guò)顯示屏設(shè)定和改變過(guò)程參數(shù) 獲得所需要的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 ，且 本系統(tǒng)要求系 統(tǒng)的控制精度為 5‰。 設(shè)備選型 轉(zhuǎn)子秤 國(guó)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(guó)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。％ 。 根據(jù)控制系統(tǒng)的 要求， 決定 選用 西門(mén)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。 此變頻器 輸入 3 相 380V 、 50Hz的 交流電壓 。 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(kāi)關(guān)電源作為外部電源 供電 。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 。 系統(tǒng)將實(shí)際 測(cè)得的 轉(zhuǎn)子秤電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)子 盤(pán)上的 煤粉的 荷重 的乘積值與 設(shè)計(jì)臺(tái)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。 喂料機(jī)電機(jī)控制原理圖如圖 31 所示。轉(zhuǎn)子秤電機(jī)控制原理圖如圖 32 所示。 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。 對(duì) 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(dòng)信號(hào) X0 喂料機(jī) DCS 備妥信號(hào) X1 喂料機(jī) DCS 故障信號(hào) X2 轉(zhuǎn)子秤 DCS 驅(qū)動(dòng)信號(hào) X3 轉(zhuǎn)子秤 DCS 備妥信號(hào) X4 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 轉(zhuǎn)子秤 DCS 故障信號(hào) X5 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 驅(qū)動(dòng)信號(hào) X6 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 備妥信號(hào) X7 羅茨風(fēng)機(jī) DCS 故障信號(hào) 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(hào) 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(hào) 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(hào) 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。 洛陽(yáng)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 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 開(kāi) 始D C S 備 妥 信 號(hào)D C S 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào)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(hào)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。 啟動(dòng)：在 X000 強(qiáng)制 閉合后，輔助繼電器 M0 線圈得電， M0 常開(kāi) 開(kāi)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) 。 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 。 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。 點(diǎn)擊工具欄中“工具”選項(xiàng) 下的“梯形圖邏輯測(cè)試啟動(dòng)”選項(xiàng)，啟動(dòng)梯形圖邏輯測(cè)試， PLC 持續(xù)寫(xiě)入。 PID 進(jìn)行模擬運(yùn)行如圖 412 所示。 圖 52 建立組態(tài)畫(huà)面 編輯 進(jìn)入畫(huà)面編輯窗口， 在此 編輯 窗口中下 利用 工具欄中的 畫(huà)面 繪圖工具完成對(duì)水泥廠窯頭喂煤系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中選用 的是設(shè)備菜單欄下的COM1 口。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(duì)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 56 系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面 系統(tǒng)組態(tài)運(yùn)行 對(duì)控制系統(tǒng) 動(dòng)畫(huà) 狀態(tài) 和 煤粉流程進(jìn)行檢查， 對(duì) 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(dòng)畫(huà)效果。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 58 停止 運(yùn)行畫(huà)面 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 結(jié) 論 經(jīng)過(guò) 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(duì) 窯頭喂