【正文】 ..................... 52 附錄 D: 以三臺機(jī)為例的仿真圖形 ..................... 60 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 引言 現(xiàn)如今，生產(chǎn)過程自動(dòng)化在水泥行業(yè)的發(fā)展中有著極其重要的地位。在操作員接口方面也不斷推陳出新，開發(fā)出功能強(qiáng)大的通用組態(tài)軟件，使整個(gè)系統(tǒng)在計(jì)算能力、響應(yīng)速度、靈活性與可維護(hù)性方面得到了很大的提高，成為具有較高性 能價(jià)格比，極富競爭力的 PLC 和 IPC 集成控制系統(tǒng)，它已成為中小型水泥廠的首選控制系統(tǒng)。③采用出磨料量或選粉機(jī)細(xì)粉量等于入磨料量進(jìn)行控制。在手動(dòng)狀態(tài)下，南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 由啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)設(shè)備，停止按鈕停止設(shè)備；在自動(dòng)狀態(tài)下，由上位機(jī)發(fā)指令給 PLC， PLC 通過 DO 模塊相應(yīng)的通道給中間繼電器 K 的線包一個(gè)高電平，繼電器線包即吸合，其常開節(jié)點(diǎn) K1接通，對應(yīng)的接觸器 KM 線圈得電，主觸頭吸合，生產(chǎn)設(shè)備得電啟動(dòng)。 生產(chǎn)流程啟動(dòng)、停止及預(yù)警 啟動(dòng)時(shí)先按起車鍵，再按執(zhí)行鍵，流程方可啟動(dòng)。 流程在運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)，操作員按下南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 上位機(jī)顯示屏上的急停按鈕后，正在運(yùn)行的所有設(shè)備立即停止，故障情況立即顯示在上位機(jī)上。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在線監(jiān)測磨頭、磨尾軸瓦溫度（設(shè)上下限報(bào)警）。 4) 水泥磨流程操作：實(shí)現(xiàn)水泥磨的整個(gè)流程操作，如機(jī)電設(shè)備的啟停、設(shè)備就地控制、設(shè)備邏輯閉鎖控制、單臺設(shè)備啟?？刂?、緊急情況下的急停、水泥磨配料閉環(huán)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 控制參數(shù)監(jiān)測與調(diào)整等 ,整個(gè)過程控制可由 12 個(gè)操作人員通過上位計(jì)算機(jī)發(fā)出操作指令，也可在觸摸屏上觸摸相應(yīng)軟鍵實(shí)現(xiàn)。高壓柜內(nèi)有三個(gè)變壓器，一只是 35KV 變 6KV 的，用來給磨機(jī)供電并手動(dòng)控制磨機(jī)的起停；另外兩只是 6KV 變 380V 的，用來給兩個(gè)低壓柜供電。STEP7 軟件與硬件同樣出色， 它 與硬件一樣簡潔、方便、易用。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 磨機(jī)主要檢測參數(shù)及控制回路 水泥磨機(jī)磨頭、磨尾的軸溫度檢測、 報(bào)警回路。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第二章 PLC 介紹 可編程序控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。 2. 定時(shí)控制 PLC 為用戶提供了若干個(gè)計(jì)時(shí)器（定時(shí)器），并設(shè)置了計(jì)時(shí)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 指令。 4. 步進(jìn)控制 PLC 為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可以用于步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，再進(jìn)行下一步工序。它能記憶某些異常情況，或在發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)中止運(yùn)行。 4) 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，也能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，這些數(shù)據(jù)可通過通信接口傳送到其它智能裝置，進(jìn)行處理。 CPU 的運(yùn)算處理速度極高，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來看似乎是同時(shí)完成的。 程序執(zhí)行過程 PLC 的工作過程就是程序執(zhí)行過程。這就是說，對于每個(gè)元素來說，元素映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。對應(yīng)于圖中的數(shù)字標(biāo)號說明如下： 寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在上一個(gè)工作周期的輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的 配 置和強(qiáng)大的指令集使 S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案 CPU 性能簡介 S7200 CPU將微 處 理 器 、集成電 源 、輸入電路和輸出電路集成在一個(gè)緊湊的 外 殼 中， 從 而 形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的 Micro PLC。南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 表 S7200提供 了多種安全措施 來 確保用 戶 程 序 、程 序數(shù)據(jù) 和 組 態(tài)數(shù)據(jù) 不 丟 失。 1) 中央處理單元（ CPU） 各種 CPU 有各種不同的性能，上面已經(jīng)提到過。它既可作為 CPU，也可作為功能南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 模塊使用。 5) TOP 連接 采用一個(gè)帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3 線系 統(tǒng)進(jìn)行預(yù)接線。 4) 人機(jī)界面（ HMI） 方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7200 操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對話的編程要求大大減少。比較典型的應(yīng)用有水加熱過程控制，機(jī)器人控制，交通控制，水泥窯控制，動(dòng)力系統(tǒng)核反應(yīng)控制?；跔顟B(tài)變量描述的現(xiàn)代控制理論對于解決線性和非線 性、定?；驎r(shí)變的多輸入多輸出系統(tǒng)問題，獲得了廣泛的應(yīng)用，例如在阿波；羅登月艙的姿態(tài)控制、宇宙飛船和導(dǎo)彈的精密制導(dǎo)以及在工業(yè)生產(chǎn)過程控制等方面得到了成功的運(yùn)用。這樣一來，對于這類對象或過程就 難以進(jìn)行自動(dòng)控制。于是，利用微機(jī)取代人可以對被控對象進(jìn)行自動(dòng)控制。 4） 傳感器：傳感器是將被控對象或各種過程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號（模擬的或數(shù)字的）的一類裝置。至此，得到了誤差 E 的模糊語言集合的一個(gè)子集 e（ e 實(shí)際上是一個(gè)模糊向量）。 對知識表示而言，由于使用了語言變量以及它的值由上下文相關(guān)的模糊集來定義，而模糊集的含義可用各種不同的隸屬函數(shù)來表示，這些隸屬函 數(shù)的值是由領(lǐng)域?qū)＜医o出的主觀判斷。 對基于知識系統(tǒng)的模糊推理而言，模糊邏輯提 供了一種統(tǒng)一的計(jì)算方法。 幾種主要的模糊推理方法 目前，在模糊專家系統(tǒng)中，常用的主要模糊推理方法有如下 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 幾種： 1． 合成推理規(guī)則。 4. 采用真值約束方法來實(shí)現(xiàn)模糊推理。但就目前的理論探討和應(yīng)用開發(fā)研究中，合 成推理規(guī)則仍然是采用得最為普遍的一種模糊推理方法。筒體有電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。從圖 42 可見，磨機(jī)產(chǎn)量特性 V（ F）存在極值點(diǎn) F0，當(dāng)磨內(nèi) F=F0 時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量 V 取極大值，因此 F0 代表最佳工作點(diǎn)。反映喂料流量變化的磨機(jī)階躍響應(yīng)曲線，如圖 所示。這些參數(shù)有： （ 1） 磨音 磨音信號是反映磨內(nèi)填充量最迅速的參數(shù)，其聲強(qiáng)與填充量 F 近 似成反比關(guān)系，見圖 所示。 我們所用的檢測粗粉回粉量的設(shè)備是大連三協(xié)引進(jìn)日本三協(xié)技術(shù)生產(chǎn)的 ILE61 型沖板式散狀固體流量計(jì)，其測量范圍是030 噸 /小時(shí)。同時(shí)由于磨內(nèi)填充量 F 增大，由磨音聲強(qiáng)與 F 的關(guān)系曲線可以看到，電耳傳回的信號會(huì)減弱，而由以上公式還可以得到，粗粉回磨流量G 也會(huì)隨 A 增大而增大，因此，影響水泥磨填充量的主要原因其實(shí)就是給料系統(tǒng)皮帶秤的電機(jī)轉(zhuǎn)速，其它因素影響很小，可南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 忽略。 2. 高精度 Fuzzy 控制器從理論上可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。 為了進(jìn)一步提高精度，需要再進(jìn)行一次迭代判斷，計(jì)算出控制作用 u 的修正量 u? 。為了保證水泥磨能生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥，我們對水泥磨的控制綜合運(yùn)用了以上三種方法，這在國內(nèi)外也是較少用到的，我們將在后面看到其控制效果。一般情況下，一臺磨機(jī)的出磨粉末中細(xì)粉和粗粉的比例是一定的，因此粗粉回粉量的大小間接反映了磨機(jī)填充量的大小，所以可以利用粗粉回粉量來控制磨機(jī)的負(fù)荷。上述各項(xiàng)因素都將使磨機(jī)負(fù)荷控制變得更加復(fù)雜與困難。 從動(dòng)態(tài) 特性看，閉路循環(huán)磨機(jī)是一類具有大時(shí)滯、大慣性、慢時(shí)變的非線性被控對象，其喂料流量的變化，不可能引起出磨物料流量的瞬時(shí)反應(yīng)。圖中， A， a(t)為入磨待粉磨物料流量； M， m(t)為出磨物料流量； G， g(t)為粗粉回磨流量； X， x(t)為入磨物料總流量；V， v(t)為合格精粉（細(xì)粉）流量； F 為磨內(nèi)填充量，其中大寫字母與小寫字母分別代表相應(yīng)流量的穩(wěn)態(tài)值與動(dòng)態(tài)值。 水泥粉磨過程工藝 水泥粉磨過程 在水泥粉磨過程中，粉磨的主體是磨機(jī)，大多采用球磨機(jī)。實(shí)踐證明，許多采用不同點(diǎn)值模糊蘊(yùn)含算子所推導(dǎo)出的結(jié)果均落在基于區(qū)間值模糊集方法所推導(dǎo)出的結(jié)果中。 3. 采用可能性理論來處理模糊推理問題， 該方法采用可能性 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 分布來描述語言變量等模糊概念。iAx? ， )(39。 6) 謂詞修正詞，如“很”，“或多或少”，“相當(dāng)”。 綜上所述，模糊控制算法可概括為下述四個(gè)步驟： 1. 根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng) 的輸出值，計(jì)算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量； 2. 輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚? 3. 根據(jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量（模糊量） 4. 由上述得到的控制量（模糊量）計(jì)算精確的控制量。一般選誤差信號 E 作為模糊控制器的一個(gè)輸入量。 3） 廣義對象：包括被控對象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控對象可以是線性或非線性的、定常或時(shí)變的，也可以是單變量或多變量的、有時(shí)滯或無時(shí)滯的以及有強(qiáng)干擾的多種情況。人的手動(dòng)控制決策可以用語言加以描述，總結(jié)成一系列條件語句，南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 即控制規(guī)則。還有為數(shù)眾多的爐類，如煉鋼爐的冶煉過程，退火爐溫控過程，工業(yè)鍋爐的燃燒過程等等。然而，經(jīng)典控制理論對于非線性時(shí)變系統(tǒng)難以奏效。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 2) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù) 運(yùn)算。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。 S7300 通過分布式的主機(jī)架（ CR）和三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ ER），可以操作多達(dá) 32 個(gè)模塊，運(yùn)行時(shí)無需風(fēng)扇。也 可以使用 S7200資源 管理 器 將 普 通文 件保 留 在 存儲(chǔ)卡 中 (復(fù)制、 刪 除 、 創(chuàng)建 目錄和 放 置 文 件 )。您可以 利 用這些擴(kuò)展模塊完 善 CPU的功能。 它能夠控制各種設(shè)備以 滿足 自動(dòng)化控制 需求 。這就保證 PLC 在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序進(jìn)行掃描。一方面，所掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。 PLC 的控制作用就是通過用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 3) 過程控 制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC 與上位機(jī)鏈接對計(jì)算機(jī)的要求是： 1) 具有 RS232 接口； 2) 使用 ASCⅡ碼字符。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行中被讀出，也可以在運(yùn)行中被修改，使用靈活，操作方便。它能完成以下功能 ： 1. 條件控制（邏輯控制） PLC 設(shè)置了與（ AND）、或（ OR）、非 （ NOT）等邏輯指令，能處理繼電器接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。 混合材、石膏、熟料喂料量累計(jì)回路。 石膏倉、熟料倉、混合材倉倉位由雷達(dá) 料位計(jì)檢測，并傳入上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)其倉位設(shè)定值發(fā)出信號，由操作工根據(jù)需要控制相對應(yīng)的閘門的打開或關(guān)閉自動(dòng)控制。所有傳感器最后輸入到 PLC 的信號都必須是 420mA。 上位機(jī)選用臺灣研華公司生產(chǎn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（具有多媒體語音功能），其配置為： 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 CPU:PⅢ 650MHZ/15G/:128M 顯示器 View Sonic19 HPLaser6L 激光打印機(jī)。 3) 磨機(jī)負(fù)荷控制：由磨音檢測器（電耳）、提升機(jī)功率檢測裝置、回粉計(jì)量裝置（沖板 流量計(jì)）送出 420mA 電流信號，接入 PLC， PLC 根據(jù)這些信號通過模糊控制算法控制入磨總量，使磨機(jī)處于最佳負(fù)荷狀態(tài)，達(dá)到節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。 水泥磨負(fù)荷智能控制與狀態(tài)監(jiān)測 水泥廠水泥磨負(fù)荷控制采用檢測磨尾提升機(jī)的功率、磨機(jī)磨音，以及粗粉回料量這三個(gè)重要參數(shù)，應(yīng)用模糊控制算法實(shí)現(xiàn)多變量模糊控制。即：上游設(shè)備最先停機(jī)，依次向下停止各設(shè)備 ，設(shè)備間停止間隔時(shí)間必須按工藝要求及設(shè)備運(yùn)行特性調(diào)整，既可保證設(shè)備中的物料走空，又能及時(shí)停機(jī)，減少能源消耗。整條生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有較高安全性和可靠性，同時(shí)具有先進(jìn)性、完整性、高效性、易操作、可擴(kuò)充南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 性等主要特征。正常情況下，控制柜的多節(jié)轉(zhuǎn)換開關(guān)（ SA）都是打在自動(dòng)位置，設(shè)備都是集中 由機(jī)控室的操作人員通過微機(jī)來操作的，只有在檢修時(shí)才打在停止位。國外對水泥磨機(jī)負(fù)荷控制，大多采用選粉機(jī)粗粉回粉量加新入磨料量，即設(shè)定常數(shù)的方法；國內(nèi)對水泥磨負(fù)荷的控制除采用設(shè)定常數(shù)方法外，一般選用以下幾種方法：①采用“電耳”檢測磨音 信號進(jìn)行控制，如松江水泥廠和洛陽水泥廠。水泥生產(chǎn)過程是一連續(xù)過程，需要大量的順序和聯(lián)鎖控制，開關(guān)量點(diǎn)數(shù)占總數(shù)的 80%，這非常符合價(jià)格低廉的 P