【正文】 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 。 本論文 是在導師葛運旺教授的精 心指導下完成的。 當按下“停止”按鈕后，喂料電機立即停止轉(zhuǎn)動，指示燈由綠色變成紅色，而其他兩臺電機仍處于運行狀態(tài)， 2s 后，轉(zhuǎn)子秤電機和羅茨風機電機才停止轉(zhuǎn)動。其中設定重量輸入框內(nèi)可以輸入對系 統(tǒng)所設定的喂煤量，顯示框可顯示電機轉(zhuǎn)速及瞬時重量。在數(shù)據(jù)庫中包含有結(jié)構(gòu)變量、數(shù)據(jù)詞典、報警組。因此，外部設備只有先定義好后，上位機 和外部設備的數(shù)據(jù) 交換 才能進行 。如圖 51 所示。 其邏輯測試結(jié)果如圖 411 所示。 M8000 為運行監(jiān)視器，在系統(tǒng)運行中一直處于接通狀態(tài) ，既調(diào)節(jié)程序?qū)?一直處于 工作 狀態(tài) ，監(jiān)視 煤 量 是否達到系統(tǒng)對 其的精度 要求。 Ti：由S3+4 的值決定， 能完全 消除穩(wěn)態(tài)誤差 ，提高控制精度。 PID 的調(diào)節(jié)原理如圖 44 所示。電機啟停梯形圖如圖 43 所示： 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 24 圖 43 電機啟停梯形圖 在編程設計中用到了 M0、 M M2 三個輔助繼電器和 T0、 T1 兩個延洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 25 時繼電器， X000 為 程序 開始運行指令， X001 為 程序 結(jié)束指令。在轉(zhuǎn)子秤電機、喂料電機、羅茨風機運轉(zhuǎn)不正常的情況下， DCS 系統(tǒng) 及時給出故障信號，方便設備操作人員給出修復。 安裝布局： 控制柜 在 設計時， 一定 要注意 布局的 區(qū)域性，設備 不同，要求 不同 ， 合理 規(guī)劃 控制柜內(nèi)的布局 。 其中 L洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 L和 L3 是 3 臺電機的正常運行指示燈，供電電壓為 220V。 羅茨風機控制原理圖如圖 33 所示。 轉(zhuǎn)子秤電機控制 在 本控制系統(tǒng)中最重要的 部分 就是 控制轉(zhuǎn)子秤轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子秤電機的轉(zhuǎn)速控制對于整個 系統(tǒng)的控制 準確度、控制精度都顯得尤為重要。 同時在電機運轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)， 也可 以實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)、均勻的喂煤。支持多 臺互連 ， 人機界面 內(nèi)置標準 的 USB，RS232， RS422 接口 。因此 我們 選用 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換單元 或 D/A轉(zhuǎn)換單元 。 開關電源 三菱 PLC 自帶電源 ， 可 用來給傳感器或 者 擴展模塊供電。 本設計的 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng) 需要 配 備 2 臺變頻 器 ， 一臺拖動 和控制 轉(zhuǎn)子秤電機 運轉(zhuǎn) ，另一臺 拖動和控制 喂料 機 電機 運轉(zhuǎn) 。 荷重傳感器 荷重傳感器主要是通過檢 測被測體使載體發(fā)生形變的 形變 度來 獲得 被測體 重量 的傳感器 ，荷重傳感器能將載體 因 所受的 壓力 而改 變的形變 程度轉(zhuǎn) 變 成相應的電信號 來進行相應的數(shù)據(jù)傳輸 ， 從而達到測量 荷重 的目的。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤 中的 型轉(zhuǎn)子稱適用于水泥煅燒過程中煤粉的連續(xù) 稱量。 4. 系統(tǒng) 自動化程度要高， 在水泥廠各種復雜的環(huán)境下仍能繼續(xù)保持穩(wěn)洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 定運行 ，即 適用性要 強， 。系統(tǒng) 可以 準確測出 喂煤系統(tǒng)的 瞬時流量、 電機轉(zhuǎn)速，計算得 出 累計流量 、臺時流量等 。 畫出相應的 電氣 接線圖，硬件原理圖等。因此， 展開 對 水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的 煤粉 稱量 的國產(chǎn)化研發(fā)具有極 大的 研究 意義。 失重 式 喂料系統(tǒng)需要 有 減振 設施或無彈性平臺 ,這 大大 增 加 了 水泥廠原始投 資 ， 同時系統(tǒng)在開始喂 煤 階段 ,有時由于 無規(guī)則測容 的 操作 ， 會出現(xiàn)安全意外 。這樣既可以提高 水泥 熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量 ,又能節(jié)約洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 水泥 原料 ,降低生產(chǎn)成 本 [5]。 近年來， 我國水泥 產(chǎn)業(yè) 發(fā)展 勢頭迅猛 ， 高科技技術(shù)含量的 水泥 生產(chǎn)線 不斷 地 投入使用，全國水泥產(chǎn)量 增速世界首屈一指 [1]。 在水泥的煅燒過程中，在穩(wěn)定水泥熱工制度中尤為重要的是燃燒器的煤粉計量 喂料裝置，煤粉是否能夠充分燃燒取決于轉(zhuǎn)子秤供給煤粉量的均勻穩(wěn)定， 因此 煤粉 計量 在喂料過程中 對水泥 生產(chǎn)來說至關重要 。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） I 基于三菱 PLC 的水泥廠窯頭喂煤系統(tǒng)設計 摘 要 隨著 建筑行業(yè) 的 不斷 發(fā)展， 其 對水泥 產(chǎn)量和 質(zhì)量的要求也越來越高。水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 在 我國的基礎設施建設 及經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺 ，也成為了衡量一個國家發(fā)展水平及綜合實 力的重要指標之一。 在中國乃至世界上的建筑行業(yè)中 ，水泥 都是有史以來最不可或缺的建筑材料。 因此 , 我們 選用的 搖頭喂煤控制系統(tǒng)要 控制 精度高，稱重 計量準確 ，系統(tǒng) 穩(wěn)定 、 調(diào)節(jié) 響應速度快，對煤粉適應能力強。 3． 失重 式 喂料 機 和沖量式流量計喂料 機 失重式喂料機通過 調(diào)節(jié) 其 電機的運轉(zhuǎn) 速率來修正的 差 值 ， 從而可以 使系統(tǒng) 均勻 、 準確 、 連續(xù) 的給窯頭喂煤 。目前國內(nèi)水泥廠 使用的煤粉計量與控制設備中，都由 國外供貨， 由于外國廠商對自己的獨有設備具有嚴格的保密，我們無法獲取相關設備信息，就造成了國內(nèi)壟斷的局面，設備價格高昂、維修困難、通用性差等等，給我過的水泥生產(chǎn)帶來許多不必要的麻煩，對水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來了很大的制約，而國內(nèi)的水泥生產(chǎn)過程中的窯頭喂煤設備計量不準確，系統(tǒng)不穩(wěn)定，可靠性差等等都需要大步的提升[8]。如 轉(zhuǎn)子秤、 PLC、傳感器、開關電源、羅茨風機、觸摸屏、變頻器等等 。 轉(zhuǎn)子秤中的 荷重傳感器能準確的測出 轉(zhuǎn)子 盤 中煤粉的重量，并 將洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 相應的 重量信號 輸送給 PLC，該 重量 信號 又 與轉(zhuǎn)子 秤 電機 的轉(zhuǎn)速信號經(jīng) 控制 系統(tǒng)處理 后 得到煤粉的 瞬時 流量， 再 經(jīng) 過 PLC 中自帶的 P ID 快速 運算處理 ， 最后再 通過 變頻器 調(diào)節(jié) 喂料機 電機 的轉(zhuǎn)速， 進而 調(diào)整 整個系統(tǒng)的喂煤量 ， 實現(xiàn)煤粉的定量給料 。 3. 煤粉稱 量范圍要寬， 喂料機 在 大 幅度 改變喂煤量 時 ， 系統(tǒng)的 計量精度 仍能保持不變 ， 本 系統(tǒng)的 控制 精度為 5‰ 。但價格 較 昂貴 ， 安裝 不便， 維護 困難 。 綜合 PLC 選型 的規(guī)則及本 系統(tǒng) I/O 口的需求，三菱 FX2N32MR001基本單元帶 有 16 點 繼電器 I/O 端口 ， 分析后可得出其 能夠 滿足系統(tǒng) 的控制要求，因此 可 選其作為 本系統(tǒng)的基本 控制核心。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 變頻器 系統(tǒng)對喂料機 電機 和轉(zhuǎn)子秤 電機轉(zhuǎn)速 的控制精度要求較高， 因此我們引入變頻器對 兩者 電機 的 轉(zhuǎn)速進行 精密 控制。/min。由于本系統(tǒng)要求系統(tǒng)控制精度達到 5‰，那么 本系統(tǒng)選用的 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換器精度就 要達到 1‰， 12 位的控制精度 ‰ 12 ? ； 而 8 位的控制精度則為 ‰ 8 ? ，不能滿足要求。 GT10 系列 人機界面 優(yōu)點有很多，如 HMI 結(jié)構(gòu)簡潔 ，但 內(nèi)部處理 功能 強大， 標準 配方功能 實用性很強 ，方便 加工 存儲數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)運行過程中 運用三菱 PLC 完成 各種 實時 任務，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的 連續(xù) 稱 量和定量 喂煤 。 NLBT31 是現(xiàn)場按鈕盒， 手動、自動 模式可任意 切換 操作，在出現(xiàn)故障時，工作人員在得到確切信息后可手動切換到手動操作狀態(tài)，以盡快修復電機的運轉(zhuǎn)，保證不影響工廠的正常生產(chǎn)。這樣做的目的是清空轉(zhuǎn)子秤中 剩余 的 煤粉，避免影響此次及下次工作時喂煤的精度，同時也避免了煤粉的長期堆積對機器造成影響 。 該 控制變壓器 能耗 小、 使用方便 、 器件安全可靠 ， 適用于交流 50— 60Hz， 額定輸入電壓 小于 500V， 額定 輸出 電壓 小于 220V 的 各類 廠房 機床、機械設備 的控制操作 。 接線： 接線應嚴格控制各種器件的走線布局，避免分開接線的線路放置一起走線引起線路不適。在開始信號發(fā)出后，系統(tǒng)處于備妥狀態(tài)，并且開始調(diào)用 PID 程序，以對我們所設定的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，能夠得出準確的臺式流量、瞬時流量、累積量等等，幫助我們實時給予轉(zhuǎn)子秤電機進行調(diào)制控制， 使喂煤精度達到要求 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 23 開 始P I D 程 序 監(jiān) 視轉(zhuǎn) 子 秤 電 機 = 設 定 轉(zhuǎn)速 ？轉(zhuǎn) 子 秤 電 機 ＜ 設 定轉(zhuǎn) 速 ？電 機 加 速 轉(zhuǎn) 動電 機 減 速 轉(zhuǎn) 動結(jié) 束 處 理結(jié) 束Y NNY 圖 42 PID 調(diào)制程序流程 圖 系統(tǒng)程序梯形圖 電機啟停梯形圖 本系統(tǒng)要求三臺電機的啟動為 DCS 發(fā)出驅(qū)動信號之后啟動，當工作完成，停止運行時，要求喂料電機先停止，轉(zhuǎn)子秤電機和羅茨風機延時兩秒后停止，這樣做是為了清空轉(zhuǎn)子秤中余料。 在本設計中， PID 也是控制系統(tǒng)精確度的可信部分。 PID 控制表達式為 ： ?????? ???? tItDDdTddTK ?? ? 1K P輸出值 Kp：由 S3+3 的值決定 ， 能及時 產(chǎn)生與 偏差成正比 的調(diào)節(jié) 作用 。 PID 調(diào)制梯形圖如圖 48 所示。輔助繼電器 M2 線圈 立即斷電 ，喂料電機 Y002 也立即 停止工作， 隨后 輔助繼電器 M1 的 線圈得電， 時間繼電器 T0、 T1 計時 開始， 2s 過 后， 時間繼電器 T0 和 T1 斷開，羅茨風 機Y000 和轉(zhuǎn)子秤電機 Y001 也停止工作。 系統(tǒng)組態(tài)設計制作 系統(tǒng)組態(tài)制作 組態(tài)工程 雙擊桌面組態(tài)王圖標，打開工程管理器，點擊新建組態(tài)王工程，首先指定新建工程的所在目錄，然后輸入自己所要 建立工程的名稱，在“工程管理器”的目錄中就有了自己的工程，點擊完成我們所需要的“水泥廠窯頭喂煤設計”工程。外部設備如 PLC 是通過串行口與上位機如電腦進行數(shù)據(jù)的交換。換言之，只有先定義好數(shù)據(jù)庫，才能實現(xiàn)動畫連接以求達到控制目的。 系統(tǒng)組態(tài)畫面 組態(tài)畫面中包含兩個按鈕啟動和停止、 3 臺電機和 3 臺電機的運行指示燈，即 Y0000 為羅茨風機， Y0001 變頻為轉(zhuǎn)子秤電機， Y0002 變頻為喂洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 35 料電機。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 36 圖 57 啟動運行畫面 開始運行后，系統(tǒng)進入組態(tài)畫面， 即電機運轉(zhuǎn)正常， “實際速度”，“實際重量”顯示窗口顯示當前的轉(zhuǎn)子秤速度和當前測得的重量 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 39 謝 辭 在近 3 個月的畢業(yè)設計過 程中，我 得 到了來自老師和 同學們的極大 幫助， 在此一并表示 我誠摯的謝意 。 在設計過程中，熟悉了水泥廠窯頭喂煤的過程，了解了 PLC 的 運用及其特性， 通過分析 水泥廠窯頭喂煤 系統(tǒng) 的 數(shù)據(jù)采集 過程 ， 使我 對傳感器、放大器， A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換單元傳輸和轉(zhuǎn)換也有了一定的了解。 再接上PLC 進行連機調(diào)試 ,模擬運行 電機結(jié)果與 PLC 梯形圖運行的結(jié)果是一樣的 。 圖 54 結(jié)構(gòu)變量定義 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 34 在數(shù)據(jù)詞典中我們 根據(jù)系統(tǒng)的需要定義了幾組變量，各變量如圖 55所示。選中 COM1 口后，雙擊“新建”，彈出“設備配置向?qū)А贝翱?，在彈出窗口中選中“ PLC/三菱 /FX2N_485/COM” ，選中后點擊“下一步”，為安裝設備起一邏輯名稱為“新 I/O 設備”，單擊“下一步”，彈出選擇串口號窗口，選擇“ COM1” ,單擊“下一步”，彈出設備配置設置指南窗口，將地址改為 00，然后單擊“下一步”直至“完成”。 系統(tǒng)為用戶提供了工具箱、調(diào)色板、導航圖、線性、畫刷類型以及圖庫等。 圖 412 PID 模擬運行 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 31 第 5 章 系統(tǒng)組態(tài)設計 組態(tài)軟件介紹 組態(tài) 是 系統(tǒng) 模塊化任意組合 而成的 ， 常用的組態(tài)軟件有 MCGE、 組態(tài)王、力控、昆侖通態(tài)、紫金橋、世紀星等國內(nèi)軟件 。梯形圖無誤顯示界面如圖 49 所示 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 27 PID 參數(shù)整定 的 步驟如下： 置調(diào)節(jié)器 Ti 到最大值， Td 為零，比例帶置較大值，使控制系統(tǒng)投入運行 ； 待系統(tǒng)穩(wěn)定后運行后，逐漸減小比例帶， 直到系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩 ，記下此時的臨界比例帶和臨界振蕩周期 ； 利 用臨界比例帶和振蕩周期的數(shù)值按照相應的公式計算出整定參數(shù)值 。相對 于使用硬件來達到模擬控制， 其價格便洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 宜很 多。輔助繼電器 M2 線圈得電，常開 開關 閉合，發(fā)生自鎖，喂料電機運轉(zhuǎn)。 在 PID 程序監(jiān)視下，如果轉(zhuǎn)子秤電機轉(zhuǎn)速正常，即在誤差允許范圍內(nèi)的等于設定轉(zhuǎn)速，則 PID 程序不需要對其進行調(diào)制，但必須保持實時監(jiān)視，直至整個程序 運行結(jié)束。 空 氣開關 熔斷器風機工業(yè)空調(diào)電源指示燈綠 紅隔離變壓器線槽 P L C 開關電源線槽 輸出繼電器組進出線端子排 變頻器 熱繼電器隔離開關啟動停止 圖 36 控制