【正文】 總開關 QF1 閉合，系統(tǒng)開始準備工作，變頻器開始運行，選擇設定好的運行頻率，且變頻有效，系統(tǒng)處于備妥狀態(tài)。電機由工業(yè)用電的 380V 電源 直接 供電，而 PLC 和 開關電源都 需要由 220V 電源 供電， 因此 它們需要 的 電源由 380V 經(jīng)過變壓 器變壓 提供。 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 控制柜布局圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 21 第 4 章 軟件設計 軟件設計是整個控制系統(tǒng)的核心，所有的硬件都是由軟件進行驅(qū)動連接的，這樣才 能構成 控制系統(tǒng)對于實際生產(chǎn)的控制。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)。 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 。 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 。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”。 再接上PLC 進行連機調(diào)試 ,模擬運行 電機結果與 PLC 梯形圖運行的結果是一樣的 。 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 。 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。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。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。 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 。 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 束 處 理結 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。 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。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 。 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 。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。 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。但價格 較 昂貴 ， 安裝 不便， 維護 困難 。 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 。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]。 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。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 。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]。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。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 。 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。 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) 。因此 我們 選用 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換單元 或 D/A轉(zhuǎn)換單元 。 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。 羅茨風機控制原理圖如圖 33 所示。 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 。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 結束指令。 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。 其邏輯測試結果如圖 411 所示。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 。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。 本論文 是在導師葛運旺教授的精 心指導下完成的。 圖 56 系統(tǒng)組態(tài)畫面 系統(tǒng)組態(tài)運行 對控制系統(tǒng) 動畫 狀態(tài) 和 煤粉流程進行檢查， 對 水泥廠窯頭喂煤 控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試， 系統(tǒng)運行 后 ,可 出現(xiàn) 系統(tǒng)最先預想的 動畫效果。在本次設計中選用 的是設備菜單欄下的COM1 口。 PID 進行模擬運行如圖 412 所示。 Ts： 由 S3 的值決定， Ts 值的設定 遠遠小于系統(tǒng)階躍響應的純滯后時間或上升時間。 啟動：在 X000 強制 閉合后，輔助繼電器 M0 線圈得電， M0 常開 開關閉合， 發(fā)生自鎖；與此同時，轉(zhuǎn)子秤電機 Y001 與羅茨風機 Y000 同步運轉(zhuǎn) 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 20 考慮到以上各種要求，以及結合本設計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 。 系統(tǒng)供電電路分析設計 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。 喂料機電機控制原理圖如圖 31 所示。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 。 此變頻器 輸入 3 相 380V 、 50Hz的 交流電壓 。％ 。 控制要求與控制目標 控制要求 本系統(tǒng) 設計 以三菱 系列 FX2N 的 PLC 為控制核心，用以實現(xiàn) 圓盤喂料機的自動控制與相應參數(shù)的 PID 調(diào)節(jié)， 通過 轉(zhuǎn)子秤上的 荷重傳感器 檢 測出流經(jīng)煤粉的 重量 ，輸出重量 信號，通過 變頻器可直接得出 轉(zhuǎn)子 秤 轉(zhuǎn)速信號，也 通過變頻器實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子秤電機轉(zhuǎn)速的控制，通過控制屏顯示瞬時流量、給定流量、累積量、荷重、轉(zhuǎn)速等過程參數(shù)，并能通過顯示屏設定和改變過程參數(shù) 獲得所需要的臺時產(chǎn)量 ，且 本系統(tǒng)要求系 統(tǒng)的控制精度為 5‰。 設計方案 本設計 中， 轉(zhuǎn)子秤煤粉 計量控制系統(tǒng)主要包括粉煤倉、稱重傳感器、煤粉喂料機、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 1． 稱重皮帶機 稱重皮帶機中的 皮帶秤是安裝在皮帶輸送機上的動態(tài)稱重儀表，對放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù) 移動 的松散物料進行 稱 重 。 本設計方案中， 轉(zhuǎn)子秤煤粉 計量控制系統(tǒng)主要包括粉煤倉、稱重傳感器、煤粉喂料機、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 關鍵詞： 轉(zhuǎn)子秤 ， PLC， PID， 喂煤系統(tǒng) ， A/D 轉(zhuǎn)換 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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。 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 至關重要 。 又 由于 不斷地 從國外引進 高效率輥壓機和新的高效選粉機 ,因此 新出現(xiàn)的 喂料設備 —— 喂料轉(zhuǎn)子秤 的研發(fā) 也就 勢在必行 [7 ]。 窯頭喂煤控制系統(tǒng)控制流程如圖 21。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤以先進的前饋控制技術，強勁的功能深得用戶的信賴。 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。 在此我們就需要在輸入 和 輸出端加入A/D 及 D/A 模擬量擴展模塊。 喂煤系統(tǒng)控制原理圖 如圖 22 所示。 羅茨風機電機控制 羅茨電機的控制主要是對風速的需要來設定的，羅茨風機主要是將煤粉吹入窯頭內(nèi)，因此不再需要變頻器對其進行轉(zhuǎn)速控制。 在安裝控制柜的過程中我們要注意很多的事項 ， 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、實用性，方便設備操作人員操作和進行日常的維護檢修。 PID 控制能很好的幫助我們利用軟件完成我們對于電機轉(zhuǎn)速的處理。 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、 積分時間常數(shù) Ti、 微分時間常數(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 。其邏輯測試結果如圖 410 所示。工具箱的功能很強大，它有很多的優(yōu)點，不僅降低了設計畫面的難度，也統(tǒng)一了畫面的外觀。點擊選中我們需要設置的圖像對象，對其進行動畫連接