【正文】 總開(kāi)關(guān) QF1 閉合，系統(tǒng)開(kāi)始準(zhǔn)備工作，變頻器開(kāi)始運(yùn)行，選擇設(shè)定好的運(yùn)行頻率，且變頻有效，系統(tǒng)處于備妥狀態(tài)。電機(jī)由工業(yè)用電的 380V 電源 直接 供電，而 PLC 和 開(kāi)關(guān)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(guò)變壓 器變壓 提供。 空 氣開(kāi)關(guān) 熔斷器風(fēng)機(jī)工業(yè)空調(diào)電源指示燈綠 紅隔離變壓器線槽 P L C 開(kāi)關(guān)電源線槽 輸出繼電器組進(jìn)出線端子排 變頻器 熱繼電器隔離開(kāi)關(guān)啟動(dòng)停止 圖 36 控制柜布局圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，所有的硬件都是由軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)連接的，這樣才 能構(gòu)成 控制系統(tǒng)對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的控制。輔助繼電器 M2 線圈得電，常開(kāi) 開(kāi)關(guān) 閉合，發(fā)生自鎖，喂料電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(yùn)行 ； 待系統(tǒng)穩(wěn)定后運(yùn)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(shí)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(yīng)的公式計(jì)算出整定參數(shù)值 。 圖 412 PID 模擬運(yùn)行 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 5 章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) 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(jì)星等國(guó)內(nèi)軟件 。選中 COM1 口后，雙擊“新建”，彈出“設(shè)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(diǎn)擊“下一步”，為安裝設(shè)備起一邏輯名稱為“新 I/O 設(shè)備”，單擊“下一步”，彈出選擇串口號(hào)窗口，選擇“ COM1” ,單擊“下一步”，彈出設(shè)備配置設(shè)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(jìn)行連機(jī)調(diào)試 ,模擬運(yùn)行 電機(jī)結(jié)果與 PLC 梯形圖運(yùn)行的結(jié)果是一樣的 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 謝 辭 在近 3 個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò) 程中，我 得 到了來(lái)自老師和 同學(xué)們的極大 幫助， 在此一并表示 我誠(chéng)摯的謝意 。 系統(tǒng)組態(tài)畫(huà)面 組態(tài)畫(huà)面中包含兩個(gè)按鈕啟動(dòng)和停止、 3 臺(tái)電機(jī)和 3 臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行指示燈，即 Y0000 為羅茨風(fēng)機(jī)， Y0001 變頻為轉(zhuǎn)子秤電機(jī)， Y0002 變頻為喂洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 料電機(jī)。外部設(shè)備如 PLC 是通過(guò)串行口與上位機(jī)如電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。輔助繼電器 M2 線圈 立即斷電 ，喂料電機(jī) Y002 也立即 停止工作， 隨后 輔助繼電器 M1 的 線圈得電， 時(shí)間繼電器 T0、 T1 計(jì)時(shí) 開(kāi)始， 2s 過(guò) 后， 時(shí)間繼電器 T0 和 T1 斷開(kāi)，羅茨風(fēng) 機(jī)Y000 和轉(zhuǎn)子秤電機(jī) Y001 也停止工作。 PID 控制表達(dá)式為 ： ?????? ???? tItDDdTddTK ?? ? 1K P輸出值 Kp：由 S3+3 的值決定 ， 能及時(shí) 產(chǎn)生與 偏差成正比 的調(diào)節(jié) 作用 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 開(kāi) 始P I D 程 序 監(jiān) 視轉(zhuǎn) 子 秤 電 機(jī) = 設(shè) 定 轉(zhuǎn)速 ？轉(zhuǎn) 子 秤 電 機(jī) ＜ 設(shè) 定轉(zhuǎn) 速 ？電 機(jī) 加 速 轉(zhuǎn) 動(dòng)電 機(jī) 減 速 轉(zhuǎn) 動(dòng)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(jī)啟停梯形圖 本系統(tǒng)要求三臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)為 DCS 發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)之后啟動(dòng)，當(dāng)工作完成，停止運(yùn)行時(shí)，要求喂料電機(jī)先停止，轉(zhuǎn)子秤電機(jī)和羅茨風(fēng)機(jī)延時(shí)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(yīng)嚴(yán)格控制各種器件的走線布局，避免分開(kāi)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(shí)喂煤的精度，同時(shí)也避免了煤粉的長(zhǎng)期堆積對(duì)機(jī)器造成影響 。 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中 運(yùn)用三菱 PLC 完成 各種 實(shí)時(shí) 任務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(dá)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(dá)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 變頻器 系統(tǒng)對(duì)喂料機(jī) 電機(jī) 和轉(zhuǎn)子秤 電機(jī)轉(zhuǎn)速 的控制精度要求較高， 因此我們引入變頻器對(duì) 兩者 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速進(jìn)行 精密 控制。但價(jià)格 較 昂貴 ， 安裝 不便， 維護(hù) 困難 。 轉(zhuǎn)子秤中的 荷重傳感器能準(zhǔn)確的測(cè)出 轉(zhuǎn)子 盤(pán) 中煤粉的重量，并 將洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 相應(yīng)的 重量信號(hào) 輸送給 PLC，該 重量 信號(hào) 又 與轉(zhuǎn)子 秤 電機(jī) 的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng) 控制 系統(tǒng)處理 后 得到煤粉的 瞬時(shí) 流量， 再 經(jīng) 過(guò) PLC 中自帶的 P ID 快速 運(yùn)算處理 ， 最后再 通過(guò) 變頻器 調(diào)節(jié) 喂料機(jī) 電機(jī) 的轉(zhuǎn)速， 進(jìn)而 調(diào)整 整個(gè)系統(tǒng)的喂煤量 ， 實(shí)現(xiàn)煤粉的定量給料 。目前國(guó)內(nèi)水泥廠 使用的煤粉計(jì)量與控制設(shè)備中，都由 國(guó)外供貨， 由于外國(guó)廠商對(duì)自己的獨(dú)有設(shè)備具有嚴(yán)格的保密，我們無(wú)法獲取相關(guān)設(shè)備信息，就造成了國(guó)內(nèi)壟斷的局面，設(shè)備價(jià)格高昂、維修困難、通用性差等等，給我過(guò)的水泥生產(chǎn)帶來(lái)許多不必要的麻煩，對(duì)水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也帶來(lái)了很大的制約，而國(guó)內(nèi)的水泥生產(chǎn)過(guò)程中的窯頭喂煤設(shè)備計(jì)量不準(zhǔn)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(jì)量準(zhǔn)確 ，系統(tǒng) 穩(wěn)定 、 調(diào)節(jié) 響應(yīng)速度快，對(duì)煤粉適應(yīng)能力強(qiáng)。水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 在 我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 及經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺 ，也成為了衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平及綜合實(shí) 力的重要指標(biāo)之一。 在水泥的煅燒過(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計(jì)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(jì)量 在喂料過(guò)程中 對(duì)水泥 生產(chǎn)來(lái)說(shuō)至關(guān)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 水泥 原料 ,降低生產(chǎn)成 本 [5]。因此， 展開(kāi) 對(duì) 水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的 煤粉 稱量 的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)具有極 大的 研究 意義。系統(tǒng) 可以 準(zhǔn)確測(cè)出 喂煤系統(tǒng)的 瞬時(shí)流量、 電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算得 出 累計(jì)流量 、臺(tái)時(shí)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(guò)程中煤粉的連續(xù) 稱量。 本設(shè)計(jì)的 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng) 需要 配 備 2 臺(tái)變頻 器 ， 一臺(tái)拖動(dòng) 和控制 轉(zhuǎn)子秤電機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn) ，另一臺(tái) 拖動(dòng)和控制 喂料 機(jī) 電機(jī) 運(yùn)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(shí)在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)， 也可 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)、均勻的喂煤。 羅茨風(fēng)機(jī)控制原理圖如圖 33 所示。 安裝布局： 控制柜 在 設(shè)計(jì)時(shí)， 一定 要注意 布局的 區(qū)域性，設(shè)備 不同，要求 不同 ， 合理 規(guī)劃 控制柜內(nèi)的布局 。電機(jī)啟停梯形圖如圖 43 所示： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 43 電機(jī)啟停梯形圖 在編程設(shè)計(jì)中用到了 M0、 M M2 三個(gè)輔助繼電器和 T0、 T1 兩個(gè)延洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 時(shí)繼電器， X000 為 程序 開(kāi)始運(yùn)行指令， X001 為 程序 結(jié)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(cè)試結(jié)果如圖 411 所示。因此，外部設(shè)備只有先定義好后，上位機(jī) 和外部設(shè)備的數(shù)據(jù) 交換 才能進(jìn)行 。其中設(shè)定重量輸入框內(nèi)可以輸入對(duì)系 統(tǒng)所設(shè)定的喂煤量，顯示框可顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速及瞬時(shí)重量。 本論文 是在導(dǎo)師葛運(yùn)旺教授的精 心指導(dǎo)下完成的。 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。在本次設(shè)計(jì)中選用 的是設(shè)備菜單欄下的COM1 口。 PID 進(jìn)行模擬運(yùn)行如圖 412 所示。 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。 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) 。 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 。 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。 喂料機(jī)電機(jī)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(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)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)、稱重傳感器、煤粉喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 1． 稱重皮帶機(jī) 稱重皮帶機(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 重 。 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)、稱重傳感器、煤粉喂料機(jī)、轉(zhuǎn)子秤和 電氣控制 器件 等。 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。 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， 因此喂料裝置的稱重測(cè)量 對(duì)水泥煅燒 來(lái)說(shuō)是 至關(guān)重要 。 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 ]。 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(jìn)的前饋控制技術(shù)，強(qiáng)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(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。 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。 喂煤系統(tǒng)控制原理圖 如圖 22 所示。 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。 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。 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。 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 。其邏輯測(cè)試結(jié)果如圖 410 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。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