【文章內(nèi)容簡介】 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‰ 。 4. 系統(tǒng) 自動化程度要高， 在水泥廠各種復(fù)雜的環(huán)境下仍能繼續(xù)保持穩(wěn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 定運行 ，即 適用性要 強(qiáng)， 。 國內(nèi) 水泥廠內(nèi)的 窯頭 喂煤 裝置為了保證 系統(tǒng)的穩(wěn)定都采用德國菲斯特公司生產(chǎn)的煤粉轉(zhuǎn)子秤 ， 由于該 公司 設(shè)備對使用 環(huán)境 和維護(hù) 方式 要求 很 高 ，因此在煤粉輸送過程 中要嚴(yán)格 把控 煤粉 的 質(zhì)量 （純度）和 水分 、 粉 煤倉的材質(zhì) ，要求 密封 、恒 溫 ，同時 秤體消風(fēng) 、 羅茨 風(fēng)機(jī)用風(fēng) 、 助流系統(tǒng)的使 用也需要嚴(yán)格注意。 設(shè)備選型 轉(zhuǎn)子秤 國內(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 也 欲 采用 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤是德國奧格斯堡的菲斯特公司于 1984 年設(shè)計并獲得專利， 于 1985 年用于水泥生產(chǎn)線， 1995 年引進(jìn)中國。目前， 中國水泥行業(yè)約 有 1500 套該轉(zhuǎn)子秤運行在不同 的生產(chǎn)線上。 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。 DRW 系列轉(zhuǎn)子秤 占地 面積小， 稱重 計量準(zhǔn)確，自動調(diào)整 系統(tǒng) 喂 煤 量 。但價格 較 昂貴 ， 安裝 不便， 維護(hù) 困難 。 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。 煤粉從粉煤倉的輸出、稱 重和 直接傳送到氣力輸送管道 的所有過程都 在一個結(jié)構(gòu)簡單的封閉式 機(jī)構(gòu) 內(nèi)完成，此型號轉(zhuǎn)子秤的 計量精度為 177。％ 。 PLC 選型 在窯頭喂煤控制系統(tǒng)中的 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時， 在 詳細(xì)分析 系統(tǒng)的控制目標(biāo) ， 控制要求，輸入輸出 I/O 點數(shù)、 需要 PLC 達(dá)到 的功能 特性 以及 外 接設(shè)備 的特定 特性 要求等等 之后，我們 最終 選擇有較高 性 價比 、高性能 的三菱FX2N 系列 PLC。 三菱 PLC 是當(dāng)今應(yīng)用最廣 泛的 PLC 之一，其 梯形圖 編程簡單 ， 修改方便。 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)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 據(jù)， 可 互 聯(lián) 擴(kuò)展等特點， 能 為 工廠 生產(chǎn)自動化和控制 自動化提供 最理想的控制核心 。 三菱 FX2N 系列 的 PLC 性能 強(qiáng)勁， 外形小巧 ， 高速度 處理 ， 其所有方面都是 FX系列中最高檔次的超小 型、可 滿足多樣化廣泛需要的 PLC程序裝置。 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。 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(yīng)的電信號 來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸 ， 從而達(dá)到測量 荷重 的目的。荷重傳感器是 喂煤控制 系統(tǒng)能夠 持續(xù) 定量 喂煤 的 重要 元 器件 之一 ， 其量程選擇的正確與否將 直接 影響 到系統(tǒng)的計量精度和 喂煤 精度， 我們應(yīng) 盡可能使 從 轉(zhuǎn)子秤 流過的 煤粉 瞬時 荷重 維 持 在荷重傳感器 20%~80%的 受力范圍內(nèi) 。 根據(jù)控制系統(tǒng)的 要求， 決定 選用 西門子公 司的 壓力 荷重 傳感器SIWAREX WL270 CPS SB，本荷重傳感器 設(shè)計 緊湊 ， 適用于安裝在容器計量秤 中 ，額定負(fù)載 有 10t、 20t、 30t 和 50t。 荷重 傳 感器 的形變片的 形變范圍 為 ~， 誤差 177。 % 。 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。 由于本系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子秤電機(jī)和喂料電機(jī)是由變頻器控制的，可直接由變頻器 的相關(guān)數(shù)據(jù)得到 相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號，而羅茨風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)喂煤精度沒有影響，只要其能將煤粉從轉(zhuǎn)子盤卸出后在氣力輸送管道吹至窯頭就可，無需對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 變頻器 系統(tǒng)對喂料機(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 兩者 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速進(jìn)行 精密 控制。 本設(shè)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(jī) 運轉(zhuǎn) ，另一臺 拖動和控制 喂料 機(jī) 電機(jī) 運轉(zhuǎn) 。 根據(jù)系統(tǒng)喂料的臺時流量以及變頻器的高性價比需求，最終 確定 2 臺變頻器都 選用三菱變頻器FR740 系列中的 。 此變頻器 輸入 3 相 380V 、 50Hz的 交流電壓 。 在 閉環(huán)時可進(jìn)行高精度的轉(zhuǎn)矩 /速度 /位置控制 ，因此在控制精度方面能夠滿足系統(tǒng)要求。 羅茨風(fēng)機(jī) 羅茨風(fēng)機(jī) 輸送的風(fēng)量 大小 一般 是由風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速 的大小來 決定的 ， 羅茨風(fēng)機(jī)的選型 要根據(jù) 煤粉 流量、壓頭、葉片以及電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 來決定 我們 的需要 ，另外還要滿足 系統(tǒng)需要 羅茨 風(fēng)機(jī)在安裝、噪音大小等方面的要求。 根據(jù)本系統(tǒng)中的各項參數(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、振動小 ， 體積小 ，控制 精度 較 高，使用 較一般風(fēng)機(jī) 方便 。風(fēng)機(jī)口徑 為 80— 500A，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為5— 350 m179。/min。 開關(guān)電源 三菱 PLC 自帶電源 ， 可 用來給傳感器或 者 擴(kuò)展模塊供電。 若 是 PLC外接 按鈕或行程開關(guān)， 則 可 以直接使用自帶電源 ；若 是 外接 接近開關(guān)或光電開關(guān)，可以 選擇 使用 PLC 內(nèi)部提供的 24V 電源，也可以 使 用 外部 另接24V 電源 對其進(jìn)行 供電。 在 此 我們考慮到外部單元較多，內(nèi)部電源 不能滿足 要求，因此需要選用開關(guān)電源作為外部電源 供電 。因為 PLC 自帶電源 電壓為直流 24V，總電流 也不大，所以擁有 24V/5A 的 一般電源既能滿足要求。 模擬量擴(kuò)展模塊 由于我們選用的 FX2N32MR001 型 PLC 不能直接讀取 荷重 傳感器 和洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 速度傳感器 的標(biāo)準(zhǔn)電信號，因此只有通過模擬量擴(kuò)展模塊將標(biāo)準(zhǔn)的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號才能由 CPU 處理。 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。 A/D 轉(zhuǎn)換器的 控制精度是由其 二進(jìn)制位數(shù) 決定的 ， 二進(jìn)制 位數(shù)越多， 一個單位內(nèi) 所占比例越小， 控制精度越高。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。因此 我們 選用 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換單元 或 D/A轉(zhuǎn)換單元 。 FX2N 常用的模擬量輸入 單元 有 FX2N2AD、 FX2N4AD、 FX2N8AD。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 。 FX2N 常用的模擬量輸出 單元 有 FX2N2DA、 FX2N4DA、 FX2N8DA。我們選擇 FX— 4DA 輸出 單元 ， FX— 4DA 為 4 通道 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換 單元 ，它 可以 通過簡易的調(diào)整 及 PLC 的指令改變模擬量 的 輸出 范圍 ， 是一種具有高精確度的輸出 單元 。 人機(jī)界面 人機(jī)界面是 用戶 和 系統(tǒng) 間進(jìn)行交互 的 媒介，它 可以 實現(xiàn) 系統(tǒng) 內(nèi)部 信息處理 的 形式與人類可 接受 的 形式之間的轉(zhuǎn)換。 由于水泥廠的工 作 環(huán)境復(fù)雜以及使用方便和高性價比的要求， 系統(tǒng) 欲 采用日本三菱 GT1050QBBDC觸摸屏，顯示屏為 英寸 藍(lán)白 16 灰度， DC 電源 。 GT10 系列 人機(jī)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(qiáng)大， 標(biāo)準(zhǔn) 配方功能 實用性很強(qiáng) ，方便 加工 存儲數(shù)據(jù)。支持多 臺互連 ， 人機(jī)界面 內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn) 的 USB，RS232， RS422 接口 。 總體設(shè)計方案 根據(jù)以上設(shè)計要求、控制目標(biāo)及 控制系統(tǒng)的精度要求等，設(shè)計出了 本窯頭喂煤控制系統(tǒng)： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 煤粉的 臺時 流量大小是由轉(zhuǎn)子秤 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 和 測 重 裝置的 荷重傳感器的 共同 決定的 ， 其 轉(zhuǎn)子盤 流經(jīng) 的 煤粉 荷重 通過 荷重傳感器 直接 測得 ， 而轉(zhuǎn)子秤 電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速由變頻器 的相關(guān) 運行數(shù)據(jù) 得出 。 系統(tǒng)將實際 測得的 轉(zhuǎn)子秤電機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)子 盤上的 煤粉的 荷重 的乘積值與 設(shè)計臺時流量轉(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。當(dāng) 轉(zhuǎn)子秤中的 轉(zhuǎn)子 盤 將煤粉 從喂料機(jī) 輸送到 羅茨風(fēng)機(jī)的 氣力輸送區(qū)時，煤粉 立即 被吹送至窯頭。 現(xiàn)代 高科技技術(shù)含量的 三菱 PLC 測控 控制 系統(tǒng) 在 被 用于 窯頭喂煤 控制系統(tǒng)時， 負(fù)責(zé)完成各種 實時 任務(wù)，實現(xiàn)整個 窯頭 喂煤 控制 系統(tǒng)的連續(xù) 稱量和定量 喂 煤 ，實 現(xiàn)水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)的連續(xù)化、均勻化，并實現(xiàn)5‰的喂煤精度。 喂煤系統(tǒng)控制原理圖 如圖 22 所示。 開 關(guān) 電 源D / A 模 塊三 菱 P L CA / D 模 塊荷 重 傳 感 器變 頻 器人 機(jī) 界 面喂 料 機(jī) 電 機(jī)轉(zhuǎn) 子 秤 電 機(jī)速 度 傳 感 器 圖 22 喂煤系統(tǒng)控制原理 圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)電路分析設(shè)計 在基于三菱 PLC 的水泥廠窯頭喂煤控制系統(tǒng)設(shè)計中，我們通過 DCS系統(tǒng)來控制整個控制系統(tǒng)的運行，包括喂料機(jī)電機(jī)、轉(zhuǎn)子秤電機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)電機(jī)三臺電機(jī)的啟動和停止。 系統(tǒng)運行過程中 運用三菱 PLC 完成 各種 實時 任務(wù)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的 連續(xù) 稱 量和定量 喂煤 。 同時在電機(jī)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。 喂料機(jī)電機(jī)控制 在 本 控制系統(tǒng)設(shè)計中，煤粉第一個進(jìn)入的裝置就是喂料機(jī)，因此對喂料 機(jī)電 機(jī) 轉(zhuǎn)速 的控制在整個控制過程中 不可小覷 ， 因此 喂料機(jī)電機(jī)的運轉(zhuǎn)顯得尤為重要。 喂料機(jī)電機(jī)控制原理圖如圖 31 所示。 M3～FU1380V UVWS1KM1HL11NLBT31K1KA11KM1 KA12 HL12KM1 KA12U V WCOM1 DO DI DI DIK1K0DCSKA1 KM1 KH1NQF1COM2KH1KM1變 頻 器M12 4 62 4 62 4 6 1 3 5 1 3 5 1 3 513 2114 23KA121 22 31443441314212295 9796 98131413141314979812驅(qū)動 備妥 應(yīng)答 故障KH1圖 31 喂料機(jī)電機(jī)控制原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 過程分析如下： 總開關(guān) QF1 閉合，系統(tǒng)開始準(zhǔn)備工作，變頻器開始運行，選擇設(shè)定好的運行頻率，且變頻有效，系統(tǒng)處于備妥狀態(tài)。此時備妥信號發(fā)出，過程為 KA1 閉合，繼電器線 圈 KA11 帶電。與此同時 DCS 發(fā)出驅(qū)動信號，繼電器線圈 K1 得電， 繼電器線圈 K1 的常開觸頭 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 常開觸點閉合，喂料 機(jī) 電機(jī)開始運轉(zhuǎn)，同時， 控制回路中 正常運轉(zhuǎn)指示燈 HL11 亮， DCS系統(tǒng) 中 繼電器線圈 KM1 的常開觸頭閉合，發(fā)出應(yīng)答信號表明電機(jī)已正常運轉(zhuǎn)。若出現(xiàn)故障，則熱繼電器 KH1 中常閉開關(guān)斷開，正常運行指示燈滅，DCS 中的常開開關(guān) KH1 閉合，發(fā)出故障信號，此時，由 COM1 端連接的故障信號燈 HL12 亮。 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(fù)電機(jī)的運轉(zhuǎn)，保證不影響工廠的正常生產(chǎn)。 轉(zhuǎn)子秤電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速控制對于整個 系統(tǒng)的控制 準(zhǔn)確度、控制精度都顯得尤為重要。轉(zhuǎn)子秤電機(jī)的控制與喂料機(jī)電機(jī)的控制可謂大同小異，都需要變頻器來精準(zhǔn)的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子秤電機(jī)控制原理圖如圖 32 所示。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 M3～F U 13 8