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1、 畢業(yè)設計方案 題 目 水泥粉磨DCS控制系統(tǒng) ——配料控制系統(tǒng)的設計與實現 學 院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 生 學 號 指導教師 二〇一三 年 四 月 二 日 畢業(yè)設計方案 學院

2、 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學生 學號 設計題目水泥粉磨DCS控制系統(tǒng)——配料控制系統(tǒng)的設計與實現 一、 選題背景與意義 1.背景現狀 工業(yè)自動化技術，能夠對工業(yè)生產過程實現檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理、和決策的綜合性技術。而在水泥工業(yè)中應用尤為顯著，自1824年水泥誕生并實際應用以來，水泥工業(yè)經歷多次變革，工藝和設備不斷改進。1877年回轉窯燒制水泥熟料獲得專利權；1905年濕法回轉窯出現；1910年實現了立窯機械化連續(xù)化生產；1928年立波爾窯投入生產；1950年懸浮預熱器窯的發(fā)明使熟料熱耗

3、大幅度降低；1971年開發(fā)的水泥窯外分解技術，揭開了現代水泥工業(yè)的新篇章，形成了新型的干法水泥生產技術；近幾年，大型PLC產品和集散系統(tǒng)的應用，使水泥的生產控制又有了進一步的提高。我國水泥工業(yè)自1889年創(chuàng)立工廠，迄今已經有100多年的歷史。 我國的水泥工業(yè)發(fā)展的十分迅速，在70-80年代，我國自行開發(fā)的日產700t 、1000t、1200t、2000t熟料的預分解窯生產線相繼投產。從1978年起，相繼從國外引進一批2000~4000t熟料的預分解窯生產線成套設備，迅速提高了我國的新型干法技術水平。經過技術攻關和科技創(chuàng)新，我國已經在主要經濟技術指標達到了國際先進水平。在水泥產量上看，從198

4、5年水泥年產量躍居世界第一以來，已經持續(xù)保持水泥年產量居世界首位多年。 2.目的意義： DCS系統(tǒng)在結構上將管理監(jiān)控、實時控制、數據采集等功能分散到不同的計算機中，每臺計算機均采用高性能的專業(yè)工業(yè)控制計算機，必要時采用冗余熱備技術，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。利用計算機組態(tài)和圖形化技術可以方便地實現整個系統(tǒng)功能的模塊化組態(tài) 隨著計算機技術的高速發(fā)展、成本的大幅降低以及可靠性的不斷提高，使計算機及相關技術在水泥生產控制領域獲得了極為廣泛的應用，分散控制系統(tǒng)—DCS亦隨之誕生。 DCS系統(tǒng)集計算機技術、測量控制技術、網絡通訊技術和CRT/TFT圖象顯示技術為一體，在結構上將管理監(jiān)控、實時控制

5、、數據采集等功能分散到不同的計算機中，每臺計算機均采用高性能的專業(yè)工業(yè)控制計算機，必要時采用冗余熱備技術，從而保證了系統(tǒng)的可靠性。利用計算機組態(tài)和圖形化技術可以方便地實現整個系統(tǒng)功能的模塊化組態(tài) 水泥配料的好壞直接影響到水泥的質量與產量。通過對配料控制系統(tǒng)的研究，可使生產過程實現自動化操作，既節(jié)省人力、物力又降低生產成本，通過利用工程機和AC800F等硬件，應用Industrial IT系統(tǒng) CBF、Digvis組態(tài)軟件做開發(fā)環(huán)境，利用PID等控制算法實現粉磨配料生產環(huán)節(jié)的自動控制，對配料生產環(huán)節(jié)中的生產情況進行實時監(jiān)控。因此掌握DCS系統(tǒng)的集成及控制方法有重要意義。 二、設計內容

6、設計內容： 1. 熟悉水泥粉磨——配料生產工藝流程、電氣要求及電器控制電路、掌握Industrial IT系統(tǒng)的硬件以及CBF、Digivis組態(tài)軟件等、 2. 通過CBF組態(tài)軟件進行編程，實現對配料生產環(huán)節(jié)中設備運行的啟停監(jiān)控、模擬量顯示、超越報警、歷史趨勢顯示，動態(tài)顯示工藝流程圖畫面及各畫面之間的自由切換；能根據工藝要求，自動控制配料生產環(huán)節(jié)中各物料的下料量。 3. 進行系統(tǒng)方案設計與選型。 4. 確定系統(tǒng)變量表、內外部接線圖及I\O通道分配。 5. 設計配料控制系統(tǒng)界面。 6. 進行系統(tǒng)程序開發(fā)及系統(tǒng)軟硬件仿真調試。 預期結果： 1. 工藝流程設定啟停 2. 工藝流程緊

7、急停止和報警 3. 熟料倉自動控制 4. 各種物料流量反饋、累計 三、設計方案 水泥粉磨的原料由孰料、石灰膏、混合材料按一定比例組成，所以其配料的自動控制實際上是一種比值控制系統(tǒng)。本設計內容主要是利用AC800F現場控制器，根據工藝要求，采用比值控制算法，通過對臺時產量的設定，實現粉墨生產環(huán)節(jié)的各種物料的科學配比，合理控制各種物料的下料量。其工藝流程圖見圖1。 圖1 水泥配料工藝流程 此控制方案采用DCS集散控制，DCS網絡結構主要有現場控制級、過程控制級、生產管理級、工廠總體管理和經營管理級等組成。其網絡結構圖見圖2。 采用DCS控制系統(tǒng)，其構成方式十分靈活，，可以

8、由專門的管理計算機站、操作員站、工程師站、現場控制站、記錄站和數據采集站等組成，也可由通用它的服務器、工業(yè)控制級計算機和可編程控制器（PLC）構成。 處于最底層的過程控制級別一般由分散的現場控制站、數據采集站等就地實時的實現數據采集和控制，并通過數據通訊網絡傳送到生產監(jiān)控計算機。 圖2 DCS網絡結構 水泥配料的工藝結構中主要由兩大部分組成：一是機械部分，其中包括原料庫，駐傳送皮帶，定料給料機和棒型閥門等的控制；二是微機控制部分，其中主要包括工業(yè)控制微機一臺，流量傳感器，變頻放大驅動器，以及電機起、停、故障顯示、流量累計、趨勢顯示等。 水泥配料的主要工藝流程為：將水泥生產所需

9、的各原料石灰石、熟料、礦渣和矯正原料分別存在原料庫中，通過棒型閥門將原料送給定料給料機，由傳感器測出各種物料的下料量，并轉換為電信號傳給調節(jié)器，調節(jié)器再將調節(jié)信號輸出給變頻器，構成閉環(huán)回路，以調節(jié)定料給料機的速度，使定料給料機的流量穩(wěn)定在某一固定值上。定料給料機再將各種原料按照一定的比例由住傳送帶送入磨機，經生料粉墨成生料。 在水泥配料的生產工藝中，將不同的物料按照一定的比例進行配合，由定料給料機來對調配的各種物料的流量就行監(jiān)測計算。PLC主要完成對皮帶輸送設備，設備起停系統(tǒng)，定料給料稱重系統(tǒng)進行實時監(jiān)測控制，并對系統(tǒng)故障進行監(jiān)測和報警，并向變頻器輸送信號，進一步調節(jié)皮帶秤和膠帶輸送機的轉速

10、，來實現配料工藝整個工藝的自動化。 本設計中的主要思路為： 1．根據系統(tǒng)設備表和工藝流程圖，大致確定系統(tǒng)的各種模擬量和數字量，并根據這些變量，制定系統(tǒng)的點號表； 2．在CBF里，建立項目樹，并對其進行硬件配置； 3．對配置好的硬件中的FI830進行I/O通道分配，分別插入DI801，DO801，AI801和AO801，并對插入的這些DI，DO，AI，AO模塊進行I/O編輯，將前面確定的點號表中的變量輸入進去； 4．在CBF中進行軟件編程，實現要求中的電機分組起停、流量累計等各種功能； 5．進行用戶界面制作，先做靜態(tài)畫面，然后再進行動態(tài)連接，制作故障顯示等； 6．進行系統(tǒng)仿真，查看

11、各功能是否能夠順利實現。 通過水泥配料系統(tǒng)的設計，希望達到的目的為：根據原料資源情況，進行合理配料，從而盡可能地充分利用礦山資源；確定各原料的配比，計算全廠的物料平衡，作為全廠工藝設計及主機選型的依據；確定各原料、燃料的消耗比例，改善物料易磨性和生料的易燒性，為窯磨創(chuàng)造良好的操作條件，達到優(yōu)質、高產、低消耗的生產目。 通過以上的內容和學習，大致可以做出設計的大綱為： 1．前言 1.1 課題背景和意義 1.2 論文主要內容 2．DCS介紹 2.1 DCS簡介 2.2 DCS結構特點 2.3 DCS發(fā)展過程 3．水泥工藝流程 3.1 水泥配料介紹 3.2 水泥配料控制系

12、統(tǒng)介紹 4水泥配料系統(tǒng)硬件設置 4.1 項目樹建立 4.2 硬件結構配置 4.3 I/O通道分配 5．水泥配料系統(tǒng)軟件編程 7系統(tǒng)仿真調試 四、參考文獻 任林燕 孫雪琴《水泥》 2004年第6期 王真《.板式喂料機與定量給料機速度不匹配的解決方案》水泥工程,2005 蔣慰孫, 俞金壽. 過程控制工程[M ] . 北京: 中國石化出版社, 1999, 3. 宋向輝．智能預測控制在磨機系統(tǒng)中的應用及軟件設計．北京：北京理工大學，2003． 趙敏，許平海．生料質量控制系統(tǒng)在新型干法水泥生產線上的應用．四川水泥，2005,5 惲源世，

13、林平,J．P．BAR等．水泥生料磨機動態(tài)成分控制系統(tǒng)設計．自動化學報， 肖爭鳴，李堅利．水泥生產工藝．北京：化學工業(yè)出版社，2006． 劉建壽，趙紅霞．水泥生產粉碎過程設備嗍．武漢：武漢理工大學出版社，2005． OPC Foundation．OPC DataAccessAutomation Interface Standard version，1999． A1 Chilsholm．OLE for Process Control takes first step to ward data sharing standards． 1996 Isll G H．Shah Hamzei，D．J

14、．Mulvaney．Implementation of all Intelligent Control System RS View 32TM Expanding the world of MMi User Guide, Rockwell Software, 1998. 濟 南 大 學 五、指導教師評語 指導教師（簽字） 201 年 月 日 六、審核意見 系主任（簽字） 201 年 月 日 濟 南 大 學