洛阳理工学院毕业设计（论文）基于三菱PLC的水泥厂窑头喂煤系统设计摘 要随着建筑行业的不断发展，其对水泥产量和质量的要求也越来越高。水泥煅烧是水泥生产过程中及其重要的部分，喂煤系统中煤粉的连续、均匀喂料是煅烧工作的基础。由于国外喂煤系统控制的核心、编程语言及许多元器件国内没有替代品，日常难以维护，因此本设计将采用国内的高性价比元器件和通用的三菱PLC代替国外喂煤系统中的部分。本喂煤系统控制目标是能够向窑头连续、均匀的喂煤，并实现5的喂煤精度。本设计以三菱PLC为控制核心，转子秤通过称重传感器测出其中煤粉的重量，同时转子盘的旋转速度也通过变频器得出，PLC通过高速脉冲测量单元和A/D转换单元将煤粉的重量和速度的转化为数字量，经系统运算处理后得出煤粉瞬时流量，并与给定量进行比较，再经PID算法，最终达到瞬时流量跟踪给定流量的最佳控制效果。关键词：转子秤，PLC，PID，喂煤系统，A/D转换 The cement kiln head feeding coal system based on mitsubishi PLC designABSTRACTWith the continuous development of construction industry, the requirement for the production and quality of cement is becoming more and higher. And cement calcination is crucial steps in the process of cement production; coal feeding system of the continuous, uniform feeding is the basis of calcination work.Because there is no domestic substitute for foreign coal feeding system control core, program languages, and many devices .It is difficult to maintain daily, so this design will use domestic cost-effective components and universal parts of the Mitsubishi PLC instead of feeding coal system abroad.The kiln head control goal of the coal feeding system is to be able to continuous and uniform feeding coal, and implement 5 precision of feed coal. This design use Mitsubishi PLC as the control core, the trochanter through weighing sensor to measure the weight of the rotor in the pulverized coal, at the same time, the rotating speed of rotor drum through transducer, PLC use high-speed pulse measurement unit and A/D conversion unit converted weight and speed to digital quantity, and after the system processing coal instantaneous flow, and comparing with quantitative, then through PID algorithm, and finally achieve the optimal control of a effect that transient flow tract given flow.KEY WORDS: Rotor balance，PLC，PID，Coal feeding system，A/D conversion5目录前言1第1章 概述21.1研究的现状21.1.1 水泥产业发展现状21.1.2 水泥生产喂煤装置简介21.2研究的意义31.2.1 传统水泥生产喂煤装置31.2.2 新型水泥生产喂煤装置的研发意义41.3设计方案41.4论文的主要工作及章节安排5第2章 控制原理与总体设计62.1 控制流程与工作原理分析62.2 控制要求与控制目标72.2.1 控制要求72.2.2 控制目标72.3设备选型82.3.1 转子秤82.3.2 PLC选型82.3.3 荷重传感器92.3.4 速度传感器92.3.5 变频器92.3.6 罗茨风机102.3.7 开关电源102.3.8 模拟量扩展模块102.3.9人机界面112.4 总体设计方案11第3章 系统硬件设计133.1 系统电路分析设计133.2 系统供电电路分析设计163.3 PLC外围接线分析设计163.4 控制柜布局分析设计18第4章 软件设计204.1 程序流程图204.1.1 主程序流程图204.1.2 PID调制程序流程图214.2 系统程序梯形图224.2.1 电机启停梯形图224.2.2 PID参数设定梯形图244.2.3 PID调制梯形图264.3 梯形图逻辑测试27第5章 系统组态设计305.1 组态软件介绍305.2 系统组态设计制作305.2.1 系统组态制作305.2.2 系统组态画面335.3 系统组态运行33结论36谢 辞37参考文献38附录39前言在中国乃至世界上的建筑行业中，水泥都是有史以来就是最不可或缺的建筑材料。水泥产业的发展在我国的基础设施建设及经济发展中不可或缺，也成为了衡量一个国家发展水平及综合实力的重要指标之一。在水泥的煅烧过程中，在稳定水泥热工制度中尤为重要的是燃烧器的煤粉计量喂料装置，煤粉是否能够充分燃烧取决于转子秤供给煤粉量的均匀稳定，因此煤粉计量在喂料过程中对水泥生产来说至关重要。水泥厂窑头喂煤的煤粉称量和适当控制对窑头的稳定以及水泥熟料的产量及质量的提升，水泥生产的过程自动化的加强都起到积极的影响。本设计方案中，转子秤煤粉计量控制系统主要包括粉煤仓、称重传感器、煤粉喂料机、转子秤和电气控制器件等。煤粉由螺旋喂料机从粉煤仓中均匀稳定地喂入转子称，转子称内的转子盘带着煤粉转动，转子盘上煤粉的重量通过转子秤内称重传感器精准测出，然后经过放大、A/D转换输送到PLC的模拟量输入端口，进入数据处理中心进行数据处理，同时转子秤的转速也由变频器的实时数据值传输到PLC的高速脉冲测量单元经过一定的数据处理。PLC通过高速脉冲测量单元和A/D转换单元将速度和重量转化为数字量，经过运算处理后得出煤粉瞬时流量，并与用户已设定的台式流量所需要的给定量进行比较，再经PID运算得出电机调节数据，调整转速数据值经D/A转换单元转换成标准电流信号经过变频器去控制喂料机电机和转子称电机的转速，最终达到煤粉瞬时流量与由台时流量所设定的给定流量的误差小于控制精度的最佳控制效果。现代高科技技术含量的三菱PLC测控控制系统在被用于窑头喂煤控制系统时，负责完成各种实时任务，实现整个窑头喂煤控制系统的连续称量和定量喂煤，实现水泥厂窑头喂煤控制系统的连续化、均匀化，并实现5的喂煤精度。第1章 概述1.1研究的现状1.1.1 水泥产业发展现状水泥，粉状水硬性无机胶凝材料，在建筑行业中能把砂、石、灰等建筑材料牢固地胶结在一起起到黏固的作用。在中国乃至世界上的建筑行业中，水泥都是有史以来最不可或缺的建筑材料。近年来，我国水泥产业发展势头迅猛，高科技技术含量的水泥生产线不断地投入使用，全国水泥产量增速世界首屈一指1。中国目前在全球水泥生产数据统计中独占鳌头。从水泥生产线来看，2012年我国新增水泥熟料生产线124条， 2013年我国新增水泥熟料生产线72条2；从行业产量看来，我国水泥产量逐年增长，在“十五”期间，我国全社会固定资产投资保持年平均20%以上的飞速增长，有力的拉动了水泥的生产和消费，因此水泥生产企业得到了快速发3。目前就我国水泥企业的数量而言，7000余家的水泥生产企业在世界范围内也是屈指可数，水泥行业的年产量就占据了全世界水泥年产量的半壁江山4。1.1.2 水泥生产喂煤装置简介水泥生产工艺主要包括：水泥原料破碎和预均化、生料制备、预热分解、熟料煅烧、粉磨、包装。在水泥的熟料煅烧过程中，在稳定水泥热工制度中尤为重要的是燃烧器的煤粉喂料计量装置，煤粉是否能够充分燃烧取决于转子秤供给煤粉量是否均匀稳定，因此喂料装置的称重测量对水泥煅烧来说是至关重要。窑头喂煤系统喂煤量的计量不准确不仅会造成后续窑头烧成系统对于煤粉的不充分燃烧，还有可能直接影响整个水泥厂的生产产量甚至停窑事故，进而影响到工厂的经济效益。因此, 我们选用的摇头喂煤控制系统要控制精度高，称重计量准确，系统稳定、调节响应速度快，对煤粉适应能力强。这样既可以提高水泥熟料的产量和质量,又能节约水泥原料,降低生产成本5。1.2研究的意义1.2.1 传统水泥生产喂煤装置在我国水泥生产过程中,传统的煤粉喂料计量装置大多采用称重皮带机、螺旋喂料机、失重式喂料机和冲量式流量计喂料机。1称重皮带机称重皮带机中的皮带秤是安装在皮带输送机上的动态称重仪表，对放置在皮带上并随皮带连续移动的松散物料进行称重。传统的煤粉称重皮带机固定设备投资大,维修不便，效益增长缓慢，对皮带机密封性要求高，且具有防爆装置,对安装有一定的要求，不方便其广泛使用，于此同时煤粉粘连在输送带的皮带秤上会引起零点漂移,导致测量结果不准确。2螺旋喂料机螺旋喂料机通过称重桥架把经过的物料进行重量检测，用来称重胶带上的煤粉重量，装在胶带尾部的速度传感器测量喂料机电机的转速，然后将重量信号和速度信号一起送至螺旋喂料机的控制核心，经过一定的处理后，就可以及时的测量出流经煤粉的瞬时流量。但螺旋喂料机不宜输送易变质、粘性大、易结块的物料，因为这些物料会粘结在螺旋上，停止移动并随之旋转或者在吊轴承处形成物料的积塞，从使螺旋喂料机不能正常工作。因此, 螺旋喂料机也不是理想的煤粉称重装置。3失重式喂料机和冲量式流量计喂料机失重式喂料机通过调节其电机的运转速率来修正的差值，从而可以使系统均匀、准确、连续的给窑头喂煤。失重式喂料系统需要有减振设施或无弹性平台,这大大增加了水泥厂原始投资，同时系统在开始喂煤阶段,有时由于无规则测容的操作，会出现安全意外。冲量式流量计喂料机利用由来自喂料机煤粉的重力对特定冲击板的重力分量对流经煤粉进行重量检测的,由于是间接测重煤粉重量,所以测量不准确,而且对煤粉要求较高，稍微有不确定因素的进入，就会导致系统计量不准确甚至停机影响生产。由此可见，失重式喂料系统和冲量式流量计喂料系统也不是理想的喂煤装置6。1.2.2 新型水泥生产喂煤装置的研发意义随着技术的发展以及水泥产品的要求不断地提高，必将不断的出现新的水泥生产喂煤装置