高爐自動上料（配料）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作電氣自動化專業(yè)論文

1、目錄摘要31第一章 序言321.1課題意義331.2 課題來源341.3國內(nèi)外高爐自動控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和趨勢341.3.1高爐計(jì)算機(jī)控制發(fā)展341.3.2煉鐵自動化技術(shù)的現(xiàn)狀351.3.3高爐自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢351.4畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)361.5 本章小結(jié)36第2章高爐上料生產(chǎn)工藝372. 1高爐上料系統(tǒng)的組成與工作原理372.1.1高爐上料系統(tǒng)自動控制概述382.1.2高爐上料控制系統(tǒng)流程382.2高爐煉鐵生產(chǎn)工藝簡介40第三章 可編程控制器及PID控制413.1可編程控制器413.2 PID控制43第四章 高爐上料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)444.1PLC程序設(shè)計(jì)444.2槽下設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制474.

2、3主卷上料小車的連鎖控制47結(jié)束語49謝辭49參考文獻(xiàn)50摘要在冶金企業(yè)中，高爐給料系統(tǒng)是一個非常重要的復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)。為了保證高爐進(jìn)料的穩(wěn)定、安全、高效工作，高爐進(jìn)料計(jì)算機(jī)自動控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)顯得尤為重要。在提高控制系統(tǒng)控制精度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了高爐進(jìn)給操作的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，為高爐的生產(chǎn)提供了可靠的保證。本文結(jié)合實(shí)際科研項(xiàng)目高爐進(jìn)料系統(tǒng)自動改造，開發(fā)設(shè)計(jì)了一套高爐進(jìn)料生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)。本項(xiàng)目跟蹤國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，采用目前先進(jìn)的無鐘爐具設(shè)備，提高設(shè)備可靠性，降低備件消耗，節(jié)約成本。在國內(nèi)外生產(chǎn)過程控制技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)了可編程控制器控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，PLC作為核心部件，

3、對整個生產(chǎn)線起到監(jiān)控作用，各種電磁閥等機(jī)械部件發(fā)出控制指令，并結(jié)合組態(tài)軟件完成論文的要求。根據(jù)PLC的輸入和輸出點(diǎn)進(jìn)行硬件配置;根據(jù)PLC編程的特點(diǎn)，采用與工廠電路圖最接近的方法梯形圖編制軟件，并將軟件劃分為幾個模塊。通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)操作界面、數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備狀態(tài)、布匹設(shè)置、歷史趨勢、打印管理。用戶可以修改各種數(shù)據(jù)。在原有常規(guī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。采用PID控制對進(jìn)給流量閥進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。采用精確的結(jié)構(gòu)模型對高爐進(jìn)料系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有效地解決了進(jìn)料流量閥相對誤差較大的問題，實(shí)現(xiàn)了快速調(diào)整，為高爐穩(wěn)定高產(chǎn)創(chuàng)造了條件。關(guān)鍵詞：高爐自動上料系統(tǒng)；PLC；PID控制第1章 序言高爐煉鐵在鋼鐵

4、冶金行業(yè)中，是最重要的組成部分。高爐煉鐵 是一個連續(xù)的過程，其通過氧化還原反應(yīng)，將鐵礦石還原生成生 鐵。各種原料包括鐵礦石、焦炭和助熔劑按成分比例，由爐頂加料 裝置批次被送至高爐內(nèi)，爐喉面要維持在一定的高度。鐵礦石和焦 炭在爐中變化成為交替的層狀結(jié)構(gòu)，在下降的過程中，礦石逐漸變 成鐵水和熔渣，聚集在爐中，并定期從釋放口放出。高爐供料系統(tǒng) 是煉鐵生產(chǎn)的重要組成部分，供料系統(tǒng)通過料車分開，分為配料系 統(tǒng)和上料系統(tǒng)前后兩部分，本文主要闡述上料系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)。 1.1課題意義鋼鐵是現(xiàn)代社會工業(yè)生產(chǎn)最重要的原材料之一，鋼鐵工業(yè)是國家基干產(chǎn)業(yè)之一，鋼鐵生產(chǎn)量和質(zhì)量是一個國家先進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要指

5、標(biāo)，全球鋼鐵需求和鋼鐵生產(chǎn)量隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而持續(xù)增長。高爐是以鐵礦石為原料，生產(chǎn)鐵水的主要設(shè)備，鐵水是轉(zhuǎn)爐后制造鋼鐵的主要原料。由于高爐位于煉鐵廠的喉部，必須及時穩(wěn)定地供給合格的鐵水，所以這項(xiàng)穩(wěn)定的工作非常重要。根據(jù)以下的理由：(l)高爐煉鐵非常的消耗能源，是整個鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈上最大的能耗大戶，占到總耗能的60%。因此有效節(jié)能經(jīng)濟(jì)意義很大,而自動化技術(shù)對節(jié)能有關(guān)鍵作用。(2)設(shè)備大型化現(xiàn)代高爐容積都較大,稍不正常就損失很大,而以計(jì)算機(jī)為中心的異常爐況預(yù)報(bào)系統(tǒng)可使工長預(yù)先采取措施,避免事故。(3)工藝連續(xù)化與前后工序關(guān)聯(lián)化。高爐煉鐵要為后續(xù)工序煉鋼提供及時的、優(yōu)質(zhì)的鐵水,后續(xù)工序的產(chǎn)品質(zhì)量、操作都受

6、前列工序來料的影響,沒有自動化和信息化系統(tǒng),難以為后續(xù)工序提供及時的質(zhì)量均一的原料。(4)工藝操作復(fù)雜。高爐為了維持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要有正確的配料并且能夠?qū)⑴淞霞皶r的裝進(jìn)高爐中、保持爐內(nèi)煤氣的流動和爐里燃料的充分接觸，讓爐料可以勻速下降，保持高爐內(nèi)的溫度狀態(tài)，這些要求如果用人工的話是很難來達(dá)到要求的，而且高爐里面是被密封住的，只能借助專業(yè)的檢測設(shè)備才能判斷高爐內(nèi)部的情況，所以自動化的非常必要的。(5)原料用量大,運(yùn)輸量大,且要按嚴(yán)格的配比和順序裝入,沒有自動配料裝料和批重以及水分補(bǔ)正系統(tǒng)不僅耗費(fèi)人力,且無法獲得良好技術(shù)指標(biāo)。(6)設(shè)備要有高的運(yùn)轉(zhuǎn)率同時要長壽。例如要減少高爐的休風(fēng)率,就得自動監(jiān)視

7、設(shè)備狀態(tài),出現(xiàn)故障先兆時就設(shè)法排除。因此，制鐵生產(chǎn)應(yīng)用自動化已成為必然的趨勢，它不僅是制鐵工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志，而且投入生產(chǎn)的比例顯著。高爐加工材料裝置是制鐵制造的重要組成部分，提高了自動化水平，大幅降低了勞動者的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時，依靠原料的精確配合，可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)。通過采用以往的用繼電器來控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對該裝置的控制，不過，體積大、故障率高、對干擾的抵抗能力低、控制不正確，使用壽命短，這些都是存在的缺陷。通過使用現(xiàn)代PLC技術(shù)來控制高爐上料裝置，能夠克服以往的繼電器控制系統(tǒng)的不足點(diǎn)，更加正確地提高工作效率、提高可靠性、降低故障率。1.2 課題來源在頂崗實(shí)習(xí)階段本人帶著

8、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)來到一校企合作科技公司實(shí)習(xí)，接觸到自動化專業(yè)從理論到實(shí)踐的過程，并對自動化這門專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣和進(jìn)一步的認(rèn)識。在頂崗實(shí)習(xí)期間，參加了公司熱熔機(jī)、插針機(jī)和某型汽車軸件加工機(jī)等種類的機(jī)臺安裝與調(diào)試，學(xué)到了許多專業(yè)性技術(shù)，對自動化這門技術(shù)有了一些工作經(jīng)驗(yàn)。尤其是該公司正在使用的高爐上料自動控制系統(tǒng)采用了PLC來控制生產(chǎn)自動化，操作更簡單，也方便了機(jī)器的維護(hù)，受到了公司的重用，用戶的喜愛，能夠?yàn)楣編盹@著的經(jīng)濟(jì)利益。憑借 4 個月的工作經(jīng)驗(yàn)和公司的技術(shù)支持，以及指導(dǎo)老師的幫助下，本人用了 兩個月的時間完成了機(jī)器的組裝，控制設(shè)計(jì)，調(diào)試及操作維護(hù)過程，并在指導(dǎo)老師的安排下，組織開展畢業(yè)論

9、文寫作。1.3國內(nèi)外高爐自動控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和趨勢1.3.1高爐計(jì)算機(jī)控制發(fā)展在高爐生產(chǎn)中使用自動控制是非常早的，最初使用的是簡單的儀器和電子控制裝置。二戰(zhàn)后，自動化技術(shù)和設(shè)備的真正使用開始了。當(dāng)時，自動化基本上由兩部分組成:儀表和氣動傳動，它們幾乎是相互獨(dú)立的。儀器主要是熱參數(shù)測量和簡單的回路控制，以保證正常生產(chǎn)和節(jié)能。電氣設(shè)備主要采用遙控和繼電器聯(lián)鎖，后來發(fā)展到進(jìn)料和配料的控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，該儀器已發(fā)展成為集電氣、氣動、液壓等多種技術(shù)于一體的一體化裝置。在控制電路方面，已發(fā)展成為以電子管和晶體管邏輯電路為基礎(chǔ)的大、中、小型集成電路和大型集成電路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。電傳動，由簡單的調(diào)節(jié)、繼

10、電器鏈發(fā)展為使用交流磁放大器、磁放大器和水晶報(bào)警管。高爐自動化控制在國內(nèi)外都經(jīng)歷了這樣一個技術(shù)發(fā)展過程。因此，為了適應(yīng)信息化的發(fā)展，信息技術(shù)的三大核心技術(shù)信息采集技術(shù)(傳感技術(shù))、信息傳輸技術(shù)(通信技術(shù))和信息處理技術(shù)(計(jì)算機(jī)技術(shù))必須跟上人類信息化發(fā)展的需要。計(jì)算機(jī)控制是當(dāng)今最活躍的技術(shù)之一，在高爐生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都顯示出良好的發(fā)展勢頭。計(jì)算機(jī)控制是高爐自動化的重要標(biāo)志，對提高高爐生產(chǎn)率和生鐵質(zhì)量，降低燃料消耗，延長高爐壽命具有重要作用。1.3.2煉鐵自動化技術(shù)的現(xiàn)狀煉鐵生產(chǎn)自動化包括三個層次:基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化。基本自動化是生產(chǎn)過程自動化最基本的組成部分。它由各種電子、液壓和

11、氣動控制裝置組成，負(fù)責(zé)各種生產(chǎn)工藝參數(shù)和設(shè)備控制的測量和測試。過程自動化是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對煉鐵過程進(jìn)行跟蹤，對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。管理自動化是指企業(yè)對各種資源的有效管理。國內(nèi)鋼鐵行業(yè)裝備的基礎(chǔ)自動化己經(jīng)達(dá)到了較高的水平,根據(jù)中國鋼鐵協(xié)會統(tǒng)計(jì),我國100%的高爐都實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)自動化。PLC、IPC、DCS等信息化裝備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于單一裝備的控制當(dāng)中。高爐自動化系統(tǒng)主要由電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)三部分組成(稱為三電系統(tǒng)EIC),其功能分配如下:(l)計(jì)算機(jī)是整個自動控制系統(tǒng)的人機(jī)界面,通過通訊裝置采集生產(chǎn)數(shù)據(jù),對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、加工處理!輸出控制命令等。(2)儀表控制系統(tǒng)是對高爐在生產(chǎn)過

12、程中的多個參考值如壓力、溫度和成分等進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，還是進(jìn)行主料和輔料、鈦合金等數(shù)值的估量。(3)電氣系統(tǒng)用于對各執(zhí)行元件(各種閥站、輸送皮帶等)進(jìn)行動作控制,并實(shí)現(xiàn)原料裝入順序控制及各類安全連鎖保護(hù)等。1.3.3高爐自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢目前高爐自動化系統(tǒng)有下列趨勢。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都是EIC一體化系統(tǒng),計(jì)算機(jī)控制,有些還設(shè)有管控一體化,并作為全廠CIMS的一部分。在設(shè)備選用上,基礎(chǔ)自動化級過去是儀表采用DCS,電控采用PLC,現(xiàn)在趨向于采用正一體化設(shè)備,即全DCS或全PLC以使聯(lián)網(wǎng)容易,備品減少,近年來無論DCS或PLC的網(wǎng)絡(luò)都加強(qiáng)了其性能以及和異種機(jī)的連接。專用儀表增加,包括爐頂熱成像和微波料面計(jì)

13、等。顯示畫面的革新,如三維,多媒體報(bào)警以及可視化,可視化即利用傳感器和數(shù)學(xué)模型以及動態(tài)顯,使不可見的高爐內(nèi)部變?yōu)榭梢暋?.4畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)本畢業(yè)論文基于頂崗實(shí)習(xí)工作任務(wù)，詳細(xì)的給出了安裝、控制設(shè)計(jì)和調(diào)試應(yīng)用。畢業(yè)論文分為四大部分，下面是本論文的主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)：第一章 序言主要介紹了課題的意義、課題的來源和高爐自動化上料系統(tǒng)的國內(nèi)外相關(guān)研究和發(fā)展趨勢。第二章 對前面査閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和現(xiàn)場調(diào)研的越礎(chǔ)上,對國內(nèi)外高爐計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展概況、現(xiàn)狀作了較為詳細(xì)的介紹基礎(chǔ)上,分析了高爐過程自動化發(fā)展的趨勢。根據(jù)高爐過程控制要求和煉鐵生產(chǎn)工藝流程,設(shè)計(jì)了高爐上料控制系統(tǒng)。第三章再次結(jié)合煉鐵作業(yè)部的實(shí)際

14、生產(chǎn)要求,完成了甜高爐上料控制系統(tǒng)的硬件選型、軟件設(shè)計(jì)。在PLD編程環(huán)境下完成大量軟件工作,實(shí)現(xiàn)對高爐上料系統(tǒng)整個工藝流程的控制。第四章 在該控制系統(tǒng)的現(xiàn)場施工過程中,本人參與了部分硬件系統(tǒng)的選型安裝和大量軟件的調(diào)試工作。1.5 本章小結(jié) 本章介紹了畢業(yè)論文課題高爐自動上料系統(tǒng)的安裝與 PLC 控制設(shè)計(jì)的意義與課題來源，簡述了畢業(yè)論文主要工作任務(wù)。第2章高爐上料生產(chǎn)工藝不同的高爐給料(配料)系統(tǒng)有相似之處，也有不同之處，但典型系統(tǒng)的組成基本相同。給出了高爐配料的基本組成，并對典型的高爐配料進(jìn)行了詳細(xì)的分析。配料系統(tǒng),一般來說,共有7種材料/參與成分,其中任何一種材料由控制的進(jìn)料機(jī)構(gòu)的控制下來控

15、制原料量,所下的物料在種斗中由安裝在秤斗上的傳感器進(jìn)行稱量并與標(biāo)準(zhǔn)值比較,當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時,由出料機(jī)構(gòu)控制開關(guān)種門,秤斗中的物料落入混合倉(或后加工工序)內(nèi)?；九淞舷到y(tǒng)的生產(chǎn)過程如圖2.1所示2. 1高爐上料系統(tǒng)的組成與工作原理在中國工業(yè)化的過程中,鋼鐵行業(yè)是一直在增長的行業(yè),是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè),它的發(fā)展和國家的基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)發(fā)展速度的相關(guān)性很強(qiáng),和我們的國家在工業(yè)化的階段,城市化進(jìn)程的加速,消費(fèi)者對鋼鐵的需求表明,我國鋼鐵行業(yè)的增長是長期的。中國的人均鋼鐵消費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家,我國在工業(yè)化階段的初始峰值,通過工業(yè)化和城市化帶來了鋼鐵行業(yè)的增長將會繼續(xù),所以,中國中小高爐煉鐵工業(yè)高度發(fā)達(dá),發(fā)

16、展迅速,市場對鋼鐵工業(yè)的強(qiáng)勁需求為發(fā)展一個難得的機(jī)會,人們可以期待鋼鐵行業(yè)“在結(jié)構(gòu)調(diào)整中體積擴(kuò)大，全面發(fā)展”，在結(jié)構(gòu)調(diào)整中，在高爐建設(shè)中，現(xiàn)實(shí)與要求有一定的距離。預(yù)計(jì)2003年至2005年兩年內(nèi)，全國高爐煉鐵能力將增長43%，大型成員企業(yè)將增長35%，非成員企業(yè)將增長78%，比成員企業(yè)高出43個百分點(diǎn)。這樣，兩年后，高爐煉鐵能力將更加分散，成員企業(yè)占總產(chǎn)能的比例將從2003年的82%下降到77%，下降5個百分點(diǎn)。2.1.1高爐上料系統(tǒng)自動控制的簡要概述 高爐上料系統(tǒng)由槽下配料部分和爐頂布料部分兩部分組成。槽下配料是實(shí)現(xiàn)原料稱量工作和稱量誤差補(bǔ)償工作的系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)爐 頂料灌具備裝料，同時礦槽具備

17、排料時，原料由料車輸送至爐頂，經(jīng)過受料斗閘門、上密封閥送至對應(yīng)料灌內(nèi)。料管內(nèi)發(fā)出料滿信號 同時具備布料條件時，原料通過料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥，依照設(shè)置好的布料溜槽傾動角旋和轉(zhuǎn)角度進(jìn)入爐中。2.1.2高爐上料控制系統(tǒng)流程1.槽下配料流程(1)礦石和塊礦的稱量主要步驟操作人員設(shè)定好稱量斗設(shè)定重量；啟動礦石振動給料篩；在設(shè)定鐵礦石量的斗量測定出重量后，在實(shí)際重量等于修正后的設(shè)定值時，停止礦石振蕩進(jìn)行篩；利用礦石振動在移動的同時打開里頭皮帶機(jī)和槽下皮帶機(jī)；對停止礦石振動進(jìn)行篩選5秒后，返回的傳動帶機(jī)；定時通知運(yùn)輸返礦倉中碎礦。(2)焦炭的稱量主要步驟操作人員設(shè)定好稱量斗設(shè)定重量;啟動焦炭振動給料篩;根據(jù)

18、重量補(bǔ)償算法對焦炭稱量斗的設(shè)定重量進(jìn)行修正后，當(dāng)實(shí)際重量等于修正后的設(shè)定值時，停止振動焦炭進(jìn)料畫面;同時打開焦炭振動進(jìn)給篩，打開返焦帶式輸送機(jī)。停止焦炭振動進(jìn)給畫面延遲5秒后停止焦炭皮帶機(jī);定時通知運(yùn)輸焦碳倉中碎焦。(3)雜礦及熔劑的稱量主要步驟操作人員設(shè)定好稱量斗設(shè)定重量;啟動雜礦及熔劑振動給料機(jī);根據(jù)重量補(bǔ)償算法對礦石(雜礦和助焊劑)稱重料斗的設(shè)定重量進(jìn)行修正后，當(dāng)實(shí)際重量等于修正后的設(shè)定值時，停止礦石(雜礦和助焊劑)振動進(jìn)給篩。2. 傳送帶的上料流程根據(jù)料制的設(shè)定完成稱量斗的稱重;自動開啟槽下主皮帶機(jī)和上料主皮帶;開啟符合材料規(guī)定的礦石的閘門；放空倉中料后關(guān)閉倉門;上料主皮帶把礦石或焦炭

19、運(yùn)到爐頂?shù)谷胧芰隙?受料斗內(nèi)礦料夠規(guī)定的數(shù)量后,發(fā)出信號,通知上料系統(tǒng)停止上料,選料程序步進(jìn);統(tǒng)計(jì)和顯示受料斗現(xiàn)存的料種和重量等信息;3.無料鐘爐頂裝料流程料罐空了之后，調(diào)節(jié)材料流的閥門，滾筒停止工作，密封的閥門開啟；打開放散閥，將料罐壓力降至大氣壓力并發(fā)出準(zhǔn)備接料信號；打開上密封閥，打開擋料閥，由受料斗向料罐放料；延時放空后，顯示受料斗空，關(guān)閉擋料閥、上密封閥,并發(fā)出信號；接上密封閥關(guān)閉信號后，關(guān)閉放散閥，打開均壓閥，用半凈煤氣充壓,至料罐壓力與高爐壓力相等或略高；當(dāng)料線下降到達(dá)設(shè)定值，需向高爐放料時，提料尺到上限位；關(guān)均壓閥，開下密封閥；按程序設(shè)定的布料方式驅(qū)動布料裝置，向高爐布料；料罐空

20、,，延時5秒)停滾筒，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥；在關(guān)閉料流調(diào)節(jié)的閥門和密封的閥門之后，開始放入探尺；顯示放入高爐的爐料種類,重量，并累計(jì)小時，班次，全天的批次，罐數(shù)，重量等，循環(huán)執(zhí)行以上步驟。4.操作方式自動方式:按自動程序完成備料!上料及布料；手動方式:操作站集中手動操作(包括設(shè)備聯(lián)鎖);機(jī)器側(cè)手動:可拆下設(shè)備之間的聯(lián)鎖關(guān)系，僅用于調(diào)試或維護(hù);2.2高爐煉鐵生產(chǎn)工藝簡介現(xiàn)代大型高爐車間主體系統(tǒng)如圖所示包括高爐本體、儲礦罐、鐵田、除塵器和熱風(fēng)爐五個部分。還原反應(yīng)在煉鐵高爐生產(chǎn)的原則,通過喂養(yǎng)帶爐料(礦石),燃料(焦炭)和通量最高收費(fèi),從熱風(fēng)爐風(fēng)機(jī)空氣冷卻后,形成的吹熱空氣從高爐風(fēng)口焦炭燃燒,產(chǎn)

21、生高溫氣體流自底向上運(yùn)動,負(fù)擔(dān)是自頂向下運(yùn)動,彼此接觸,進(jìn)行熱交換,逐漸減少,最后高爐下部的,生鐵還原時，爐渣同時形成。第三章 可編程控制器及PID控制3 c (computer communication control計(jì)算機(jī)通信控制)隨著技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)建時,一般來說,可能有產(chǎn)業(yè)控制,電腦程序控制器,及測量控制模塊,并利用轉(zhuǎn)向裝置封裝的軟件和組合。3.1可編程控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的一種系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)建立控制系統(tǒng)可以完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)，達(dá)到常規(guī)控制技術(shù)無法達(dá)到的性能指標(biāo)。近年來，計(jì)算機(jī)已成為自動控制技術(shù)的重要組成部分，為自動控制技

22、術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開辟了廣闊的新世界。典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般由測控系統(tǒng)和過程對象組成。根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)了測控系統(tǒng)中的工控計(jì)算機(jī)。它包括兩部分:硬件和軟件。硬件由主機(jī)、外部設(shè)備、人機(jī)接觸設(shè)備和通信設(shè)備組成。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。測控系統(tǒng)除工業(yè)控制機(jī)外，還包括工藝輸入輸出設(shè)備、工藝參數(shù)測量變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備。過程對象通常是指被測量和控制的對象。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的形式與它所控制的過程對象的復(fù)雜性密切相關(guān)。計(jì)算機(jī)控制器載體包括可編程邏輯控制器(PLC)、工控機(jī)(ipc)和專用控制器。PLC是以單片機(jī)為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)自動控制裝置。它

23、具有體積小、功能強(qiáng)、通用靈活、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是可靠性高、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域，是現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一?？删幊炭刂破骺梢钥醋魇枪I(yè)計(jì)算機(jī)，它具有豐富的輸入和輸出接口，具有很強(qiáng)的驅(qū)動能力。 自出現(xiàn)以來,PLC根據(jù)成熟和有效的繼電器控制的概念和設(shè)計(jì)思想,不斷使用新技術(shù)和新設(shè)備,加上接觸和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,逐漸發(fā)展成為一個相對獨(dú)立的具有特色的新興技術(shù)和產(chǎn)品,而且逐漸成為自動化的有效和方便的方法來解決這個問題。雖然是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制理論,但它不同于石鱉計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),但隨著計(jì)算機(jī)控制裝置的一種特殊形式,它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)

24、構(gòu)、硬件組成和1/0的通道,節(jié)省K用戶界面等方面的特殊性。雖然可編程序控制器(PLC)的工作原理與計(jì)算機(jī)相同，而且可編程序控制器(PLC)是從山區(qū)繼電器發(fā)展而來的，但CPU掃描用戶程序所需的時間要比繼電器的工作時間短得多。因此，為了適應(yīng)工業(yè)控制，可編程控制器采用“順序掃描，連續(xù)循環(huán)”的工作原理，只要采用循環(huán)掃描的方法就可以解決這一矛盾。由此可見，循環(huán)掃描的工作方式是可編程控制器不同于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)一的一個重要方面。 雖然各種PLC的組成不一樣，但傾銷是它的主要的基本組件是相同的。小型集中可編程控制器的基本部件有電源部件、微處理器和存儲器部件、輸入和輸出部件。模塊化PLC的組成部分分為不

25、同的標(biāo)定模塊，包括電源模塊、主機(jī)模塊(包括微處理器和內(nèi)存模塊)、輸入/輸出接口模塊、功能模塊和通信模塊。在PLC控制系統(tǒng)中,CPU模塊相當(dāng)于人類的大腦和心臟,它不斷地采用標(biāo)準(zhǔn)輸入信號,用戶程序的執(zhí)行,刷新系統(tǒng)的輸出。接口模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是連接外場設(shè)備與CPU模塊的橋梁。隨著體積技術(shù)的發(fā)展和PLC應(yīng)用的擴(kuò)大，PLC的功能不斷增加和增強(qiáng)，因此，PLC的組成將不斷增加和增強(qiáng)。由于PLC完美的功能,模塊化結(jié)構(gòu),以及發(fā)展很容易,操作方便,性能穩(wěn)定,可靠性高的特點(diǎn)和高成本的性能,使它在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景越來越樂觀,此外隨著戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為電路的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)時代的到來,在公司肯定會有更大的使用價(jià)值。3.2

26、 PID控制簡單的PID控制系統(tǒng)包括所控制的對象和調(diào)整器，控制質(zhì)量的決定性部分是所控制的對象的動態(tài)特性。系統(tǒng)是否在最佳狀態(tài)下操作，主要取決于調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)的設(shè)置是否適當(dāng)。系統(tǒng)整定的本質(zhì)是通過調(diào)整調(diào)整器的參數(shù)，使得各個參數(shù)的特性與控制對象的特性相互一致，從而使得調(diào)整器最終能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的控制效果。系統(tǒng)整頓的方法可以大致分為兩種。一種理論上是計(jì)算修正軌道修正法、頻率特性法等的修正法。這種整數(shù)化的方法可以根據(jù)控制對象的數(shù)學(xué)模型(例如傳遞函數(shù)、頻率特性)來通過計(jì)算直接參數(shù)修改。這種整定方法的局限性在于實(shí)際調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性與理想的調(diào)節(jié)器動作規(guī)律有差別,理論計(jì)算求得的整定參數(shù)并不是很可靠,另外,利用理論計(jì)

27、算的方法進(jìn)行參數(shù)整定,其計(jì)算過程往往比較復(fù)雜、繁瑣,使用不便。在實(shí)際工程中應(yīng)用最多的是另一類整定方法,稱為工程整定法,這種方法大多根據(jù)被控對象的階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行整定,有些則是直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行,方法簡單,實(shí)用性強(qiáng)。無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。 第四章 高爐上料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 在高爐上料自動控制系統(tǒng)中，通過PLC編程，可以完成對高爐上 料系統(tǒng)的槽下配料和爐頂布料的控制。設(shè)定所需鐵礦石、焦炭、溶 劑的重量，振動給料篩啟動進(jìn)行篩料，實(shí)際重量與設(shè)定值相等時，振 動給料停止。高爐上料控制系統(tǒng)的軟件部分采取結(jié)構(gòu)化編程方法， 將不同功能的程序分別寄存于不同的

28、塊中，主程序塊OB1在使用時 可以調(diào)用不同功能的程序。 4.1PLC程序設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求,這個目的plc編程,結(jié)構(gòu)化的編程方法生成的一個組織塊obi(主程序循環(huán)用),OBI循環(huán)掃描作為塊, step7程序的根基,在系統(tǒng)啟動加速執(zhí)行完后,開始實(shí)行,每次重復(fù)。然后，在實(shí)現(xiàn)各功能程序塊中，主程序模塊OBI需要時啟動供餐;另外，為了存儲執(zhí)行程序所需的共享數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)(重定向記錄、通信信號等)，還提供了14個數(shù)據(jù)塊DB。OBI的調(diào)用程序如圖：4.2槽下設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制 (1) 燒結(jié)用稱量料斗、焦炭、球團(tuán)礦、焦炭塊稱量控制:當(dāng)卸料信號發(fā)出后，礦石稱量料斗門開啟卸料。當(dāng)稱重值為控制值的5%時，關(guān)閉稱重料

29、斗門，發(fā)出空信號。稱重斗門關(guān)閉并清空，振動篩開始工作。當(dāng)稱重值達(dá)到修正后的控制值時，振動篩停止工作，進(jìn)行全稱重。當(dāng)校正后的控制值達(dá)到110%時，發(fā)出報(bào)警信號。振動篩啟動T秒后，如果桶內(nèi)未滿，則認(rèn)為物料將發(fā)生裝載，物料裝載報(bào)警。打開門并打開T秒后，沒有空信號，則認(rèn)為在物料卡住的情況下，物料卡住報(bào)警。(2)罐底稱重料斗的卸料順序:按物料清單中所選料斗號卸料。如果上稱重斗打開閘門，發(fā)出空信號，則發(fā)出下一個斗卸指令。4.3主卷上料小車的連鎖控制 主卷上料小車依據(jù)與槽下、爐頂程序的銜接完成對料車的上、 下運(yùn)行的自動控制，同時可以進(jìn)行手動操作，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的松繩、過 卷等故障緊急響應(yīng)，確保料車能夠安全可靠的

30、運(yùn)行。主卷揚(yáng)機(jī)的自 動操作和主卷揚(yáng)機(jī)和其它設(shè)備的聯(lián)鎖關(guān)系： （1）主卷揚(yáng)機(jī)采取變頻調(diào)速控制，自動操作控制時，PLC發(fā)出 啟動命令信號，當(dāng)料車裝燒結(jié)礦或者燒結(jié)礦同其它雜礦混裝時，由 對應(yīng)的料坑礦石漏斗閘門關(guān)上后，由此關(guān)閉信號發(fā)出。當(dāng)料車裝焦 炭時，由對應(yīng)的焦炭稱量漏斗閘門關(guān)閉信號發(fā)出。（2）當(dāng)向上運(yùn)行的料車抵達(dá)檢查點(diǎn)時，檢查受料漏斗是否料 空，以及料罐上密封閥和上料閥是否關(guān)閉。若受料斗未出現(xiàn)了空信 號，即受料斗有料，或上密封閥和上料閥沒有關(guān)閉，則主卷揚(yáng)機(jī)自動 停止于檢查點(diǎn)附近，到受料斗發(fā)出料空信號后，同時需要上密封閥 和上料閥曾開啟過，并且目前處于關(guān)閉狀態(tài)，則重新慢速開啟主卷 揚(yáng)機(jī)。 （3）料車

31、進(jìn)行程序空走行或非程序空走行時，料車到達(dá)爐頂極 限位置，主卷揚(yáng)機(jī)停止后并延時5秒，主卷揚(yáng)機(jī)自動開啟運(yùn)行，料車 向下運(yùn)行。（4）主卷揚(yáng)機(jī)有以下聯(lián)鎖，裝料程序一直處于停止?fàn)顟B(tài)時，主 卷揚(yáng)機(jī)不可以開啟（除手動操作）。若相應(yīng)焦炭稱量漏斗或料坑礦 石漏斗閘門開啟以后沒有關(guān)閉好，主卷揚(yáng)機(jī)不可以開啟。在工作程 序圖上，當(dāng)料車向上運(yùn)行到達(dá)檢查點(diǎn)時，對應(yīng)的上密封閥、上料閥應(yīng) 該開啟而沒有開啟，或者開啟后沒有完全關(guān)閉，即相應(yīng)受料漏斗料 未空，料車應(yīng)停止于檢查點(diǎn)附近。（5）主卷揚(yáng)機(jī)和其它系統(tǒng)的關(guān)系。主卷揚(yáng)機(jī)停止運(yùn)行后，空料 車處在料坑下的裝料位置時，啟動裝料程序控制系統(tǒng)；料車處在料 坑下部裝料位置，主卷揚(yáng)機(jī)停止后，

32、相應(yīng)焦炭稱量漏斗或料坑礦石 漏斗的閘門方可開啟。主卷揚(yáng)機(jī)加速啟動運(yùn)行，依照程序相應(yīng)的焦 炭篩或礦石稱量漏斗閘門等方可開啟。進(jìn)行料罐料空檢查的同時或稍后進(jìn)行低速檢查。 結(jié)束語提高冶金行業(yè)的生產(chǎn)自動化水平是我國當(dāng)前技術(shù)革新的一項(xiàng)重要任務(wù)。針對這種現(xiàn)狀,本課題對高爐上料生產(chǎn)線進(jìn)行了自動化改造的研究,主要任務(wù)是針對高爐上料生產(chǎn)線的特點(diǎn),開發(fā)設(shè)計(jì)出生產(chǎn)線的自動控制系統(tǒng)。高爐工序過程要 求較高，上料配料需 要精準(zhǔn)。根據(jù)高爐上 料工藝流程，各設(shè)備 之間需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?聯(lián)鎖控制，若上料緩 慢，非常影響生產(chǎn)節(jié) 奏，若上料錯誤，將 影響后續(xù)的高爐生 產(chǎn)，甚至?xí)?dǎo)致休風(fēng) 和停產(chǎn)等生產(chǎn)事故， 因此使用人工操作運(yùn) 行費(fèi)時

33、費(fèi)力。采用高 爐上料自動控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作的繼電器控制，提高了上料控 制的安全性和可靠性。目前，高爐上料自動控制已普遍運(yùn)用于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)之中。由于時間關(guān)系和本人能力及專業(yè)知識有限,課題中還有許多工作需要進(jìn)一步的研究,比如可以在布料這一塊根據(jù)工藝曲線建立一個數(shù)學(xué)模型,并進(jìn)行模型優(yōu)化?；蛘呖梢栽诨A(chǔ)自動化上加上專家系統(tǒng),使其具有智能化。進(jìn)一步節(jié)約能耗提高產(chǎn)品質(zhì)量。謝辭短暫的但是非常豐富多彩的三年大學(xué)生活即將結(jié)束了，我的校園生活也即將結(jié)束，我的心里感到無盡的艱辛和眷戀。從這里開始，為了我的生活，我將開始一個新的旅程，把我所學(xué)到的應(yīng)用到實(shí)際工作中?；仡欉^去三年，我取得了一些成績。我的生活充滿了歡

34、樂和奮斗。我非常感謝我所有的老師，在過去的三年里，他們堅(jiān)持不懈的教導(dǎo)和對我成長的關(guān)心和愛。在此，我要向所有在百忙之中審閱論文并參與答辯的專家教授們表示衷心的感謝!經(jīng)過兩個多月的努力論文終于完成，在整個設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)過很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了。我還要感謝我的家人，他們是我完成論文的動力和精神支持。感謝他們默默奉獻(xiàn)給我。在不斷的學(xué)習(xí)過程中我體會到：撰寫論文也是我學(xué)習(xí)的一個過程和檢驗(yàn)。從撰寫論文的最初模糊性來看，我意識到我可以對問題有深刻的理解。我意識到自己的練習(xí)對學(xué)習(xí)的重要性。我曾經(jīng)理解這個理論。沒有實(shí)踐和考察，缺乏對知識的理解，通過這次，真正聯(lián)系著理論和時間。也就是說，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識到有必要做完美的事情。你需要系統(tǒng)的想法和方法，處理解決的問題，耐心，可以利用現(xiàn)有的資源來充實(shí)自