電解質(zhì)清理機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、電信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告姓 名專業(yè)自動(dòng)化 班級(jí)學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師題目類型PLC控制題 目電解質(zhì)清理機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)一、 選題背景及依據(jù)（簡(jiǎn)述題目的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)，說(shuō)明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn)）1、題目的技術(shù)背景電解質(zhì)清理機(jī)是電解鋁工業(yè)生產(chǎn)線中陽(yáng)極組裝車間的自動(dòng)化設(shè)備，屬于特殊環(huán)境下特種機(jī)器。其核心技術(shù)長(zhǎng)期為國(guó)外壟斷。本文根據(jù)機(jī)機(jī)構(gòu)學(xué)原理，提出了一種模擬人工清理的單炭塊電解質(zhì)清理機(jī)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)在清理作業(yè)的機(jī)進(jìn)行了自動(dòng)化控制。 電解質(zhì)清理機(jī)是電解鋁工業(yè)生產(chǎn)線中陽(yáng)極組裝車間的自動(dòng)化設(shè)備之一。大型預(yù)焙電解鋁生產(chǎn)常利用陽(yáng)極炭塊組供應(yīng)電解生產(chǎn)，并對(duì)消耗更換的陽(yáng)極炭塊組進(jìn)行清理、壓脫、破碎等

2、處理，組裝澆注形成新的陽(yáng)極炭塊組返回電解，從而形成陽(yáng)極組裝生產(chǎn)工藝-11(如圖11)。預(yù)焙電解槽更換后的陽(yáng)極炭塊組在鋁電解生產(chǎn)上稱之為“殘極，殘極可分為硬殘極與軟殘極。硬殘極受電解質(zhì)侵蝕較少，強(qiáng)度高，假比重大，比電阻較小。軟殘極受電解質(zhì)侵蝕較嚴(yán)重，各項(xiàng)性能次之。殘極鋼爪以下由氧化鋁燒結(jié)塊、電解質(zhì)及殘余陽(yáng)極炭塊組成，這部分統(tǒng)稱為殘極電解質(zhì)。由于殘極表面電解質(zhì)中含有大量的微量元素，對(duì)炭陽(yáng)極質(zhì)量和鋁液質(zhì)量危害很大，因此必須采用有效的方法將殘極清理干凈。由于硬殘極的強(qiáng)度、假比重較大，添加硬殘極塊作骨料時(shí)對(duì)陽(yáng)極有好的影響，而且其加入的量越大，陽(yáng)極的強(qiáng)度、假比重也越大。添加軟殘極則對(duì)陽(yáng)極強(qiáng)度及假比重?zé)o明顯

3、的影響，但是容易被氧化性氣體所侵蝕，造成極炭塊疏松。加入清潔后的硬殘極對(duì)提高炭陽(yáng)極質(zhì)量有利。所以要將清理下來(lái)的電解質(zhì)進(jìn)行回收。電解質(zhì)的自動(dòng)化清理般分兩次清理，第一次清理是將殘極上附著的較硬電解質(zhì)大塊的震打下來(lái)，一般稱為一級(jí)清理；第二次清理是將陽(yáng)極炭塊表面附著的剩余的較軟電解質(zhì)再清理掉，一般稱為二級(jí)清理。在清理的過程中將電解質(zhì)回收再利用。2、選題的目的和意義早期的一次清理是以人工清理為主，工人用大錘敲碎電解質(zhì)，或者用風(fēng)鎬鐵鏟將附著在殘極上的電解質(zhì)鏟碎。然而人工清理電解質(zhì)勞動(dòng)強(qiáng)度極大，生產(chǎn)力低下，同時(shí)又造成車間的環(huán)境污染，危害職工健康。隨著電解鋁工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人工清理已經(jīng)

4、大大地制約了生產(chǎn)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大，使用電解質(zhì)清理機(jī)來(lái)代替人工清理，安全、高效地處理陽(yáng)極殘極已經(jīng)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。于此同時(shí)，殘極處理生產(chǎn)線和設(shè)備也正逐步向全面機(jī)械化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。電解質(zhì)清理機(jī)設(shè)備的需求將越來(lái)越大，運(yùn)用將越來(lái)越廣泛。電解質(zhì)清理機(jī)在一次清理中的主要裝置就是鏟碎(破碎)清理裝置。它的作用就是代替人工，將殘極上較硬的電解質(zhì)大塊的振打下來(lái)，充當(dāng)人工拿風(fēng)鎬或者大錘將電解質(zhì)清理下來(lái)。同時(shí)，又要做到不破壞殘極本身，大塊的電解質(zhì)能順利掉下被回收利用，清理速度能適應(yīng)不同的陽(yáng)極組裝車間的生產(chǎn)速度。3、主要參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料（1）吳中俊: 可編程控制器原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2005（2）廖常

5、初：大中型PLC應(yīng)用教程 電子工業(yè)出版社 2005（3）史國(guó)生：視頻學(xué)工控-西門子S7-200PLC 人民郵電出版社出版社 2010（4）陳伯時(shí)：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版社 2004（5）廖常初：PLC編程及其應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2004（6）李發(fā)海：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社 2006（7）范建東：可編程控制器原理及應(yīng)用 東南大學(xué)出版社 2003（8）李發(fā)海、王巖：電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社 2003（9）楊渝卿: 控制電機(jī) 機(jī)械工業(yè)出版社 2001（10）齊占慶、王振臣： 電氣控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2004（11）胡學(xué)林：可編程控制器教程 電子工業(yè)出版社 2004

6、（12）常曉玲：電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器教程 機(jī)械工業(yè)出版社 2005（13）王遠(yuǎn)： 模擬電子技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 1994（14）弭洪濤：PLC應(yīng)用技術(shù) 中國(guó)電力出版社 1998（15）侯振程：繼電接觸器控制 高等教育出版社 1983（16）劉豹： 變頻器 機(jī)械工業(yè)出版社 1992（17）常恒毅：可編程序控制器 人民郵電出版社 1991（18）楊渝卿: 控制電機(jī) 機(jī)械工業(yè)出版社 2001（19）電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)天津電氣傳動(dòng)研究所 著 機(jī)械工業(yè)出版社（20） 蔡行健、黃文逾：深入淺出 西門子S7-200 PLC 北京航空航天大學(xué)出版社 2004（21）鄭鳳儀、金沙：圖解西門子S7-20

7、0系列 PLC應(yīng)用88例電子工業(yè)出版社 2004（22） S7-200PLC手冊(cè) 二、 主要設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容、設(shè)計(jì)（研究）思想、解決的關(guān)鍵問題、擬采用的技術(shù)方案及工作流程 （一）設(shè)計(jì)內(nèi)容1）對(duì)電解質(zhì)清理機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝過程進(jìn)行了解，根據(jù)工藝過程，對(duì)電器及控制部分的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)軟件實(shí)現(xiàn)工藝過程。 2）根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)電器部分進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。3）根據(jù)工藝要求，設(shè)置必要的按鈕及指示燈。 4）具有故障顯示及故障診斷的功能。5）系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換得功能。（二）設(shè)計(jì)思想及流程返回來(lái)的殘極由裝卸站上線，先經(jīng)過預(yù)碎站處理，后去清理，當(dāng)進(jìn)入清理站前，運(yùn)送來(lái)的炭塊先用檔桿擋住，當(dāng)鋼爪來(lái)到檔桿前碰到光電

8、開關(guān)時(shí)，檔桿打開且啟動(dòng)變頻器和電機(jī)，讓電機(jī)以中速進(jìn)行運(yùn)行，碰到檔桿后的光電開關(guān)時(shí)，檔桿合上，擋住后面來(lái)的炭塊。鋼爪繼續(xù)以中速前進(jìn)，鋼爪走到清理機(jī)內(nèi)碰到站門內(nèi)的光電開關(guān)時(shí)，站門合上，六臺(tái)清理電機(jī)啟動(dòng)，除塵電機(jī)啟動(dòng)，且為了清理干凈鋼爪低速運(yùn)行。到清理完成時(shí)（碰到出清理站時(shí)的光電開關(guān)），為了防止清理站內(nèi)的粉塵進(jìn)入車間，再經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)，然后打開站門、放下清理完的炭塊。鋼爪迅速回到檔桿位置進(jìn)入下一個(gè)炭塊的清理工作。為了工作方便，還應(yīng)設(shè)置自動(dòng)工作過程，自動(dòng)過程和手動(dòng)過程互鎖，手動(dòng)工作進(jìn)行時(shí)自動(dòng)動(dòng)作不能進(jìn)行，反之亦然。（三）解決的關(guān)鍵問題1、根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率。利用PLC編程控制整個(gè)清洗過程

9、。整個(gè)系統(tǒng)必須遵循安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的原則。2、硬件部分：控制線路滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速，以及出現(xiàn)事故時(shí)的過載、過流、過壓、和短路等保護(hù)；在滿足控制線路應(yīng)力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、和安全。3、軟件部分：了解陽(yáng)極車間電解質(zhì)清理機(jī)的工作過程，確定I/O點(diǎn)數(shù)，繪制軟件流程圖，進(jìn)行編程、調(diào)試。（四）擬采用的技術(shù)方案該清理機(jī)系統(tǒng)的控制核心選擇采用可編程控制器，配置常規(guī)電氣控制系統(tǒng)。PLC與繼電器均可以用于開關(guān)量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器電路圖都是用線圈和觸點(diǎn)來(lái)表示邏輯關(guān)系。PLC的控制功能主要是用軟件（即程序）實(shí)現(xiàn)的，繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器和硬件接線實(shí)現(xiàn)的。PLC采用了計(jì)

10、算機(jī)技術(shù)，具有順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通信聯(lián)網(wǎng)等功能，比繼電器控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)大得多。繼電氣系統(tǒng)的可靠性差，診斷與排除復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)的故障非常困難。梯形圖程序中的輸出繼電器等是一種“軟繼電器”，它們的功能是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此沒有硬件繼電器那樣的觸點(diǎn)易于接觸不良的缺點(diǎn)。PLC的可靠性高，故障率極低，并且很容易診斷和排除故障。而繼電器的控制功能被固定在線路中，其功能單一，不易修改，靈活性差。PLC的控制方式靈活，有很強(qiáng)的柔性，僅需修改梯形圖就可以改變控制功能。繼電器系統(tǒng)要在硬件安裝、接線全部完成后才能進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改電路花的時(shí)間也很多。PLC控制系統(tǒng)的開關(guān)柜

11、制作、現(xiàn)場(chǎng)施工和梯形圖設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，梯形圖可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題后修改起來(lái)非常方便。一般來(lái)說(shuō)，清理機(jī)的控制并不復(fù)雜，但對(duì)工藝過程卻有較為嚴(yán)格的要求。鋁生產(chǎn)車間電解質(zhì)具體特點(diǎn)，完成電解質(zhì)清理的 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)通過激光傳感器定位，改變移動(dòng)電機(jī)的速，增強(qiáng)了控制先進(jìn)性和可靠性，清理過程的快速性。此套電解質(zhì)清理機(jī)控制系統(tǒng)的投入徹底改變了以前人工清理帶來(lái)的安全隱患，而且清理過程中造成電解廠房工作環(huán)境粉塵量的超標(biāo)危害職工健康：從破碎后電解質(zhì)的使用情況來(lái)看，由于主要用于更換陽(yáng)極后陽(yáng)極的覆蓋和保溫，人工清理的電解質(zhì)顆粒過大，不利于保溫，陽(yáng)極氧化嚴(yán)重，增加陽(yáng)極的消耗量，不利于電解的生

12、產(chǎn)。（五）工作流程 1、進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)論證。對(duì)陽(yáng)極電解質(zhì)清理機(jī)的控制方法有很都種，考慮到設(shè)計(jì)的要求和經(jīng)濟(jì)性，通過PLC軟件編程進(jìn)行控制。 2、硬件方案的設(shè)計(jì)。供配電設(shè)計(jì)時(shí)，給所有的設(shè)備選擇三線單相制接線進(jìn)行供電，其中PLC輸出、指示燈和電動(dòng)機(jī)需要220V的交流電供電，PLC輸入只需24V直流電供電。硬件設(shè)計(jì)時(shí)，先選擇輸入設(shè)備（按鈕，傳感器等）以及輸出驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象，再選擇PLC(包括機(jī)型、容量、擴(kuò)展模塊、電源模塊等)，然后分配I/O點(diǎn)及繪制I/O連接圖。 3、軟件設(shè)計(jì)。應(yīng)用S7-200編程軟件對(duì)整個(gè)控制過程進(jìn)行編程，并將程序輸入PLC后進(jìn)行軟件測(cè)試。 三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排第一周：熟悉電解質(zhì)清理機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工藝流程，針對(duì)電解質(zhì)清理機(jī)以及將要使用的控制器進(jìn)行詳細(xì)了解。第二周：了解學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的各種軟件。并對(duì)設(shè)計(jì)所需要的硬件進(jìn)行學(xué)習(xí)。 第三周：根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)電器部分。并進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。第四周：統(tǒng)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)控制硬件進(jìn)行方案比較論證。第五周：根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分，進(jìn)行方案論證，比較分析不同品牌的PLC性能。第六周：統(tǒng)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)所需輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分