畢業(yè)設(shè)計(jì)之水泥回轉(zhuǎn)窯電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 （括號(hào)里填學(xué)校名稱）本科畢業(yè)論文 3.5/360m 水泥回轉(zhuǎn)窯電氣控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： * 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： *學(xué)院 年 級(jí) 專 業(yè)： *級(jí)* 指 導(dǎo) 教 師： * 助理指導(dǎo)教師： 二一一年六月 摘 要 在建材、冶金、化工、礦物加工和環(huán)保等許多行業(yè)中，廣泛地使用回轉(zhuǎn)圓筒 型設(shè)備對(duì)散裝或漿狀物料進(jìn)行物理或化學(xué)處理，這種回轉(zhuǎn)圓筒設(shè)備被稱為回轉(zhuǎn)窯。 水泥生產(chǎn)是由原料預(yù)處理(均化、破碎、烘干等)、生料制備(配料、粉磨、 均化)、熟料鍛燒(分解預(yù)熱、鍛燒、煤磨)、水泥制成(水泥配料、粉磨、包裝) 四大部分組成，其中水泥熟料的煅燒是水泥生產(chǎn)中最重要的過程，所用的設(shè)備水 泥回轉(zhuǎn)窯

2、，常被稱為水泥廠的心臟。水泥回轉(zhuǎn)窯由機(jī)械、電氣、液壓等部分組成。 通過研究設(shè)計(jì)主要用PLC為核心控制水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，主要包括有: 回轉(zhuǎn)窯輔 助電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)控制。主電機(jī)的變頻調(diào)速控制。燃燒器移動(dòng)小車的正反轉(zhuǎn) 運(yùn)行控制。主減速機(jī)潤(rùn)滑站的控制應(yīng)按TE525潤(rùn)滑站的壓力、溫度、液位等控 制。擋輪液壓站TE326的控制。 結(jié)論控制方案包括: 主電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，故采用變頻器控制其調(diào)速運(yùn) 行。輔助電機(jī)、燃燒小車的控制比較簡(jiǎn)單，直接用繼電接觸器控制其運(yùn)行。 擋輪液壓站、主減速機(jī)潤(rùn)滑站因控制內(nèi)容多，工藝復(fù)雜，兩者均采用由 PLC 控制 的方式，利用 PLC 的硬件電路與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)擋輪液壓站、主減速機(jī)潤(rùn)

3、滑站的 正常運(yùn)轉(zhuǎn)與故障報(bào)警等控制功能。 關(guān)鍵詞 水泥，回轉(zhuǎn)窯，PLC，控制系統(tǒng) ABSTRACT In building materials,metallurgy,chemical,mineral processing,environmental pr- otection,and many other industries,people widespread use of rotating cylindrical d evice on the bulk or slurry material to do physical or chemical treatment,which-h is know

4、n as rotary kiln that with rotating cylinder device. Cement production is composed by the raw material pretreatment (homog-e-n izing,crushing,drying,etc.),raw material preparationing redients,grinding,homogeniz-a tion),clinker calcination(decomposition and preheating,calcination,coal mill),ceme-nt p

5、roducts (Cement batching,grinding,packaging).And calcining cement clinker which is the most important cement production process,so its equipmentcement rotary kiln,often referred to as the heart of cement.Cement kiln consist of mec-hanical,e lectrical,hydraulic and other components.By studying and th

6、e design of cement ro tary kiln system we will use PLC as the main core of the control.Tha-t includin g: Firstly, rotary control of the normal operation of auxiliary motors.S-condly, th e main motor of the variable frequency control.Thirdly, move the car reversing t he burner operation control. The

7、fourth is the main reducer lubrication station co ntrol stations shall TE525 lubrication pressure,temperature,liquid level control. The fifth is gear wheel hydraulic TE326 control. Conclusions control program include: First of all, main motor for frequency conversion motor,which inverter control its

8、 speed operation.Secondly,auxiliary m-o tors,combustion cars control is relatively simple,which direct contacts with the re lay control its operation. Last but not least,because of gear wheel hydraulic s-tati on,the main gearbox lubrication stations control contents and more complex proc ess,both ad

9、opted by the PLC control method,the use of PLC combination of hard ware and software to achieve gear wheel hydraulic station,the main gearbox lubri cation Stop the normal operation and fault alarm control functions. Key words Cement,Kiln,PLC,Control System 目目 錄錄 摘摘 要要.I ABSTRACT.II 1 1 緒論緒論 .1 1.11.

10、1 水泥生產(chǎn)工藝水泥生產(chǎn)工藝.1 1.1.1 水泥熟料的煅燒.2 1.1.2 回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展.2 1.1.3 回轉(zhuǎn)窯的性能和特征.3 1.21.2 水泥回轉(zhuǎn)窯硬件系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)水泥回轉(zhuǎn)窯硬件系統(tǒng)技術(shù)參數(shù).3 2 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) .4 2.12.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)任務(wù)要求.4 2.22.2 電氣控制方案電氣控制方案.6 3 3 水泥窯控水泥窯控制制方式方式 .9 3.13.1 操作方式操作方式.9 3.1.1 DCS 介紹.9 3.1.2 操作方式設(shè)計(jì).9 3.23.2 與外界的連鎖信號(hào)與外界的連鎖信號(hào).10 3.33.3 配電系統(tǒng)配電系統(tǒng).11 4 4 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).1

11、3 4.14.1 輔助電機(jī)的控制輔助電機(jī)的控制.13 4.24.2 燃燒小車的控制燃燒小車的控制.13 4.34.3 PLCPLC 硬件配置硬件配置.13 4.3.1 PLC 基本知識(shí).13 4.3.2 PLC 機(jī)型選擇.15 4.44.4 模塊連線圖模塊連線圖.17 4.54.5 PLCPLC 輸入輸出端子設(shè)計(jì)輸入輸出端子設(shè)計(jì).18 4.64.6 功能梯形圖設(shè)計(jì)功能梯形圖設(shè)計(jì).20 4.6.1 閃爍信號(hào)的產(chǎn)生.20 4.6.2 主減速機(jī)潤(rùn)滑站起動(dòng)及抗干擾措施.21 4.6.3 主減速機(jī)潤(rùn)滑站冷卻水的投入和關(guān)閉.21 4.6.4 潤(rùn)滑站綜合起停.22 4.6.5 主減速機(jī)潤(rùn)滑站油泵電機(jī)的工作.

12、22 4.6.6 主減速機(jī)潤(rùn)滑站加熱器的運(yùn)行.23 4.6.7 擋輪液壓站的正常工作.23 4.6.8 擋輪站加熱器的工作.25 4.6.9 聲光報(bào)警程序.26 4.74.7 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié).26 5 5 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì).28 5.15.1 I/OI/O 表設(shè)計(jì)表設(shè)計(jì).28 5.25.2 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì).29 5.2.1 回轉(zhuǎn)窯電機(jī)控制電路.29 5.2.2 電磁球閥和濾油器的控制電路.31 5.2.3 PLC 供電模塊圖.32 5.2.4 PLC 輸入模塊圖.33 5.2.5 PLC 輸出模塊圖.35 5.35.3 梯形圖程序設(shè)計(jì)梯形圖程序設(shè)計(jì).36 5.3.1 綜合啟

13、動(dòng)控制程序.36 5.3.2 綜合指示燈程序.37 5.3.3 三級(jí)操作控制程序.37 結(jié)論結(jié)論.39 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).40 致致 謝謝.41 1 緒論 1.1 水泥生產(chǎn)工藝 水泥生產(chǎn)是由原料預(yù)處理(均化、破碎、烘干等)、生料制備(配料、粉磨、 均化)、熟料鍛燒(分解預(yù)熱、鍛燒、煤磨)、水泥制成(水泥配料、粉磨、包裝) 四大部分組成，其中水泥熟料的煅燒是水泥生產(chǎn)中最重要的過程，所用的設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯，常被稱為水泥廠的心臟。一般采用的主要原料是石灰石、粘土和 鐵粉，將這些原料按一定的比例配合在一起，經(jīng)粉磨、均化后，用回轉(zhuǎn)窯鍛燒制 成熟料。熟料經(jīng)再次配料后，先由輥壓機(jī)將進(jìn)料壓成實(shí)餅(小型的

14、水泥廠一般不 另設(shè)輥壓機(jī))，再送入水泥磨，磨成粉狀的水泥。經(jīng)包裝機(jī)打包后，制成水泥成 品。水泥生產(chǎn)工藝流程圖見圖 1.1。 - 圖 1.1 水泥生產(chǎn)工藝流程圖 回轉(zhuǎn)窯的造型是一個(gè)傾斜的圓筒(本系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)窯筒體長(zhǎng) 60 m，大圓筒直徑為 3.5m，小圓筒直徑 3m)，生料由圓筒的高端加入，由于圓筒具有一定的傾斜度并 在不斷地回轉(zhuǎn)，因此物料由高端向低端逐漸運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過程中煤粉在窯內(nèi)燃燒， 對(duì)其物料加熱鍛燒，從而制成水泥熟料。水泥回轉(zhuǎn)窯機(jī)械設(shè)備造型見圖 1.2。 圖 1.2 水泥回轉(zhuǎn)窯機(jī)械設(shè)備 1.1.1 水泥熟料的煅燒 熟料煅燒：將生料制備過程中制得的生料送入煅燒窯，經(jīng)高溫煅燒，發(fā)生一 系列物理

15、的、化學(xué)的和物理化學(xué)變化后形成熟料的工藝過程。 熟料煅燒物料可分為：水分蒸發(fā)生料預(yù)熱生料分解熟料煅燒熟料冷 卻五個(gè)功能單元。相應(yīng)分為干燥帶、預(yù)熱帶、分解帶和放熱帶，燒成帶和冷卻帶。 回轉(zhuǎn)窯一方面是燃燒設(shè)備，煤粉在其中燃燒產(chǎn)生熱量；同時(shí)也是傳熱設(shè)備， 原料吸收氣體的熱量進(jìn)行煅燒。另外有時(shí)輸送設(shè)備，將原料從進(jìn)料端輸送到出料 端。而燃料燃燒、傳熱及原料運(yùn)動(dòng)三者間必須合理配合，才能使燃料燃燒所產(chǎn)生 的熱量能在原料通過回轉(zhuǎn)窯的時(shí)間內(nèi)及時(shí)傳給原料，已到達(dá)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗 的目的。 水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煤粉燃燒特點(diǎn)： 具有一定動(dòng)量的空氣(一次風(fēng))攜帶一定量的煤粉噴入水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)實(shí)現(xiàn)著火 燃燒。煤粉噴入水泥回轉(zhuǎn)窯

16、內(nèi)后，再與大量來自于水泥熟料冷卻機(jī)的預(yù)熱空氣 (二次風(fēng))相接觸，在二次風(fēng)的助燃下，煤粉實(shí)現(xiàn)完全燃燒，從而形成了一個(gè)具有 一定長(zhǎng)度、剛度和形狀的穩(wěn)定火焰。 1.1.2 回轉(zhuǎn)窯的發(fā)展 回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用起源于水泥生產(chǎn)，1824 年英國(guó)水泥工 J 阿斯普發(fā)明了間歇操作 的土立窯；1883 年德國(guó)狄茨世發(fā)明了連續(xù)操作的多層立窯；1885 英國(guó)人蘭薩姆 (ERansome)發(fā)明了回轉(zhuǎn)窯，在英、美取得專利后將它投入生產(chǎn)，很快獲得可觀的 經(jīng)濟(jì)效益?；剞D(zhuǎn)窯的發(fā)明，使得水泥工業(yè)迅速發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了人們對(duì)回轉(zhuǎn)窯 應(yīng)用的研究，很快回轉(zhuǎn)窯被廣泛應(yīng)用到許多工業(yè)領(lǐng)域，并在這些生產(chǎn)中越來越重 要，成為相應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的核心設(shè)備。

17、它的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在很大程度上決定著企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量 和成本。 “只要大窯轉(zhuǎn)，就有千千萬”這句民謠就是對(duì)生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯重要程度的 生動(dòng)描述。在回轉(zhuǎn)窯的應(yīng)用領(lǐng)域，水泥工業(yè)中的數(shù)量最多。 水泥的整個(gè)生產(chǎn)工藝概括為“兩磨一燒” ，其中“一燒”就是把經(jīng)過粉磨 配制好的生料，在回轉(zhuǎn)窯的高溫作用下燒成為熟料的工藝過程。因此，回轉(zhuǎn)窯是 水泥生產(chǎn)中的主機(jī)，即水泥工廠的“心臟 ” 。 1.1.3 回轉(zhuǎn)窯的性能和特征 回轉(zhuǎn)窯作為水泥煅燒的關(guān)鍵裝備，它的功能特征如下： 作為燃料燃燒裝置。它具有廣闊的空間和熱力場(chǎng)，可以供應(yīng)足夠的空氣， 裝設(shè)優(yōu)良的燃燒裝置，保證燃料充分燃燒，為水泥煅燒提供必要的熱量。 作為熱交

18、換裝備，它具有比較均勻的溫度場(chǎng)，可以滿足水泥熟料生產(chǎn)過 程各個(gè)階段的換熱要求。 作為化學(xué)反應(yīng)器，隨著水泥熟料礦物形成不同階段的不同需要，它既可 分階段地滿足不同礦物形成對(duì)熱量、溫度的要求，又可以滿足它們對(duì)時(shí)間的要求。 作為輸送設(shè)備，它具有更大的潛力。 1.2 水泥回轉(zhuǎn)窯硬件系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 水泥回轉(zhuǎn)窯由機(jī)械、電氣、液壓等部分組成。機(jī)械部分由筒體、支承裝置、 擋輪、傳動(dòng)裝置、減速器、活動(dòng)窯頭、窯頭窯尾密封裝置、噴煤管裝置等部分組 成。與電氣傳動(dòng)有關(guān)的技術(shù)的參數(shù)如下： 主電機(jī)：型號(hào)為 YPG315L-6 的高轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速電機(jī)，功率 110 kW，額定 轉(zhuǎn)速 100 r/min。 輔助電機(jī)：型號(hào)為 Y1

19、80L-6，功率 15 kW，轉(zhuǎn)速 9000 r/min，制動(dòng)開關(guān)型 號(hào)為 YWE3-315/25-12.5，限位器型號(hào)為 LX2-121。 主減速機(jī)潤(rùn)滑站：型號(hào)為 TE525，它是為主減速機(jī)提供潤(rùn)滑的保護(hù)設(shè)備。 稀油潤(rùn)滑站是稀油循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)的心臟，用來將潤(rùn)滑油液強(qiáng)制地壓送到機(jī)械的摩 擦部位，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器零件間形成油膜，減少零件的摩擦、磨損，同時(shí)對(duì)摩 擦部位進(jìn)行沖洗，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，保證機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)機(jī)械壽命。 稀油潤(rùn)滑站由油站和儀表盤組成，通常安裝在保護(hù)設(shè)備附近的地下油庫或地坑中。 擋輪液壓站：型號(hào)為 TE326，液壓站的功能是利用液壓的作用驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)窯 筒體上下運(yùn)行，并保證擋輪

20、液壓站具有正常的壓力、溫度和液位。 燃燒器移動(dòng)小車：電機(jī)型號(hào) BWY12-43-1.1，功率為 1.1 kW，轉(zhuǎn)速為 1400 r/min。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)要求 回轉(zhuǎn)窯輔助電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)控制。輔助電機(jī)的作用是在檢修時(shí)低速驅(qū)動(dòng) 筒體旋轉(zhuǎn)，工藝要求主電機(jī)與輔助電機(jī)之間必須互鎖，即主電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輔助電 機(jī)禁止運(yùn)行；輔助電機(jī)運(yùn)行時(shí)，主電機(jī)禁止轉(zhuǎn)動(dòng)。主電機(jī)、輔助電機(jī)運(yùn)行的切換 還應(yīng)由限位器的相應(yīng)位置決定。輔助電機(jī)應(yīng)配有備用電源，以備停電時(shí)在瞬間自 動(dòng)切換，由備用電源供電。 主電機(jī)的變頻調(diào)速控制。主電機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)筒體按一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)， 與水泥生料下料量、風(fēng)量和給煤量協(xié)調(diào)運(yùn)行。高轉(zhuǎn)矩變

21、頻調(diào)速電機(jī)采用變頻器調(diào) 速，變頻范圍為 0100 Hz。 燃燒器移動(dòng)小車的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制。燃燒器移動(dòng)小車是輔助移動(dòng)燃燒的 設(shè)備，煤粉在其內(nèi)部燃燒，對(duì)水泥生料加熱鍛燒。 主減速機(jī)潤(rùn)滑站的控制應(yīng)按 TE525 潤(rùn)滑站的壓力、溫度、液位等控制要 求實(shí)現(xiàn)。TE525 系列潤(rùn)滑裝置均設(shè)有兩臺(tái)油泵電機(jī)機(jī)組，其中一臺(tái)供正常使用， 另一臺(tái)供應(yīng)急時(shí)備用?？刂频木唧w要求如下： 1) 油壓控制：在潤(rùn)滑裝置出油口處設(shè)有油壓控制點(diǎn)，有 3 個(gè)壓力控制器參 與壓力設(shè)置點(diǎn)的控制，當(dāng)出油口油壓下降到 0.1 MPa 時(shí)，一個(gè)壓力控制器發(fā)出聲 光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)備用油泵投入工作。當(dāng)備用油泵投入工作后，油壓恢復(fù)到 0.3 MP

22、a 時(shí)，另一個(gè)壓力控制器發(fā)出正常工作信號(hào)，切斷備用泵。第三個(gè)壓力控 制器用于控制系統(tǒng)最高壓力設(shè)定，當(dāng)油壓達(dá)到 0.5 MPa 時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 2) 油溫控制：用兩個(gè)電接點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)量油箱內(nèi)油液溫度的變化情況以及對(duì) 電加熱器和電磁水閥實(shí)施控制。當(dāng)油箱內(nèi)油液溫度低于 15時(shí)，電加熱器自動(dòng)投 入工作狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到 25時(shí)，電加熱器自動(dòng)切斷。另一個(gè)電接點(diǎn)溫度計(jì)用于電磁 水閥的控制，當(dāng)溫度達(dá)到 45時(shí)，電磁水閥打開，投入冷卻水用于降溫；當(dāng)油溫 達(dá)到 35時(shí)，關(guān)閉電磁水閥，冷卻水自動(dòng)停止供應(yīng)。溫度控制器用于出油口處最 高油溫值的控制，當(dāng)油溫達(dá)到 55時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 3) 液位控制：在油箱內(nèi)設(shè)有

23、浮球式液位計(jì)一個(gè)，用于顯示油箱內(nèi)油液位置 上下極限和信號(hào)控制。當(dāng)液位超上限或低于下限時(shí)，應(yīng)發(fā)出油箱內(nèi)缺油的聲光報(bào) 警信號(hào)。 4) 雙筒過濾器壓差顯示：在雙筒過濾器上設(shè)有壓差信號(hào)開關(guān)，當(dāng)通過雙筒 過濾器兩端壓差達(dá)到或超過 0.5 MPa 時(shí)，發(fā)出濾芯堵塞聲光報(bào)警信號(hào)。 TE525 主減速機(jī)潤(rùn)滑站含有如下電氣組件： a.油泵電機(jī)：Y112M-6-B8，2 臺(tái)，2.2kW，AC 380V，50Hz。 b.電加熱器：SRY2-220/2，3 件，AC 220V，2kW。 c.液位控制器：VQK-02，1 件，AC 220V：200A，DC 24V：0.5A。 d.電接點(diǎn)溫度計(jì)：WTZ-288，2 件，

24、AC 2438V，10A。 e.溫度控制器：YWK-50-C，1 件，AC 380V：3A，DC 220V：2.5A，阻性負(fù)載， 溫度設(shè)定范圍 5060。 f.電磁水閥：ZCS-25P，1 件，AC 220V，650mA。 g.壓力控制器：YWK-50-C，3 件，AC 380V：3A；DC 220V：25A，阻性負(fù)載， 壓力設(shè)定范圍 01MPa。 h.壓差開關(guān)：CS-，2 件，AC 220V：0.25A；DC 24V：0.05A， P=0.05MPa。 主減速機(jī)潤(rùn)滑站見圖 2.1。 圖 2.1 主減速機(jī)潤(rùn)滑站 擋輪液壓站 TE326 的控制。 控制要求為： 1) 回轉(zhuǎn)窯在窯體上行時(shí)，其中一臺(tái)

25、油泵電機(jī)通電，油泵打出的液壓油進(jìn)入 2 擋油缸中，驅(qū)動(dòng)窯體上行。當(dāng)碰到上限行程開關(guān)時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，使油 泵電機(jī)斷電，同時(shí)電磁球閥通電。窯體靠自重把油缸中的油壓回到油箱，窯體向 下滑行。碰到下限行程開關(guān)時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，使油泵電機(jī)通電，同時(shí)電磁 球閥斷電，窯體再次上行。液壓站這樣循環(huán)工作，使得窯體實(shí)現(xiàn)按上行下行 上行下行的方式運(yùn)動(dòng)。 2) 超壓控制：當(dāng)液壓系統(tǒng)的油壓達(dá)到系統(tǒng)中的一個(gè)壓力控制器的設(shè)定值時(shí)， 發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 3) 油溫控制：用溫度控制器監(jiān)控油箱中的油溫。當(dāng)油箱內(nèi)油液溫度低于 12時(shí)，電加熱器進(jìn)入工作狀態(tài)，當(dāng)油溫升到 15時(shí)(利用該溫度控制器的切換 差)，電加熱器自動(dòng)切斷

26、。 4) 壓差控制：本液壓站設(shè)有 3 個(gè)濾油器，當(dāng)濾油器進(jìn)出口兩端壓差達(dá)到或 超過 0.35 MPa 時(shí)，發(fā)出濾芯堵塞聲光報(bào)警信號(hào)。 型號(hào)為 TE326 型的擋輪液壓站，含有如下的電器組件： a.油泵電動(dòng)機(jī)：YB100L1-4-V1，2 件，2.2kW，AC 380V，50Hz。 b.電磁球閥：23QDF6B/31.5E24，1 件，DC 24V。 c.電加熱器：SRY2-220/1，1 件，1kW，AC 220V。 d.壓力控制器：D505/18D，1 件，壓力設(shè)定范圍 2.525MPa，AC 220V：3A。 e.溫度控制器：WTZK-50-C，1 件，溫度設(shè)定范圍 1040，AC 380

27、V：3A；DC 220V：2.5A(阻性負(fù)載)。 f.壓差開關(guān)：CS-V，3 件，DC 24V：2A，AC 220V：0.25A，P=0.35MPa。 擋輪液壓站見圖 2.2。 圖 2.2 擋輪液壓站 2.2 電氣控制方案 根據(jù)生產(chǎn)工藝和電氣控制目標(biāo)，可以看出水泥回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)系統(tǒng)屬典型的小型 開關(guān)量輸入/輸出控制系統(tǒng)，控制要求和連鎖要求較多，且與回轉(zhuǎn)窯其它控制系 統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)密切，在調(diào)試中需不斷對(duì)其改進(jìn)和擴(kuò)充。若采用繼電接觸器控制，則 只能接成固定線路，靈活性太差，也不能滿足水泥窯車間煅燒關(guān)鍵設(shè)備的核心作 用，故采用 PLC 為核心的電氣控制方案。電氣總圖如圖 2.1 所示。 3 M M AX1

28、AX3 AL1AL0 AX2 4 M AL0 AL1PLC AX1 AX2 AX3 圖 2.1 電氣總圖 如圖中所示，水泥窯主要分為三段控制：進(jìn)料端、電機(jī)端、燃燒小車端。這 三個(gè)端子在水泥窯上由擋輪液壓站；電機(jī)包括主電機(jī)、主減速電機(jī)和輔助電機(jī)組 成；燃燒小車接觸器。 具體方案如下： 主電機(jī)為變頻調(diào)速電機(jī)，故采用變頻器控制其調(diào)速運(yùn)行。 輔助電機(jī)、燃燒小車的控制比較簡(jiǎn)單，直接用繼電接觸器控制其運(yùn)行。 擋輪液壓站、主減速機(jī)潤(rùn)滑站因控制內(nèi)容多，工藝復(fù)雜，兩者均采用由 PLC 控制的方式，利用 PLC 的硬件電路與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)擋輪液壓站、主減速機(jī) 潤(rùn)滑站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與故障報(bào)警等控制功能。本套電控系統(tǒng)共設(shè)

29、電控柜 2 個(gè)，電控 箱 3 個(gè)。分別為AL0(主電機(jī)變頻調(diào)速控制柜)、AL1(PLC、液壓站及潤(rùn)滑站控 制柜)，AX1(輔助電機(jī)控制箱)、AX2(燃燒小車控制箱)、AX3(主減速機(jī)潤(rùn) 滑站現(xiàn)場(chǎng)控制箱)。 控制箱框圖及其相關(guān)參數(shù)如圖 2.2 所示： 圖 2.2 回轉(zhuǎn)窯控制箱框圖 3 水泥窯控制方式 3.1 操作方式 3.1.1 DCS 介紹 DCS 是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System） ，在國(guó)內(nèi) 自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱 之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是 在集中式控

30、制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān) 控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和 控制等 4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及 組態(tài)方便。 DCS 的特點(diǎn) DCS 是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS 通常采 用若干個(gè)控制器（過程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制 器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控 制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此， DCS 的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一 句話就是：分散控制集中管理。 DCS 的結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上劃分， DCS 包括過

31、程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)。過程級(jí)主要由過程控 制站、I/O 單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作級(jí)包 括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級(jí)主要是指工廠管 理系統(tǒng)（MIS 系統(tǒng)），作為 DCS 更高層次的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一 層的系統(tǒng)較少。 DCS 的控制程序 DCS 的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí) 行的。 過程控制站的組成 DCS 的過程控制站是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處 理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和 I/O 組成。 3.1.2 操作方式設(shè)計(jì) 集中/現(xiàn)場(chǎng)操作。 大型水泥廠的控制系統(tǒng)現(xiàn)在均采用的是計(jì)算機(jī)集散型控制系

32、統(tǒng)(DCS)，總廠 控制室內(nèi)是 DCS 系統(tǒng)的操作站(大多數(shù)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成)， 而分廠或車間的控制屬二級(jí)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備屬三級(jí)控制系統(tǒng)。這三級(jí)控制系 統(tǒng)之間可互相傳遞參數(shù)，其中總廠的 DCS 可直接發(fā)送命令啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備的重要參數(shù)又可傳遞到總控室，并在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示其實(shí)時(shí)的狀態(tài)信息。 所以該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了集中和現(xiàn)場(chǎng)兩種操作方式，集中操作適用于水泥窯接收來自于 總控制室的啟動(dòng)/停止信號(hào)(以無源接點(diǎn)的方式)，控制水泥窯、擋輪液壓站、主 減速機(jī)潤(rùn)滑站的啟停；現(xiàn)場(chǎng)操作方式用于車間控制室內(nèi)的操作。 現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理； 根據(jù)控制程序來實(shí)施實(shí)時(shí) 的過

33、程量的控制；進(jìn)行設(shè)備監(jiān)視和系統(tǒng)的測(cè)試與診斷。 現(xiàn)場(chǎng)控制站主要含以下 內(nèi)容：原料制備和石灰石預(yù)均化；生料粉磨；生料配料；廢氣處理；窯尾分解； 筒體溫度掃描；燒成窯頭控制；窯頭看火；煤磨控制；熟料配料；水泥粉磨和輸 送等等。根據(jù)具體情況由它們組成若干個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。 本柜/機(jī)旁操作。本柜操作適用于在車間控制柜的面板上進(jìn)行操作，機(jī)旁 操作適用于檢修時(shí)用現(xiàn)場(chǎng)操作箱的控制裝置進(jìn)行操作。 水泥窯三級(jí)操作方式示 意圖見圖 3.1。 DCS AL0AL1 AX2AX1AX3 圖 3.1 水泥窯三級(jí)操作方式示意圖 機(jī)旁操作站全廠設(shè)若干套操作員站，它是對(duì)全生產(chǎn)線工況進(jìn)行監(jiān)視、控制及 操作的人機(jī)接口，主要完成數(shù)據(jù)、圖

34、形及狀態(tài)的顯示，歷史數(shù)據(jù)的存檔，故障記 錄，故障狀態(tài)顯示，報(bào)表打印以及工藝設(shè)備選擇，電機(jī)成組或單機(jī)的啟動(dòng)、停車、 急停、復(fù)位和數(shù)據(jù)給定等控制操作。各個(gè)操作站可以互為備用。 3.2 與外界的連鎖信號(hào) 水泥窯與其它設(shè)備及全廠總控制室之間有相當(dāng)多的連鎖控制，這些連鎖都是 從各自電控柜中的端子板上引入或引出的。水泥窯向外界提供的連鎖信號(hào)有： 主電機(jī)運(yùn)行、跳閘信號(hào)。 輔助電機(jī)運(yùn)行信號(hào)。 主減速機(jī)潤(rùn)滑站正常信號(hào)。 擋輪液壓站、主減速潤(rùn)滑站備妥信號(hào)、故障信號(hào)。 來自于外界的連鎖信號(hào)有： 1) 來自于總控制室的擋輪液壓站、主減速機(jī)潤(rùn)滑站啟動(dòng)/停止信號(hào)。 2) 來自主電機(jī)控制柜的主機(jī)運(yùn)行信號(hào)(因這部分圖紙省略，

35、暫將其作為外 部信號(hào))。 3.3 配電系統(tǒng) 由三相四線制取一相和地所得控制電壓為交流 220V，AC 220V 經(jīng)變壓器、一 體化電源等裝置后獲得控制系統(tǒng)所需各種等級(jí)的電壓。因?yàn)閾踺喴簤赫镜碾姶徘?閥工作電壓為 DC 24V，擋輪液壓站與減速機(jī)潤(rùn)滑站的壓差開關(guān)工作電壓均為 AC 24 V，PLC 輸入模塊電壓為 AC 100V，PLC 輸出模塊需 DC 24V 的電壓，所以要求 配電系統(tǒng)輸出以上幾種等級(jí)的電壓，以滿足不同的需要。AC 220V 經(jīng)變壓器 TC1 獲得 AC 110 V 的供電電源(注：因無二次側(cè)為 AC 100 V 的變壓器，故選用二次 側(cè) AC 110 V，也可滿足 PLC

36、輸入模塊 AC 100V 電壓的要求)，AC 220V 經(jīng)變壓器 TC2 后變?yōu)?AC 24V。AC 220V 經(jīng)一體化電源 Q 獲得 DC 24V，可供 PLC 輸出模塊 Z- 16TD2(接 DC 24 V 指示燈)使用。PLC 另一輸出模塊 Z-8TR1 要求電壓為 AC 200V，可直接用 AC 220 V 替代。在配電回路中均加低壓斷路器 QF1、QF2、QF6 進(jìn)行保護(hù)。 該水泥窯的電氣設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)內(nèi)容可分為如下幾部分： 主回路設(shè)計(jì)、控制回路設(shè)計(jì)。 PLC 硬件配置。 梯形圖軟件設(shè)計(jì)。 在下面的章節(jié)中將作詳細(xì)的介紹。 L1 N 1 -QF1 2 L11 3 4 N11L11 N11

37、L12 N12 220 V110 V -TC1 L11 N11 L13 N13 220 V24 V -TC2 L11N11 1 -QF2 2 L21 3 4 N21 220 V -Q - 24VL- 24VL 1 -QF6 2 L L- 34 圖 3.2 水泥窯配電原理圖 4 硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 輔助電機(jī)的控制 輔助電機(jī)主要是為防止突然斷電，窯體在高溫、重載(窯內(nèi)有較多的余料)的 情況下發(fā)生變形，目前回轉(zhuǎn)窯中都設(shè)有余熱發(fā)電及重油發(fā)電設(shè)備，停電后自發(fā)的 電還可以利供窯系統(tǒng)工作用，停電對(duì)窯內(nèi)生產(chǎn)的影響小一些。在砌磚或檢修時(shí)要 用輔助電機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)。開窯時(shí)也要用輔助馬達(dá)來幫助起動(dòng)，這樣可以減少開窯起

38、 動(dòng)時(shí)的能耗。輔助馬達(dá)與主減速機(jī)之間還設(shè)有一個(gè)輔助減速機(jī)?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)一般 布置了一到兩臺(tái)汽油電機(jī)的寸步電機(jī)。 輔助電機(jī)可通過兩條途徑啟動(dòng)運(yùn)行： 當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 3SA 處于現(xiàn)場(chǎng)操作位置時(shí)，通過輔助電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作箱上的起 停按鈕直接控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 在主減速機(jī)潤(rùn)滑站工作正常時(shí)，表示主減速機(jī)潤(rùn)滑站工作正常的接觸器 2KA5 常開觸點(diǎn)閉合。LS 是主電機(jī)/輔助電機(jī)的限位器，當(dāng)它打在閉合端時(shí)，表示 輔助電機(jī)處于工作狀態(tài)。此時(shí)按下起動(dòng)按鈕 3SB1，3KM 接觸器線圈得電，輔助電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。3KM 常開觸點(diǎn)是為自保而設(shè)計(jì)的。輔助電機(jī)主控回路和控制回路中低壓 斷路器 3QF1、3QF2 及熱繼電器 3KR1、3KR

39、2 主要起過熱過載的保護(hù)作用。當(dāng)按下 停止按鈕 3SB2 時(shí)，接觸器 3KM 線圈失電，輔助電機(jī)停止運(yùn)行。 4.2 燃燒小車的控制 燃燒小車電機(jī)同樣采用直接起動(dòng)方式。控制回路是一個(gè)典型的正反轉(zhuǎn)電路， 當(dāng)正轉(zhuǎn)按鈕 4SB1 按下時(shí)，4KM1 接觸器線圈帶電吸合。4KM1 常開觸點(diǎn)是為自保而 設(shè)計(jì)的。在正轉(zhuǎn)電路里加入了一個(gè) 4KM2 反轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸點(diǎn)，這樣就保證了 正轉(zhuǎn)時(shí)不能反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)電路同正轉(zhuǎn)電路原理相同，但是串入了正轉(zhuǎn)接觸器 4KM1 的常閉觸點(diǎn)，從而保證正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間的互鎖。正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))接觸器線圈帶電后， 通過主回路中相應(yīng)的主觸點(diǎn) 4KM1(或 4KM2)吸合，使電機(jī)帶電后正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn)

40、)。 主回路及控制回路中的低壓斷路器 4QF1、4QF2 及熱繼電器 4KR 起過熱過載保護(hù) 作用。 4.3 PLC 硬件配置 4.3.1 PLC 基本知識(shí) PLC 的特點(diǎn) 1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技 術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的 可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些 使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使 用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)

41、 已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自 我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編 入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自 診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2) 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜?各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù) 據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)

42、控制中。加上 PLC 通信能力 的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3) 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易， 編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器 電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器 電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從 事工業(yè)控制打開了方便之門。 4) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè) 備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合