基于S7300程控器的傾動(dòng)式保溫爐系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、 江 西 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告 機(jī)電學(xué)院 自動(dòng)化專業(yè) 07級（ 屆） 一 班 學(xué)號 25 學(xué)生 嚴(yán)學(xué)明 題 目：基于S7-300程控器的傾動(dòng)式保溫爐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本課題來源及研究現(xiàn)狀： 本課題來源 本課題以中國鋁業(yè)某分公司的鋁水保溫爐系統(tǒng)為背景，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)工 業(yè) 生產(chǎn)流程中的鋁水保溫和控制鑄造速度的快慢。此公司有兩臺傾動(dòng)式保溫爐，爐體采用10mm鋼板﹙Q235－A﹚及軋制型鋼焊接而成，整個(gè)爐殼是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀加固剛體，爐子后墻設(shè)置兩個(gè)高強(qiáng)度的回轉(zhuǎn)支座，具有足夠的靈活性和同心度，側(cè)面安裝兩個(gè)重型液壓缸，行程可使?fàn)t

2、體沿一個(gè)方向最大傾翻27.5。 本傾動(dòng)式保溫爐控制系統(tǒng)按照安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、人機(jī)和諧、優(yōu)化管理的方針進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場保溫爐系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，運(yùn)程各種操作站的信息融合、集中監(jiān)控，提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和管理水平。 研究現(xiàn)狀 傾動(dòng)式保溫爐是冶煉、化工、鑄造等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的能源保護(hù)設(shè)備。拿工業(yè)鋁水保溫爐來說，熔煉爐中剛出來的鋁水是不能直接拿去鑄造的，根據(jù)鑄造的各項(xiàng)要求必須保證流入鑄造的鋁水大小是一定的，否則出來的都成廢品。保溫爐在此過程中不僅起到保溫防止?fàn)t水硬化，而且使得鋁水的流量大小恒定的流入鑄造流口。由此可見，保溫爐的地位在工業(yè)生產(chǎn)中是舉足輕

3、重的。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷創(chuàng)新，做為工業(yè)領(lǐng)域鑄造前提的核心設(shè)備，保溫爐也向著大容量、高效率、全自動(dòng)發(fā)展。為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，提高管理水平，保溫爐設(shè)備的控制系統(tǒng)顯得愈加重要。 保溫爐是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要能源保護(hù)設(shè)備。爐體耗能巨大，我國每年就生產(chǎn)金屬的產(chǎn)量都以百億為單位，而這些金屬在冶煉的過程中都必須經(jīng)過保溫爐，保溫爐是通過燃燒重油類物質(zhì)從而達(dá)到爐內(nèi)溫度恒定的設(shè)備。由此可見，提高保溫爐的計(jì)算機(jī)控制水平不僅具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益，還具有重要的環(huán)保意義。但是我國目前運(yùn)行的大多數(shù)保溫爐系統(tǒng)控制水平不高，效率明顯低于發(fā)達(dá)國家，操作工人水平參差不齊，經(jīng)常憑借經(jīng)驗(yàn)和感覺去操作，長期使

4、得保溫爐體處于高消耗、低安全、環(huán)境污染嚴(yán)重的狀況。 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化控制水平越來越高，用戶對保溫爐系統(tǒng)控制系統(tǒng)的工作效率要求也越來越高，為了提高保溫爐的工作效率，減少對環(huán)境的污染問題，所有利用計(jì)算機(jī)與組態(tài)軟件技術(shù)對傾動(dòng)式保溫爐的工作過程進(jìn)行自動(dòng)控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：其一，通過對保溫爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，使燃燒在合理的空燃比條件下進(jìn)行，可以提高燃燒效率，減少能源。其二，保溫爐的傾動(dòng)速度是根據(jù)鑄造快慢來調(diào)節(jié)的，利用計(jì)算機(jī)控制可以提高其傾動(dòng)速度的精度，達(dá)到嚴(yán)格的工藝要求。其三，保溫爐控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面使運(yùn)行參數(shù)在CRT上的集中監(jiān)測，操作人

5、員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上根據(jù)控制效果及時(shí)修改運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，工業(yè)保溫爐的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。保溫爐做為工業(yè)生產(chǎn)的重要設(shè)備，其工作的各個(gè)主要參數(shù)必須嚴(yán)格控制，保溫爐是一個(gè)多輸入、多輸出的復(fù)雜控制對象，這些輸入變量和輸出變量是相互關(guān)聯(lián)的。例如在鋁液保溫爐中，如果爐體溫度發(fā)生變化，必將引起鋁水溫度和爐膛壓力等的變化；供風(fēng)系統(tǒng)的不平衡也影響爐溫和爐壓的變化；爐體內(nèi)油量的供應(yīng)大小不僅影響爐體溫度，而且影響鋁水溫度和爐膛壓力的大小。 研究意義（可選項(xiàng)） 自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)每年突

6、飛猛進(jìn)，中國已成為世界上最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕?jīng)濟(jì)大國之一，中國的興起已成當(dāng)今世界的熱門話題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，人類對資源的需求不斷增加，世界各國都在為解決能源緊張而帶給各行業(yè)的沖擊，都努力在研發(fā)能源的同時(shí)，致力于節(jié)能新方法的研究。 我國目前生產(chǎn)金屬及加工金屬的工廠之多，各類保溫爐數(shù)量之和亦龐大。由于各方面原因，目前，很多保溫爐設(shè)備陳舊，對工人勞動(dòng)強(qiáng)度過大，而且存在保溫爐熱效率低的現(xiàn)象。降低能源消耗，把工人從頻繁的勞動(dòng)中解放出來，促進(jìn)文明生產(chǎn)，保溫爐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是以個(gè)急待解決的問題。若平均一臺保溫爐每天就按消耗100斤重油來計(jì)算，如果能提高效率1﹪，一臺保溫爐每年就可以節(jié)

7、約重油量365斤，約人民幣785元﹙4300／噸﹚，再算上各類保溫爐數(shù)目，此數(shù)據(jù)將不計(jì)其數(shù)，再說保溫爐平均每天的耗油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不至假設(shè)的數(shù)據(jù)。由此可見，經(jīng)濟(jì)效益是很明顯的。又對保溫爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在不需要人工干預(yù)的情況下，根據(jù)參數(shù)設(shè)定的大小隨時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量、送風(fēng)量及引風(fēng)量，維持爐內(nèi)液體溫度、爐溫、爐膛壓力等的恒定，就有可能將保溫爐的熱效率提高5﹪以上。另外，使保溫爐達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒狀態(tài)，還可以減少煙氣中的含塵量，使燃燒更加充分，減少對環(huán)境的污染。本課題根據(jù)該公司對鋁棒生產(chǎn)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的集成自動(dòng)化系統(tǒng)將現(xiàn)場的保溫爐控制運(yùn)行和管理有機(jī)的良好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)保溫爐系統(tǒng)安全的管理水平。該系統(tǒng)

8、代表著我國比較先進(jìn)的保溫爐現(xiàn)場集成自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向和較高的管理水平，它不僅是一個(gè)科研任務(wù)，而且是把理論與實(shí)踐結(jié)合，開發(fā)出的一個(gè)真正的產(chǎn)品。對提高我國國民經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國家工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展都有著重要的作用和意義。 課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段： 研究目標(biāo) 本課題的研究目標(biāo)為傾動(dòng)式保溫爐的控制系統(tǒng)。 研究內(nèi)容 根據(jù)該系統(tǒng)的功能，并結(jié)合實(shí)際情況本系統(tǒng)的研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： 1.溫度控制：溫度控制為設(shè)備控制的核心，設(shè)有爐氣定溫控制和鋁液溫度串級控制兩種，兩種控制方式的切換設(shè)置為人工手動(dòng)切換，切換操作在觸摸屏上進(jìn)行。爐氣溫度控制是根據(jù)熱電偶采集到的溫度信號送入PLC中的模擬量輸

9、入模塊經(jīng)冷端補(bǔ)償，線性化處理，與給定溫度比較，經(jīng)PLD運(yùn)算后，輸出電信號連續(xù)控制和調(diào)節(jié)燒熱負(fù)荷的大小，以達(dá)到溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的；串級控制是由鋁液溫度熱電偶采集的溫度信號送入溫度控制模塊經(jīng)冷端補(bǔ)償，線性化處理，與給定值一起經(jīng)PLD運(yùn)算，其結(jié)果與爐氣溫度熱電偶采集的溫度信號一起輸入到溫度控制模塊。經(jīng)處理后輸出信號連續(xù)控制和調(diào)節(jié)燃燒負(fù)荷的大小，達(dá)到溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。 2.爐膛壓力控制：爐壓控制是保證安全生產(chǎn)及節(jié)能的重要手段。在燃燒過程中，應(yīng)使引風(fēng)量和送風(fēng)量想適應(yīng)，保溫爐正常運(yùn)行中，爐膛壓力應(yīng)保持在微負(fù)狀況下，負(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，不利于安全生產(chǎn)和環(huán)境衛(wèi)生。

10、爐壓控制是通過差壓變送器將采集的爐氣壓力信號轉(zhuǎn)換成4～20mA信號，送入PLC中的閉環(huán)控制模塊，經(jīng)PLD運(yùn)算后輸出控制信號，控制排煙管道上的煙閘開口度，從而保證爐氣壓力在合理的范圍內(nèi)，保證正常燃燒工作。 3.吹掃控制：燃燒系統(tǒng)啟動(dòng)后，PLC發(fā)出指令按設(shè)定的時(shí)間，以助燃風(fēng)為介質(zhì)對爐膛空間進(jìn)行吹掃﹙吹掃時(shí)間一般為3min﹚，置換掉爐內(nèi)可能殘存的燃料，保證安全點(diǎn)火；當(dāng)爐溫大于760C和一個(gè)燒嘴處于正常燃燒狀況的情況下將不進(jìn)行吹掃。 4.點(diǎn)火控制：由PLC檢測各有關(guān)參數(shù)，如爐頂是否超溫、爐壓是否超高限、助燃風(fēng)壓和燃?xì)鈮毫κ欠竦陀诘紫薜劝踩拗?，并?jù)此來判斷是否可以點(diǎn)火。若滿足條

11、件則啟動(dòng)點(diǎn)火程序控制器，由點(diǎn)火程序控制器送電給點(diǎn)火變壓器，開始點(diǎn)火。若點(diǎn)火失敗后，即紫外線火檢探頭未檢測到火焰信號，則點(diǎn)火程序控制器迅速發(fā)出指令，自動(dòng)關(guān)閉各安全電磁閥，實(shí)現(xiàn)熄火保護(hù)，同時(shí)發(fā)出聲光警示信號，提醒操作人員。查明原因后按下復(fù)位按鈕，由PLC重新發(fā)出啟動(dòng)指令，重復(fù)執(zhí)行點(diǎn)火程序，整個(gè)點(diǎn)火過程的控制都是由點(diǎn)火程序控制器來實(shí)現(xiàn)的。 5.傾動(dòng)控制：傾動(dòng)控制采用連續(xù)控制，液壓缸分慢升、慢降、快升、快降四種工作狀態(tài)。安裝在流槽上方的激光測距裝置可以精確的測量流槽中鋁液液位，并將液位信號傳給PLC，PLC根據(jù)設(shè)定液面參數(shù)和工況，經(jīng)過PID計(jì)算，控制液壓泵站進(jìn)油管路上的比例閥，通過調(diào)整比例

12、閥的開度使鋁液液面保持在一定穩(wěn)定的高度上。液位的控制精度為2mm。 6.傳動(dòng)機(jī)械控制：傳動(dòng)機(jī)械控制的功能是控制助燃風(fēng)機(jī)、爐門提升電機(jī)、泵站電機(jī)等的啟／停以及電機(jī)過載等故障進(jìn)行保護(hù)。其主要電氣元件選用SIEMENS產(chǎn)品及國內(nèi)合資企業(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，這些器件與柜體一起構(gòu)成一馬達(dá)控制中心﹙MCC﹚。MCC控制回路接收PLC的DO模塊輸出指示，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，電機(jī)的啟／停、各電磁閥的動(dòng)作均通過PLC數(shù)字量I／O模塊實(shí)現(xiàn)。 研究方法和手段 本課題主要采用觀察法和文獻(xiàn)法進(jìn)行研究。 設(shè)計(jì)（論文）提綱及進(jìn)度安排： 論文提綱： 摘要 英文摘要 第一章 緒論 1.

13、1 保溫爐控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 1.2 選題的背景和意義 第二章 傾動(dòng)式保溫爐控制系統(tǒng)總體簡介 2.1 PID控制算法簡介 2.2 傾動(dòng)式保溫爐控制系統(tǒng)組成 2.2.1燃燒系統(tǒng) 2.2.2 排煙系統(tǒng) 2.2.3 爐壓控制系統(tǒng) 2.2.4 溫度檢測系統(tǒng) 2.2.5溜槽液位系統(tǒng) 2.2.6 液壓系統(tǒng) 2.3 傾動(dòng)式保溫的自動(dòng)調(diào)節(jié)任務(wù) 第三章 控制系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì) 3.1 PLC軟件介紹 3.1.1 模塊式PLC的基

14、本結(jié)構(gòu) 3.1.2 PLC的特點(diǎn) 3.2 STEP7軟件簡介 3.3 系統(tǒng)控制所用的功能塊 3.4 傾動(dòng)式保溫爐控制系統(tǒng)的硬件組態(tài) 3.5 控制系統(tǒng)I／O點(diǎn)及地址分配 3.6電氣控制系統(tǒng)原理圖 3.6.1 保溫爐電機(jī)供電系統(tǒng)圖 3.6.2 主控制柜及傾爐操作系統(tǒng)圖 3.6.3 燒嘴點(diǎn)火控制器電氣圖 3.6.4 PLC及機(jī)架模塊電氣原理圖 3.7 系統(tǒng)下位機(jī)控制子程序 3.8 保溫爐控制系統(tǒng)流程圖 第四章 控制系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)計(jì) 4.1 WINCC軟件簡介

15、 4.2 WINCC的系統(tǒng)組成與功能 4.3 WINCC的特點(diǎn) 4.4 項(xiàng)目組態(tài) 4.5 系統(tǒng)監(jiān)視軟件界面設(shè)計(jì) 第五章 系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 5.1 PLC系統(tǒng)的抗干擾性 5.2 PLC控制系統(tǒng)的干擾源及分類 5.3 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源 5.3.1 空間的輻射干擾 5.3.2 系統(tǒng)外引線的干擾 5.3.3 PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾 5.4 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 5.5 控制系統(tǒng)的主要抗干擾

16、措施 第六章 總結(jié)與致謝 6.1 總結(jié) 6.2 致謝 參考文獻(xiàn) 附錄﹙部分程序﹚ 進(jìn)度安排： 第六周：研究溫度控制和爐膛壓力控制方式。 第七周：研究供風(fēng)系統(tǒng)和點(diǎn)火控制系統(tǒng)。 第八周：對本系統(tǒng)所需的各電器元件、管道和液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究。 第九周：研究系統(tǒng)總電氣原理圖和控制流程圖。 第十周：對以上各研究進(jìn)行總結(jié)，寫好報(bào)告，并不斷晚善。 主要參考文獻(xiàn)和書目： [1]蔣慰．孫愈全．過程控制工程．北京：中國石化出版社，1999．8 [2]翁維勤．孫洪程．過程控制系統(tǒng)及工程．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002．7 [3]

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