毕业设计论文-水泥回转窑电气控制系统设计

毕业设计论文-水泥回转窑电气控制系统设计内容摘要：

设计任务要求 ① 回转窑辅助电机的正常运转控制。 辅助电机的作用是在检修时低速驱动筒体旋转，工艺要求主电机与辅助电机之间必须互锁，即主电机运行时，辅助电机禁止运行；辅助电机运行时，主电机禁止转动。 主电机、辅助电机运行的切换还应由限位器的相应位置决定。 辅助电机应配有备用电源，以备停电时在瞬间自动切换，由备用电源供电。 ② 主电机的变频调速控制。 主电机的作用是驱动筒体按一定的转速旋转，与水泥生料下料量、风量和给煤量协调运行。 高转矩变 频调速电机采用变频器调速，变频范围为 0～ 100 Hz。 ③ 燃烧器移动小车的正反转运行控制。 燃烧器移动小车是辅助移动燃烧的设备，煤粉在其内部燃烧，对水泥生料加热锻烧。 ④ 主减速机润滑站的控制应按 TE525 润滑站的压力、温度、液位等控制要求实现。 TE525 系列润滑装置均设有两台油泵电机机组，其中一台供正常使用，另一台供应急时备用。 控制的具体要求如下： 1) 油压控制：在润滑装置出油口处设有油压控制点，有 3个压力控制器参与压力设置点的控制，当出油口油压下降到 MPa 时，一个压力控制器发出声光报警信号， 同时启动备用油泵投入工作。 当备用油泵投入工作后，油压恢复到 MPa时，另一个压力控制器发出正常工作信号，切断备用泵。 第三个压力控制器用于控制系统最高压力设定，当油压达到 MPa 时，发出声光报警信号。 2) 油温控制：用两个电接点温度计测量油箱内油液温度的变化情况以及对电加热器和电磁水阀实施控制。 当油箱内油液温度低于 15℃时，电加热器自动投入工作状态，当达到 25℃时，电加热器自动切断。 另一个电接点温度计用于电磁水阀的控制，当温度达到 45℃时，电磁水阀打开，投入冷却水用于降温；当油温达到 35℃时， 关闭电磁水阀，冷却水自动停止供应。 温度控制器用于出油口处最高油温值的控制，当油温达到 55℃时，发出声光报警信号。 3) 液位控制：在油箱内 设有浮球式液位计一个，用于显示油箱内油液位置上下极限和信号控制。 当液位超上限或低于下限时，应发出油箱内缺油的声光报警信号。 4) 双筒过滤器压差显示：在双筒过滤器上设有压差信号开关，当通过双筒过滤器两端压差达到或超过 MPa 时，发出滤芯堵塞声光报警信号。 TE525 主减速机润滑站含有如下电气组件： *****本科毕业论文 2 总体方案设计 5 ： Y112M6B8， 2台， ， AC 380V， 50Hz。 ： SRY2220/2， 3件， AC 220V， 2kW。 ： VQK02， 1 件， AC 220V： 200μ A， DC 24V：。 ： WTZ288， 2件， AC 24～ 38V， 10μ A。 ： YWK50C， 1件， AC 380V： 3A， DC 220V： ，阻性负载，温度设定范围 50～ 60℃。 ： ZCS25P， 1件， AC 220V， 650mA。 ： YWK50C， 3 件， AC 380V： 3A； DC 220V： 25A，阻性负载，压力设定范围 0～ 1MPa。 ： CSⅡ， 2件， AC 220V： ； DC 24V： ，△ P=。 主减速机润滑站见图。 图 主减速机润滑站 ⑤ 挡轮液压站 TE326 的控制。 控制要求为： 1) 回转窑在窑体上行时，其中一台油泵电机通电，油泵打出的液压油进入 2挡油缸中，驱动窑体上行。 当碰到上限行程开关时，发出声光报警信号，使油泵电机断电，同时电磁球阀通电。 窑体靠自重把油缸中的 油压回到油箱，窑体向下滑行。 碰到下限行程开关时，发出声光报警信号，使油泵电机通电，同时电磁球阀断电，窑体再次上行。 液压站这样循环工作，使得窑体实现按上行→下行→上行→下行的方式运动。 *****本科毕业论文 2 总体方案设计 6 2) 超压控制：当液压系统的油压达到系统中的一个压力控制器的设定值时，发出声光报警信号。 3) 油温控制：用温度控制器监控油箱中的油温。 当油箱内油液温度低于 12℃时，电加热器进入工作状态，当油温升到 15℃时 (利用该温度控制器的切换差 )，电加热器自动切断。 4) 压差控制：本液压站设有 3个滤油器，当滤油器进出口两端压差达到或超过 MPa 时，发出滤芯堵塞声光报警信号。 型号为 TE326 型的挡轮液压站，含有如下的电器组件： ： YB100L14V1， 2 件， ， AC 380V， 50Hz。 ： 23QDF6B/， 1 件， DC 24V。 ： SRY2220/1， 1件， 1kW， AC 220V。 ： D505/18D， 1件，压力设定范围 ～ 25MPa， AC 220V： 3A。 ： WTZK50C， 1 件，温度设定范围 10～ 40℃， AC 380V： 3A；DC 220V： (阻性负载 )。 ： CSV， 3件， DC 24V： 2A， AC 220V： ，△ P=。 挡轮液压站见图。 图 挡轮液压 站 电气控制方案攀枝花学院本科毕业论文 2 总体设计方案 7 根据生产工艺和电气控制目标，可以看出水泥回转窑传动系统属典型的小型开关量输入 /输出控制系统，控制要求和连锁要求较多，且与回转窑其它控制系统之间关联密切，在调试中需不断对其改进和扩充。 若采用继电接触器控制，则只能接成固定线路，灵活性太差 ，也不能满足水泥窑车间煅烧关键设备的核心作用，故采用 PLC为核心的电气控制方案。 电气总图如图。 水泥窑挡 轮 液 压 站辅助电机3 M 主减速机主电机M主 减 速 机 控 制 箱主 减 速 机 润 滑 站 现 场 控 制 箱＋ A X 1辅 助 电 机 控 制 箱＋ A X 3＋ A L 1 ＋ A L 0控制室＋ A X 2燃 烧 小 车 控 制 箱4 M出料端进料端＋ A L 0 ： 主 电 机 变 频 调 速 控 制 柜＋ A L 1 ： P L C 、 液 压 站 及 润 滑 站 控 制 柜＋ A X 1 ： 辅 助 电 机 控 制 箱＋ A X 2 ： 燃 烧 小 车 控 制 箱＋ A X 3 ： 主 减 速 机 润 滑 站 现 场 控 制 箱 图 电气总图 如图中所示，水泥窑主要分为三段控制：进料端、电机端、燃烧小车端。 这三个端子在水泥窑上由挡轮液压站 ； 电机 包括主电机、主减速电机和辅助电机组成；燃烧小车接触器。 具体方案如下： ① 主电机为变频调速电机，故采用变频器控制其调速运行。 ② 辅助电机、燃烧小车的控制比较简单，直接用继电接触器控制其运行。 ③ 挡轮液压站、主减速机润滑站因控制内容多，工艺复杂，两者均采用由 PLC控制的方 式，利用 PLC 的硬件电路与软件结合，实现挡轮液压站、主减速机润滑站的正常运转与故障报警等控制功能。 本套电控系统共设电控柜 2 个，电控箱 3个。 分别为＋ AL0(主电机变频调速控制柜 )、＋ AL1(PLC、液压站及润滑站控制柜 )，＋ AX1(辅助电机控制箱 )、＋ AX2(燃烧小车控制箱 )、＋ AX3(主减速机润滑站现场控制箱 )。 控制箱框图及其相关参数 如图 所示： 攀枝花学院本科毕业论文 2 总体方案设计 8 图 回转窑 控制箱框图 *****本科毕业论文 3 水泥窑控制方式 9 3 水泥窑控制方式 操作方式 DCS 介绍 DCS 是分布式控制系统 的英文缩写（ Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。 即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。 它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等 4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。 ① DCS 的 特点 DCS是计算机技术、控 制技术和网络技术高度结合的产物。 DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。 操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。 因此， DCS 的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。 ② DCS 的结构 从结构上划分， DCS 包括过程级、操作级和管理级。 过程级主要由过程控制站、 I/O 单元和现 场仪表 组成，是系统控制功能的主要实施部分。 操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。 管理级主要是指工厂管理系统 （ MIS系统），作为 DCS 更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 ③ DCS 的控制程序 DCS 的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。 ④ 过程控制站的组成 DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、 CPU（中央处理器）、网络接口和 I/O 组成。 操作方式设计 ① 集中 /现场操作。 大型水泥厂的控制系统现在均采用的是计算机集散型控制系统 (DCS)，总厂控制室内是 DCS 系统的操作站 (大多数由工业控制计算机、计算机网络系统组成 )，*****本科毕业论文 3 水泥窑控制方式 10 而分厂或车间的控制 属二级控制系统，现场设备属三级控制系统。 这三级控制系统之间可互相传递参数，其中总厂的 DCS 可直接发送命令启动现场设备，而现场设备的重要参数又可传递到总控室，并在计算机屏幕上显示其实时的状态信息。 所以该系统设计了集中和现场两种操作方式，集中操作适用于水泥窑接收来自于总控制室的启动 /停止信号 (以无源接点的方式 )，控制水泥窑、挡轮液压站、主减速机润滑站的启停；现场操作方式用于车间控制室内的操作。 现场控制站的主要任务是进行数据采集及处理； 根据控制程序来实施实时的过程量的控制；进行设备监视和系统的测试与诊断。 现 场控制站主要含以下内容：原料制备和石灰石预均化；生料粉磨；生料配料；废气处理；窑尾分解；筒体温度扫描；烧成窑头控制；窑头看火；煤磨控制；熟料配料；水泥粉磨和输送等等。 根据具体情况由它们组成若干个现场控制站。 ② 本柜 /机旁操作。 本柜操作适用于在车间控制柜的面板上进行操作，机旁操作适用于检修时用现场操作箱的控制装置进行操作。 水泥窑三级操作方式示意图见图。 工 业 控 制 计 算 机总 厂 中 心 控 制 室D C S 远 程 操 作车 间 控 制 室电 控 柜 操 作＋ A L 0 电 控 柜 ＋ A L 1 电 控 柜＋ AX2 电 控 箱＋ AX1 电 控 箱 ＋ AX3 电 控 箱水 泥 窑 设 备 现 场控 制 箱 机 旁 操 作 图 水泥窑三级操作方式示意图 机旁操 作站全厂设若干套操作员站，它是对全生产线工况进行监视、控制及操作的人机接口，主要完成数据、图形及状 态的显示，历史数据的存档，故障记录，故障状态显示，报表打印以及工艺设备选择，电机成组或单机的启动 、 停车 、急停 、 复位和数据给定等控制操作。 各个操 作 站可以互为备用。 与外界的连锁信号 水泥窑与其它设备及全厂总控制室之间有相当多的连锁控制，这些连锁都是*****本科毕业论文 3 水泥窑控制方式 11 从各自电控柜中的端子板上引入或引出的。 水泥窑向外界提供的连锁信号有： ① 主电机运行 、 跳闸信号。 ② 辅助电机运行信号。 ③ 主减速机润滑站正常信号。 ④ 挡轮液压站 、 主减速润滑站备妥信号 、 故障信号。 来自于外界的连锁信号有： 1) 来自于总控制室的 挡轮液压站 、 主减速机润滑站启动 /停止信号。 2) 来自主电机控制柜的主机运行信号 (因这部分图纸省略，暂将其作为外部信号 )。 配电系统 由三相四线制取一相和地所得控制电压为交流 220V， AC 220V 经变压器 、 一体化电源等装置后获得控制系统所需各种等级的电压。 因为挡轮液压站的电磁球阀工作电压为 DC 24V，挡轮液压站与减速机润滑站的压差开关工作电压均为 AC 24 V， P。