毕业设计-高炉上料plc自动控制

毕业设计-高炉上料plc自动控制内容摘要：

he instrument and control system, electric control system and process and management with puter. The blast furnace San Dian integration. This system main design content includes: use STEP7 programming software of S7200 PLC programming, programming software, is a powerful support for ladder diagram, the statement table, function block diagram programming language, and use similar to the advanced language programming mode, the main program and subroutine has carried on the modularization and interrupt program, increases the readability of programs, programming and missioning personnel be clear at a glance. In addition STEP7 support scale debugging, can use after the program downloaded to the PLC and scale think assignment method to simulate the field data input. PLC as the controller has the following characteristics, is especially suitable for industrial control, 1. Easy to use , simple programming. 2. The function is strong, high cost . The hardware is plete, the user use convenient, strong adaptability. To achieve control requirements, the PLC builtin AD conversion and matching PID arithmetic can achieve high control requirements. Key words： The blast furnace feeding, PLC control, PLC programming, automatic cont 1 绪论 高炉上料 PLC 自动控制的研究目的、意义 高炉上料装置是生产中的重要环节 ， 提高其自动化水平 ， 可以大大减轻工人劳动强度 ， 提高生产效率 ， 同时通过原料的精确配比 ， 又可提升产品的品质和质量。 本文简要介绍了 PLC 系统在高炉上料自动控制中的应用。 该系统用 PLC 完成所有的过程控制、数据采集、自动调节、事故处理及报警等工作。 工控机负责监控和人机对话 ， PLC 和工控 机通过动态数据交换 ， 实现点对点通讯 ， 控制与监控分开 ， 可靠性高。 高炉上料为炼铁高炉提供原料 ，其将来自料仓的各种原料按一定的配料比送到高炉内进行冶炼。 整个上料过程大部分是顺序逻辑控制，涉及到一些模拟量控制，但没有反馈，不构成闭环过程控制，故而多采用可编程控制器（ PLC）进行控制。 主要作用是将炼铁所需的各种原料源源不断地送到高炉内，保证高炉炼铁的正常需要，而整个高炉上料卷扬系统的核心就是料车的主提升设备。 早期的传动调速控制方法多采用串极、直流或转子串电阻调速控制方式，设备简单，造价低，维护方便等特点。 高炉自动上 料应用非常普遍，长度是有限的，为把物料从槽下料仓搬运到炉顶上，采用料车升降机，以提高生产效率。 经生产实践表明，该设计思路正确，运行可靠，能达到实际生产应用的要求。 中小型高炉上料主要是卷扬料车上料，由于料车上料占地面积小，在中小高炉中得到广泛的应用，如中型高炉卷扬系统采用双电机控制，小高炉采用单电机控制。 卷扬上料系统的主要过程是：各种原料经过槽下配料后放入中间料斗，料车到料坑后，料斗把料放入料车，料斗闸门关到位后，料车启动，到达炉顶。 PLC 在自动控制中的现状 目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电 子技术的发展， PLC 已由最初一位机发展到现在的以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PC，而且实现了多处理器的多通道处理。 如今， PLC 技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程 I/O 和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使 PLC 向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。 现在，世界上有 200 多家 PLC 生产厂家， 400 多品种的 PLC 产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 PLC 产品都各具特色。 其中 ，美国是 PLC 生产大国，有 100 多家 PLC 厂商，著名的有 AB 公司、通用电气（ GE）公司、莫迪康（ MODICON）公司。 欧洲 PLC 产品主要制造商有德国的西门子（ SIEMENS）公司、 AEG 公司、法国的 TE 公司。 日本有许多 PLC 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（ SAMSUNG）、 LG 等，这些生产厂家的产品占有 80%以上的 PLC 市场份额。 经过多年的发展，国内 PLC 生产厂家约有三十家，国内 PLC 应用市场仍然以国外产品为主。 国内公司在开展 PLC 业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、 成本优势、服务优势、响应速度优势。 而可编程逻辑控制（ PLC）器具有以下鲜明的特点。 非常适合工业用 高炉上料自动 控制系统。 所以本系统选择此控制器。 PLC 控制系统的优点 1） 使用方便，编程简单 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 2） 功能强，性能价格比高 一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。 它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能 价格比。 PLC 可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。 硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。 4） 可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电 器，由于触点接 触不良，容易出现故障。 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场， PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 5） 系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控 制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。 完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 6） 维修工作量小，维修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。 PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。 PLC 的发展 以及对高炉上料的进一步革新 随着 PLC 应用领域日益扩大， PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。 1） 在产品规模方面，向两极发展。 一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型 PLC。 以适应单机及小型自动控制的需要。 另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型 PLC方向发展。 随着复杂系统控制的要求越来越高和微处理器 与计算机技术的不断发展，人们对 PLC 的信息处理速度要求也越来越高，要求用户存储器容量也越来越大。 2） 向通信网络化发展 PLC 网络控制是当前控制系统和 PLC 技术发展的潮流。 PLC 与 PLC 之间的联网通信、 PLC 与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。 目前， PLC 制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强 PLC 的联网能力。 各 PLC 制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。 PLC 已成为集散控制系统（ DCS）不可缺少的组成部分。 3） 向模块化、智能化发展 为满足工业自动化各种控制系统的需要，近 年来， PLC 厂家先后开发了不少新器件和模块，如智能 I/O 模块、温度控制模块和专门用于检测 PLC 外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了 PLC 的应用范围，还提高了系统的可靠性。 4） 编程语言和编程工具的多样化和标准化 多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC 软件进步的一种趋势。 PLC 厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向 MAP(制造自动化协议 )靠拢，使 PLC 的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。 PLC 的每一 步发展都将对高炉上料自动控制做出新的进一步的革新，将使我国高炉炼铁技术往更好的，更先进的方面发展，我们将看到拥有自主知识产权的中国的 PLC 自动控制生产线出现在我们自己的沃土上。 但是这将会耗费数以万计的高端知识人才的毕生努力。 但是这是具有预见性的未来。 革新，发展。 2 控制系统总体方案设计 炼铁工艺过程介绍 炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质 CO、 H C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。 本评价项目采用高炉还原法工艺。 高炉 冶炼用的焦炭、矿石、烧结矿、球团在原料场加工处理合格后，用皮带机运至高炉料仓贮存使用；各种原料在槽下经筛分、计量后，按程序用皮带机输送到高炉料车中，再由料车拉到炉顶加入炉内；从高炉下部风口鼓入热风 (1150－ 1200℃ )，高炉中的物料中的炭素在热风中发生燃烧反应，产生具有高温的还原性气体 (CO、 H2)。 炽热的气流在上升过程中将下降的炉料加热，并与矿石发生还原反应。 高温气流中的 CO、 H2 和部分炽热的固定碳夺取矿石中的氧，将铁还原出来。 还原出来的还原铁进一步熔化和渗碳，最后形成铁水。 铁水定期从铁口放出。 矿石中的 脉石变成炉渣浮在液态的铁面上，定期从渣口排出。 反应的气态物质为煤气，从炉顶排出。 高炉煤气经重力除尘器粗除尘后，经降温装置降温后进入布袋除尘器精除尘，净化后的煤气经煤气主管、调压阀组送往烧结、炼钢厂烤包等。 高炉冶炼的热源主要来自于焦炭燃烧。 各种原料在炉内进行复杂的氧化还原反应。 高炉冶炼用风由高炉鼓风机供给，冷风经热风炉加热后送给高炉。 高炉冶炼主产品为铁水，副产品为煤气、炉渣等；高炉铁水用铁水罐运往炼钢厂，炼钢停减产时富余的铁水由铸铁机浇铸成面包铁。 高炉煤气经两级除尘净化后，一部分用于热风炉，余下部分去烧结 厂和炼钢厂烤包等。 下面给出工艺流程示意图 1： 烧 结 料 石 灰 石 焦 炭高 炉铁 水 炉 渣 高 炉 煤 气热 风 炉 鼓 风 机铸 铁 机 转 炉溶 剂图 1 高炉 工艺流程 高炉内炉料还原反应原理简介 高炉是一种竖炉型逆流反应器。 在炉内堆积成柱状的炉料，受逆流而上的高温还原气流的作用，不断的被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落，并形成渣铁融体而被分解。 冶炼过程中炉内料柱基本上是整体下降的，成为层状下降和活塞流。 1）块状带：炉料软融前的区域，主要进行氧化物的热分解和气体还原剂的间接还原反应。 2）软融带：炉料从软化到熔融过程的区域，在软融过程中， 使间接还原反应充分进行，提高煤气的利用率，减少了高炉下部耗热量很大的直接还原量。 3）滴落带：渣铁完全溶化后呈液滴落下，穿过焦炭层进入炉缸之前的区域。 渣铁液滴在焦炭空隙间滴落的同时，继续进行还原、渗碳等高温物料化学反应，特别是非铁元素的还原反应。 4）风口燃烧带：是燃料燃烧产出高温热能和气体还原剂的区域。 这里还有一定数量的液体渣铁与焦炭间的直接还原反应在进行。 5）渣铁储存 区：由滴落带落下的渣铁融体存放的区域。 渣 — 铁间的反应主要是脱硫、 硅氧化的耦合反应。 6）高炉内的还原反应和分布：按不同温度分布区间和还原 的主要反应划分，≦800℃为间接还原区；≧ 1000℃为直接还原区； 800～ 1000℃为两种还原共存区。 控制方式的确定 两种控制方式：开环控制，闭环控制。 如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。 闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。 所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。 在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路， 也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。 因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。 开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。 缺点是无法消除干扰所带来的误差。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。 在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。 因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。 为提高控制精度，在扰 动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 该系统采用开环控制，由于系统实现功能简单实用，所以在当今中国非常经常的应用。 操作方式 高炉上料系统的操作方式根据工作状态可分为三种操作方式： (1)点动操作 点动操作方式下，操作人员必须长按按钮，系统才会进行相应动作，这种方式主要是由于设备的调试。 (2)手动操作 手动操作方式下，操作人员每一次操作按钮，系统就会产生相应的动作，这种方式可以用于设备的调试，最主要的还是用于排除故障时的操作。 当设备出现 故障或 物流不畅时 ， 上料系统转入手动生产 ， 直到排除故障 ， 再切换到自动生产。 (3)半自动操作 通过按钮实现上料、卸料的单步自动控制。 (4)全自动操作 当检测到炉内缺料时，操作台通过按钮实现上料、开门、小车上下行的全部自动控制。 通过计算机可实现生产过程的按步顺序的自动控制过程，是主要生产方式。 设计概述 传统控制方式 在炼铁高炉的生产中，主令控制器是卷扬最为关键的核心控制设备，一旦上料的主卷扬发生故障维护及调整非常麻烦，将直接导致整个炼铁高炉生产的停滞，造成高炉上料中断，给炼铁生产带来重大经济损失。 目前，国内炼铁高炉主卷扬控制方式还普遍采用传统的 LK 系列机械触点工作模式，在实际使用过程中存在着许多先天性的缺限和不足，如故障率高、精确度差、调整费时、不适应自动化生产需要等等弊端。 随着计算机技术、自动化控制技术迅猛发展，越来越多现。 高炉生产对可靠性要求极高，当上料系统故障或物流不畅通时，高炉不能长时间停止生产，必须及时排除故障，使生产得以进行。 自动工作方式是以上料系统无故障、 PLC 控制器完好为前提，因此，上料系统除了具备自动方式外，还要保留手动、机旁、调试方式。 PLC 的控制方式 PLC 主要 实现自动控制，是主要生产方式，手动方式是辅助生产方式，机旁和调试方式用于单机操作和试机。 当设备出现故障或物流不畅时，上料系统转入手动生产，直到排除故障，再切换到自动生产。 特别强调的是，在手动工作时，PLC 也要处于运行状态，实时监测并跟踪物料信息，对物料信息采取掉电记忆，以便转入自动时，真实再现物料信息，使自动生产得到以顺利进行。 本次设计主要。