基于三菱plc的水泥厂窑头喂煤系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于三菱plc的水泥厂窑头喂煤系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

改变喂煤量 时 ， 系统的 计量精度 仍能保持不变 ， 本 系统的 控制 精度为 5‰。 4. 系统 自动化程度要高， 在水泥厂各种复杂的环境下仍能继续保持稳洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 定运行 ，即 适用性要 强，。 国内 水泥厂内的 窑头 喂煤 装置为了保证 系统的稳定都采用德国菲斯特公司生产的煤粉转子秤 ， 由于该 公司 设备对使用 环境 和维护 方式 要求 很 高 ，因此在煤粉输送过程 中要严格 把控 煤粉 的 质量 （纯度）和 水分 、 粉 煤仓的材质 ，要求 密封 、恒 温 ，同时 秤体消风 、 罗茨 风机用风 、 助流系统的使 用也需要严格注意。 设备选型 转子秤 国内 大型熟料生产线 为 了 保证喂煤系统的稳定 一般 都采用德国菲斯特公司生产的 DRW 系列转子秤 煤粉转子秤 ， 本设计 也 欲 采用 DRW 系列转子秤。 DRW 系列转子秤是德国奥格斯堡的菲斯特公司于 1984 年设计并获得专利， 于 1985 年用于水泥生产线， 1995 年引进中国。 目前， 中国水泥行业约 有 1500 套该转子秤运行在不同 的生产线上。 DRW 系列转子秤以先进的前馈控制技术，强劲的功能深得用户的信赖。 DRW 系列转子秤 占地 面积小， 称重 计量准确，自动调整 系统 喂 煤 量。 但价格 较 昂贵 ， 安装 不便， 维护 困难。 DRW 系列转子秤 中的 型转子称适用于水泥煅烧过程中煤粉的连续 称量。 煤粉从粉煤仓的输出、称 重和 直接传送到气力输送管道 的所有过程都 在一个结构简单的封闭式 机构 内完成，此型号转子秤的 计量精度为 177。 ％。 PLC 选型 在窑头喂煤控制系统中的 PLC 系统设计时， 在 详细分析 系统的控制目标 ， 控制要求，输入输出 I/O 点数、 需要 PLC 达到 的功能 特性 以及 外 接设备 的特定 特性 要求等等 之后，我们 最终 选择有较高 性 价比 、高性能 的三菱FX2N 系列 PLC。 三菱 PLC 是当今应用最广 泛的 PLC 之一，其 梯形图 编程简单 ， 修改方便。 FX2N 系列是三菱 PLC 家族中最先进的 系列 ， 具有高速处理 分析数洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 据， 可 互 联 扩展等特点， 能 为 工厂 生产自动化和控制 自动化提供 最理想的控制核心。 三菱 FX2N 系列 的 PLC 性能 强劲， 外形小巧 ， 高速度 处理 ， 其所有方面都是 FX系列中最高档次的超小 型、可 满足多样化广泛需要的 PLC程序装置。 综合 PLC 选型 的规则及本 系统 I/O 口的需求，三菱 FX2N32MR001基本单元带 有 16 点 继电器 I/O 端口 ， 分析后可得出其 能够 满足系统 的控制要求，因此 可 选其作为 本系统的基本 控制核心。 荷重传感器 荷重传感器主要是通过检 测被测体使载体发生形变的 形变 度来 获得 被测体 重量 的传感器 ，荷重传感器能将载体 因 所受的 压力 而改 变的形变 程度转 变 成相应的电信号 来进行相应的数据传输 ， 从而达到测量 荷重 的目的。 荷重传感器是 喂煤控制 系统能够 持续 定量 喂煤 的 重要 元 器件 之一 ， 其量程选择的正确与否将 直接 影响 到系统的计量精度和 喂煤 精度， 我们应 尽可能使 从 转子秤 流过的 煤粉 瞬时 荷重 维 持 在荷重传感器 20%~80%的 受力范围内。 根据控制系统的 要求， 决定 选用 西门子公 司的 压力 荷重 传感器SIWAREX WL270 CPS SB，本荷重传感器 设计 紧凑 ， 适用于安装在容器计量秤 中 ，额定负载 有 10t、 20t、 30t 和 50t。 荷重 传 感器 的形变片的 形变范围 为 ~， 误差 177。 %。 速度传感器 速度传感器 指的是能 够 感受被测速度并转换成可用 于 输出 或检测的 信号的传感器。 由于本系统中转子秤电机和喂料电机是由变频器控制的，可直接由变频器 的相关数据得到 相应的电机转速信号，而罗茨风机转速对系统喂煤精度没有影响，只要其能将煤粉从转子盘卸出后在气力输送管道吹至窑头就可，无需对其转速进行控制。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 变频器 系统对喂料机 电机 和转子秤 电机转速 的控制精度要求较高， 因此我们引入变频器对 两者 电机 的 转速进行 精密 控制。 本设计的 窑头 喂煤 控制 系统 需要 配 备 2 台变频 器 ， 一台拖动 和控制 转子秤电机 运转 ，另一台 拖动和控制 喂料 机 电机 运转。 根据系统喂料的台时流量以及变频器的高性价比需求，最终 确定 2 台变频器都 选用三菱变频器FR740 系列中的。 此变频器 输入 3 相 380V 、 50Hz的 交流电压。 在 闭环时可进行高精度的转矩 /速度 /位置控制 ，因此在控制精度方面能够满足系统要求。 罗茨风机 罗茨风机 输送的风量 大小 一般 是由风机电机转速 的大小来 决定的 ， 罗茨风机的选型 要根据 煤粉 流量、压头、叶片以及电机 的 转速 来决定 我们 的需要 ，另外还要满足 系统需要 罗茨 风机在安装、噪音大小等方面的要求。 根据本系统中的各项参数及数据选择 MD系列 HSR200 高压罗茨风机，该风机 气密 性好、 风机送风 效率高， 节能 高效， 噪音低、振动小 ， 体积小 ，控制 精度 较 高，使用 较一般风机 方便。 风机口径 为 80— 500A，风机风量为5— 350 m179。 /min。 开关电源 三菱 PLC 自带电源 ， 可 用来给传感器或 者 扩展模块供电。 若 是 PLC外接 按钮或行程开关， 则 可 以直接使用自带电源 ；若 是 外接 接近开关或光电开关，可以 选择 使用 PLC 内部提供的 24V 电源，也可以 使 用 外部 另接24V 电源 对其进行 供电。 在 此 我们考虑到外部单元较多，内部电源 不能满足 要求，因此需要选用开关电源作为外部电源 供电。 因为 PLC 自带电源 电压为直流 24V，总电流 也不大，所以拥有 24V/5A 的 一般电源既能满足要求。 模拟量扩展模块 由于我们选用的 FX2N32MR001 型 PLC 不能直接读取 荷重 传感器 和洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 速度传感器 的标准电信号，因此只有通过模拟量扩展模块将标准的电信号转化为数字信号才能由 CPU 处理。 在此我们就需要在输入 和 输出端加入A/D 及 D/A 模拟量扩展模块。 A/D 转换器的 控制精度是由其 二进制位数 决定的 ， 二进制 位数越多， 一个单位内 所占比例越小， 控制精度越高。 由于本系统要求系统控制精度达到 5‰，那么 本系统选用的 A/D 或 D/A 转换器精度就 要达到 1‰， 12 位的控制精度 ‰ 12  ； 而 8 位的控制精度则为 ‰ 8  ，不能满足要求。 因此 我们 选用 12 位的 A/D 转换单元 或 D/A转换单元。 FX2N 常用的模拟量输入 单元 有 FX2N2AD、 FX2N4AD、 FX2N8AD。 我们选择 FX2N2AD 输入 单元 ， FX— 2AD 为 2 通道 12 位 A/D 转换 单元 ，它 可以 根据外部连接方法及 PLC 指令选择电压输入或电流输入，是一种具有高精确度的输入 单元。 FX2N 常用的模拟量输出 单元 有 FX2N2DA、 FX2N4DA、 FX2N8DA。 我们选择 FX— 4DA 输出 单元 ， FX— 4DA 为 4 通道 12 位 D/A 转换 单元 ，它 可以 通过简易的调整 及 PLC 的指令改变模拟量 的 输出 范围 ， 是一种具有高精确度的输出 单元。 人机界面 人机界面是 用户 和 系统 间进行交互 的 媒介，它 可以 实现 系统 内部 信息处理 的 形式与人类可 接受 的 形式之间的转换。 由于水泥厂的工 作 环境复杂以及使用方便和高性价比的要求， 系统 欲 采用日本三菱 GT1050QBBDC触摸屏，显示屏为 英寸 蓝白 16 灰度， DC 电源。 GT10 系列 人机界面 优点有很多，如 HMI 结构简洁 ，但 内部处理 功能 强大， 标准 配方功能 实用性很强 ，方便 加工 存储数据。 支持多 台互连 ， 人机界面 内置标准 的 USB，RS232， RS422 接口。 总体设计方案 根据以上设计要求、控制目标及 控制系统的精度要求等，设计出了 本窑头喂煤控制系统： 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 煤粉的 台时 流量大小是由转子秤 电机 的 转速 和 测 重 装置的 荷重传感器的 共同 决定的 ， 其 转子盘 流经 的 煤粉 荷重 通过 荷重传感器 直接 测得 ， 而转子秤 电机 的 转速由变频器 的相关 运行数据 得出。 系统将实际 测得的 转子秤电机 的 转速 和转子 盘上的 煤粉的 荷重 的乘积值与 设计台时流量转换后的预先 设定值相比较，由 变频器调制 喂料电机转速 ，使 喂料机的 喂 煤 量保持在一个恒 定范围内 ，进而 达到 摇头喂煤控制 系统 精确喂煤的目的。 当 转子秤中的 转子 盘 将煤粉 从喂料机 输送到 罗茨风机的 气力输送区时，煤粉 立即 被吹送至窑头。 现代 高科技技术含量的 三菱 PLC 测控 控制 系统 在 被 用于 窑头喂煤 控制系统时， 负责完成各种 实时 任务，实现整个 窑头 喂煤 控制 系统的连续 称量和定量 喂 煤 ，实 现水泥厂窑头喂煤控制系统的连续化、均匀化，并实现5‰的喂煤精度。 喂煤系统控制原理图 如图 22 所示。 开 关 电 源D / A 模 块三 菱 P L CA / D 模 块荷 重 传 感 器变 频 器人 机 界 面喂 料 机 电 机转 子 秤 电 机速 度 传 感 器 图 22 喂煤系统控制原理 图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 第 3 章 系统硬件设计 系统电路分析设计 在基于三菱 PLC 的水泥厂窑头喂煤控制系统设计中，我们通过 DCS系统来控制整个控制系统的运行，包括喂料机电机、转子秤电机、罗茨风机电机三台电机的启动和停止。 系统运行过程中 运用三菱 PLC 完成 各种 实时 任务，实现整个系统的 连续 称 量和定量 喂煤。 同时在电机运转过程中实现 PID 调节， 也可 以实现系统连续、均匀的喂煤。 喂料机电机控制 在 本 控制系统设计中，煤粉第一个进入的装置就是喂料机，因此对喂料 机电 机 转速 的控制在整个控制过程中 不可小觑 ， 因此 喂料机电机的运转显得尤为重要。 喂料机电机控制原理图如图 31 所示。 M3～FU1380V UVWS1KM1HL11NLBT31K1KA11KM1 KA12 HL12KM1 KA12U V WCOM1 DO DI DI DIK1K0DCSKA1 KM1 KH1NQF1COM2KH1KM1变 频 器M12 4 62 4 62 4 6 1 3 5 1 3 5 1 3 513 2114 23KA121 22 31443441314212295 9796 98131413141314979812驱动 备妥 应答 故障KH1图 31 喂料机电机控制原理图 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 过程分析如下： 总开关 QF1 闭合，系统开始准备工作，变频器开始运行，选择设定好的运行频率，且变频有效，系统处于备妥状态。 此时备妥信号发出，过程为 KA1 闭合，继电器线 圈 KA11 带电。 与此同时 DCS 发出驱动信号，继电器线圈 K1 得电， 继电器线圈 K1 的常开触头 立即 闭合 线路接通 ，进而继电器线圈 KM1 得电，使继电器线圈 KM1 的 常开触点闭合，喂料 机 电机开始运转，同时， 控制回路中 正常运转指示灯 HL11 亮， DCS系统 中 继电器线圈 KM1 的常开触头闭合，发出应答信号表明电机已正常运转。 若出现故障，则热继电器 KH1 中常闭开关断开，正常运行指示灯灭，DCS 中的常开开关 KH1 闭合，发出故障信号，此时，由 COM1 端连接的故障信号灯 HL12 亮。 NLBT31 是现场按钮盒， 手动、自动 模式可任意 切换 操作，在出现故障时，工作人员在得到确切信息后可手动切换到手动操作状态，以尽快修复电机的运转，保证不影响工厂的正常生产。 转子秤电机控制 在 本控制系统中最重要的 部分 就是 控制转子秤转速，转子秤电机的转速控制对于整个 系统的控制 准确度、控制精度都显得尤为重要。 转子秤电机的控制与喂料机电机的控制可谓大同小异，都需要变频器来精准的控制电机的转速。 转子秤电机控制原理图如图 32 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 M3～F U 13 8。