电气自动化专业毕业设计（论文）-回转窑电气控制系统的安装与维护.doc

天津冶金职业技术学院毕业课题回回转窑电气控制系统的安装、维护系 别 电气工程系 专 业 电气自动化 班 级 电气08-2班 学生姓名 指导教师 2011年5月10日3摘 要本文介绍了回转窑的自动化控制的安装与维护，采用了plc作为控制核心，编写回转窑控制系统应用程序。在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业中，广泛地使用回转窑对固体物料进行机械、物理或化学处理，这类设备被称为回转窑。通过对课题的分析研究，查找其相关方面的资料，并对其进行深入分析与研究，在广泛吸收其它进口设备优点的基础上，考虑到了操作的容易性及人际界面友好等方面的因素，制定合理的设计开发方案,使得plc对回转窑的控制更符合人际化,达到真正的自动控制功能。在分析了回转窑控制系统功能要求的基础上，本文还根据系统的主要硬件配置，进行了可编程控制器的选型、外部接线图设计以及相关软件的总体结构设计，并编写了部分关键程序。关键词：回转窑 电气自动化 plc 计算机控制17目 录摘 要i1回转窑的混料系统11.1混料系统的基本流程11.1.1rx3000电子皮带计量称11.1.2rx3000电子皮带计量称的接线21.1.3rx3000安装需要注意的事：31.2混料系统的其它辅助元件31.2.1计量称31.2.2混料机31.2.3螺旋进料机，斗式提升机31.3混料系统总结32回转窑的焙烧系统42.1：回转窑的焙烧系统概述42.2变频器42.2.1变频器的优点：52.2.2变频器保护功能的分类52.2.3abbacs550-1变频器52.3回转窑焙烧系统的冷却系统62.3.1减速机的主要作用：72.3.2减速机的工作原理：72.4回转窑焙烧系统的其他辅助元件73：plc电控柜83.1plc电控柜的安装83.1.1系统回路83.1.2plc安装流程：83.1.3调试流程：83.2回转窑plc控制93.3plc电控系统的总结 104：回转窑的除尘及余热的使用114.1回转窑除尘系统及余热使用的概述114.2沉降室114.2.1沉降室的技术性能判定原则：124.2.2沉降室设计要点124.3余热锅炉134.4布袋除尘13附 录151回转窑的混料系统1.1混料系统的基本流程图1.1混料系统的基本流程料仓a的纯碱与料仓b的铬矿分别经过计量称按一定比例进入混料机进行混合，混合完全的混合料经由绞笼，提升机进入大料仓，最后经过由变频器控制的电子皮带秤精确的控制进料速度，将物料送入回转窑焙烧系统。图1.2回转窑混料系统全貌1.1.1rx3000电子皮带计量称rx3000型称重控制仪表摈弃了进口仪表的复杂操作。该仪表采用了适合中国国情的中文人机对话界面直接显示各种有关的信息，操作及校准极为方便，具有精度高、响应速度快、操作直观和稳定可靠等特点。rx3000型称重控制仪表内部集成了abb、西门子、霍尼韦尔网络通讯协议，可方便的与目前世界上流行的dcs系统连接，仪表内预留有扩展槽可与现场总线连接（profibus）。rx3000型称重仪表可与上位机进行通信及流量设定等特点。并根据流量pid运算，控制变频器的输出频率，从而达到控制流量的目的。rx3000型称重控制仪表采用了多种通讯功能，这些通讯功能可以使仪表与pc计算机、可编程控制器（plc）、打印机或网络系统等外围设备相连从而达到自动计量和自动控制的目的。输入/输出系统具有驱动继电器的功能。1.1.2rx3000电子皮带计量称的接线1.确保电源关闭。2.不要把信号线和电源线或其它具有强电磁干扰电缆布施在同导管内。3.仪表外壳和导管应有点接地。4.检查所有连接线是否正确并牢固。5.严禁使用“兆欧表”检查线路。6.电源接线应安装断路器（最大20a），断路器的安装位置应便于操作并有明确标识用于本仪表。7.所有导管应从机箱底部进入，不应从机箱顶部或侧面进入。图1.3rx3000称重仪表接线图1.1.3rx3000安装需要注意的事：1.不要剪短称重传感器的电缆线。2.传感器信号线不应和电源线使用同导管。3.屏蔽电缆的屏蔽层应单端接地，按照图示连接。4.机箱必须接地。1.2混料系统的其它辅助元件1.2.1计量称计量称由一台旋转编码器，一台1.5kw电机以及一台1.5kw变频器组成主要是完成纯碱与铬矿称重工作，以便完成纯碱与铬矿的精确配比。1.2.2混料机混料机主要由1台7.5kw电机完成工作，其主要任务是将两台计量称称好的纯碱与铬矿进行充份混合。1.2.3螺旋进料机，斗式提升机螺旋进料机与都是提升机分别由一台5.5kw电机与一台20：1的减速机和一台7.5kw电机与一台40：1.1的减速机组成，他们共同的作用是将混合好的物料运送提升至大连仓以便rx3000电子皮带秤精确测量。1.3混料系统总结混料系统的主要功能就是将分别放置的纯碱与铬矿进行按一定比例进行精确混合然后提升到指定位置，以供给回转窑焙烧系统。其优点是在进行配料时采用电子称与变频器可以实现精确的物料配比，高精度，任意比例。以便于物料在焙烧过程中更好，更充分反应。2回转窑的焙烧系统图2.1回转窑焙烧系统全貌2.1回转窑的焙烧系统概述回转窑的焙烧系统由一台22kw电机拖动，电机受abb变频器控制，以便可以精确控制物料的反应时间，使物料充分反映。焙烧系统的燃料是压缩天然气由窑头经过富氧燃烧器送入回转窑，其最高温度可达2,000。纯碱与铬矿反应温度大约为1200，所以在回转窑内安装了pt100温度传感器，来控制回转窑内温度。1台75kw引风机由abb变频器控制调节回转窑内负压，纯氧输送枪将氧气打入回转窑以辅助燃烧，提高温度。2.2变频器变频器（vfd）是应用变频技术与微电子技术通过改变电机电源的频率和幅度的方式来改变电机拖动速度的传动元件。变频器的主电路可分为两类：电压型是将电压源的直流转换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电感。变频器的工作原理就是利用半导体器件的通断作用将工频电源转化为另一频率电源的控制装置能实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。它由三部分组成将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率改为交流功率的“逆变器”。2.2.1变频器的优点：1.变频调速节约电能：例如一台55kw离心泵电机当转速为额定转速4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电49%，当速度为额定速度的1/2时期耗电量为7千瓦，省电87.5%。2.在电机控制方面的优势：如变频器可以实现带负载平滑启动、容易实现正反转。3.提高工艺水平和产品质量：因为变频器设有pg反馈环节，能实现闭环控制，所以利用变频器来拖动电机可以提高控制精度。2.2.2变频器保护功能的分类1.检测到异常状态后自动地进行动作修正，如过电流失速防止再生过电压失速防止。2.检测到异常状态后封锁电力半导体器件pwm控制号，使电机自动停车如过电流切断再生过电压切断半导体冷却风扇过热和瞬时停电保护等。2.2.3abbacs550-1变频器图2.2现场总线与变频器的连接1.通过标准串行通讯协议,acs550可以接受来自外部的控制信号。使用串ac550可以：1)所有控制信息接收至现场总线。2)由现场总线和其它控制信号（如数字输入、模拟输入和控制盘）联合控制。2.acs500-1接线可以采用两种方式：1)端子x1：2832上的标准内置现场总线（efb）.2)安装在插槽2（可选rxxx上的现场总线适配器（fba）3.acs500-1可以采用两种基本串行通讯配置：1)内置现场总线（efb）-通过控制板端子x1：2832上的rs485接口控制系统可以使用modbus协议的传动进行通讯。2)现场总线适配器(fba)-在传动的扩展槽2中插入一个可选的fba模块，传动就可以和一个控制系统进行通讯，通讯中采用的协议可以是下列协议中的任何一种：-profibus-dp-lonworks-canopen-devicenet-controlnetacs500会自动检测即插式现场总线适配器的通讯协议。每种适配器配置文件的哦默认设置是该协议的工业标准传动配置。所有的哦配置文件也可以配置为abb传动配置文件。配置的详细内容根据所使用的协议和配置文件确定。2.3回转窑焙烧系统的冷却系统回转窑焙烧系统的冷却系统主要由一台7.5kw的电机，一台配套20：1的减速机，以及水冷系统组成，由于从回转窑窑口出来的熟料温度较高，无法靠近，所以需要一套冷却系统来降低物料温度。冷却窑同样由变频器控制，由于冷却窑长度有限，但同样物料需要充分冷却，所以冷却窑转速同样很低，并且冷却窑需要的启动转矩很大，低频下难以启动，所以在电机与冷却窑之间安装了一台20：1的减速机，以提高启动转矩。试冷却窑的拖动电机可以正常启动。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所需要的回转数，并得到较大转矩的机构，在目前用于传动的机构中，减速机的应用相当广泛。几乎在各式的机械传动系统中都可以看见他的踪迹从交通工具的船舶，汽车，机车，建筑用的重型机具，机械工业用到的加工机具及自动化生产设备到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力传输工具到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，具体在工业应用上减速机具有减速及增加转矩功能因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。2.3.1减速机的主要作用：1.减速的同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘以减速比，但要注意不能超过减速机的额定扭矩。2.减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。2.3.2减速机的工作原理：减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备把电动机，内燃机或其他高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数比就是传动比。2.4回转窑焙烧系统的其他辅助元件回转窑其他辅助元件还包括一台75kw电机一级一台40：1.1的配套减速机，为回转窑提供动力。一台气泵。主要为回转窑的各个气动阀提供气源，气压表，流量计，气动阀各三个，分别为纯氧，富氧，燃气的流量，压力，开关提供可靠保障，同时也为人机界面提供流量，压力的数据。燃气总开关阀，由于天然气为可燃气体，在与空气混合后遇明火易爆炸，所以燃气开关阀可以有效的防止燃气的泄漏，保证安全。由于回转窑温度很高，以上仪器仪表均为防爆仪表。一台助燃风机，将空气打入富氧燃烧器，为回转窑炉膛负压。使高温带接近窑尾。图2.3冶金化工窑3：plc电控柜图3.1plc电控柜由于自动化控制系统的控制核心为plc，所以plc的安装，调试，为回转窑控制系统的核心。3.1plc电控柜的安装2011年11月，plc电控柜在铬铁车间安装。3.1.1系统回路1在系统回路中，加旁路系统，当plc发生故障时即可通过路继续运行引风机。2保持原有高压开关保护设定。3将水阻启动器嵌入旁路系统，用于旁路运行时启动引风机。4根据以上的需求，的经过优化设计分析，设计主回路。并安装。3.1.2plc安装流程：1根据plc安装要求，做plc基础。2安装plc。3做高压联屏电缆4接控制连锁线5接入控制电源电缆6控制回路调试完成后，连接主回电缆。3.1.3调试流程：1.相关plc工作的一、二次设备安装、组态完毕；2.plc电控柜内变压器耐压试验、直流电阻测量合格；3.6kv电缆、plc电控柜内支持瓷瓶、避雷器等试验合格；4.检查各接线正确、紧固；5.plc参数设置正确；6.引风机等机务设备具备试车条件。7.闸刀闭锁功能试验：主要检查出线闸刀和旁路闸刀的机械闭锁功能；“高压允许合闸”闭锁功能；防止带负荷拉合闸刀功能。8.静态调试：将plc控制电源送上，引风机开关处于试验状态。检查计算机画面上的各种状态显示是否正确对应。9.动态调试：引风机开关、plc电控柜将正式通电。分别检查“工频旁路”状态以及“变频控制”状态下，在plc控制下变频器面板和远方控制箱上操作引风机、变频器的启、停、调是否正常，转速、电流是否正确；在“工频旁路”状态时与“变频控制”状态时的转向是否一致。10.带负荷试验：主要了解正常运行工况下引风机、plc控制、变频器的风量、电流、转速（频率）；检查变频器额定输出电流时的电机转速、变频器频率。3.2回转窑plc控制3.3plc电控系统的总结由于plc为回转窑自动化系统的控制核心，所以其日常维护与保养相当重要，主要是保持电控柜通风，确保散热，并定期对线路进行检测。注意是否发生线路老化，对一些已经老化的线路，需要及时的更换，以防止短路或断路防止对生产以及plc本身造成不必要的损伤，如果发现隐患，须及时处理。4：回转窑的除尘及余热的使用图4.1回转窑的除尘及余热的使用图4.1回转窑除尘系统及余热使用的概述由于纯碱与铬矿反应后的熟料含有粉末状颗粒，所以，处于环保与可持续发展角度在回转窑的窑尾与烟道之间安装了除尘设备，沉降室与布袋除尘器，同时，从窑尾出来的带有粉末的空气具有很高的温度，可以为锅炉提供热源，所以在沉降室与布袋除尘之间安装了一台6t的余热锅炉，为厂里提供暖气与热水，节省资源，实现废物利用。4.2沉降室沉降室：水平气流沉降室的构造主要是由室体、进气口、出气口和集灰斗组成。含尘气体在室体内缓慢流动，小粒借助自身重力作用被分离而捕集下来。为了提高沉降室的除尘效率，有的在室内加装一些垂直挡板，如图4-2所示。其目的，一方面是为了改变气流的运动方向，由于粉尘颗粒惯性较大，不能随同气体一起改变方向，撞到挡板上，失去继续飞扬的动能，沉降到下面的集灰斗中；另一方面是为了延长粉尘的通行路程，使它在重力作用下逐渐沉降下来。有的采用百叶窗形式代替挡板，效果更好；有的还将垂直挡板改为“人”字形挡板，如图4-3所示，使气体产生一些小股涡旋，尘粒受到离心力作用，与气体分开，并碰到室壁上和挡板上，使之沉降下来。对装有挡板的沉降室，气流速度可以提高到68m/s。多段降尘室设有多个室段，这样相对地降低了尘粒的沉降高度。4.2.1沉降室的技术性能判定原则：1沉降室内被处理气体速度(基本流速)越低，越有利于辅集细小的尘粒，但装置相对庞大；2基本流速一定时，沉降室的纵深越长，则除尘效率也就越高，但不宜延长至10m以上；3在气体入口处装设整流板，在沉降室内装设挡板，使沉降室内气流均匀化，增加惯性碰撞效应，有利于除尘效率的提高。综上所述通常基本流速选定为12m/s，实用的捕集粉尘粒径为40m以上，压力损失比较小，当气流温度为250300，气体在沉降室人口和出口处的流速为1216m/s沉降总阻力损失为100120pa。沉降室在许多情况下作为多级除尘器使用。4.2.2沉降室设计要点1沉降室内烟气流速v，宜取0.41.0m/s。2沉降室尺寸以矮、宽、长的原则布置为宜，若机降室过高，其上部的尘粒沉降到底部时间较长，烟尘往往未降到底部就被烟气带走。流通截面确定后，宽度增加，高度就可以降低；加长沉降室，可以使尘粒充分机降。3沉降室内可适当设置挡墙板，(采用水平隔板降低室高度形成多层沉降室)以提高除尘效果。4除尘工程设计中有时不可能按计算尺寸确定结构，而是视具体布置考虑。5沉降在沉降室内的灰尘宜设计安装排除装置。6沉降室一般只能捕集大于4050mm的尘粒，而且除尘效率较低，故沉降室一般仅在除尘要求不高或多级除尘的初级除尘(预除尘)等场合被采用。7沉降室可以根据烟气量、空间位置和效率要求设计成不同的构造及外形。4.3余热锅炉冶炼回转炉余热锅炉简介冶炼回转炉余热锅炉不仅可以回收冶炼厂高温烟气中的二次能源，减低烟气温度，更重要的是扑积高温烟气中的烟尘，回收贵重金属，减低烟气的含尘量，保证工艺系统的流畅，为尾部工艺创造有利条件。冶炼回转炉余热锅炉的工作条件十分恶劣，冶金炉排出的so2和烟尘含量高，烟气波动量，腐蚀性强，而且烟尘中含有粘结性很强的金属，且为周期性运行，负荷波动剧烈。针对冶金炉的生产工艺和余热锅炉的工作特点，我公司采用了直通式全膜式水冷壁型冶炼回转炉余热锅炉，采用自然循环、强制循环和二者相结合型三种水循环方式。余热锅炉进口与冶转炉出口水冷烟罩相接并设置柔性伸缩节，转炉排出的高温烟气进入余热锅炉，依次经过辐射冷却室、凝渣管屏和数组对流管束后以高于酸露点3060的烟温排出炉外，进入除尘系统除尘净化，再送入下道工序回收利用。采用直通式全膜式水冷壁整体悬吊式结构结构，低流速设计，锅炉灰斗也采用水冷壁遮盖，并形成倾角利于烟尘排放。锅炉采用机械振打，采用吹灰器清灰，或有振打与吹灰相结合的三种清灰方式。该锅炉有效的解决了捆绕冶炼回转炉余热锅炉的积灰、膨胀、密封、腐蚀和磨损等问题，达到国内先进水平。4.4布袋除尘布袋除尘器除尘效果的优劣与多种因素有关，但主要取决于滤料。布袋除尘器的滤料就是合成纤维、天然纤维或玻璃纤维织成的布或毡。根据需要再把布或毡缝成圆筒或扁平形滤袋。根据烟气性质，选择出适合于应用条件的滤料。通常，在烟气温度低于120，要求滤料具有耐酸性和耐久性的情况下，常选用涤纶绒布和涤纶针刺毡；在处理高温烟气(250)时，主要选用石墨化玻璃丝布；在某些特殊情况下，选用炭素纤维滤料等。布袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。一般取过滤速度为052mmin，对于大于01µm的微粒效率可达99以上，设备阻力损失约为980i470pa。余热锅炉由锅筒、活动烟罩、炉口段烟道、斜1段烟道、斜2段烟道、末1段烟道、末2段烟道、加料管（下料溜）槽、氧枪口、氮封装置及氮封塞、人孔、微差压取压装置、烟道的支座和吊架等组成。余热锅炉共分为六个循环回路，每个循环回路由下降管和上升管组成，各段烟道给水从锅筒通过下降管引入到各个烟道的下集箱后进入各受热面，水