（机械制造及其自动化专业论文）新型干法水泥生产中旁路放风系统的dcs控制.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着工业化的大发展和原料资源的日趋紧张，在水泥生产中使用一些含碱、 氯、硫量高的原料生产优质熟料，不仅是社会发展对资源利用的要求，也是水泥 技术和装备进步的体现。采用旁路放风系统，即将回转窑窑尾高温烟气在从旁路 中分离出一部分，与冷风混合，使以气相形态存在的挥发物冷凝在飞灰上，由收 尘器将此飞灰收捕下来排出窑系统，以减少有害组分的循环。这样可以达到减轻 甚至防止窑尾系统结皮堵塞，并使熟料碱的含量能保持在预定范围内的要求。 旁路放风系统采用的是d e s 控制系统，d e s 作为分散式控制系统，硬件上包 括上位计算机、工业以太网、下位控制器、i o 控制柜、现场总线等的配置；软 件上是一个整体方案，既包括a b b 控制系统本身所具有的监控功能，也包括根据 工艺控制流程所制定的系统组态方案和控制程序的编制等。本文是在沙特r c c 项目的基础上，研究旁路放风系统的d e s 控制方法，主要内容如下： 1 根据生料所含的主要成分，制定旁路放风系统的工艺流程，并介绍了旁路 放风系统的主要设备和装置，其中包括一般设备和自身带p l c 控制器的装置。 2 根据工艺要求和设备的i 0 点分布，设置旁路放风站控制站，并介绍了该 站的三级控制结构：控制器级、通讯网络级和入机接口级。控制器直接与生产过 程相连，接收生产设备送来的信号；人机接口是操作人员与d c s 网络相互交换 信息的装置；通讯网络将控制器与人机接口联系起来，使之形成一个有机的整 体。 3 在上位控制环境方面，介绍了i e c 6 11 3 1 - 3 编程语言标准及其i e c 软件模 型和通讯模型；介绍了a b b8 0 0 x a 系统的分布式工程设计环境、信息数据管理、 图形界面处理技术等特点。 4 在旁路放风系统控制程序编制方面，介绍了标准程序控制模块和一些特殊 设备的通讯与控制，并用结构化控制语言编写了旁路放风系统的控制程序。 5 介绍了d e s 控制的关键技术：抗干扰技术和p i d 技术。在抗干扰技术方面， 重点介绍了干扰的来源和抗干扰措施；在p i d 技术方面，重点介绍了p i d 算法和 p i d 技术在旁路放风系统中的应用，并阐述了p i d 控制性能的优化措施。 关键词：旁路放风系统，d c s ，a b b 控制系统，结构化文本语言，通讯网络 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t d u et ot h ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ta n dl a wm a t e r i a l se x i g u i t y , t h eu t i l i z a t i o no f r a wm a t e r i a l c o m p r i s e dw i t ha l k a l e s c e n c e a sc h l o r i n ea n ds u l f u ri nc e m e n t m a n u f a c t u r ei sn o to n l yt h er e q u e s to fs o c i a ld e v e l o pt op r o d u c eg r o go fh i g l l q u a l i t y , b u t a l s ot h ee m b o d i m e n to fa d v a n c e m e n tt oc e m e n tt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n t a d o p t i n gb y p a s ss y s t e mc a ns e p a r a t ek i l nc h a r g ee n d sh i g ht e m p e r a t u r e g a sa n dm a k ev o l a t i l ec o n d e nt of l ya s h t h e d u s tc o l l e c t o rc a nc o l l e c tt h ed u s ta n d m a k ed u s ts e p a r a t e df r o ml 【i l ns y s t e m ，i tc a nr e d u c et h ec i r c u l a t i o no fn o c u o u s n e s s c o n s t i t u e n t i nt h i sw a y , t h ej a mo fk i l nc h a r g ee n di sl i g h t e n ，a n dt h eg r o g sc o n t e n to f a l k a l ic a nk e p ti nac e r t a i nr a n g e d c sc o n t r o ls y s t e mi sa d o p t e db yb y p a s ss y s t e m ，i t sh a r d w a r ec o n t a i n si n d u s t r i a l c o n t r o lc o m p u t e r ，c o n t r o l l e r , i oc o n t r o lc u b i c l e ，f i e l db u sa ss oo n i ns o f t w a r e a s p e c t ，i ti s aw h o l ep r o j e c t ，w h i c hn o to n l yc o n t a i n sa b bs y s t e m sm o n i t o r i n g f u n c t i o n ，b u ta l s ot h es y s t e m sc o n f i g u r a t i o na n dp r o g r a m m i n g t h i sa r t i c l ei sb a s e do n t h er c c p r o j e c t ，f o ri n v e s t i g a t i n gt h ed c s c o n t r o ls y s t e mo fb y p a s ss y s t e m ，i t sm a i n c o n t e n ti sa sf o l l o w s ： 1 a c o r d i n gt ot h em a i nc o m p o n e n to fg r e e nm a t e r i a l ，t h et e c h n o l o g i c a lf l o wo f b y p a s s s y s t e mi sc o n s t i t u t e d ，a n dt h em a i ne q u i p m e n to fb y p a s ss y s t e mi si n t r o d u c e d w h i c hc o n t a i n st h eg e n e r i ce q u i p m e n ta n dt h ee q u i p m e n tw i t hp l cc o n t r o l l e r 2 a c o r d i n gt ot e c h n i c s sr e q u e s ta n di ，od i s t r i b u t i n g , t h eb y p a s sc o n t r o ls t a t i o ni s s e t u p 。t h r e e c l a s sc o n t r o ls t r u c t u r e si si n t r o d u c e dw h i c hc o n t a i nc o n t r o l l e r c l a s s ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kc l a s sa n dm a n - m a c h i n ei n t e r f a c ec l a s s t h ec o n t r o l l e r c o l l e c t sw i t hp r o d u c t i o np r o c e s sd i r e c t l y , a n dt a k e so v e rt h es i g n a lf r o me q u i p m e n t ； m a i l - m a c h i n ei n t e r f a c ei st h ee q u i p m e n tw h i c he x c h a n g e sc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n o p e r a t o ra n dd c s c o n t r o ln e t w o r k ；t h ec o n t r o l l e ra n dt h em a n m a c h i n ei n t e r f a c ei s c o l l e c t e db yt h ec o n t r o ln e t w o r k 3 i nc o n t r o le n v i r o n m e n ta s p e c t ，t h ei e c 6 1 1 3 1 - 3p r o g r a m m i n gs t a n d a r dw h i c h c o n t a i ni e cs o f t w a r em o d e la n dc o m m u n i c a t i o ni si n t r o d u c e d ；a b b8 0 0 x as y s t e m c o n t a i n st h ed i s t r i b u t e de n g i n e e r i n gd e s i g ne n v i r o n m e n t ，d a t am a n a g e m e n to fg r o u p s b yg r o u p s ，s t a n d a r dl i b r a r y , c o n t r o lp a n e l ，g r a p h i c a l i n t e r f a c e s ，s o f t s p o t a n d c a l c u l a t i o nf u n c t i o n ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n ds oo n n 武汉理工大学硕十学位论文 4 f o r p r o g r a m m i n g o fb y p a s s s y s t e m ，n o to n l yp r o g r a m c o n t r o lm o d e li s i n t r o d u c e d ，b u ta l s ot h ec o m m u n i c a t i o na n dt h ec o n t r o lo ft h es p e c i a le q u i p m e n ti s i n t r o d u c e d t h ep r o g r a m m i n go fb y p a s ss y s t e mi sf i n i s h e dt h r o u g hs t r u c t u r ec o n t r o l l a n g u a g e 5 k e yt e c h n o l o g yo fd c sc o n t r o lw h i c hc o n t a i n sa n t i j a m m i n gt e c h n i q u ea n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u ei si n t r o d u c e d i na n t i j a m m i n gt e c h n i q u ea s p e c t ，t h es o u r c e a n dm e a s u r ew h i c hi st a k e no fa n t i j a m m i n gt e c h n i q u ei sd e t a i l e d l yi n t r o d u c e d ；i np i d c o n t r o lt e c h n i q u ea s p e c t ，p i da r i t h m e t i c ，t h ea p p l i c a t i o no fp i dt e c h n i q u ei nb y p a s s s y s t e ma n dt h eo p t i m i s e dm e a s u r ei sd e t a l l e d l yi n t r o d u c e d k e y w o r d ：b y p a s ss y s t e m ，d c s , a b bc o n t r o ls y s t e m ，s t r u c t u r et e x tl a n g u a g e ， c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i l i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：抽红：虫- , - 9 - n ( 签名) ：蚯兰塑r 期：垫堕： 武汉理工大学硕士学位论文 1 。1d c s 发展概括 第1 章绪论 在水泥工业的生产过程中，自动化控制起到非常重要的作用。随着计算机技 术以及测量技术的不断发展，控制手段也日趋完善，例如从从p l c 控制转变到d c s 控制，现就d c s 发展历史、d c s 在水泥工业中的技术状况和d c s 发展的趋势三方 面进行介绍。 1 1 1d c s 发展历史 d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 即集散控制系统或分布式控制系统， 它是融合电子技术、计算机技术、控制技术、网络通讯技术和图形显示技术于一 体，对生产装置进行分散控制和集中管理。在其技术发展过程中，大致经历了三个 大的发展阶段： 8 0 年以前，出现的系统是第一代系统，第一代d c s 系统一般由控制单元、数 据采集单元、操作站、上位管理算机及连接各单元和计算机的高速数据通道这五 部分组成，这也奠定了d c s 的基础体系结构，在控制功能上比仪表控制系统前进 了一大步，由于采用了数字控制技术，许多的仪表控制系统无法解决的复杂控制、 多参数、整体协调优化等控制难题得到了实现，而在系统可靠性、灵活性等方面 又大大优于直接数字控制系统，因此一经推出就显示了强大的生命力，并得到迅 速的发展。 第二代d c s 系统是在8 0 年代中期推出的系统，第二代的最大特点是引入了 局域网作为系统骨干，按照网络节点的概念组织过程控制站、中央操作站、系统 管理站及网关，这使得系统的容量规模进一步增加，系统扩充更加方便。 在9 0 年代中期，d c s 进入了第三代( 扩展期) ，这个时期的d c s 在功能上现 了进一步的扩展，增加了上层网络，将生产的管理功能纳入到了系统中，这样就成 了直接控制、监督控制和协调优化、上层网络三层功能结构，这就是现代世界上 的标准体系结构，各个d c s 厂家在直接控制功能方面的差异则主要体现在与不同 行业应用密切相关的控制方法和高层管理功能方面。 i i 2d c s 在水泥工业中的技术状况 2 0 世纪8 0 年代开始，由于各种高新技术的飞速发展，中国开始引进和生产以 武汉理工大学硕士学位论文 微型计算机为核心、控制功能分散、显示集中、集控制与管理于一体的系统，从 而将过程控制仪表及装置推向高级阶段。同时，可编程序控制器也从逻辑控制领 域向d c s 领域扩展，以其优良的技术性能和良好的性能价格比，在过程控制领域 里占据了一席之地。 我国新型干法水泥起步于2 0 世纪8 0 年代，已有多年的历史，8 0 年代从国外 成套引进了熟料生产线及与之配套的自控设备及相关技术，如分布式控制系统， 过程检测仪表，生料质量控制系统，电视监控系统，随着国产化的水泥厂熟料生 产线的投产，新型干法水泥厂配套的自动控制技术装备在最近尤其是9 0 年代得 到了长足的进步，日趋成熟，从而保证了新型干法水泥成产线经济可靠的运行。 现场总线的问世，微机价格成倍下降，性能成倍提高对水泥工业的自动化产 生了巨大影响。首先是系统控制范围增加了，早期系统控制的范围一般是水泥生 产的主工艺流程，而在九十年代后期，系统的控制范围基本上包括了整个水泥生 产线上的所有车间；其次是系统采集信息量增加了，早期为降低造价，尽量减少 系统的输入输出点数，因此系统采集的信号当中，有许多是综合信息，当某一综 合性质的事件发生时还须经过有验的操作人员进行分析，甚至到现场去检查才能 做出正确的判断，而现在系统但采用点对点方式而且采用廉价的通讯方式与部分 单机控制的小型或某些专用控制系统进行大批量的信息交换。d c s 管理信息系统 将工厂的生产过程控制系统与工厂的各个部门的管理系统接在一起，它将过程控 制系统采集到的全厂的实时生产数据及质量数据送入管理网进行分析、统计和存 档，以帮助企业管理者思考、判断、决策以实现最佳管理。 1 1 3d c s 发展的趋势 虽然d c s 的发展已经有几十年的历史，但是进入到水泥行业，相比较其他流 行业如钢铁、石油、化工等等来讲是比较晚的，这也注定水泥行业的自动化发展 体水平比较落后，进入2 l 世纪，生产规模大型化已被市场效益所验证，成为大型 企业的攻势，形成了投资热点，因中国水泥生产企业的科研设计、装备制造等部门 对水泥生产工艺技术和成套设备进行优化和改进，从而使生产线的可靠性和先进 性得到根本性的改变。现在，系统进入了第四代，它将在水泥厂的机电设备控制方 面将发挥不可忽视的作用，第四代的体系结构主要分为四层结构：现场仪表层， 控制装置单元层，工厂车间层和企业管理层。一般系统只有除企业管理层之外的 三层功能，而企业管理层则通过提供开放的数据库接口，连接第三方的管理软件 平台，第四代系统包容了过程控制、逻辑控制和批处理控制，实现混合控制，这是 因为在水泥行业罩既有部分的连续调节控制，还有部分的逻辑连锁控制。 在未来的水泥工业，集散控制系统不仅仅是要对水泥机电设备的监控，还要 武汉理工大学硕士学位论文 对水泥生产过程状态的信息，对各种能源消耗成本信息与各种设备的状态诊断和 检修信息进行监控，只有充分吸收新技术、新理念才能使水泥行业真正实现提高 产品质量，降低生产成本的目标。 1 2 论文研究的内容 1 2 1 课题来源 本课题来源于中材国际股份有限公司沙特阿拉伯r c c 项目。中材国际工程股 份有限公司是主要从事国内外大型新型干法水泥生产线工程总承包集成服务的 国家级高新技术企业，占据了国内9 0 以上市场份额，公司承揽的数百个大型 新型干法水泥生产线工程遍布国内各个省份及欧洲、亚洲、非洲、美洲的数十个 国家，其设计单位主要有天津、南京、成都、浙江四家设计院，本论文便是在南 京水泥设计研究院的旁路放风系统的工艺、电气设计和成都建材设计院上位软件 设计的基础上完成的。 r c c 项目是中材国际股份有限公司为开拓国际市场，而于2 0 0 5 年3 月2 2 日 与利雅得水泥公司正式签订的项目。r c c 项目采用e p c 模式( 交钥匙t u r n k e y 工 程) ，由中材国际负责设计、设备采购和建设，调试，培训当地员工等。r c c 项 目是一条完整的日产5 0 0 0 吨水泥生产线，项目合同金额1 7 亿美元。整条生产 线采用了中材国际自主知识产权技术，工程的设备全部由中材国际供货，其中中 国生产的设备占7 0 9 6 。 r c c 项目在2 0 0 7 年5 月如期点火，7 月顺利产出水泥熟料，并于2 0 0 7 年1 0 月1 3 日竣工投产。r c c 项目从签订合同到竣工投产，共历时两年，是中材国际 在沙特的6 条生产线水泥工程项目第一个竣工项目。 1 2 2 课题研究的意义 随着工业化的大发展和原料资源的日趋紧张，在水泥生产中使用一些含碱、 氯、硫量高的原料生产优质熟料，不仅是社会发展对资源利用的要求，也是水泥 技术和装备进步的体现。现代水泥生产大多都采用新型干法水泥生产方法，采用 与预分解窑技术。2 0 世纪5 0 年代出现了旋风预热器，它利用窑尾废气余热在旋 风筒内将悬浮态的生料预热，使入窑生料中碳酸钙的分解率达到了4 0 左右， 这样，大大降低了熟料的热耗，增加了窑的单位容积产量。但当这种窑传到美国， 由于美国原料中碱的含量较高，所以这种窑型在美国投产后不得不陆续关闭，在 美国停止使用长达2 0 年之久。由此得到一个不正确的结论，认为对于高碱原料， 旋风预热窑是不适用的，2 0 世纪7 0 年代旋风预热器窑在欧洲又发展为预分解窑， 3 武汉理工大学硕士学位论文 碳酸钙的分解率达到9 0 ，熟料的热耗更低，但是窑内结圈或窑尾烟室、旋风 筒锥体等部位结皮堵塞更加严重，这个问题急需解决。 含碱、氯、硫量高的原料含有较高的挥发性组分( 通常指k 2 0 、n a 2 0 、s 0 3 、 c 1 - ) ，挥发性组分在窑内逐步挥发呈气体状态，它们在窑内的挥发顺序为：氢 氧化碱、氯化碱、碳酸碱、硫酸碱。物料在烧成带，c 1 - 几乎全部挥发，而碱、 硫的挥发性能与其物理、化学性能以及在高温带停留时间等因素有关。挥发成气 态的碱、硫、氯与窑内气体一道进入预热器系统，由于生料充分悬浮于热气体中， 当气体温度达到碱、硫、氯的熔点温度时，他们便冷凝在生料粉颗粒表面，随生 料又重新回到窑内，在高温带再次挥发，挥发性组分就这样在窑与预热器之间 经过多次挥发、冷凝，使得预热器、窑内生料含有害成分显著提高。挥发组分的 循环富集常会发生窑内结圈或窑尾烟室、旋风筒锥体等部位结皮，严重时将无法 进行正常生产。 采用旁路放风系统，即将回转窑窑尾高温烟气在从旁路中分离出一部分，与 冷风混合，使以气相形态存在的挥发物冷凝在飞灰上，由收尘器将此飞灰收捕下 来排出窑系统，以减少有害组分的循环。这样可以达到减轻甚至防止窑尾系统结 皮堵塞，或使熟料碱的含量能保持在预定范围内的要求。 由于我国的水泥厂基本上不采用旁路放风系统，所以在这方面我国还没有完 善的理论基础和依据。本课题的研究对于我国含碱量较高地区的水泥厂设计与建 造具有重要的借鉴意义，同时对于完善旁路放风系统理论也具有重要的借鉴意 义。 1 2 3 本文的研究内容 本文针对旁路放风系统的工艺要求，依据系统本身的控制特点，对系统的硬 件进行集成，并对上位软件进行配置，以完成对旁路放风系统的控制。主要内容 包括如下方面： ( 1 ) 制定旁路放风系统的工艺流程，介绍主要控制设备的通讯和控制方式。 ( 2 ) 解析d c s 控制系统，提出旁路放风系统的d c s 设计方案。 ( 3 ) 对旁路放风系统进行硬件配置和上位软件配置。 ( 4 ) 对旁路放风系统进行组态和软件编程。 ( 5 ) 简要介绍旁路放风系统的安装与调试过程。 ( 6 ) 讨论旁路放风系统控制的关键技术：抗干扰技术和p i d 技术 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 工艺流程 第2 章旁路放风的工艺简介 旁路放风系统的工艺流程见图2 - 1 ，主要有抽气装置，热交换器装置，袋收 尘装置，输送装置，排气装置，收尘灰储存装置，粉尘分离装置和粉尘处理装置 组成。 图2 一l 旁路放风系统的工艺流程图 在窑尾预热器的垂直上升烟道设置抽气口一个，此处气体温度为11 0 0 1 2 ， 压力为- 1 k p a ，气体含尘浓度为2 0 0 9 m 3 ，抽出的废气温度大约为4 0 0 ，此时废 气中的挥发性组分几乎全部冷凝为固态并附着于烟尘表面，抽出的废气进入热交 换器进行冷却，在出口处气体温度大约在2 5 0 c 左右。冷却后的废气进入袋收尘 装置，收尘效率为9 9 9 9 ，而净化后的废气通过烟囱排入大气。收尘灰经输送 装置进入收尘灰灰仓，根据气体分析仪分析结果，经粉尘分离装置将无用粉尘用 汽车运走处理，将有用粉尘经输送装置与熟料混合。 2 2 旁路放风工艺中的关键问题 ( 1 ) 旁路放风量 假设采用旁路放风后，入窑生料分解率与放风前一样；窑头用油量与放风前 一样；放风损失的热由放风气体热焓与放风气体中粉尘热焓组成，并由预分解窑 武汉理工大学硕士学位论文 补充。 根据燃烧计算可得旁路放风量为： 叫( 1 0 1 a - 0 0 2 + 半) 急2 7 8 ( 1 刊卜， 口一窑尾空气过剩系数； 幺一原油热值，k j k g ； 蜴一未放风时系统的热耗，l d k g 熟料； 卜未放风时窑头燃料比例( 小数) ； y a 一旁路放风比例( 小数) ； 西一入窑生料分解率( 小数) ( 2 ) 旁路放风料耗 假设窑尾热气体中粉尘含量占入窑热生料量的比例不变，一般为1 0 1 2 。因此旁路放风料耗为不放风时的料耗与放风损失物料量之和。 根据假设，旁路放风损失物料量为： 。竿气圪 2 百。 式中：g h 一旁路放风损失物料量，k g k g 熟料； l 一生料烧失量( 小数) ； 气一窑尾烟气粉尘量占入窑热生料物料量的比例( 小数) ； c 一2 ) 当l = 3 5 4 ，m = 9 0 ，= 1 0 ，；0 1 0 5 v b ，旁路放风损失的物料量与旁 路放风量之间的关系成正比关系。 ( 3 ) 旁路放风热耗 放风损失的热由放风气体热焓与放风气体中粉尘热焓组成，根据热平衡原 理，放风损失热为： 月么= 吃c s t s + 9 6 l c 0 ( 2 - 3 ) 一放风损失热，k k g 熟料； t g 一放风气体温度， ； t 一放风气体温度在t g 时的比热，k j n m 3 ； t h m 一放风粉尘温度，； 6 武汉理工大学硕士学位论文 一放风粉尘温度在概时的比热，l d k g ； t s = l 1 0 0 c ，q = 1 1 ，f = 4 5 ，m = 9 0 ，l = 3 5 4 ，k = 9 0 0 c ，气= 1 0 ，并且 q = 1 5 3 k j n m 3 ，= 1 1 8k j k g ，q - 31 7 7 k j k g 熟料，q = 2 29 9 0 k j k g h ；寸， 旁路放风热耗与旁路放风量的关系为：h 一3 1 7 7 + 9 9 6 v b ( k j k g 熟料) ，每放1 的风，热耗增加约9 6 k j k g 熟料。 由上可知，虽然旁路放风在原料中有害组分超标的情况下能够稳定系统操作 和提高熟料质量，但是旁路放风料耗和旁路放风热耗都与旁路放风量成线性正比 关系，所以在确定旁路放风量时应结合水泥厂的经济效益，既要产出质量好的水 泥，又要尽量降低料耗和热耗。r c c 项目根据石灰石原料中挥发性组分的含量， 并在改变不同放风量的情况下对熟料反复检验，确定旁路放风系统的放风量为 1 0 。 2 3 主要设备介绍 旁路放风系统主要有抽气装置，热交换器装置，袋收尘装置，输送装置，排 气装置，收尘灰储存装置，粉尘分离装置和粉尘处理装置组成，下面就各部分装 置的组成部分及功能作简要介绍。 1 抽气装置：主要由大型风机与电动调节阀组成，主要用于将含有挥发性组 分的气体及粉尘抽入热交换器，其风机吹风量的大小以及电动调节阀开度的大小 由热交换器装置的出口温度和气体分析仪得出的挥发性组分的气体浓度控制。 表2 - 1 抽气装置设备工艺参数 设备名称设备数量描述 容量：2 0 0 0 0 0 m 3 h静压：- 3 9 m b a r 中压抽气风机 1 功率：3 1 0 k w电压：1 l k v 转速：1 2 0 0 r p m 工作温度：0 4 5 0 。c ；工作电压：4 4 0 v 电动调节阀( 蝴蝶阀) 2 工作压力：2 5 b a r 2 热交换器装置：采用风机组对旁路气体和粉尘进行冷却，由振动喂料器将 粒度较大的粉尘颗粒送入输送装置，将气体和粒度较小的粉尘送入袋收尘装置。 热交换器装置含有四组风机，每组两台，用于冷却物料，其主要参数见表2 2 。 表2 - 2 热交换器装置设备工艺参数 设备名称设备数量描述 容量：2 0 0 0 0 0 m 3 h ；内部失压：4 0 0 5 0 0 p a 热交换室1 入口温度：3 5 0 - - - 4 0 0 c ；出口温度：2 0 0 一- 2 5 0 。c 7 武汉理工大学硕上学位论文 i热交换风机i 8 l 功率：1 8 5k w ；工作电压：4 4 0 vi 3 袋收尘装置：袋收尘装置是旁路放风系统的核心装置，主要起到收尘作用， 将气体和粉尘分离开来。清灰箱体中的粉尘经灰斗、链式输送机、转卸料器后， 最后被送至输送装置。 窑尾袋收尘装置总共有2 6 组清灰箱体，每个清灰箱体有一个百叶阀，百叶 阀通电后将关闭，从而隔离其清灰箱体。每个清灰箱体有二排脉冲阀，每排有9 个，共1 8 个脉冲阀，脉冲阀通电后将开启，高压气体清除滤袋积灰。其中脉冲 阀和气动百叶阀的供电电源、功率和总体数量见下表： 表2 - 3 脉冲阀和气动百叶阀工艺参数 设备名称 电源( v h z )功率总体数量 脉冲阀 d c2 4 v2 3 1 v a4 6 8 气动百叶阀 o c2 4 v 2 6 v a2 6 在进出气口烟道的出口端部，有一个压力变送器，用于测量收尘器进出气口 之间的压差异，该压差值用于“定压差清灰 的测量和启停清灰程序的控制。收 尘器的进口烟道上安装有一个温度传感器，可连续监督进口烟气温度。收尘器的 出口烟道上安装有一个在线烟尘浓度监测仪，能连续监测粉尘的排放情况，主要 用于破袋检查。 采用定差压清灰时，当差压达到设定值后，从第一袋室的第一箱体开始清灰， 清灰顺序同上，直到收尘器的整体差压下降到设定值以下时停止清灰( 以箱体为 单位停止，即在这种情况下该箱体继续完成清灰) 。绝大多数情况下，停止清灰 时的箱体不会是整个收尘器的最后一个箱体，此时清灰控制装置能记住停止清灰 时的箱体号，所以当压力又上升到设定值后能从该箱体的下一个箱体继续进行清 灰。 袋收尘有两排灰斗，每排7 个。每个灰斗上安装有一个料位计，用以测量灰 斗内积灰情况。袋收尘灰斗下部连接链式输送机，每台链式输送机的传动装置上 都有一个运转状态指示器，链式输送机下部接回转卸料器，每台回转卸料器的传 动装置上也都有一个运转状态指示器，袋收尘共有2 路链式输送机和回转卸料 器。 4 输送装置：将由热交换器装置和袋收尘装置产生的粉尘物料送入收尘灰灰 仓，它由几组链式输送带和电机组成，它们的启动顺序是逆物料流动方向顺序执 行，而停止顺序则相反，输送电机的转速主要由链式提升机的料位控制。其中主 要包括链式输送带的容量为3 0 t h ，输送速度为1 1 m m i n ，而对于斗式提升机而 言，它的容量与应链式输送带相同，而提升速度为1 3 1 m s ，大于链式输送带的 8 武汉理工大学硕士学位论文 传送速度，这是为了防止堵料。斗式提升机有主辅两台电机组成，辅助电机主要 在测试时和主电机故障时才投入使用。 表2 4 输送装置设备工艺参数 设备名称 设备数量描述 链式输送带 容量：3 0 t h ：链输送速度：ll m m i n 4 功率：5 5 k w ；电压：4 4 0 v 斗式提升电机容量：3 0 t h ；提升速度：1 3 1 m s 2 功率：3 0 k w ；电压：4 4 0 v 5 排气装置：主要由中压排气风机，气体分析仪和放风烟囱组成，其大风机 的转速由抽气装置的抽风风机的转速控制，中压排气风机的设备参数见表2 5 。 气体分析仪用于分析系统所排出的挥发性气体的浓度，排气烟囱为排气的通道。： 表2 5 中压排气风机的设备参数 设备名称设备数量描述 容量：2 0 0 0 0 0 m 3 h ；静压：- 3 9 m b a r 中压排气风机 l气体最高工作温度：4 0 0 c ；功率：3 1 0 k w 供电电压：l l k v ：转速：1 2 0 0 r p m 6 收尘灰储存装置：主要是将输送装置的粉尘集中起来，并用申克秤进行重 量测量，申克秤的最大称重容量为3 3 t l i ，收尘仓的收尘容量5 0 t ，它下面接有机 械手动闸门，用来将粉尘送入粉尘分离装置。其中最重要的装置是袋收尘装置， 包括收尘袋、旋转喂料器、袋收尘节气闸、旋转喂料器和风机。收尘袋的容量是 7 0 0 0 m 弧，当粉尘输入浓度为2 0 0 猷nm 3 时，粉尘输出浓度能控制在3 0 m y nm 3 以下，失压为1 4 7 0 1 7 7 0p a ：空气容器的容积为l m 3 ，空气压缩机提供的空气 供应压力在0 5 0 7 m p a ，压缩空气耗费为o 3 7 n m 3 m i n ：袋收尘装置的启动顺序 为旋转喂料器、收尘袋振动电机、风机、袋收尘节气闸，而袋收尘装置的停止顺 序则相反。 7 粉尘分离装置：包括电动开关阀，单仓泵，吹气装置和三通阀等设备，根 据气体分析仪得出的挥发性组分的气体浓度控制旁路粉尘向有用物料方向或无 用物料方向输送，滑动闸门只有开关两种状态，单仓泵的容量为1 6 油，空气压 缩机为单仓泵提供1 5 5m 3 m i n 的压缩空气，并且供气压力在o 5 加7 m p a 之间， 空气容器的容积采用2m 3 ，而采用三通阀的目的是为了分离物料。 8 粉尘处理装置：该装置的袋收尘装置与收尘灰储存装置的袋收尘装置相 似，它们的袋收尘装置的功能与启停顺序也相似，在其余设备方面，收尘箱的容 积为3 0 0 t ，卸料器的容量为2 0 0 t h ，两个熟料仓的直径均为巾5 0 0 0 m m ，容量均为 1 5 0 t ，旁路放风系统所产生的有用粉尘一部分送往收尘箱，另一部分送往熟料仓。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章d c s 系统设计简介 现代工业过程对控制系统的要求并不局限于能实现基本的自动控制，还要求 工业过程能长期处在最佳状态下运行，对于一个规模庞大、结构复杂、综合因素 众多的工程系统，要解决的不是一个局部最优化的问题，而是一个整体的最优化的 问题，即所谓生产过程的综合自动化问题。为了实现工程大系统的最优化控制，系 统控制理论引入了分散和集中的设计原则，基于分散和集中的控制原则，就有了 分布式控制系统，也称集散控制系统。 3 1d c s 系统概述 3 1 1d c s 分布式控制系统的定义 分布式控制系统简称d c s ，它是以微处理器为基础的集中一分散型综合控制 系统的简称，它以大型工业生产过程及其相互关系日益复杂的控制对象为前提， 从生产过程综合自动化的角度出发，按照系统工程中分解与协调的原则研制开发 出来的。以微处理机为核心，结合了计算机技术、通信技术、图形显示技术、过 程控制、数据库技术、电子技术等多种技术采用了多层次分级的结构形式，以适 应现代高水平生产控制与管理的需要。它把微型机、工业控制计算机、数据通讯 系统、显示操作装置、过程通道、模拟仪表等有机地结合起来，采用组装式结构 组成系统，实现工程大系统的综合自动化。 3 1 2d c s 的基本结构和系统组成 如图3 - 1 所示，一个最基本的d c s 包括以下主要组成部分：现场控制站，操 作站，工程师站，通讯网络，服务器及其他功能站。 现场控制站：现场控制站是d c s 的核心，系统主要的控制功能由它来完成， 系统的性能，可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证，因此对它的设计、生 产及安装都有很高的要求。 操作员站：操作员站主要完成人机界面的功能，一般采用桌面型通用计算机 系统，如图形工作站或个人计算机等。 工程师站：工程师站是d c s 中的一个必不可少的功能站，其主要作用是对 d c s 进行组态，在d c s 系统中，定义一个具体的系统完成什么样的控制，控制的 输入输出量是什么，控制回路的算法如何，在控制计算机中取什么样的参数，在系 l o 武汉理工大学硕士学位论文 统中设置那些人机界面来实现人对系统的管理与监督等都是组态要完成的工作， 只有正确的组态，一个通用的系统才能成为一个具体控制应用的可运行系统。 通讯网络：d c s 的另一个重要的组成部分是系统网络，它是连接系统各个站 的桥梁，各种不同功能站之间必需实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能， 因此网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能。 服务器及其他功能站：随着d c s 的功能不断地向高层扩展，系统已不再局限 于直接控制，而是越来越多地加入监督控制乃至生产管理等高级功能，因此当今的 d c s 系统都有服务器。 3 2d e s 网络技术 3 2 1 控制网络 图3 - 1d c s 的基本系统结构 数据通信网络就是一些相互连接的自治的通信节点的集合，节点就是网络上 的通信设备，每个节点被分配不同的通信地址以示区别，通过特定的地址，一个节 点可以与另一个或一组节点发生数据交换。一个网络至少应包括如下部分若干个 通信设备：通信子网，由连接这些节点的通信链路组成协议，为在通信节点之间的 通信使用；工业数据通信网络，一般包括控制子网和信息子网两个部分，控制子 网主要由网络和设备现场总线组成，主要用于传输控制数据，目的是对被控对象实 现有效控制，保证控制质量和设备安全，对于实时性和数据可靠性要球很高，信息 武汉理t 大学硕士学位论文 子网主要是用于传输企业内部信息和共享资源，主要用于非实时的数据的坚实和 生产销售管理，例如和客户关系管理，等等。网络体系较为复杂，实时性要求在控制 网络上，所谓的实时的定义，是指在一个可预测的时间内，一个数据能够完成数据 发送、传输和接收，最终达到目的地，在控制网络特别是控制子网中，大部分的网 络采用总线结构，传输媒体是所有节点共享的，每个节点需要发送数据，必须获得 一定的通信总线独占时间，如何分配通信总线，保证在同一时刻只有一个发送节点， 同时又能保证每个节点都能够得到公平的待遇，在一定的时间内获得总线控制权， 经常采用的通信模式有三种： 主从模式：所有通信由主站发起，从站判断主战发出的通信数据包的目的地 址，只有目的地址与本设备地址一致，才能按照规定的处理相应是许向网络发出应 答数据包，从站之间不能直接通信或交换数据，在同一个网络只能有一个工作站。 对等模式：节点设备依靠令牌或某种仲裁机制获得一定时限的总线控制权， 在规定的时间里，每一个节点可以向其他节点传送数据或命令。 混合模式：在同一个总线或控制网络中具有主从和对等通信模式，在同一个 网络中，多个控制器主站之间采用令牌方式实现对等通信，而控制器主站对于接受 其控制的从设备采用严格的主从通信方式。 3 2 2 网络拓扑结构 叵圈 图3 2 网络拓扑结构 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 不同的网络拓扑结构将会得到不同性能的网络，为了保证系统的稳定，必须对 拓扑结构进行研究。网络的拓扑结构是抛开物理连接来讨论网络系统的连接形式， 网络中各站点连接的方法和形式称为拓扑结构。为实现系统中各处理机之间的数 据传送，必须将通讯系统构成一定的网络格式，使各处理机能形成一个稳定、高 效的计算机局部网络，通信网络的拓扑结构大致可分为以下几种：总线型网络结 构，环形网络结构，星型网络结构，层次型结构。 1 总线型网络结构 总线型网络结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线上，各工作站地位平 等，无中心节点控制，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广 播发射信息一样，因此又称广播式计算机网络。 2 环形网络结构 环形网络结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连而形成个闭合 的环，这种结构使公共传输电缆组成连环性连接，数据在环中沿着一个方向各个节 点间传输，信息从一个节点到传到另一个节点。 3 星型网络结构 星型网络结构中有中央节点，其他节点都与中央节点直接连接，这种结构以中 央节点为中心，以此又称为集中式网络。 4 层次型网络结构 层次型网络结构又称树状结构是分级的集中控制式网络，与星形相比，它的通 信线路总长度短，成本低，节电，易于扩充，寻找路径比较方便，但除了节点及其相连 的线路外，任意节点或其相连的线路故障都会使其受到影响。 3 2 3 网络硬件 实际工程中，还必须具体决定网络拓扑结构和物理结构，包括采用什么样的网 络设备，如何分组和划分网段。用于网络的硬件种类比较多，一般按照其功能进行 区分并决定其用途： 集线器只完成网络物理层的扩展，如增加网络线的长度和网络线上接点的数 量等；交换器是在网络的数据链路层，解决传输的碰撞问题；路由器工作于网络 层，一般用于局域网与骨干网的接入；网关和网桥是解决异种网互相连接的设备， 其配有不同网络的物理层接口和协议转换软件，使用不同的网络可以互通信息。 在网络布线方面，除要求网络线应该具有电磁屏蔽层，还应该对网络线进行防 护，如使用单独的金属穿管，如果是架空线，应该特别注意防雷击的问题，最好是 采用转换器将需要的架空的网络线部分由通县转为光缆，以确保安全。 在系统中各个设备通过网络实现连接时，比较难处理的是接地问题，在工业应 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 用中，特别是要求网络线两端的电器隔离，这样在进行接地时可避免因网络线的连 接引的多点接地而产生干扰，这个问题在系统设备在地域上分散安装时尤为突出， 往往因为网络连接造成各个安装场地的设备产生