水泥冷却机电气控制系统的设计与分析报告

1、. . . . 1.摘要本文基于实际的工程背景，研究与讨论了水泥冷却机电气控制系统的设计与分析。该系统是一个将液压传动系统与可编程逻辑控制器融合为一体的综合控制系统。本文首先根据水泥冷却机电气系统的工艺要求，提出了相应的控制方案。然后阐述了该PLC系统的型号、特点、存储容量与硬件的设计。在硬件设计系统中着重分析了电机的控制方法与系统的电气原理。软件设计采用FX-2N系列的编程软件，利用梯形图法进行程序设计。根据对生产工艺的分析，完成了对生产线的逻辑控制设计。在操作中实现了报警与正常的信号输出，最后完成了指令表的编写。系统总体的运行是可靠的，也较好的满足了市场的需求，体现了先进性和实用性的统一。

2、关键词：PLC；可编程控制器；电气原理；2.绪论本设计是一个典型的电气系统设计，设计容包括电路原理图的绘制、电气系统元器件的选择。通过完成该课题，可以使我们从总体上进一步了解电气系统设计的基本容、基本步骤和基本方法，为工作以后进行产品开发设计和维修打下良好的基础。目前在水泥行业，许多新建或改造的水泥厂为了提高产品质量、产量以与劳动生产率，从而全面提高生产率，占领和扩大市场，都对水泥生产过程进行自动化控制。水泥生产过程自动化为企业代来的诸多好处已被企业的管理者广泛认同。水泥广泛用于建筑、民用建筑、交通、水利、农林、国防、海港和宇航工业、核工业以与其它新型工业的建设领域。它应用面广，使用量大，是国

3、家建设和人民生活中不可缺少的重要材料。水泥工业是国民经济中直接关系到国家各项基本建设和人民居住环境改善的主要支柱产业。水泥是由熟料和混合材配制粉磨而成，混合材料有粉煤灰、炉渣、矿渣等，一般入磨综合水分在2%左右，不影响粉磨效率。但由于许多水泥企业使用的混合材料水分偏高，入磨综合水分高达4%以上，严重影响磨机的粉磨效率，导致磨机产量大幅度下降。为保证入磨综合水分，只能采用减少混合材料的掺量或采用单独混合材料烘干，这样势必带来管理不便，生产成本与投资增加。如何在生产工艺环节上烘干物料、解决水分，从而达到投资少、成本低、管理方便的目的，是水泥企业的最佳选择。3.设计任务要求根据水泥冷却机电气控制系统

4、的工艺要求，确定其控制系统的设计任务如.下：1、 本系统的主电机为一台功率132KM，额定电压为380V，额定转速990r/min:辅助电机Y180L-6的笼型电动机，额定功率15KM，额定转速970r/min,额定电压380V，分别作为冷却机高速旋转和检修时筒体的慢速旋转。2、 主减速器润滑站的型号为TE525，负责为主减速机提供润滑。油泵电机为Y112M-6，额定电压380V，额定转速958r/min，额定功率2.2KM。挡轮液压站型号为TE326，限位开关为LX2-121，负责筒体的定位、上行、下行。其中油泵电机型号为YB188L-4，额定功率2.2KM，额定电压380V，额定转速145

5、0r/min。在液压站和润滑站各设置有一个温度、压力检测的传感器，只有当液压站和润滑站的压力、温度达到正常值时，才允许主电机和辅助电机启动工作。3、 水泥冷却机工作时由主电机拖动，在主减器润滑和减速下，筒体按一定的速度高速旋转，用于将从窖中送出的已煅烧完毕的水泥熟料疏松并使之冷却，而后送往水泥厂的下工序，水泥熟料研磨成散装的水泥成品。水泥冷却机在检修时有辅助电机拖动筒体低俗旋转。4、 主电机与辅助电机具有互锁，温度，压力和电机工作有相应的指示，当压力、温度不正常时有声光报警。5、 电气系统设计包括PLC型号选择、I/O分配、具体接线、传感器选择、程序设计等。6、 润滑站、液压站的润滑正常工作是

6、由每一个各传感器来检测和控制的。7、 当系统为正常工作时由PLC自动检测和控制；在检修时应能根据需要手动调整。8、 主电机型号为YCT355-6,功率132KM，额定电压为380V，辅助电机型号为Y180L-6，功率15KM，额定电压为380V.4 总体方案4.1总体方案说明该电控系统控制任务较多，故采用以PLC为主的控制系统，将4个润滑站的控制全放在PLC的控制下完成。主电机采用串电阻降压启动，辅助电机采用星三角降压启动，1个润滑电机采用直接启动，4个电机的控制均采用继电接触器完成，此设计还将4个声光报警引入PLC系统，分别用于检测各工作站温度、压力的异常。控制柜包括：1主电机控制柜+AL0

7、。2挡轮液压站控制柜+AL1。3主减速机润滑站控制柜+AL2现场操作箱包括：1辅助电机控制箱+AX34.2磨机系统总图水泥制造工艺-冷却机控制一. 熟料冷却的目的  熟料的冷却速率对熟料的结构、熟料的矿物组成，熟料的研磨性能等起着重要的作用：    1. 便于输送: 如果输送高温的熟料需要用耐高温材料制造，并且也很容易磨损，造成成本高，维护费用也高，不利于降低成本    2. 易于研磨: 熟料冷却速度快，则熟料中的分子没有足够的时间去进行晶格的排

8、列，部份的液相无法结晶成核只有以玻璃质存在，玻璃质较脆，同时矿物颗粒也比较细，易于研磨    3. 热量回收: 急冷熟料可以从熟料中回收大量的热，供窑燃烧所用与余热发电或者是烘干物料。其回收热量为200-250kcal/kg。这样就可以降低生产的成本。    4. 改善水泥品质: 熟料在在1250度下，C3S会分解成C2S与CAO两种矿物。而在525度时，C2S会发生晶格转变，由-C2S转变成-C2S，其体积膨胀10%，造成熟料的粉化，同时-C2S又是一种无强度的矿物，使熟料

9、品质下降。另外熟料在慢冷时矿物中的C3A也会从矿物中析出，造成熟料的急凝现象，MGO在慢冷时也容易结晶，造成水泥的安定性不良。此时只有用急冷的方法来解决这些问题。二. 冷却机工作原理  冷却机是一种热交换装置，它是以空气为介质从高温的熟料过，对熟料进行冷却，同时回收废气的热量作为窑的二次、三次空气与干燥空气，提高窑的热效率。从热工和工艺角度去评价冷却机的要求有:    1.回收的热量要多    2.冷却熟料的时间要短，速度要快，特别是在1250与525度  

10、0; 3.冷却后熟料的温度要低。    4.冷却单位质量熟料的空气消耗量要少，一般在2-2.1Nm3/h.plate    5.结构简单、操作方便、维修容易，运转效率要高  随着水泥工业的发展，冷却机的类型非常的多，目前冷却机的主要类型有:    1. 单筒式冷却机(旋转式冷却机): 这种冷却机的冷却空气全部入窑，其热效率比较高，结构简单，不需要有废气处理设备。但熟料的冷却速度慢，出机熟料温度高，二次空气进风不均匀。 

11、;   2. 多筒式冷却机: 它由环绕在窑壳上的多个圆筒所组成。这样它不需要有专门的动力与收尘设备。但这样会增大窑筒体的负何，同时熟料的冷却效果也不是很好。    3. 立筒式冷却机: 冷却空气全部入窑，热效率比较高，没有废气处理的问题。比较容易受颗粒的影响。    4. 蓖式冷却机:  冷却机的操作参数  在实际生产中，各个设备并不是孤立的，冷却机与窑之间的操作互相制约与影响。因此必需根据具体情

12、况进行分析。在操作冷却机时一般都希望熟料出口的温度低，二次风的温度尽量高，冷却机废气温度低些。蓖式冷却机操作时更是如此，一般其主要的参数有:    1. 料层的厚度 料层厚度均匀，能够产生同样的气体阻力，气体也能够均匀地分布在整个料层上。这是冷却机正常操作的基本条件。料层的厚度可以通过调节炉排的速度来改变，速度快则料层就薄，反之则反然。如果炉排速度快，则熟料通过冷却机的时间就短，熟料出口的温度就会比较高，同时也会使二次空气温度降低。料层厚则风压就比较大    2. 高压风量 

13、在冷却机的一段，冷却风风压比较高，风量并不是很大，其废气主要是作为二次风进入到窑。风量大有利于熟料的冷却，但也会造成二次风温度低，同时窑头的飞灰也会比较大。    3. 中压风量 是指在冷却机二段或其它的风室通过的中压风量，中压风量大有利于熟料的冷却，但这会影响到废气与二次风的温度，特别是对于有余热发电的系统。因此中压风量也不是越多越好，只要能将熟料冷却到一定温度就可以。    4. 熟料的颗粒 在冷却机中不允许有生料或极细的熟料粉，这些细粉不仅会造成料层的阻力，熟料冷却的效

14、率较差，同时也会造成炉排处通过的风量少，炉排得不到充份的冷却使其温度过高容易烧坏。如果严重的话一些较细的粉尘还会使冷却机中的粉尘浓度增加，这样二次风与三次风中所含的粉尘就比较多，影响窑烧成与熟料的冷却。严重者会使熟料流态化。料层对气体的阻力会突然消失。对于较细的料层，应该要提高冷却风量、风压来克服阻力，或者是加快炉排的移动速度使料层变薄来维持风压。这样做会使冷却机的回灰较多。一般熟料颗粒细，风压高，操作不稳定。熟料颗粒粗，风压低，操作就比较稳定。    5. 熟料与空气的分布 熟料除要求厚度均匀外，熟料的颗粒也要求分布均匀。如果一块是

15、大颗粒，一块是小颗粒，这样在大颗粒的地方其对气体的阻力就小，则风量就会比较大，细的地方阻力就较大，气流通过就会比较少，导至该区域的料不能有效的冷却，最后形成的所谓红河(红河现象的处理见后面)。熟料的颗粒分布主要与旋窑的转向有很大的关系。三. 二次、三次空气  二次、三次风对窑与预热机的烧成状况有非常大的影响。二次空气温度越高，火焰越短，烧成带温度越高，烧成带也就越短。反之二次空气温度低，则窑的火焰就拉的比较长，烧成带温度就比较低，烧成带也就比较长。不规则的火焰特性，会造成烧成带移动(一般都是通过调节一次风来调节火焰长短)。二次空气要求其温度比较稳定，正常时其上下波

16、动的围在40度左右。其温度越高越好，温度高则回收的热量就比较多，燃料燃烧的效率就比较好，但是过高也会对耐火砖造成损伤。  三次空气则与二次空气不同，一般不希望其温度过高，同时三次空气也不希望有太多的粉尘，它从窑头窑罩中引出后首先经过一个旋风筒进行除尘。否则会造成窑尾预热机容易结料影响烧成，在窑头的旋风筒中也容易产生结料。  影响二、三次风温度的主要因素有: 炉排的速度，料层的厚度，冷却空气量，进入冷却机的熟料量，熟料温度，熟料的颗粒大小等。5.硬件设计5.1主电机的启动控制主电机为电压380V，功率132KW的功率电磁调速异步电动机。它是一种长

17、期工作制负载，带载启动困难，所以应考虑降压启动。降压启动1、自耦变压器降压启动接线：自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。特点：设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2= U1/K，副边电流I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小，又因为I1= I2/K，则电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍，转矩降为1/K2倍。自耦变压器副边有2 3组抽头，如二次电压分别为原边电压的80 %、60%、40%。优点：可按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，定子绕组采用Y或。缺点：设备体

18、积大，投资较贵。2、星三角（Y ）降压启动接线：启动时先将定子接成星形，启动完再接成。正常运行 启动定子接成 ，定子接成Y，（故启动电流为直接采用接法启动电流的1/3）由于转矩与电压的平方成正比，启动转矩只有接法直接启动时1/3。优点：设备简单，价格低。缺点：只用于正常运行时为 接法，降压比固定，有时不能满足启动要求。3、延边三角形启动即启动时将电动机一部分定子绕组接成Y形，另一部分接形。特点：启动是，每相绕组所承受的电压，比接成全星形接法时大，启动转矩较大，但绕组结构较复杂，应用受限制。4、电阻（或电抗）降压启动对容量不很大的鼠笼异步电动机可采用在启动时给定子电路中串联降压电阻（或电抗器）的

19、办法来启动电动机，待电动机启动结束时再将电阻（或电抗器）短接，由于电阻上有热能损耗，用电抗器则体积、成本较大，此法很少用。经以上分析辅助电机采用Y-降压启动，启动时采用星形联结，使电动机每相所承受的电压降低，因而降低了启动电流，待电动机启动完毕，再接成三角形，四个润滑电机直接启动，如图3所示。5.2.2 主电机的启动过程正转启动过程启动时，接触器触点KM2、KM13闭合，将定子绕组接成星形，电动机正转5秒后，再将接触器触点KM13断开，使KM14闭合，电动机接成三角形在全压下正常工作。反转启动过程启动时，接触器触点KM3、KM13闭合，将定子绕组接成星形，电动机反转5秒后，再将接触器触点KM1

20、3断开，使KM14闭合，电动机接成三角形在全压下正常工作。6.电气元器件的选择6.1主电机电器元件的选择6.1.1熔断器的选择因熔断器在电路中主要起短路保护作用，所以熔断器的额定电流为：因此，选型号为RN3-6,熔体电流为200A的熔断器。6.1.3热继电器的选择因为是单台电机运作，电机的额定电流为，所以，查手册选JR0-150/3D的热继电器，热元件额定电流150A，整定电流为121A。6.1.4断路器的选择因设计中主电机的型号为YCT355-66.2.1熔断器的选择因熔断器在电路中主要起短路保护作用，四台电动机同时工作，所以熔断器的额定电流为： 因此，选型号为RL1-100，熔体电流为85

21、A的熔断器。6.2.2热继电器的选择 因为是单台电机运作，辅助电机的额定电流为，所以，查手册选JR0-60/2的热继电器，热元件额定电流60A,整定电流为41.3A。6.3润滑电机电器元件的选择6.3.1热继电器的选择因为是单台电机运作，电动机的额定电流为IN=2.1A，所以，查手册选JR0-20/3D的热继电器，热元件额定电流2.4A,整定电流为2.1A。因为是单台电机运作，电动机的额定电流为，所以，查手册选JR0-20/3D的热继电器，热元件额定电流3.5A,整定电流为2.7A。因为是单台电机运作，电动机的额定电流为IN=5.6A，所以，查手册选JR0-20/3D的热继电器，热元件额定电流

22、10A,整定电流为5.6A。7.PLC系统设计7.1 PLC控制系统概述可编程序控制器（简称PLC）是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，成为自动化领域的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。其主要应用的技术领域有：顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术等。下面根据D点数简要介绍PLC的应用领域。自20世

23、纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用，尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使PLC的广泛应用成为可能。大型PLC系统大型PLC系统不少于1024各D点，主要用于用于冶金自动生产线和电厂。所有的大型PLC都是由系统集成商来完成的，这一类系统的附加值比较高。目前有超过8000个D点的巨型PLC系统在电厂运用。由于钢铁行业的大幅度增长，大型PLC在2003年增幅最大。中型PLC系统中型PLC系统有2561023个D点，主要用于冶金、电力、造纸、化工、加工/组装生产流水线、包装流水线等领域。这一类的系统主要也是由系统集成商来完成，也有个别用户自己来玩成。小型PLC系统小型PLC系统有64256个D点，主要用于设备控制，也有用作小型系统控制器的。微型PLC系统微型PLC系统的D点少于64个，它主要用于单台设备的监控，在纺织机械、数控机床、塑料加工机械、小型包装机械上运用广泛。7.2 PLC的特点为适应工