1500td水泥厂生料立磨工段DCS系统设计与开发

1、摘 要本设计基于实际工程背景，研究与探讨了生料立磨系统的设计与分析。该系统是将DCS控制系统与工业控制的计算机组态软件系统融合为一体的新型综合集散控制系统。 本设计根据生料立磨生产线的工艺及要求，提出了相应的控制方案。在DCS控制系统的设计中，通过对系统的硬件配置和软件设计形成了一个比较完善的DCS控制系统，能够实现机旁的手动控制方式、监控系统的自动/手动三种控制方式；实现各个设备的顺序启动和逆序停车；实现比较完善的故障处理。在硬件设计中着重分析了设备的电气设计原理，在组态软件设计上采用ABB公司的CBF组态软件，实现了程序设计及监控画面的设计，完成了工程I/O点的建立及管理，实现了对系统的启

2、停及现场运行状态的实时监控，同时完成数据采集、显示、集中报警和报表打印等功能。利用CAD制图软件绘制电机控制原理图及端子排与卡键的接线详图。关键词：DCS控制系统；CBF组态软件；生料立磨；硬件配置；软件设计ABSTRACT The design researched and explored the raw material grinding system design and analysis based on pratical engineering background. The system is a new integrated distributed control system

3、 which merged DCS control system and industrial control computer system for the integrated configuration software's.The design propose the corresponding control scheme according to raw material grinding process and production line requirements,. In the DCS control system design, through the syst

4、em hardware configuration and software design formed a relatively complete DCS control system. Be available to achieve next-to-manual machine's control mode, control system for automatic / manual control modes of three,achieve all the equipment of order power and reverse parking；More complete co

5、pe with berakdown.In the hardware design analyzes focus on the principle of the electrical equipment. ABB's configuration software CBF was used in configuration software ,monitoring implementation of the program design and the ihterface design，Implementation of the I/O's establishment and ma

6、nagement ,meanwhile data acquisition, display, focus on alarm and report etc.Use of CAD drawing software to draw schematic motor control and terminal block connection diagram with the card key.Key words：DCS control system; CBF configuration software; Raw meal grinding；Hardware configuration；Software

7、 Design 目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 选题背景11.2 选题的目的与意义11.3 国内外发展现状及存在的问题21.4 设计指导思想22 系统设计方案论述32.1 系统总体方案32.1.1 DCS程序控制功能32.1.2 组态界面监控功能52.2 实施方案与主要研究手段52.3 选题创新之处63 系统工艺流程及控制要求73.1 系统工艺流程73.2 系统总体控制功能83.2.1 生料输送子系统自动控制93.2.2 风路子系统自动控制93.2.3 油站子系统自动控制103.2.4 动力子系统的自动控制103.3 系统电机控制原理103.3.1 普通电机控制原理103.

8、3.2 主电机113.4 系统测温原理123.4.1 热电偶123.4.2 热电阻传感器143.5 系统的测压原理154 系统硬件设计174.1 DCS系统结构174.2 DCS系统的硬件配置184.3 I/O点数的确定234.4系统网络配置284.4.1 以太网284.4.2 现场总线284.5 本章小结295 系统软件设计305.1 CBF组态软件介绍305.2 组态前台设计315.2.1 DCS控制立磨流程界面315.2.2 立磨油站控制界面345.3 系统组态硬件设计355.3.1 项目树的建立355.3.2 CBF组态软件下的硬件配置375.4 组态软件的程序设计415.4.1 风路

9、系统的程序设计415.4.2 油站系统的程序设计455.4.3 动力系统程序设计465.4.4 故障报警程序设计485.4.5 模拟量程序设计495.5 本章小结516 系统仿真调试526.1 调试步骤526.2 调试结果52结 论58参 考 文 献59致 谢60附 录61附录一 组态监控界面62附录二 系统程序63附录三 点号表67- 71 -1 前言1.1 选题背景在水泥生产中，传统的生粉料磨系统是球磨机粉磨系统，而当立磨出现以来，由于它以其独特的粉磨原理克服了球磨机粉磨机理的诸多缺陷，逐渐引起人们的重视。特别是经过技术改进后的立磨与球磨系统相比，有着显著的优越性。在世界各国得到广泛应用。

10、已成为当今国际上生料粉磨和煤粉磨的首选设备。 _ 立磨技术的突破开始于上个世纪六十年代，从那时起立磨得到了改进和大型化。继在欧洲、美洲、亚洲的水泥工业中被用来粉磨生料，七十年代得到了迅速发展，当时就出现500tph能力的大型立磨，进入九十年代，国际上立磨技术又有了新的飞跃。应用有限元分析、热传导分析、流体力学计算、工艺参数优化等现代方法，解决了大型立磨工艺和结构难点；新型耐磨材料的应用，延长了使用寿命，从而保证了立磨超大型化的实现，保证了大型干法水泥生产线对立磨能力的要求。因此，国外现代新型干法水泥生产线建设中，立磨占有率超过90%以上。立磨是近年来我国一些大中型企业广泛采用的一种粉磨设备,集

11、烘干、粉磨和选粉三环节于一体。其烘干可以利用旋窑的窑尾余热,节约了能源本立磨为立式结构,大大减小了粉磨系统的占地面积。立磨的粉磨采用滚压方式其滚压压力来自磨辊的自重和张紧装置的液压力,粉磨速度快、效率高、噪声较小。目前的立磨选粉一般采用旋转式选粉机,其选粉质量稳定,效率高,易于维修。所以,考虑到设备成本、系统维护、系统的可靠性、耗电量、环保以及产量等综合指标,立磨在我国大中型企业中应用前景相当广阔。但是由于立磨系统的结构相对复杂,对工作条件、控制精度要求较高且由于系统的复杂性，应用传统的控制理论难以实现立磨系统的自动化、优化控制,所以立磨的控制是立磨应用的重点也是难点。1.2 选题的目的与意义

12、目前国内的立磨控制系统对磨盘料层的控制和立磨产量的提高还停留在根据以往的经验手动调节电动执行器、张紧装置油压、配料站下料量等参数来控制料层厚度的层次上。这种控制系统不能整体的把握系统的运行状况自动调整控制参数，并且由于过于依赖人的操作，易发生由于生产参数调节不及时导致的磨体振停等故障，产品的质量、产量受到很大的影响。所以本项目以计算机技术、自动化技术及智能控制技术为依托，在保证性能要求和产品品质的前提下，结合立磨粉磨的工艺特点及控制要求，利用商用计算机、集散控制系统（DCS）等设备，用集成的方法研制了一套适合于立磨智能控制系统及开发平台。（1）通过这个设计使我了解了国外对立磨控制系统研究的成果

13、和发展方向，找到国内企业与国外在这方面的差距，明确在本次毕业设计中的课题的难点和重点以及自己在设计中应该努力的方向、查找的参考资料、注意的问题。（2）对自己所学的课程有个系统的认识和进一步的学习，把设计步骤和方法，系统程序设计运用于实际。深入掌握CBF等编程软件的使用，达到熟练应用的程度以提高自己的专业能力。1.3 国内外发展现状及存在的问题生料粉磨是生料制造的最后工序，也是控制较复杂的工序。自20世纪80年代以来，随着水泥厂自动化技术的迅速发展，人们重点关注粉磨控制技术的改进和突破，对水泥厂主要设备磨机的自控系统提出了更高要求。目前，生料粉磨系统已广泛采用集散控制系统（DCS）实现操作自动化

14、，且在这个领域的应用也可得到了长足的发展。国外对水泥行业的自动化技术的研究远远领先于我国，他们借助计算机平台和先进的控制技术，其生产自动化水平处于世界领先地位。而在我国，可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放才开始的，为了更好的实现对粉料磨机启动系统的控制，我国水泥行业由原有的电气系统采用单机控制设备开停，或有简单的“转换开关继电器”联锁的传统方式，转变到已经普遍采用集散型计算机控制系统。虽然我国已可以生产中小型控制器来实现对生料磨机的自动控制，但控制水平相对国外来说还有一段距离，很多控制环节都在不断的改进中。但不管国内还是国外都在向集散控制系统和其它工业控制计算机组网构成大型的

15、控制系统的方向发展，在这个方向上还有很多需要改进和完善的地方。1.4 设计指导思想本设计根据现场的控制要求，借鉴现阶段国内外企业所能达到的技术水平，查找相关的技术资料和手册，使其达到提高生产能力又经济合理及最佳性价比的要求。电器设备的控制和电器保护装置，采用PLC控制代替原来的继电器控制，来提高企业生产运行的可靠性，用相关的组态软件做出符合工艺要求的监控界面，提高企业处理生产过程中出现意外情况的能力，保障生产的连续性，降低生产成本，提高企业的竞争能力。根据生产工艺的要求进行程序设计及监控画面设计，应用计算机进行现场模拟仿真控制，找出自己设计中的不足，经不断修改，找到最佳的设计方案。完成对磨机系

16、统的自动化改造，从而设计出符合实际生产要求的设计方案。2 系统设计方案论述2.1 系统总体方案 本设计采用ABB AC800F控制系统实现对磨机的综合启动控制，并采用ABB公司的Control builder F控制软件实现在操作员站对系统进行监控，实现远程控制、设备运行状态显示、故障报警等。实现方案步骤首先按照DCS规范书的规定和适用的工业标准，配置完整的自动控制系统；按照PID控制要求，提出设计图；，初步I/O清单即控制量的点数及控制要求,提出相应的设计图纸，提出DCS的监控画面设计图，I/O接口布置图及I/O接线详图。其中工艺流程中的DCS的监控画面包括工艺流程显示、管线状态显示，回车控

17、制显示，顺序控制显示，趋势显示，报警显示。数据库的生成：包括每一点的标记名及说明、变送器量程、工程单位、硬件地址、扫描周期、输入预处理、滤波常数、偏差和报警限；及存储历史数据、操作日志。2.1.1 DCS程序控制功能（1）DCS系统的简介集散型控制系统是计算机（Computer），通信（communication），CRT显示和控制（control）技术（简称四C技术）发展的产物。它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，分层分级、合作自治的结构形式，适应现代化的生产和管理要求。它是在为解决原有计算机的集中DDC控制双工系统高成本的探索中，与70年代中期研究出的一多微机系统为基

18、础的新型控制系统。DCS系统的总的结构方式为：分散控制、集中管理、多层分级、通过数字通信相互有机联系的分布式多处理机结构，这种相互联系又采用“松耦合”方式，系统中部件灵活性大、自治性强，易变更、易扩展。系统的控制功能由集散控制系统（DCS）完成，选配继电器型输出，其输出电流大，交直电流均可通过，且抗干扰能力强。其任务如下： 收集来自各传感器的信息。 接受来自操作员站的指令，并返回相应的应答信息。 进行指令译码，形成动作程序驱动各运动部件，实现动作，控制电气设备。整个系统由一个现场工作站、一个工程师站（ES）和两个操作员站（OS）组成。现场工作站采用高性能的控制器AC800F及相关卡件为硬件结构

19、并辅以CBF控制软件实现集散控制，其优越的性能和良好的开发环境是系统研制和稳定运行的基础。工程师站和操作员站均采用先进的商用计算机，其中工程师站主要完成集散控制系统（DCS）、专家控制系统的开发任务以及系统日常维护功能，操作员站完成系统监控和报表功能。现场工作站、工程师站和操作员站采用环形冗余光纤连成以太网。DCS系统结构框架图如图2.1所示：图2.1 立磨智能控制系统控制框图系统的控制功能由集散控制系统（DCS）完成，选配继电器型输出，其输出电流大，交直电流均可通过，且抗干扰能力强。其任务如下： 收集来自各传感器的信息。 接受来自操作员站的指令，并返回相应的应答信息。 进行指令译码，形成动作

20、程序驱动各运动部件，实现动作，控制电气设备。生料粉磨控制系统要求“顺序启动，逆序停车”。由生产工艺知道，该系统包含电机的顺序控制系统。电机的启动控制顺序与物料的流向正好相反，有效地防止了在电机启动过程中出现堆料，避免了电机重载启动的情况。在本系统中，要实现三种控制方式:机旁就地控制、自动控制和手动控制。在就地控制状态下，可在现场通过控制箱按照顺序进行启停设备控制，也可以单独对某一台设备进行启停控制。在自动控制状态下，在CBF组态操作监控界面中，按开始按钮后，设备按顺序开启，按停止按钮，各个设备反方向依次停车；在手动控制状态下，在组态操作界面中，可以点击按钮起动和停止各个设备。当系统发生故障时，

21、会发出集中故障报警信号，可在组态界面中看到发生故障的设备。若故障发生在自动状态时，系统会自动产生故障报警，并有一定的延时，如在延时时间间隔内，故障消除，则继续运行；如故障没有消除，则根据设备所在的位置，实现同时对它前面的与物料的流向相反方向的设备发出停止信号，而它和它后面的与物料的流向相同方向的设备依次设一个延时，顺序延时停止。这样即防止堆料，又可以使故障设备后面那些设备不受故障设备影响等物料顺利运送到下一个设备后再停止。这样使设计得到了最大优化。若故障发生在手动状态时，同样发出报警，并且由操作人员停止相应的设备，且此时停止设备的顺序原则和自动控制时相同。这样可保证了设备和系统的安全。在启动、

22、运行及停机过程中，对油压、油温和电流等进行实时检测，处理好在电机的起动过程中设备的联锁关系，能判断各设备的运行情况并及时作出相应的控制。2.1.2 组态界面监控功能系统的监控功能由操作员站上的组态软件完成，其任务如下：(1) 协调整个控制系统的工作，显示系统的工作状态，建立内部数据库。(2) 向DCS控制系统发送指令，形成动作。(3) 监控现场的运行情况，并显示其动作内容。(4) 集中报警、记录故障，数据显示。在组态软件根据需要做系统流程显示、设备故障报警显示，各模拟量监控点显示、记录及报警，并且在画面上能对设备进行监控和灵活管理。通过组态软件在计算机上不仅能够显示最基本的系统设备的运行状态、

23、过程参数、故障报警等，而且还能通过监控画面对系统做出相应的自动或手动的启停，故障处理和保护的灵活控制。能进行与运行有关的各种相关信息的收集与管理，具有制表功能，能按规定时间打印各种报表，能在CRT上查询并调用有关数据。通过颜色的变化和声音等方法提示操作员所有集控设备的运行状况，并且能通过画面上的控制按钮等作出对设备相应的灵活控制。还可以记录最近发生的报警事件等相关信息。模拟量还可以记录实时值、历史值等。2.2 实施方案与主要研究手段本设计现场由DCS实现系统的控制，由组态实现系统监控。首先通过从图书馆和上网查阅收集各种相关资料，熟悉生产工艺流程及控制要求及原理，了解该系统及其控制的国内外发展水

24、平。其次进一步熟悉DCS系统所应用的环境背景,了解相关控制方法和实现手段，进行系统的方案选择、控制原理图设计,并进行可行性分析与研究。明确DCS控制系统硬件选型和DCS柜箱面配置、I/O接线详图、变量表分配，设计生料立磨系统监控界面，根据控制要求进行软件编程并调试。设计组态软件系统监控界面，并与AC800F控制器进行连接仿真调试。以此来不断完善和优化具体设计方案。2.3 选题创新之处本设计采用DCS控制系统实现了对整个生料立磨系统的综合自动控制，替代了继电器控制系统，使系统功能完善，结构先进合理，体积小，耗电省，接线简单，维护方便，并且具有极高的可靠性。既有机旁的按钮站的就地控制，也有DCS控

25、制系统的手动和自动控制，通过组态把分散的控制对象的现场状态都能用人机界面及时的显示出来，以便及时的对设备进行数据采集、显示、记录和报警等在线监控，是目前工业自动化中对工业生产自动控制技术水平的集中体现。3 系统工艺流程及控制要求3.1 系统工艺流程系统工艺流程如图3.1所示：启动风路系统磨腔风压、温度是否满足要求顺序启动输料系统启动辅助电机、啮合驱动去掉啮合驱动去掉主电机、分离驱动去掉分离电机启动2号提升机调节阀门开度启动加热器启动油泵否否否是是是油压是否满足要求关闭油泵油温是否满足要求关闭加热器启动油站系统图3-1 系统工艺流程 图3.1 生料立磨系统工艺流程图立磨的工作流程叙述如下：立磨属

26、于滚压磨,其粉磨的实现主要是靠磨辊和磨盘间的挤压力,由于磨辊和磨盘间存在速度差,所以在滚压的同时也进行碾磨。立磨运行时主电机通过减速机带动磨盘转动,三个压在磨盘上的磨辊绕轴自转。物料由三道闸门进入磨腔,在离心力的作用下物料从磨盘的中心甩向磨盘边缘,通过磨辊和磨盘形成的粉磨区。粉磨后的物料被主风机产生的上升气流吹至立磨顶端的选粉机,满足细度要求的物料可以通过选粉机进入磨后收尘器,不满足要求的被打回磨内重磨 。对于控制系统来说对立磨的控制可分为三部分即风路系统、油站系统和动力系统。风路系统主要使磨腔内形成上升气流,使细度达到要求的物料经过选粉机进入磨后收尘器。油站系统主要是保证立磨系统的润滑、冷却

27、和平稳供料,并且保证张紧装置的压力满足生产要求。动力系统主要控制立磨的辅助电机,超越离合器和主电机。由于立磨系统的启动转矩较大并考虑立磨布料的问题,所以需要首先启动辅助电机,当磨盘旋转一周后启动主电机并完成辅助电机向主电机的切换,同时停止辅助电机。由立磨的工作原理可以看出对立磨的控制主要是实现立磨配套设备的连锁启停,满足立磨系统运行过程中对温度、压力和进料量的要求对出现的故障实现报警及进行相应的处理。3.2 系统总体控制功能基于立磨工艺分析，在本系统中，要实现三种控制方式:机旁就地控制、自动控制和手动控制。在就地控制状态下，可在现场通过控制箱按照顺序进行启停设备控制，也可以单独对某一台设备进行

28、启停控制。在自动控制状态下，在上位机组态操作界面中，按开始按钮后，设备按顺序开启，按停止按钮，各个设备反方向依次停车；在手动控制状态下，在上位机组态操作界面中，可以点击按钮起动和停止各个设备。当系统发生故障时，会发出集中故障报警信号，可在组态界面中看到发生故障的设备。若故障发生在自动状态时，系统会自动产生故障报警，并有一定的延时，如在延时时间间隔内，故障消除，则继续运行；如故障没有消除，则自动按要求停机。若故障发生在手动状态时，同样发出报警，并且由操作人员停止相应的设备，也保证了设备和系统的安全。同时立磨控制系统可分为：风路系统、油站系统和动力系统三个子系统，下面将具体介绍各个子系统控制功能。

29、3.2.1 生料输送子系统自动控制生料输送子系统的控制主要体现了电机的顺序启停控制，顺序启停的控制的电机块为：袋收尘控制；位于立磨体顶端，收集粉磨符合要求的生料粉末。4个螺旋绞刀顺序控制；将收集好的生料粉末输送到2号下料铰刀处。2个生料提升机控制；其2号提升机的作用是把按一定比例混合好的生料配料送入立磨内进行研磨；1号提升机的作用是经风尘分离器分离好的的粉末经下料绞刀及提升机送入粉末收集仓。生料库顶袋收尘控制；当生料粉末经由1号提升机运送到1号下料铰刀时扬起的粉末由生料库顶袋收尘器收集控制。生料库顶绞刀控制；2号铰刀把有4个螺旋铰刀送来的生料粉末送至1号提升机底部，1号铰刀则是把1号提升机送来

30、的生料粉末下放到粉末收集仓中。该子系统控制设备的启停顺序工艺简图如图3.2所示：1号螺旋铰刀2号螺旋铰刀3号螺旋铰刀4号螺旋铰刀2号下料铰刀风尘分离器1号下料铰刀1号提升机收尘器图3.2 生料输送子系统中设备的启停顺序工艺流程简图实线表示启动 虚线表示停止3.2.2 风路子系统自动控制风路控制是立磨控制中的重要环节，其主要的控制目标是通过调节收尘风机的四个阀，即循环风阀、热风阀、风机出口阀和风机进风阀使磨腔内形成上升气流，使得磨好的生料经过选粉机由风路吹至磨后收尘器。该部分需要控制的设备（控制阀门的电动执行器除外）的启动顺序工艺简图如图3.3所示（停止时按逆序）：磨辊密封风机选粉机油站选粉机收

31、尘风机图3.3 风路子系统中设备的启停顺序工艺流程简图实线表示启动 虚线表示停止3.2.3 油站子系统自动控制当通过磨腔风路控制使温度和压力达到要求后，即准备启动润滑站和液压站。在启动各油站之前，应先保证各油站的油温在正常范围内，其控制要求是当油温低于20时启动电加热器，而且不允许启动油泵，当温度超过35时停止加热，使油站温度保持在2035之间，当油泵启动后油温高或低并不停油泵，而是相应的控制电加热器使油温保持在上述范围内。油温满足要求后即顺序启动油泵。需控制的油泵及启动顺序如图3.4所示（按逆序停止）：主减速机油站张紧装置保压系统三道闸门系统图3.4 油站子系统中设备的启停顺序工艺流程简图实

32、线表示启动 虚线表示停止 3.2.4 动力子系统的自动控制当油站和液压站满足系统启动条件后，即可启动立磨动力系统。立磨的动力系统的设备包括主电机、辅助电机和超越离合器。其控制顺序的工艺简图如图3.5所示为：启动超越离合器啮合气阀启动辅助电机关闭啮合气阀启动主电机启动超越离合器分断气阀停止辅助电机图3.5 立磨动力子系统中设备的启停顺序工艺流程简图实线表示启动 虚线表示停止3.3 系统电机控制原理在系统中的电动机大多数为11KW以下的鼠笼式电机，其中主电机、选粉机、大风机控制原理图和一般电机类似，只是因为起动电流比较大，为防止热继电器在电机启动过程中的误动作而进行了改进。下面将以普通电动机和主电

33、机为例分别来介绍其电动机启停的工作原理。3.3.1 普通电机控制原理通过此电机控制原理图实现对普通电机的控制,如图3.6所示。具体详见附图1。（1）自动控制首先合上空气开关QF将装换开关QK打到打到集中状态,使点1和点2之间形成通路，中间继电器线圈KA1得电，其常开触点KA1吸合，向DCS发出一个备妥信号,DCS系统自动发出一驱动信号，中间继电器线圈KA2得电，其常开触点KA2吸合，交流接触器线圈KM得电，其主触点KM与辅助触点KM闭合，这时DCS系统得到一应答信号，系统准备就绪可以进行集中启动，电机可以起动。图3.6 普通电机控制原理图在启动完成时有交流继电器KM给DCS一个应答信号是为了判

34、断电动机是否真正的启动，如果没有这样应答信号，当交流继电器KM发生故障时，在计算机的监控界面上看不出实际中电动的启动情况，故在电动的启动完成后给DCS一个应答信号。当电动机过载或发生短路时，热继电器KH的常闭触点断开，控制回路失电，电动机停止工作。（2）机旁控制当将转换开关打到机旁时，点2和3形成通路。当按下起动按钮SB2时，交流接触线圈KM得电，其常开辅助触点KM闭合与SB2形成自锁使电动机能够连续运行，常开主触点闭合，电机起动运行。同时指示灯HL进行指示，表明电动机正常运行。当按下停止按钮SB1时交流继电器线圈KM失电闭合的常开触点断开，控制回路断开，电机停止运行，实现机旁试车的功能。机旁

35、的按钮箱可以在设备检修的时候使用，同时也用在紧急情况停止电机。（3）当转换开关QK打到中间挡时则电机此时处于检修状态，此时任何条件都不能驱动电机转动。3.3.2 主电机主电机、选粉机、大风机控制原理图和普通电机类似，只是因为起动电流比较大，为防止热继电器在电机启动过程中的误动作而进行了改进。下面以主电机为例介绍绕线形电机的启停。如图3.7所示,具体详见附图 图3.7 选粉机的控制原理图 （1）自动控制选粉机启动原理和一般电机相同。由于选粉机为大功率的电动机，起动电流比较大，因此，为防止热继电器在电机启动过程中的误动作，热继电器不能直接接入电路中，必须加电流互感器且加入时间应适当。当选粉机启动时

36、，中间继电器KA3的常闭线圈将热继电器KH短接，经过一段时间后，中间继电器KA3得电使其中间继电器的常闭触点断开，热继电器KH起保护作用。当电动机过载时，热继电器的常闭触点KH断开，电动机停止工作。（2）机旁控制当将转换开关QK打到机旁时，点1和3形成通路。当按下起动按钮SB2时，交流接触KM的线圈得电，其常开触点KM与启动按钮SB2形成自锁，选粉机机起动运行。同时指示灯HL指示电动机运行。当按下停止按钮SB1时，交流电器KM失电，闭合的常开触点KM断开，控制回路断开，选粉电机停止运行。机旁的按钮箱可以在设备检修的时候用，同时也用在紧急情况停止电机。3.4 系统测温原理在风路子系统的控制中，基

37、于温度、压力控制，在该子系统主要是温度控制，所以采用热电偶和热电阻传感器进行温度测量，测温元件简介如下：3.4.1 热电偶（1）热电偶的测温原理两种不同材料的导体或半导体连接成闭合回路，将他们的两个接触点分别置于不同温度各为T及T的热源中，则在该回路内就会产生热电动势和温差电动势。则热电偶回路中产生的总电动势 EAB(T,T0)可写成： EAB(T,T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0) (3.1)由于温差电动势比接触电动势小，又T>T0,所以在总电动势EAB（T,T0）中，以导体A、B在T端的接触电动势eAB(T)所占的百分比最大，故总电动势EAB(T

38、,T0)的方向取决于eAB（T）的方向，因NA>NB,故A为为正极，B为负极。（2）热电偶冷端的温度补偿为使测得的热电动势与被测温度之间呈单值函数关系，需要把冷端恒温或用以下几种方法处理：a、补偿导线为使热电偶冷端温度保持恒定（最好为0摄氏度）如果距离较远使用测温导线要耗费许多贵重的金属材料，因此一般是用一种导线将热电偶冷端延伸出来，这种导线在一定温度范围内（0100摄氏度）具有和所连的热电偶相同的热点性能。这样可以节省材料和开支。b、冷端温度校正法 采用的原理如下公式所示： E(T,0)=E(T,t)+E(t，0) (3.2)中间温度定律由于热电偶温度-热电动势关系曲线（刻度特性）是在

39、冷端温度保持0的情况下得到的，与它配套使用的仪表又是根据这一关系曲线进行刻度的，因此冷端温度不等于0时就需要对仪表指示值加以修正。c、冰浴法d、补偿电桥法是利用不平横电桥产生的电动势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电动势的变化值不平衡电桥（即补偿电桥）由电阻R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCU（铜丝烧制）四个桥臂和桥路稳压电源所组成，串联在热电偶回路中。热电偶冷端与电阻RCu感受相同的温度。通常取20时电桥平衡（R1=R2=R3=），此时对角线a、b两点电位相等（即Uab=0），电桥对仪表的读书无影响。当环境温度高于20时Rcu增加，平衡被破坏，a点电位高于b点，产生一不平衡电压Uab，

40、它与热电动势相叠加，一起送入测量仪表。适当选择桥臂电阻和电流的数值，可使电桥产生的不平衡电压Uab正好补偿由于冷端温度变化而引起的热电动势变化值，仪表即可指示出正确的温度。由于电桥是在20时平衡，所以采用这种补偿电桥需把仪表的机械零位调到20。补偿电桥法图如图3.8所示：图3.8 具有补偿电桥的热电偶测量线路3.4.2 热电阻传感器利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器。（1）热电阻的分类 铂电阻 特点是精度高。稳定性好、性能可靠。目前我国常用的工业铂电阻BA1分度号取R0=46欧；BA2分度号取R0=100欧；标准或实验室用铂电阻的R0为10欧或30欧。温度范围为-190630.

41、74摄氏度 铜电阻 铂是贵重金属在一些测量精度不高且温度较低的地方一般采用铜电阻，可用它来测量-50+150摄氏度的温度（2）金属热电阻传感器在工业山广泛应用金属热电阻传感器进行-200+500摄氏度范围的温度测。自特殊情况下，测量的低温端可达3.4K，甚至更低，1K左右。高温端可测到1000摄氏度。金属热电阻传感器进行温度测量的特点是精度高、适合测低温。经常使用电桥作为传感器的测量电路，为了减少引线电阻温度变化引起的误差，工业用铂电阻的引线不是两根而是三根，如下图3.9所示。当引线电阻R1=R2=R3时，A表示于引线电阻无关。标准或实验室用的铂电阻的引线采用四线值=制，既金属热电阻两端各焊两

42、根引出线，其测量电路如图3.10所示。当引线电阻R1=R2=R3=R4时，A表的指示仍与引线电阻无关。此外，通过A表的各个支路的节点数为偶数，它们的接触电势恰好抵消，这样，图3.10所示线路不仅消除了连接引线电阻的影响，而且还可以消除测量电路中寄生电势引起的误差。此外，在测量过程中，不要使流经热电阻丝中的电流过大，以免影响测量精度。 图3.9 三线式结构图3.10 四线式结构，R1、R2、R3、R4为阴线电阻基于以上介绍的测温原理，本系统选用的0500测温范围的热电偶，将现场信号经转换器转换为420mA或05V的信号接入DCS控制系统，自动转换为实数信号在监控界面上显示。3.5 系统的测压原理

43、其中在油站子系统的控制中，基于温度、压力控制，主要介绍压力的测量控制方案：采用压电传感器进行压力测量。压力传感器：压力某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下在电介质的表面上产生电荷，从而实现力电荷的转换，所以它能测量最终能变换成力的那些物理量。（1）工作原理 对于某些电介质，当沿着一定方向对它施加压力时，内部就会产生极化现象，同时在它的的比表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后有重新恢复不带点状态，这种现象称为压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会产生变形，这种现象称为逆压电效应。 （2）安装注意事项 a、压力表必须经检定

44、合格后才能安装 b、压力表尽可能安装在温度为040摄氏度，相对湿度小于80%，振动小、灰尘少、没有腐蚀性物质的地方。对电气式压力表还要求安装在电磁干扰最下的地方。 c、在光线充足或就有良好照明的地方。以便于操作人员能清楚的观察仪表的示值和确保安全。压力表必须垂直安装。在一般情况下，安装高度与一般人的视线平行；对于高压压力表，为了安全起见，应安装的高于一般人的头部。 d、安装在表盘上的压力表力求整齐美观。 e、测量液体或蒸汽介质压力时，为避免液柱产生的误差，压力表应安装在与取压口同一水平的位置上，若不在同一高度，压力表的示值应进行修改。基于以上的介绍的测压原理及本系统的设计要求，本系统选用测压范

45、围为030MPa的压力传感器，将现场采集的信号转换为05V的信号接入DCS控制系统，系统自动转换为实数型信号，在界面上显示。4 系统硬件设计在硬件设计上，在满足功能要求的前提下，力求系统结构简洁合理，以降低成本和提高系统的可靠性，同时又能满足将来用户系统扩展的需要且基于集散控制系统的层次化结构要求，使操作管理分散控制的思想得以充分体现。4.1 DCS系统结构本设计选用ABB公司的Control builder F控制系统。该系统是面向工控自动化的新一代开放式DCS系统，该系统全面支持现场总线技术，采用全局数据库技术,实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网，系统结构具有较强扩展能力。现场采集的

46、信息通过Profibus总线与控制站进行数据通信。DCS系统主要由操作员、工程师站、现场过程站和系统网络四部分组成。（1）操作员站 DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面。操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行通信，由于系统数据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享。其主要功能为： 显示功能：显示的图形主要包括系统流程图显示、总貌显示、电机面板显示、控制组显示、趋势显示、报警显示等。 操作功能：操作员根据现场的实际情况和突然发生的情况，对系统进行相应的操作。 系统诊测显示：系统自动进行实时诊断，诊断状态信息在DIGIVIS上以图形方式显示及文字详细提示。（2）工程师站

47、工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。主要功能：提供对DCS进行组态、配置工作的组态软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳工作状态下。（3）现场过程站 现场控制站是DCS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、生产有很高的要求。现场控制站的硬件一般都采用专门的工业级计算机系统，其中除了计算机系统所必需的运算器(即主CPU)、存储器外，还包括了现场测量单元、执行单元的输入输

48、出设备，即过程量IO或现场IO。在现场控制站内部，主CPU和内存等用于数据的处理、计算和存储的部分被称为逻辑部分，而现场I/O则被称为现场部分，这两个部分是需要严格隔离的，以防止现场各种信号，包括干扰信号对计算机的处理产生不利的影响。过程站通过Profibus总线与控制器进行实时通信，完成数据的采集与交换。其主要功能如下： 将各种现场发生的过程量（流量、压力、温度、电流、功率及各种状态等）进行数字化，并将这些数字量存在存储器中，形成一个与需现场一致的、能一一对应的、并按实际运行情况实时的改变和更新的现场过程量的实时映象。 将本站采集到的实时数据通过网络送到操作员站、工程师站及其它现场站以便实现

49、全系统范围内的监督和控制，同时现场站还可接受由操作员站、工程师站下发的信息，以实现对现场的控制或对本站的参数设定。 在本站实现局部控制、回路的计算及闭环控制、顺序控制等。（4）系统网络概述 系统网络是连接各个站的桥梁，由于DCS是由各种不同功能的站组成的，这些站之间必须实现有效的数据传输，以实现系统总体的功能，因此系统网络的实时性、可靠性和数据通信能力关系到整个系统的性能。DCS系统网络主要由以太网和现场总线网构成。4.2 DCS系统的硬件配置该DCS系统的硬件配置设备包含AC 800F控制器、电源模块、以太网通讯模块、总线通讯模块、I/O模块、系统网络、继电器选型等。DCS系统配置图如图4.

50、1所示，具体详见图纸JD-CL-D1。图4.1 DCS系统硬件构架图下面将对各部分硬件配置模块介绍如下：（1）AC800F控制器AC800F控制器是ABB公司2000年推出的带现场总线功能的控制器，有丰富的现场总线接口，可实现控制器冗余、通讯冗余和电源冗余。系统有配套的组态软件CBF、人-机监控软件DigiVis以及相应的附加软件包。融入现场总线的过程控制站；可支持4条高速现场总线；支持多种总线类型如：Profibus DP,速率达12Mbd、Modbus、CAN、Foundation FieldbusHI（通过FIO 100）等总线类型；且易于组态：DigiTool（组态软件）；兼容性：可运

51、行现有的Freelance 2000应用程序；建立一个全球数据库，既用于控制层，又用于人机界面（HIS）；模件自动识别；自诊断功能用于系统维护；紧凑、坚固的结构设计等优点。AC800F通过四种现场总线对各种信号进行数据采集处理，它扩展了“传统的”过程站的功能，为用户提供了应用现场总线技术的灵活性。（2）AC800F控制器的基本功能AC 800F基本单元PM802F /PM803F通过现场总线模件循环采集现场设备的信号，应用已编好的用户程序对这些信号进行处理，并将处理好的信号通过现场总线模件输出到现场。现场控制器可以使用2个实现冗余，当主AC 800F出现故障时可以平滑，快速切换到备用的AC 8

52、00F，每个现场控制器可以使用一个以太网模件（DigiNet R）用于主AC 800F与备用的AC 800F之间的通讯及同步，所有输入与输出均设计为支持冗余设置。现场控制器，过程站与操作员站之间的通讯采用以太网系统总线(DigiNet S)与工程师站的数据交换也通过这条数据总线，工程师站可以将新的或修改的程序加载到过程站，同时可以远程诊断现场控制器及各模件的运行状态。当安装和更换现场总线模件时，该模件的组态信息会自动进行更新。程序与实时过程数据存储在RAM中，为防止在系统停电时造成数据丢失，采用后备电池保持RAM信息，该电池装在每个以太网模件上及专用电池安装模件上。（3） AC800F控制器的

53、技术指标表4.1 AC800F控制器的技术指标CPUIntel 80960HD25/75（PM 802F） Intel 80960HT25/75（PM 803F）32位RISC Superscalar 处理器高达150MIPSRAM8MB/16MB 读/写存储器后备电池（可选冗余配置）I/O扫描周期可以组态，依据现场总线模件的负载能力续表 4.1处理器执行时间1000个指令< 1.0ms 开关量及16位算法指令<2ms固定点算法指令<1.5ms 32位算法指令 电源模块：在本控制器硬件配置设计中，电源模块选用SA801F,其具备如下功能：a、为现场总线控制器模件提供5V DC

54、/5A与3.3V DC/5A的辅助电源；b、电源模块具备开路，过载与短路保护功能，同时提供高稳定性的输出电源；c、一旦电源故障，在5ms之内现场控制器产生一个电源故障信号，同时输出电压保持20ms，在此期间故障信号可以使CPU模件运行关断程序进入安全状态或进行电源切换；d、输入电源 115/230 V AC (自动调压), 输出电源电气隔离；e、过流检测及短路保护，电源模件提供状态信号指示电源工作状态；（5）以太网通讯模块 为控制器与系统总线的借口设备，实现了DCS控制系统工作时操作员站与控制站之间的通讯及数据交换。AC800F控制器的硬件配置中以太网模块选用EI801M，其功能如下：a 、提

55、供IEEE802.3 标准以太网通信协议,作为系统总线（DigiNet S）,兼容IEEE 802.1 协议及兼容10BASE2 细缆标准；b 、32 位数据总线,100 M bit/s；c 、直接存取一主存储器 < 4% CPU 操作负载；d 、可选冗余电池，保持主存储器信息。（6）总线通信模块：总线通信模块完成现场设备与控制器之间实时数据的通讯。根据系统的实际运行情况，在进行硬件配置时，总线通信模块选用ProfiBus模块，当AC800F控制器采用冗余配置时，FI830F主模件也为荣誉方式，当在ProfiBus总线上运行2个ProfiBus主设备，一个随AC800F主方式处于工作状态，另一个处于热备状态，当主方式控制器出现故障时FI830F模件可以快速无忧自动切换到冗余模件运行。其功能如下：a、 用于与S800 I/O通讯；b、与PROFIBUS-DP V1 协议兼容；c、数据通信速率最高为 12 MBD；d、允许连接126 个Profibus从站；e、组态与参数设置均使用DigiTool 软件,无需另外附加编程软件；f、电气隔离；g、模件可以在操作期间移动或