石灰窑工程电气设计 建筑电气工程技术专业毕业设计 毕业论文.doc

图书馆收藏图书馆收藏 中图分类号 中图分类号 密级 密级 UDC 编号 编号 1331 毕业设计毕业设计 石灰窑电气设计 石灰窑电气设计 蒋蒋 晓晓 专业名称 建筑电气工程技术建筑电气工程技术 班 级 建电建电 08 208 2 学 制 3 3 年年 学 号 08602132100860213210 学历层次 专专 科科 指导教师 李德路李德路 评 阅 人 论文 设计 提交日期 2011 年 6 月 20 日 论文 设计 答辩日期 2011 年 6 月 20 日 2 江苏建筑职业技术学院 二 一一年六月二十日 毕业设计成绩评定书 专业 班级 建电 08 2 姓名 蒋晓 日期 2011 年 6 月 20 1 设计题目 石灰窑工程电气设计 2 设计指导教师 签名 3 设计评阅人 签名 评阅日期 4 评定意见及成绩 3 2011 年 6 月 20 日 中文摘要 中天钢铁集团有限公司新建 2 座活性石灰 白云灰 窑以满足 炼钢及烧结对石灰的需求 石灰窑额定产量为 2 座 600t d 白云灰 额定产量为 2 座 600t d 石灰窑的建设标准是先进 可靠 各种指 标先进 无公害 环保 为有效使用高炉煤气 大幅降低石灰窑的生产 单耗 节约燃 料 同时提高石灰质量 降低 NOx 排放量 中天钢铁集团有限公司 决定对该项目石灰窑采用活性石灰竖窑技术 并提高石灰窑的控制 水平 使新建设的石灰窑在各项热工和控制指标上成为一台具有国 内先进技术水平的石灰窑 北京嘉永会通能源科技有限公司 简称 GGST 公司 是一家专 业从事活性石灰窑技术研究 开发 推广及实施应用的技术工程公 司 愿以多年的研发成果和实施经验 结合中天钢铁集团有限公司 丰富知识一同将该项目建设成为经济 可靠 国内技术先进的石灰 窑工程 本设计主要阐述了此工程各系统电气设计的控制运行和工艺流 程 怎么实现对石灰窑各个现场操作设备的电气控制 以及石灰窑 4 生产运行的电气控制 关键字 石灰窑 电气控制 工艺流程 目 录 1 1 设计说明设计说明 1 1 1 1 设计依据 1 1 2 支柱冷却风机由业主提供应急电源 1 1 3 低压配电柜 1 1 4 启动方式 1 2 2 工艺过程简述工艺过程简述 2 2 2 1 环形双膛石灰窑的装料 2 2 2 窑膛加料 煅烧 出料工艺流程 2 2 2 1 加料 2 2 2 2 煅烧 2 2 2 3 出料 2 2 3 成品贮存 3 3 3 设备运行负荷计算设备运行负荷计算 4 4 3 1 2 窑负荷计算书 4 3 2 1 窑负荷计算书 5 4 4 石灰窑电气 仪表自动化系统石灰窑电气 仪表自动化系统 8 8 4 1 传动及供电 该部分增加变压器配置的相关描述 8 4 1 1 电气设备的适用规范 8 4 1 2 技术条件 8 4 1 3 低压供电系统 9 4 1 4 操作设备 11 4 2 仪表控制系统 12 4 2 1 温度控制 12 4 2 2 窑顶压力的调节 14 4 2 3 加压机房内 CO 含量检测报警 15 4 2 4 换向阀控制功能 15 4 2 5 仪控安全保护系统 16 4 3 石灰窑计算机控制系统 18 4 3 1 控制系统的结构 18 4 3 2 控制系统主要元件配置清单 18 4 4 监控功能 19 4 4 1 流程图监控功能 19 5 4 4 2 实时趋势监视功能 20 4 4 3 参数操作 调整功能 21 4 4 4 报警管理功能 21 4 4 5 历史数据管理功能 21 4 5 主要现场仪表及电气件选型 22 5 5 上料系统上料系统 2525 5 1 上料卷扬机 25 5 2 运行电气控制 25 6 6 成品卸料系统成品卸料系统 2626 6 1 卸料设备 26 6 2 成品系统 26 7 7 空气鼓风机站 空气鼓风机站 2727 7 1 助燃空气风机 27 7 2 石灰冷却空气风机 27 7 3 喷枪冷却空气风机 28 7 4 支柱冷却风机 28 7 5 风机房用过滤器 29 8 8 安全措施安全措施 3030 8 1 安全措施 30 8 1 1 防火 防爆措施 30 8 1 2 电气安全措施 30 8 2 防护安全措施 30 小结小结 3232 参考文献参考文献 3333 致致 谢谢 3434 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 1 1 1 设计说明设计说明 1 11 1 设计依据 设计依据 设备生产厂家提供的资料 相关的主要规范 标准 供配电系统设计规范 低压配电设计规范 10KV 及以下变电所设计规范 通用用电设备配电设计规范 电气装置的电测量仪表装置设计规范 1 21 2 支柱冷却风机由业主提供应急电源支柱冷却风机由业主提供应急电源 在突然停电的情况下能够自动切换到应急电源运行 1 31 3 低压配电柜低压配电柜 采用 GGD3 型固定柜 落地式安装 电源通过封闭母线槽取自变压器 1 41 4 启动方式启动方式 小于 90KW 的电动机采用全压启动方式 90KW 及以上电动机采用软启 动方式 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 2 2 2 工艺过程简述工艺过程简述 2 12 1 环形双膛石灰窑的装料环形双膛石灰窑的装料 方式为 定期 轮流往两个窑膛内装入原料 因此 环形双膛窑在窑顶安 装一组装料设备 包括 1 个窑顶料仓 2 个装料换向闸板 2 个装料密封阀 2 组连接流槽 窑顶料仓的容积约为 6 立米 可以存放一个换向周期所需的石料 料仓底 部安装有称重装置 当料仓内原料放入窑内后 称重装置显示重量为零 然后 由 PLC 发出信号 装料闸板关闭 装料完成 2 个装料换向闸板和 2 个装料密封阀的作用是控制原料流入 1 或是 2 窑膛 当 PLC 根据程序的要求发出向 1 窑膛装料的指令时 1 窑膛的装料密封阀打开 然后打开 1 分料阀 随着 1 分料阀的打开 石料装入窑内 此时 2 装料换向 闸板和 2 密封阀处于关闭状态 反之 2 窑膛装料时 执行上述相反的动作 装料完毕后 装料换向闸板和密封阀顺序关闭 窑膛装料完毕 装料设备的驱动全部是液压驱动形式 采用液压的方式主要是从重载和平 稳动作两个方面考虑的 2 22 2 窑膛加料 煅烧 出料工艺流程窑膛加料 煅烧 出料工艺流程 2 2 12 2 1 加料加料 加料工艺流程为 窑顶料仓的石灰石经流槽分别送入两个窑膛的顶部 通过设在两个溜槽上闸板的顺序关闭 实现两个窑膛的加料 料仓容积约 6m3 两个窑膛为定期交替加料 故上述设备均为间断工作 2 2 22 2 2 煅烧煅烧 石灰石在窑内经过预热带 煅烧带 冷却带完成石灰石向石灰的转化 过程 石料的最顶端开始到燃料喷枪出口为预热带 喷枪出口到连接通道 处为煅烧带 连接通道开始到石灰石卸出机构止为冷却带 2 2 32 2 3 出料出料 窑膛煅烧并冷却好的成品石灰 由 8 个位于窑膛底部的卸料平台以及 2 个卸料阀进入窑底料仓待出 窑底料仓的成品石灰通过窑底振动出料机 大倾角皮带机送至成品振 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 3 动筛进行分级筛分并破碎 筛分破碎后粉灰通过溜槽进入粉灰仓 块灰由 皮带机送至成品仓储存 各振动设备均采用密封 防止扬尘 出料系统成品平均流量为 25t h 各设备具备生产能力应留有适当余 量 各转运点均设粉灰除尘装置 2 32 3 成品贮存成品贮存 两座 600t 石灰窑所生产的石灰储存系统初步考虑设 4 个成品料仓 3 个贮存粉灰 1 个贮存块灰 成品仓的容积按存放 1 天产量考虑 各贮仓均设置连续料位检测及除尘设施 每个仓的块灰及粉灰通过仓下出料阀及除尘卸料装置装入汽车运走 各出料阀及除尘卸料装置均采用电动现场手控 本系统各设备控制均采用现场控制 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 4 3 3 设备运行负荷计算设备运行负荷计算 例 成品皮带 K 0 8 cos 0 8 tg 0 75 P 41 4KW Pj 0 8 41 4 33 12KW Q 33 12 0 75 24 84KVA 3 13 1 2 2 窑负荷计算书窑负荷计算书 表表 3 13 1 设备台数设备容量计算系数计算负荷编 号 用电 设备 名称 总数工作总数工作 kcos tg PjQj 1 成品 皮带 41 441 4 0 80 80 7533 1224 84 2 成品 震动 给料 机 30300 80 80 752418 3 震动 筛 21 4 8 2 40 80 80 751 921 44 4 斗式 提升 机 2130150 80 80 75129 5 螺旋 输灰 机 6633330 80 80 7526 419 8 6 烟气 除尘 2 风机 113553550 80 80 75284213 7 助燃 风机 224404400 80 80 75352264 8 成品 冷却 风机 111601600 80 80 7512896 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 5 9 喷枪 冷却 风机 111321320 80 80 75105 679 2 10 成品 冷却 风机 222642640 80 80 75211 2158 4 11 助燃 风机 223703700 80 80 75296222 12 支柱 冷却 风机 1122220 80 80 7517 613 2 13 照明 1000 80 80 7590155 7 14 卷扬 1175750 80 80 756045 15 液压 站 35350 80 80 752821 16 其他 1001000 80 80 758060 17 破碎 机 333303300 80 80 75264198 18 合计 20021598 6 乘以同时系数 Pj 0 9 Qj 0 95 1801 81598 6 补偿前 cos 0 764 1801 8 补 600 补偿后 cos 0 9 1801 8918 7 3 23 2 1 1 窑负荷计算书窑负荷计算书 表表 3 23 2 设备台数设备容量计算系数计算负荷编 号 用电设 备名称总 数 工 作 总数工作 kcos tg PjQj 1 破碎机 33330330 0 80 80 75264198 2 原料 0 皮带 1155550 80 80 754433 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 6 3 原料 1 皮带 11330 80 80 752 41 8 4 原料 2 皮带 2130300 80 80 752418 5 电动犁 式卸料 器 735 252 250 80 80 751 81 35 6 卸料小 皮带 421260 80 80 754 83 6 7 成品除 尘风机 112802800 80 80 75224168 8 烟气除 尘风机 113553550 80 80 75284213 9 助燃风 机 224404400 80 80 75352264 10 成品冷 却风机 111601600 80 80 7512896 11 喷枪冷 却风机 212641320 80 80 75105 679 2 12 成品冷 却风机 222642640 80 80 75211 2158 4 13 支柱冷 却风机 2244220 80 80 7517 613 2 14 照明 1000 50 51 735086 6 15 10 抓 斗天车 332702700 30 51 7381140 13 16 卷扬 1175750 80 80 756045 17 液压站 35350 80 80 752821 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 7 18 成品除 尘器 50500 80 80 754030 19 其他 1001000 80 80 758060 18 合计 2002 41630 乘以同时系 数 Pj 0 9 Q j 0 95 1802 161548 5 补偿前 cos 0 764 1802 16 补 690 补偿后 cos 0 9 1802 16858 5 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 8 4 4 石灰窑电气 仪表自动化系统石灰窑电气 仪表自动化系统 中天钢铁集团有限公司石灰窑工程 采用高炉煤气为燃料 每座石灰 窑产量为 600t d 石灰窑从窑顶到窑底分为 3 个工作带 即 预热带 煅 烧带 冷却带 其检测与控制系统将连续检测煅烧过程的各项工艺参数 实现煤气和空气双交叉限辐最佳燃烧控制 自动控制燃烧换向系统 自动 实现原料的装入和产品的卸出 采用 SIEMENS S7 400 PLC 控制系统与一次 检测仪表结合 对石灰窑的窑温 空燃比和系统的换向动作 装出料动作 及相关的保护措施等项目进行自动控制 由计算机系统的操作站监控全部 生产过程 保证石灰窑节能 高效 安全 稳定运行 石灰窑主控系统选用西门子可编程控制器 操作站选用两台研华工业 控制计算机监控全部生产过程并完成相关数据的设定 采用工业控制计算机系统的主要目的是完成煅烧系统及窑区设备的自 动设定 实现石灰窑的自动生产 准确控制石灰窑关键温度的控制和温度 场分布的均匀性控制 进行安全停窑处理 节约燃料消耗等 主要完成 数据设定 生产数据管理 自动最佳化燃烧控制 实时数据处理 画面和 报表 数据通讯等任务 4 14 1 传动及供电 该部分增加变压器配置的相关描述 传动及供电 该部分增加变压器配置的相关描述 4 1 14 1 1 电气设备的适用规范电气设备的适用规范 电气设备和施工材料原则上应符合下列标准和规范 a 中华人民共和国的设计标准和规范 b IEC 标准 c 引进产品所在国的国家标准 4 1 24 1 2 技术条件技术条件 a 环境条件 除电气设备规格说明书里特别注明者外 均按下列所示 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 9 MCC 柜 基础自动化系统和操作台等安装在电气室和操作室的电气设 备允许环境温度 10 至 40 检修电源箱 照明配电箱 检修电源柜和现场操作箱等安装在现场的 电气设备允许环境温度 35 至 40 相对湿度 40 时 不超过 90 20 时 不超过 50 海拔高度 小于 1000 米 b 电压等级 低压动力电源 AC380V 220V 50Hz 电压波动 额定电压的 10 频率波动 49 0 51 0Hz 交流控制电压 AC220V 10 c 电气设备的油漆规格 电气设备的涂漆色由买方从厂家标准色中选定 4 1 34 1 3 低压供电系统低压供电系统 根据石灰窑工艺系统划分和负荷分布情况 设置2 个集中电气室 即煤气加压站室和风机房电气室 并设有低压配电系统 MCC 控制系 统和电气 PLC 控制系统 1 低压供配电系统 设计受电柜 2 面 正常情况下使用主电源 在一路出现故障或检修 时 切换到另一路 2 电气传动系统 石灰窑原料的筛分 转运设备控制 上料小车卷扬机 煤气加压机控 制 含变频控制 鼓引风机电气控制 含变频控制 液压站油泵等电气 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 10 控制等控制柜 柜体结构采用 GGD 形式 以上 MCC 柜安装在位于风机房 2 层的电气室内 a 传动控制水平 根据工艺要求 如下电机需要变频调速功能 采用交流变频调速装置 调速煤气加压机 调速鼓风机 上料小车卷扬机 除尘引风机 液压站 风机等均为恒速单向传动 其控制程序由 PLC 完成 定速煤气加压机 鼓风机采用软启动装置 以减少电机启动时对电网系统 造成的冲击 b 低压配电系统的保护 低压配电系统主要采取了以下保护功能 过载保护 短路保护 过电 压 欠电压保护 接地保护等 3 防雷接地与工作接地 石灰窑的防雷系统主要针对窑本体 窑壳 建构筑物等 要求 其接 地冲击电阻不大于 4 欧姆 该部分的处理随土建工程一同完成 石灰窑区域电气保护接地及窑区仪表计算机设备的接地电阻不大于 2 欧姆 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 11 4 1 44 1 4 操作设备操作设备 来自PLC 此配电柜内表示的是手自动切换控制蝶阀的正反转 此图为配电柜内 的系统图 由 PLC 室发出闭合开关指令 plc 所控制的开关即闭合 将配 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 12 电柜内断路器闭合 以及现场操作箱电源运行 即可运行控制蝶阀的正反 转 通过两相线互换 即可实现正反转 1 在操作室设操作台一组 用于安装操作站及操作硬件 2 液压站操作箱 共 1 个 用于对液压系统的就地操作监控 位置设在液压站内 3 上料现场控制箱 共 4 个 用于现场皮带机 振动给料机 筛分设备等就地操作 设置在设备 附近 4 物料转运设备操作箱 共 10 个 用于现场振动给料机 皮带机 斗提机等设备就地操作 5 鼓 引风机就地操作箱 共 15 台 用于鼓 引风机的机旁操作 6 煤气加压机就地操作箱 共 4 台 用于煤气加压的机旁操作及控制 7 上料卷扬机就地操作箱 共 1 台 用于上料卷扬机的机旁操作 控制 4 24 2 仪表控制系统仪表控制系统 4 2 14 2 1 温度控制温度控制 石灰窑的温度控制主要是控制连接通道处的温度 采用比例燃烧控制 方案 即双交叉限幅控制方案 石灰窑连接通道处安装 2 只热电偶 并在煅烧带底部沿窑膛周边设置 14 只电偶进行温度的测量与窑温调节 操作员可以在 HMI 上任意选择连接 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 13 通道处 2 个温度点的 1 点作为被控制测点 同时 安装煤气热值分析仪作 为燃烧控制的参考依据 1 改进型双交叉限幅控制方法 图图 4 14 1 相对于串级比值方法 为了对空燃比控制更加精细 出现了带有双交 叉限幅的串级比值控制方法 简称双交叉控制方法 优点是有效控制了动 态空燃比 但同时缺点是限幅牺牲了系统跟踪负荷变化的速度 降低了系 统的响应速度 控制原理方框图如上图所示 为进一步提高响应速度 改 进型双交叉方法还将限幅系数设为可以根据温度偏差自动修正 以便在温 度偏差较大时减弱或取消限幅功能 即限幅系数是动态的 这样将大大提 高控制系统的响应速度 2 回路基本报警 连锁等功能 超温报警功能 当连接通道处温度超过允许值 系统发出报警信号 热电偶断偶保护 报警功能 当任何一只热电偶被烧坏 本回路立即 切换到手动模式 同时系统发出报警信号 温度调节器输出限幅功能 根据产量对温度调节器输出限幅 防止温 度过高 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 14 3 设定值选择 本地方式 当 HMI 选择本地方式设定时 炉温设定值由操作员根据实际情况来决 定 4 空燃比设定选择 人工设定 在 HMI 上由操作员根据经验直接输入合适的空燃比值 空气过剩系数自适应 操作员只需给定理论空燃比 系统将根据负荷情况自动计算过剩系数 求出空燃比 5 温度控制器工作模式 为方便操作 温度控制器设计手动 MAN 和本地自动 AUTO 2 种控 制模式 a 手动模式 MAN 在手动模式下 空气流量和煤气流量的变频器工作在手动方式 由操 作员在 HMI 上直接改变频率 b 本地自动模式 AUTO 本地自动就是并联串级 交叉限幅工作模式 也是在原料煅烧时 控 制系统经常使用的方式 在本模式下 系统的所有在线自动检测正常 流 量调节回路 温度调节回路都工作在闭环状态 操作员只需要在 HMI 上输 入石灰窑的目标温度值给控制系统 则系统就会自动 成比例的调节相应 的空煤气流量 从而 保证窑温的控制精度 4 2 24 2 2 窑顶压力的调节窑顶压力的调节 窑顶压力主要通过设于排烟引风机上的变频器频率的转变进行调节 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 15 正常时窑顶应保持微正压或微负压 4 2 34 2 3 加压机房内加压机房内 COCO 含量检测报警含量检测报警 对于采用煤气作燃料的石灰窑 设置一氧化碳监测这一安全措施非常 重要 本设计选用可靠的检测探头 4 点 检测加压机房内空气中 CO 的含量 4 2 44 2 4 换向阀控制功能换向阀控制功能 检测信号 25 台液压驱动的阀门动作命令信号 25 台液压阀的开关到位位置检测信号收集 30 个喷枪煤气换向阀动作命令信号 30 个喷枪煤气换向阀动作开关到位位置信号收集 2 个喷枪冷却空气换向阀动作命令信号 2 个喷枪冷却换向阀动作开关到位位置信号收集 控制方式 a 自动方式 按照预先给定的换向逻辑自动进行换向 b 手动方式 在 CRT 上由操作员将换向系统的某一换向单元人为跳 自动换向逻辑 此时其它换向单元继续换向 强制某一换向阀的开闭 c 现场手动方式 石灰窑现场按动某一阀电磁阀的按钮 现场强制该 阀的开闭 上述三种控制方式的组合可以令操作人员很容易的判断换向阀故障原 因 控制系统问题 接线问题 电磁阀问题 执行器问题或阀体自身问题 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 16 换向控制系统主要完成以下功能 a 换向逻辑上每一个换向阀的动作均以上一级换向阀到位信号为前馈 信号 从根本上杜绝了换向过程中动作紊乱的可能性 同时可以精确检测 每一台换向阀的打开 关闭的严密程度 一旦检测到阀门故障立即报警 并采取相应措施 b 完成两种换向方式 自动换向和手动换向 c 独立换向单元强制跳出换向序列逻辑 d 独立换向单元强制加入换向序列逻辑 安全报警自锁功能 换向阀故障 PLC 系统发出声光报警 该换向单元的后续阀门动作处于 停顿位置 石灰窑自动停止工作 上位机画面自动指出故障点 4 2 54 2 5 仪控安全保护系统仪控安全保护系统 在石灰窑生产过程中 为保证安全生产 防止意外事故 仪控系统主 要有以下几项联锁逻辑控制 不包括控制系统的内部联锁 开窑允许逻辑 紧急停窑逻辑 风机启停联锁逻辑 总管煤气切断阀允许逻辑 自动温控系统投入逻辑 1 开窑允许逻辑 煤气压力正常 空气正常 压缩空气压力正常 引风机运行正常 电 气系统正常 发出开窑允许信号 2 紧急停炉逻辑 以煤气的快速切断为核心 生产中操作员可以通过操作台上紧急停炉按钮或操作站键盘的停炉功 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 17 能键停窑 或在以下事故状态下自动停窑 a 自动停炉 煤气总管压力过低 仪表气源压力过低 风机故障信号 换向阀门动作不到位 电气停窑信号 b 紧急手动停炉 用于在特殊情况下 由操作员通过操作台的急停按钮 手动快速切断 煤气切断阀 3 风机启停联锁逻辑 启动风机时 必须打开风机出口放散阀 做到无负荷启动 风机无故 障 当风机因故障或由于操作员手动停止后 电气向仪控系统发出停机信 号 仪控系统打开空气释放阀 此时 上述联锁关系依然存在 4 总管煤气切断阀开允许逻辑 当入口煤气压力正常 停窑信号为假 0 总管煤气切断阀为全关时 发出总管切断阀开允许信号 5 自动温控系统投入逻辑 在满足下列条件下 可以投入温度自动调节系统 燃烧允许 信号为真 1 煤气停止 信号为假 0 总管煤气切断阀全开 窑温在正常范围内 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 18 各种故障分为重故障和轻故障 轻故障时进行报警 重故障发生时进 行燃烧切断 4 34 3 石灰窑计算机控制系统石灰窑计算机控制系统 4 3 14 3 1 控制系统的结构控制系统的结构 石灰窑计算机控制系统是由 PLC 系统以及 HMI 组成 PLC 系统采用 SIEMENS 公司 S7 400 系列 配合分布式 I O 系统组成 该系列 PLC 系统每个插槽上的模板可以自由修改 因为所有的插槽可以放 置任意指定的 I O 模板 CPU 与 I O 模板之间采用 PROFIBUS 协议通讯 模拟量输入 AI mA with power 4 20 mA 模拟量输入 AI mA without power 4 20 mA 模拟量输出 AO mA 4 20 mA 开关量输入 DI 24 V DC 开关量输出 DO 24 V DC 分布式 I O 模板的选择根据工艺的要求以及方便电缆的敷设原则 在电气室内 PLC 系统主机架包括电源模板 CPU 模板 在主控制室内 实现对整个石灰窑及配套装卸料设备的操作 石灰窑 PLC 控制站 主要完成电气和仪表系统控制 仪表部分包括燃 烧系统 原料转运 成品存放系统仪表检测控制系统功能 主要完成窑温 调节 换向控制 压力控制报警等功能 电气部分包括所有电气设备 包 括振动筛 风机 皮带机 给料机 斗提机 卷扬机等设备 的联锁及位 置控制功能 系统设有 UPS 不间断电源 保证供电系统稳定 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 19 4 3 24 3 2 控制系统主要元件配置清单控制系统主要元件配置清单 表表 4 14 1 上位机系统 序 号 名称规格型号 生产厂 家 数 量 单 位 1 工控机 P4 3 0G 1G 80G LAN 研华 2 台 2 显示器19 液晶显示器 三星或 优派 2 台 3 UPS 电源 6kVA 30MIN 山特 1 台 4 监控软件 WinCC 6 0 拷贝 SIEMEN S 1 套 5 编程软件 STEP7 V5 5 拷贝 SIEMEN S 1 套 控制系统 PLC 1 控制 PLC S7 414 2DP SIEMEN S 1 套 4 44 4 监控功能监控功能 4 4 14 4 1 流程图监控功能流程图监控功能 采集石灰窑的工艺参数值 电气参数值及生产设备的运行状态信息 以形象的流程画面为背景 将数据显示在中心控制室操作站上 对需要操 作的设备和参数 设计按钮和输入窗口 用鼠标 键盘方式进行操作 检测或运转设备出现越限或故障时 流程图上相应的图例红光闪动 并发出报警声响加以提示 报警的笛声可以通过键盘解除 红光继续保持 直至该故障消除 闪动才停止 画面间设计同一风格的菜单 按钮 箭头等人机接口器件用于画面间 的相互切换或弹出窗口 十分方便 直观 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 20 工艺流程图主要包括 1 石灰窑及配套设备控制系统总菜单画面 以表的形式列出画面目录清单 点击其中任一项即能调出该画面 2 燃烧系统总貌画面 以模拟图的形式显示石灰窑燃烧状态及燃烧设备布置 可以集成一幅 画面或分两幅画面 在画面角部空格处显示其他画面清单 以便点击调出 显示 显示参数包括 煤气总管压力 流量 空气总管压力 流量 连接通道窑温 鼓 引风机状态 颜色表示 红 故障 绿 运行 灰 停止 气源压 力 煤气切断阀的状态 颜色表示 红 故障 绿 开 灰 关 3 管路系统画面 助燃空气 冷区空气等管路系统图 煤气管路系统图 画面可根据情况分幅或组合显示 4 4 24 4 2 实时趋势监视功能实时趋势监视功能 将系统采集到的所有参数信息 分门别类地归纳成几组 以实时刷新 的方式动态地在屏幕上画出曲线 清楚地表示出过程参数的变化情况 曲 线的颜色 线形 量程等均可以修改 实时趋势画面共设约 4 幅 包括 1 窑温 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 21 2 排烟烟温曲线 3 支柱冷却温度曲线 4 压力曲线 总管煤气 空气 气源 窑膛 4 4 34 4 3 参数操作 调整功能参数操作 调整功能 以棒图和数值的形式显示和改变各个控制回路的参数和状态 如 变 频器的输入值 模拟设定值 报警设定值 调节器输出值 手动自动串级 状态 报警状态 报警级别 以及相应的实时趋势曲线 该类画面包括 1 控制参数总览 显示所有控制回路的设定 SP 测量值 PV 输出 OP 阀位反馈 FV 及手自动状态 STATUS 2 每一个控制回路 PID 设单独调整画面 画面显示该模块所有相关参 数 并对设定值 量程 输出限幅值以及 PID 等参数要求可以修改 并在 流程画面中通过点击相应参数调出 4 4 44 4 4 报警管理功能报警管理功能 报警除在流程图上显示外 还设有实时报警窗口和报警汇总画面 实 时报警窗口为小窗口 始终在最前 显示最新发生的报警信号的名称 报 警情况 当前值 发生时间 工位号 参考提示等内容 便于在线诊断各 类故障 查找故障部位并报警 报警汇总画面汇集了所有曾经发生的报警 事件的历史记录 以备查找时用 报警对象 内容 时间等信息可以随时 列表 存盘及打印 4 4 54 4 5 历史数据管理功能历史数据管理功能 对系统所采集的历史数据建立各类数据库 操作人员可以通过计算机 对各类工艺参数值做出趋势曲线 历史数据 可以按时间顺序进行查询 供管理人员分析比较 以便找出石灰窑的最佳运行规律 同时分析各种事 故原因 改进管理方法 提高经济效益 机内数据每隔 30 秒采集一次 存 储 2 个月的信息量 共对如下参数进行收集 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 22 1 窑温 2 流量曲线 3 压力曲线 总管煤气 空气 氮气 炉膛 4 所有控制回路设定值 5 其它检测参数 4 54 5 主要现场仪表及电气件选型主要现场仪表及电气件选型 主要现场仪表选型 表表 4 24 2 需用硬件设备序 号 用 途 名 称数量 制造厂家 01 连接通道温度检测S 型电偶2 只国产 02 煅烧带底部窑温检测S 型电偶14 只国产 03 排烟温度检测PT100 热电阻 3 国产 04 出灰温度检测PT100 热电阻 4 国产 05 立柱冷却风温检测PT100 热电阻 8 国产 06 煤气量检测 调节 V 锥 差压变送器 变频器 1 套 国产 施奈德 07 助燃空气量监测 调 节 孔板 差压变送器 变频器 1 套 国产 施奈德 08 冷却空气量监测 调 节 孔板 差压变送器 变频器 1 套 国产 施奈德 09 窑膛压力检测压力变送器1 套 EJA 罗斯蒙 特 10 煤气压力检测压力变送器1 套 EJA 罗斯蒙 特 11 净环水压力检测压力变送器1 套 EJA 罗斯蒙 特 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 23 12 空气总管压力检测压力变送器1 套 EJA 罗斯蒙 特 13 仪表气源压力检测压力变送器1 套 EJA 罗斯蒙 特 14 炉区 CO 浓度检测CO 检测仪6 点国产 15 料位检测10 点国产 具体的电气设备的选型及设计要求如下 1 为实时补偿电网中的感性负载 选用自动无功补偿装置以提高变 电所功率因数 2 重要安全联锁由硬接点实现 3 建筑物高度超过 15 米则装设避雷带或避雷针进行防雷 防雷接 地根据设计规范进行设计 4 网络结构 上位操作站与 PLC PLC 与 PLC 之间采用工业以太网 PLC 采用远程 I O 方式 5 数字量输入选用电压等级为 220VAC 的模块 数字量输出选用继 电器输出模块 模拟量输入选用 4 20mA 输入信号模块 模拟量输出选用 4 20mA 输出信号模块 其它特殊信号如热电阻 热电偶等选用相应模块 6 所有与 PLC 交换的仪表信号均为 4 20mA 信号 仪表选型要考虑 到信号的兼容性 避免出现信号类型不相符的情况 7 机旁手动为无工艺联锁 必要的安全联锁除外 的单机纯手动方 式 机旁手动不通过 PLC 8 现场数字量输入信号通过中间继电器隔离 中间继电器安装在 MCC 柜的相应控制单元内 PLC 输出继电器安装在 PLC 柜内 9 PLC 模块电源开关分组设置 自动化系统必须设单独接地系统 10 所有 4 20mA 模拟量输入 输出信号通过隔离器隔离 PLC 输入 输 出的备用量不小于总输入 输出数的 15 电气选型 中间继电器 PLC 输出继电器 接近开关选用菲尼克斯产品 编码器选用 B F 产品 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 24 选择开关 按钮 指示灯等选用上海二工系列产品 框架式断路器 塑壳开关 接触器及热继电器选用上海人民电器厂 上联 牌 产品 UPS 电源采用爱默生公司产品 24VDC 电源 端子 低压端子选用菲尼克斯公司产品 交换机选用菲尼克斯产品 压力变送器采用罗斯蒙特 称重采用余姚通用 电磁流量计选用浙江义乌迪元 调节阀 快切阀 自力式压力调节阀采用无锡万力 超声波料位计 液位计选用上海雄风 电动调节机构选用深圳万讯 电流表 电压表选用数字表 PLC 系统采用西门子公司 S7 系列产品 CPU 采用 S7400 处理器 下挂 S7300 模块 编程软件采用 STEP7 监控软件采用 WINCC 低压变频器采用 ACS800 低压柜采用 GGD 柜型 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 25 5 5 上料系统上料系统 5 15 1 上料卷扬机上料卷扬机 上料卷扬机安装在整体台架上 每座窑安装一台卷扬机 每台卷扬机 包括 1 个双绳卷筒 1 台减速器 硬齿面齿轮 2 个齿轮联轴器 2 个制动器 1 台变频电机 功率约为 75kw 380VAC 电源 变频调速 除上述装置外 设备还配有相关安全设施 包括 1 个上位限位 1 个下位限位开关 1 套防松绳装置 2 个最终上位和下位限位开关 5 25 2 运行电气控制运行电气控制 当需要上料时 plc 发出上料阀门闭合指令 阀门闭合 低配室变频 电机 功率约为 75kw 380VAC 电源运行 然后现场卷扬机室操作控制箱运 行按钮好开 即可使卷扬机电动机进行转动 卷扬系统运转 拉动皮带 小车开始上料 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 26 6 6 成品卸料系统成品卸料系统 6 16 1 卸料设备卸料设备 石灰窑底部安装有 8 个抽屉式卸灰装置 抽屉式卸灰装置可以实现定 量出灰和固定的出灰料线 保证卸料的均匀性 6 26 2 成品系统成品系统 煅烧好的石灰经设在窑底料仓的振动出料机将石灰卸到成品皮带机 上 两座石灰窑的产品汇集到一条大倾角皮带机上 然后将成品送至成品 仓顶部 在成品仓的顶部设置一个 1 振动筛 筛面上粒度 3mm 的块料 通过溜槽 块灰皮带机送至块灰仓 块灰一部分由仓下卸料装置装入汽车 运走 其余通过仓下振动给料机进入锤式破碎机破碎 再经溜槽 斗提机 提升至仓顶 2 振动筛进行二次筛分 筛下 3mm 的粉料由粉灰皮带机分送 至 3 个粉灰仓 仓内粉灰由仓下组合卸灰机构装入运灰车运走 振动给料 机 一台 破碎机 一台 斗提机 一台 振动筛 二台 的生产能力 均为 60t h 成品皮带机 震动给料机 破碎机 斗提机 振动筛均由 plc 室发出指令控制 并由现场操作箱控制启停 每个灰仓在顶部都安装有雷达料位计 以便随时显示仓内的料位 每个灰仓的底部都设置有组合卸灰机构 并安装有升降式除尘罩 卸 灰机构的使用是通过安装在现场的操作箱由装卸灰的人员操作控制的 卸 灰机构的动作不进入操作室的 PLC 控制系统来进行控制 每个灰仓均通入氮气 防止石灰吸湿 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 27 7 7 空气鼓风机站 空气鼓风机站 整个环形双膛石灰窑供风系统共装设有 13 台罗茨风机 4 台罗茨风 机 其中 1 台调速 用于输送助燃空气 总风量为 25000Nm3 h 压力为 59KPa 3 台罗茨风机 其中 1 台调速 用于输送石灰冷却空气 总风量为 18000 m3 h 压力为 49KPa 1 台罗茨风机为助燃和冷却公共备用风机 压力为 59KPa 2 台罗茨风机 其中 1 台备用 用于输送喷枪冷却空气 风 量为 6000 m3 h 压力为 49KPa 另外还安装有两台离心风机 风量为 6000 m3 h 压力为 5KPa 供风给支撑窑体钢结构的支柱冷却 主要设备选型 7 17 1 助燃空气风机助燃空气风机 助燃空气风机选用罗茨风机装备 4 台 其中 3 台恒速 1 台配变频调 速装置 可通过改变风机转速来调节风量大小 参数如下 3 台恒速风机 型号 罗茨型 升压 59KPa 流量 104m3 min 配套电机功率 Y315L2 6 160KW 配套附件 出口消声器 出口弹性接头 T 型接头 安全阀 逆止阀 及连接件等 1 台调速风机 型号 罗茨型 升压 59KPa 流量 117 m3 min 配套电机功率 180KW 变频电机 配套附件 出口消声器 出口弹性接头 T 型接头 安全阀 逆止阀 及连接件等 7 27 2 石灰冷却空气风机石灰冷却空气风机 冷却空气风机选用罗茨风机 共装备 3 台 其中 2 台恒速 1 台配变 频调速装置 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 28 2 台定速风机 型号 罗茨型 升压 49KPa 流量 106 m3 min 配套电机功率 Y315L1 6 132KW 配套附件 出口消声器 出口弹性接头 T 型接头 安全阀 逆止阀 及连接件等 1 台调速风机 型号 罗茨型 升压 49KPa 流量 119 m3 min 配套电机功率 132KW 变频电机 配套附件 进口过滤消声器 出口消声器 出口弹性接头 T 型接头 安全阀 逆止阀及连接件等 7 37 3 喷枪冷却空气风机喷枪冷却空气风机 喷枪冷却空气风机选用三叶成组型低噪音罗茨风机 共装备 2 台 1 开 1 备 均为恒速 具体参数如下 型号 罗茨型 升压 49 0KPa 流量 80m3 min 配套电机功率 90KW 配套附件 进口过滤消声器 出口消声器 出口弹性接头 T 型接头 安全阀 逆止阀及连接件等 7 47 4 支柱冷却风机支柱冷却风机 支柱冷却风机选用离心风机 共装备 2 台 1 开 1 备 风机出口安装 有两台电动调节阀 该阀门受 PLC 系统控制 当一台风机出现故障时 另 外一台风机将自动启动 型号 9 19 No9D 流量 6600m3 h 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 29 风压 4600Pa 电机 Y160L 4 18 7 57 5 风机房用过滤器风机房用过滤器 为了降低室外噪声 风机房采用全封闭结构 并在风机房进风口安装 过滤器 3 台 总风量为 65000m3 h 江苏建筑职业技术学院毕业设计说明书 30 8 8 安全措施安全措施 8 18 1 安全措施安全措施 8 1 18 1 1 防火 防爆措施 防火 防爆措施 1 石灰窑顶设置有防爆门 当窑膛压力过高时窑压会冲破防爆门 将 压力泻出 2 空气管路设置防爆板 3 石灰窑各系统都设有安全报警装置 确保安全生产 4 压缩空气压力 定值控制 欠压报警 5 煤气压力 自动控制并数显 压力显示 窑温 烟气温度 超过报 警 欠压紧急切断报警 6 石灰窑操作程序为自动控制 并有联锁保护系统 操作使用书 中 详细地规定了安全操作规程 8 1 28 1 2 电气安全措施 电气安全措施 石灰窑