潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统.pdf

分类号 T P 2 7 3 密级 公开 磨 匆Z 学 单位代码 1 0 4 2 7 学号 2 0 1 0 0 3 0 3 1 4 硕士学位论文 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 研究生姓名 导师姓名 学科 领域 申请学位类别 答辩时 间 周学良 王孝红 控制工程 工程硕士 20 12 年5 月29 日 D i s t r i b u t e dC o n t r o lS y s t e mo fW e i f a n gS l a gC e m e n t P r o d u c t i o nL i n e B y Z h o uX u e l i a n g U n d e rt h eS u p e r v i s i o no f W a n gX i a o h o n g AT h e s i sS u b m i t t e dt ot h eU n i v e r s i t yo fJ i n a n I nP a r t i a lF u l f i l l m e n to ft h eR e q u i r e m e n t s F o rt h eD e g r e eo fM a s t e ro fP r o f e s s i o n a l U n i v e r s i t yo fJ i n a n J i n a n S h a n d o n g P R C h i n a M a y 2 0 1 2 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得 的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式 标明 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担 习趸诅 哪切1 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借鉴 本人授权济南大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或其 他复制手段保存论文和汇编本学位论文 五公开 口保密L 年 解密后应遵守此规定 论文作者签名 l 虱鼋各导师签 沙I 乙 易 1 济南入学颂一I 学位论文 目录 第一章绪论 1 1 1 前言 1 1 2 钢渣水泥特点 1 1 3 钢渣水泥的现状与发展 2 1 4D C S 系统简介 3 1 4 1D C S 系统概念 3 1 4 2D C S 历史及发展现状 3 1 4 3D C S 的发展方向 4 1 5 水泥生产控制系统研究现状及发展趋势 4 1 5 1 水泥生产自动控制系统研究现状 一4 1 5 2 水泥生产自动控制系统发展趋势 一5 1 6 钢渣水泥生产采用集散控制系统的意义 5 1 7 本论文主要研究内容 一6 第二章系统总体方案设计 7 2 1 系统需求分析 7 2 1 1 系统工艺流程 一7 2 1 2 系统主要要求 1 0 2 2 系统自控总体设计 1 3 2 2 1 系统设计原则 1 4 2 2 2 系统总体结构组成与配置 1 4 第三章系统硬件配置与组态 17 3 1 系统硬件概述 1 7 3 2 系统硬件组态配置 18 3 2 1 控制站硬件及组态 2 0 3 2 2 操作站硬件及组态 2 5 第四章系统软件组态编程 一3 5 4 1 软件简要介绍 3 5 4 2 过程控制组态 3 5 4 2 1 控制采集点的组态 3 5 4 2 2 库函数和功能块组态 3 6 4 2 3 应用程序组态 3 8 4 3 操作监控组态 4 1 4 3 1 数据库组态 4 1 4 3 2 流程画面组态 4 2 4 3 3i f i x 与数据库的数据交互 4 6 第五章关键工程问题分析及具体实施 一4 9 5 1 系统的软硬件连接 4 9 5 2 工程P I D 分析 51 5 3 工程问题分析 5 3 第六章总结与展望 5 7 6 1 工程总结 5 7 6 2 展望 5 7 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 钞 酊 献 教凯录参致附 济南人学硕 1 学位论文 摘要 随着钢铁工业的飞速发展 工业废料钢渣量大幅增加 这是目前需要解决的问题 而水泥的需求量随着建筑业的发展大幅增加 将钢渣加入到水泥中配制出的高质量的水 泥完美解决以上两个问题 集散控制系统 D C S 是一种应用计算机技术对工业现场的生 产过程进行监控的一种新型的控制技术 近年来 D C S 在水泥生产过程控制系统中应用 十分广泛 本文以潍坊钢渣水泥生产线控制系统为例 介绍了D C S 在实际过程控制系统中的 具体设计与实施 具体分析了项目中出现的系统自动控制问题及问题的解决方案和现场 实施 首先本文讲述了钢渣水泥的特点 水泥生产控制系统的研究现状 D C S 的基本概念 D C S 的发展历史以及未来的发展趋势 研究分析D C S 在水泥生产线控制系统中的应用 系统陈述本生产线的具体工艺流程 系统的主要控制技术要求 系统的设计原则和系统 的总体方案 详细罗列出本控制系统中所用到的硬件和软件 详细讲述硬件软件的配置 和组态 包括采集点组态 数据库组态 控制程序编写 画面组态 以及系统与外部数 据库数据的交互等 本文将系统软硬件和上下位机的互联过程详细分析讲述 分析了工 程中用到的P I D 控制算法 以及一些P I D 参数整定过程中遇到的关键技术问题 并对具 体问题进行分析 提出解决方案 并在现场实施 该水泥生产线控制系统已经投入运行 在系统运行的半年时间里 整个控制系统运 转正常 能够达到钢渣水泥的生产要求 并且用户界面友好 操作简单 得到用户的肯 定 配料P I D 控制部分控制作用快速稳定 关键词 集散控制系统 D C S 钢渣水泥 P I D C B M A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei r o na n ds t e e li n d u s t r y i n d u s t r i a lw a s t es l a gi n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y w h i c hi s t h ec u r r e n tp r o b l e mt ob es o l v e d S p e c i a lc e m e n td e m a n di n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e c o n s t r u c t i o ni n d u s t r y S l a ga d d e dt ot h ec e m e n t p r e p a r a t i o no fs p e c i a lc e m e n tb e c o m e st h ep e r f e c ts o l u t i o nf o rm o r et h a nt w o T h ed i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m D C S i san e wt y p eo fc o n t r o lt e c h n o l o g y w h i c ha a p p l i e sc o m p u t e rt e c h n o l o g y t om o n i t o rt h ep r o d u c t i o np r o c e s so ft h ei n d u s t r i a ls c e n e I nr e c e n ty e a r s D C Si sw i d e l yu s e d i nt h ec e m e n tp r o c e s sc o n t r o li nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s I nt h i st h e s i d t a k et h eW e i f a n gs l a gc e m e n tp r o d u c t i o nl i n ec o n t r o ls y s t e mf o re x a m p l e t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h eD C Ss y s t e mi nt h ea c t u a lp r o c e s sc o n t r o lp r o j e c t a n da d e t a i l e d a n a l y s i s o ft h ea u t o m a t i o np r o j e c tc o n t r o li s s u e sa n dp r o b l e m sa n do n s i t e i m p l e m e n t a t i o ni sd e s c r i b e d F i r s t l yt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t e e ls l a gc e m e n t p r e s e n td e v e l o p m e n t s i t u a t i o no fc e m e n t t h eb a s i cc o n c e p t so fD C S D C Sd e v e l o p m e n th i s t o r ya n df u t u r et r e n do f d e v e l o p m e n td i r e c t i o n T h ea p p l i c a t i o n s o fD C Sc o n t r o li nt h ec e m e n tp r o d u c t i o nl i n ei s i n t r o d u c e dA b o u tt h ep r o j e c ts p e c i f i cp r o c e s s t h em a i nc o n t r o ls y s t e m St e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s s y s t e mt h ep r i n c i p l ea n dt h eo v e r a l ls c h e m eo ft h es y s t e mi sa l s od i s c r i b e d t h ew h o l ec o n t r o l s y s t e ma r ei n t r o d u c e di nt h ea s p e c to ft h eu s eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e T h ep a r p e rd e t a i l st h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o n f i g u r a t i o na n dc o n f i g u r a t i o n i n c l u d i n gt h e a c q u i s i t i o np o i n t c o n f i g u r a t i o n d a t a b a s ec o n f i g u r a t i o n c o n t r o lp r o g r a m i m a g ec o n f i g u r a t i o n a n dt h ee x t e r n a l d a t ai n t e r a c t i o n T h i sa r t i c l ea l s oi n c l u d e st h es y s t e m Si n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e nh a r d w a r ea n d s o f t w a r e T h eu s eo fP I Dc o n t r o la l g o r i t h mi nt h ep r o j e c ti sd e s c r i b e dc l e a r l y a sw e l la ss o m e k e yt e c h n i c a lp r o b l e m se n c o u n t e r e di nt u n i n go fP I Dp a r a m e t e r s T h e r ei sa n a l y s i so f c o n c r e t e p r o b l e m s p r o p o s es o l u t i o n s a n di m p l e m e n tf i e l do ft h ep r o je c t T h ec e m e n tp r o d u c t i o nl i n eh a sb e e np u ti n t oo p e r a t i o n f o rs i xm o n t h s T h ee n t i r ec o n t r o l s y s t e mi so p e r a t i n gn o r m a l l ya n di sa b l et oa c h i e v et h ep r o d u c t i o nt a r g e to fs l a gc e m e n t a n di t h a su s e r f r i e n d l yi n t e r f a c e s i m p l eo p e r a t i o n T h eP I Dc o n t r o l l e ri sf a s ta n ds t a b l e K e yW o r d s d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m s t e e ls l a gc e m e n t P I D C B M I F I X V 济南人学硕已学位论义 1 1 前言 第一章绪论 能源问题是世界各国十分关注的四大生存问题之一 我国也将节能减排作为国家的 一大发展战略 综观各大工业 能耗大 浪费严重 而节能潜力最大的工业是建筑工业 1 水泥是建筑工业中的基本原料 同时水泥材料以其优良的工程性能和相对低廉的生 产成本也成为各类建筑工业最主要的建筑材料 水泥业是高能耗 高污染且产能严重过 剩的行业 近几年一直是国家宏观调控的重点对象 为符合国家发展战略的要求 设计 更加节能的 变废为宝的新型水泥生产线已成为专家学者的研究目标 由文献 2 5 也可 以看出 提高资源有效利用率 降低能源消耗 保护生态环境已经成为水泥行业发展的 前提 如何降低能耗 变废为宝 实现资源的循环利用 各国政府都在考虑这个问题 如 美国利用废纸垃圾制作美元 以及本文所论述的利用钢厂废料钢渣生产钢渣水泥等 大 规模利用固体废弃物生产新型建材 一方面解决了固体废物的出路问题 为资源再利用 做出贡献 另一方面所制作的新型建材在建筑上广泛应用 效果更好 钢渣是炼钢过程中排放的废渣 其排出量约占粗钢产量的1 5 2 0 6 目前很多钢 厂钢渣废料剩余量很大 如果处理不当 长期下去不仅占有大量的耕地 而且对环境造 成严重污染 所以钢渣综合利用问题一直被人们所关注 7 8 而钢渣废料在其它领域却有 着广泛的用武之地 如利用它做道路路基材料 替代石屑制作混凝土路面砖 混凝土空心 砌块 9 1 再如钢渣加人适量硅酸盐水泥熟料和石膏 磨细制成钢渣水泥及作为混凝土的 掺合料等 综合利用钢渣 在促进环保 节省能源等方面 具有广阔的发展前景 1 2 钢渣水泥特点 具体来说利用钢渣生产的钢渣水泥具有以下特点 钢渣矿渣水泥 简称钢渣水泥 是以钢渣和粒化高炉矿渣为主要原材料 加人适量硅 酸盐水泥熟料和石膏 磨细制成水硬性胶凝材料 从钢渣的作用机理上看 l o 由于钢渣 含有与硅酸盐水泥熟料相似的矿物 在熟料高温燃烧过程中 降低了晶体的成核势能 起到了诱导结晶的作用 改善了生料的易烧性 所以生产此种水泥具有低水化热的特点 潍坊铡渣水泥生严线集散控制系统 由于钢渣起到了晶种的作用 加速了C 3 S 的形成 f C a O 含量了减少了 其熟料强度也 有明显提高 因而生产出来的水泥具有比普通水泥强度更高的优点 强度等级可达 3 2 5 M P a 以上I l l J 由于钢渣中的钙元素以矿物形式存在 带入生料中一定量的C a O M g O 从而减少了部分C a C 0 3 M g C 0 3 分解所吸收的热量 因而在一定程度上降低熟料 的热耗 基于钢渣的以上机理及特点我们可以推断出钢渣水泥与一般水泥相比质量有很 大地提高 钢渣水泥不仅有更高的强度 同时利用钢渣制造水泥是废渣高价值资源化利 用的重要途径 对节能 降耗 降低水泥成本 减少建材工业二氧化碳的排放 保护环 境都有重要意义 钢渣水泥与矿渣硅酸盐水泥在物理特性和力学性能方面非常相似 钢 渣水泥具有水化热低 耐磨性好 抗渗透性好 抗冻等诸多的优点 12 1 并且生产矿渣水 泥可以节省石灰石资源 节省能源 减少二氧化碳和烟尘排放对环境的造成的污染 并 且针对于钢渣对水泥的微观结构的影响的进一步研究表明 钢渣经粉磨后得到的钢渣粉 和水泥熟料粉按照不同的比例混合可以制得多种不同耐磨程度的水泥产品 l3 1 这些水泥 产品不仅可作为通用水泥用于一般工业与民用建筑 而且更适用于水利 道路 海港等 特种工程 因此钢渣水泥被称为 绿色水泥 它将在二十一世纪建筑工程中发挥更大 的作用 1 3 钢渣水泥的现状与发展 由于钢渣水泥生产工艺简单 钢渣水泥厂的投资比普通水泥厂约节省5 0 钢渣水 泥的生产成本比普通水泥成本约低3 0 1 4 目前 我国的钢渣水泥生产线有3 0 多条 年产量2 0 0 余万吨 九十年代以来 国内建设了一些规模相对较大的钢渣水泥厂 国家 有关部门分别于2 0 0 2 年 2 0 0 3 3 年 2 0 0 4 年 2 0 0 7 年对钢渣水泥产品质量进行了三次 国家监督抽查和一次统检 0 2 年的抽查合格率为5 7 1 0 3 年和0 4 年为6 2 5 0 7 年 为9 3 3 1 5 其中0 7 年的抽查合格率与通用水泥相一致 这说明钢渣水泥产品质量在 逐年提高 就目前发展而言 各大钢渣水泥厂家都选用D C S 作为主流的自动化控制系 统 D C S 也发展得相当成熟和实用 此工程项目生产线也是要基于D C S 来设计实现的 济南人学硕 学位论文 1 4D C S 系统简介 1 4 1D C S 系统概念 集散控制系统控制系统 D I s t 曲u t e dC o n t r o lS y s t e m D C S 是在计算机技术的发展过 程中发展起来的 将计算机技术完美应用到工业过程控制现场 1 6 1 是完成过程控制 过 程管理的现代化设备 具有广阔的应用前景 1 4 2D C S 历史及发展现状 在计算控制系统的发展过程中 D C S 控制系统经历了多次重大的变革 集散型控制 系统是一种控制分散 管理集中的控制系统 它是以P C 为核心 充分利用网络技术和 图像显示与处理技术的高端计算机控制系统 系统利用计算机对生产过程集中监视 操 作 管理 工业过程的顺序控制 批量控制能够在系统中直接完成实现 1 8 在先进的集 散型控制系统中 各别大型企业采用先进的D C S 系统 这些系统中还包括了生产过程 的在线指挥 调度和管理 集散控制系统的产生大致可以分为三个阶段 第一阶段 由常规的模拟式调节仪表构成的过程控制系统 伴随着社会的发展 控 制室的仪表屏越来越大 难于实现集中的操作和显示 l9 1 各个生产工段之间的仪表设备 都是相对独立的 而控制系统采用计算机集中控制以后 以上问题迎刃而解 在计算机 上可以编程实现模拟仪表中难以实现的复杂的控制规律 生产过程的各个工段之间也可 以通过通讯协议实现数据的交互 2 0 1 控制集中方便 第二阶段 有计算机控制现场设备 但只要计算机崩溃整个系统也就随之瘫痪 文 献 2 1 2 2 2 3 都提及这个发展时期的系统的各个缺点不足 这样的系统可靠性很低 不能 满足工业连续生产的要求 当然 计算机采用冗余的工作模式可以解决以上问题 但整 个的工程成本就会增加 特别是9 0 年代以来 伴随着工业的飞速发展 工业控制过程 日益复杂化 过程控制的要求也随之提高 当前控制系统已不能满足工业要求 第三阶段 在工业的推动下 在以上两个发展阶段的基础之上 集散控制系统应运 而生 散控制系统应用多台控制器分别控制生产过程的各个子系统的逻辑运行 成功避 免了一台设备损坏全厂系统瘫痪的悲剧 随着电子产业的飞速发展 控制器呈现出微型 化 可靠性高 价格低廉的特点 2 4 1 这为D C S 的深度发展奠定了技术基础 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 1 4 3D C S 的发展方向 现阶段D C S 在许多工业控制系统中广泛应用 在工控市场份额中占据主导地位 但F C S 的飞速发展 对D C S 提出了巨大的挑战 面对挑战 D C S 将向以下几个方向发 展 1 综合化 高集成度的大系统是目前多数厂商对控制系统提出的新要求 2 5 全厂设 备的集中管理 局部的复杂控制 全局的数据通讯等都要求在一个系统中完成 2 智能化 高端的控制系统并不是把设备的控制从现场搬到中控室再画面上操作 而是能够适应无人操作 参数的自适应调节 过程的自动调整 2 6 1 3 专业化 开发应用于特定行业 如电站 D C S 水泥 D C S 玻璃D C S 等 4 2 1 2 业P C 化方向发展 由 P C 组成D C S 成为一大趋势 I P C 成为D C S 的硬件平 厶 口o 5 D C S 与P L C 相互渗透 相互融合 文献 2 7 2 8 阐述了D C S 与P L C 的区别及联 系 D C S 原本多用于连续过程控制 P L C 多用于逻辑顺序控制 但实际的生产过程比较 复杂 既需要连续控制 又需要逻辑顺序控制 开始时D C S 将P L C 连入系统 如火电 厂D C S 系统中的P L C 主要用于实现相关的连锁保护功能 P L C 价格低廉 使用方便 得到了很快的发展 由于当前P L C 向高功能 高速度 大容量方向展 形成同D C S 相 抗争的大系统 并且P L C 强化了通信能力 并且成功与现场总线相融合 在许多情况下 成为比D C S 性价比更高的分布式控制系统 2 9 1 5 水泥生产控制系统研究现状及发展趋势 1 5 1 水泥生产自动控制系统研究现状 水泥行业的控制特点决定了控制系统中处于主导地位的是开关量逻辑控制 同时模 拟量主要以简单的显示和给定处理为主 控制回路多为单回路调节 目前新设计的大中 水泥厂控制系统很多都是这种情况 系统模式多采用对等式和客户机朋艮务器方式 3 0 1 在网络方面由于以太网的价格优势和通讯设备的通用性使其具有比其他网络更大的优 势 所以系统多采用以太网作为网络通讯的协议 系统灵活 组态易扩展 4 济南人学硕 l 二学位论文 1 5 2 水泥生产自动控制系统发展趋势 1 系统实现真正的无人自动控制 目前的多数水泥生产线控制系统还必须有操作员进行操作 控制设备的起停 工艺 参数的设定等 随着计算机技术的发展 控制系统的操作越来越简单化 越来越整体化 操作员的一条命令可以控制诸多设备的起停 但要想 条命令控制整条生产线还有一定 的难度 但随着技术的革新 系统正在朝着全过程自动化发展 2 系统局部自整定 现阶段水泥生产过程中的部分关键技术参数还需要根据工程经验进行人工设定 并 且其设定值也不是系统的最优值 随着辨识技术的发展 未来的水泥生产控制系统中的 关键参数将实现在线辨识 自动寻找最优值 并可在线自动设定 3 3 1 1 6 钢渣水泥生产采用集散控制系统的意义 由于钢渣水泥生产控制系统具有模拟量信号多的特点 所以选择以过程信号控制为 主的D C S 系统 本系统采用D C S 的优势主要在于以下几点 一是通用性强 系统组态灵活方便 控制结构功能完善 数据处理方便 显示操 作管理集中 人机交互界面友好 安装简单模块化规范化 调试方便 运行可靠性 古 同 二是D C S 运用于工业现场技术已经很成熟 可靠性高 成功运用的先例众多 虽然现在现场总线 F C S 具有很强的优越性 但今后相当长一段时间内 现场总线 还不能够完全取代D C S 控制系统 这是因为 o 1 近年来由于D C S 的广泛应用 其技术以日趋成熟 D C S 在可靠性 开放性 标 准化等方面有了很大的进步 2 D C S 厂家较多 D C S 的价格也因此大幅度下降 3 5 3 D C S 能够满足目前的生产控制要求 用户也容易接受 4 F C S 正在发展过程中 其某些方面还不是十分完美 例如F C S 的系统组态比较 复杂不易将系统设置到最佳状态 再如现场总线通讯的线状结构 一旦总线某支路的电 缆断了 这条支路上的所有仪表就无法检测到其信息 3 6 1 5 目前现场总线仪表要比常规仪表价格高很多 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 基于以上原因 D C S 现在仍是大多数用户选择的主流控制系统 在一个相当长的时 间内D C S 仍然会在工业控制领域发挥重要作用 特别是在水泥生产领域内仍然占有不 可替代的地位 1 7 本论文主要研究内容 本文主要内容总结如下 第一章简要介绍钢渣水泥特点 发展现状以及未来的发展趋势 D C S 的历史以及发 展趋势 水泥应用D C S 控制的设计新特点趋势 以及钢渣水泥生产采用集散控制系统 的意义 第二章首先介绍整个系统的工艺流程 阐述了系统的控制技术要求 根据工艺和控 制要求制定系统的设计原则 提出控制系统的具体控制方案 并确定系统的总体框架和 配置 第三章介绍本系统所使用的硬件的总体特点优势 详细该系统中的具体硬件配置 包括控制器 I O 卡件的特点 接线方法以及通讯方式等 具体介绍控制站的硬件组态 配置和操作员站的硬件组成以及具体调试方法 第四章介绍控制系统所用的软件 包括控制系统软件和监控系统软件 首先是系统 所用的控制以及监控软件的特点 应用领域以及编程方法 具体介绍过程控制站的整个 控制组态 操作员站画面报警报表趋势等的组态 举例说明监控软件与外部数据库的互 联等 第五章首先阐述系统的上下位机联接 然后就控制系统调试过程中遇到的工程难点 问题进行理论剖析 并提出具体的解决方案 并在现场实施调试 济南大学硕一 学位论文 2 1 系统需求分析 第二章系统总体方案设计 对于整个控制系统而言 系统需要按照工艺要求完成现场设备的基本顺序控制 另 外系统还需要满足厂方提出的可靠性要求 下面对系统的这两点需求做简要分析 2 1 1 系统工艺流程 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统工程位于山东潍坊市高科技工业区 该生产线出 产矿渣粉和钢渣粉 但主要生产钢渣水泥 项目总投资1 2 亿 生产的钢渣水泥可以直 接应用于要求较高的特殊工业场合 该生产线最主要的设备是一台2 0 0 0 K W 的球磨机 目前国内钢渣粉的研磨绝大部分 是用立磨 用球磨机研磨钢渣粉的企业只有一家 所以该项目在技术上比较先进 同时 也存在一定的控制难度 球磨机分时段研磨钢渣粉和粉煤灰 石膏水泥熟料的混合料 磨机的利用率较高 而其原料钢渣粉是集团内其他钢铁生产线的废料 石膏粉是其他分 厂的附属产品 粉煤灰是电厂的废料 所以该生产线是一条变废为宝的生产线 生产成 本较低 而效益较高 该生产线主要由五个工段组成 分别为破碎 烘干 配料 研磨和混料 破碎系统主要由石灰破碎机 链式皮带机 提升机以及一些测控仪表等组成 由铲 车送入料斗的石灰石经链式皮带机送入破碎机进行破碎 链式皮带机可以控制入破碎机 的石灰石的量 经破碎后的石灰石经提升机提升入库 库顶安装雷达料位计等测控设备 监测库内物料的料位 烘干系统由皮带秤 皮带机 烘干炉 提升机 除铁器等组成 首先含水分较大的 钢渣由铲车料仓 料仓下有皮带秤 物料经皮带秤送入皮带机 其中皮带秤靠转速的变 化控制下料的多少 皮带机将物料送入烘干炉 经过烘干的钢渣粉先入皮带机 并经过 除铁器的除铁处理后经提升机入钢渣库 烘干炉还有喂煤环节 煤粉从变频器控制的皮 带机进圆盘给料机后入炉 配料环节主要由皮带机 皮带秤 震动给料机组成 配料包括两部分 钢渣和粉煤 灰的混配 石膏熟料和粉煤灰的混配 该生产线建有四个配料库 分别装成以上四种物 潍坊钏渣水泥生产线集散控制系统 料 钢渣和粉煤灰分别由各自的振动器震动下料 经皮带秤称量后送入皮带上混合 然 后送入滚压机 另一部分的配料也是如此 配料必须按照特定的比例进行 研磨环节主要由辊压机 选粉机 球磨机皮带机及提升机组成 研磨系统需要分时 段研磨两种物料 分别是粉煤灰和钢渣的混合料及石膏 粉煤灰和水泥熟料的混合料 从配料环节送来的物料先入稳流仓 后经棒阀控制其如辊压机流量后入辊压机进行初步 的辊压 辊压后的混合料经提升机送入选粉机进行筛选 细粉进入磨机进行进一步的研 磨 粗粉回到辊压机从新辊压 经球磨机三段仓的研磨后的两种混合料经三段皮带机分 别进入钢渣库和熟料库储藏 混料环节主要由混料机 螺旋铰刀称 罗茨风机 小袋包装机等设备组成 混料是 以上工艺过程的两种混合物和矿渣粉的混合 混合后就成为钢渣水泥 上个环节的两个 库内的混合料先从库内由提升机提入各自的混料仓内 混料仓有三个 分别是两种混合 料和矿渣混料仓 混料仓下方装有螺旋铰刀称 两种混合料加上矿渣粉经螺旋铰刀称送 入混料机进行混合 混合后经封闭斜槽上提升机后送入水泥库 各种物料的流量用螺旋 铰刀称控制 而矿渣是直接来自一条老生产线的立磨研磨系统 进入水泥库的成品可以 直接从库底放料状车出售 也可以经放料后进入斜槽然后进小袋包装机 进行小袋包装 出售 物料从混料仓的下料和混料机内部的混料都用到罗茨风机供风 斜槽中物料的输 送靠风机吹送 上述所有环节中用到皮带机输送的一般都带有收尘器 根据钢渣水泥工艺绘制的整体工艺框图如图2 1 所示 济南人学硕 I 学位论文 图0 1 工艺系统流程图 系统需要按照如图0 1 所示工艺要求完成设备的顺序控制 设备之间的连锁保护 这是系统满足工艺需求的基本控制要求 9 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 2 1 2 系统主要要求 2 1 2 1 总则 潍坊特钢集团有限公司建材分厂1 4 0 万吨钢渣粉沫生成产线控制系统需要完成的主 要工作如下 集散型控制系统应完成从熟料卸车到包装等主要生产车间的电动机和各种用电设 备的顺序逻辑控制 控制参数的检测 回路自动控制等功能 并能在中央控制室内对所 控制的生产车间进行管理和操作 2 1 2 2 具体技术要求 系统应具有高可靠性 很强的抗干扰能力 特别是对高次谐波的抗干扰能力 友好 的操作界面 维护方便等特点 集散型控制系统系统应易于组态 易于使用和易于扩展 系统的报警 监视和自诊断功能应高度集中在C R T 上 控制系统应尽可能在功能和物理 上分散 集散型控制系统应采取有效措施 保护系统免受各种计算机病毒的侵害和防止 集散型控制系统内的数据丢失 1 操作员操作站 O S 1 每台操作站 O S 均能对整个工艺线进行监视和操作 2 用户定义动态工艺流程图 1 0 0 幅 3 每台操作站 0 S 动态标签数 5 0 0 0 点 4 趋势曲线 历史趋势曲线记录功能 趋势曲线总数 3 2 0 条 1 分钟时间间隔 2 4 小时趋势曲线大于6 4 条 5 具有生产报告 事件报告 报警报告等 如按时间段打印各种数据和图表等 6 操作站与现场控制站通信速率 1 0 0 M b p s 7 配有以太网接口 8 流程图中状态更新时间 1 5 秒 9 画面切换或刷新时间 2 秒 包括动态和静态数据 1 0 对于手动操作 从键盘发生命令到过程量反馈到流程图上时间 2 A 输出 5 A 带L E D 指示灯 3 模拟量输入 输出模件 输入模件 A I 标准4 2 0 m A D C 各通道间隔离 按需 要系统可以提供两线制变送器2 4 V D C 电源 各通道间隔离 输出模件 A o 标准4 2 0 m A D C 各通道间隔离 4 现场控制站机柜和I O 机柜为防尘结构 并带自冷却通风过滤装置 5 A O A I 模拟量点均加隔离栅 隔离栅采用美N P 品牌 6 系统工作温度0 5 5 C 系统工作相对湿度 1 0 9 5 2 1 2 3 硬件要求 现场控制站系统 现场控制站系统应使用通用的模块化结构 系统划分成为C P U 处理器 电源 机 架和背板总线以及通讯接口模块等部件 支持全部的数字量和模拟量I O 支持浮点运 算 C P U 应采用工业级微处理器 所采用的C P U 支持浮点运算的能力 而且这种浮点 运算采用内置的数学协处理器的方式进行处理 支持C P U 故障表和I O 故障表 有故障 时能自动登录 记录故障发生时的日期 时间 故障类型 指令系统 逻辑控制和计时 计数功能 加减乘除和平方根 比例 二十进制 B C D 转换等运 算功能 比较与立即输入 输出功能 闭环P I D 调节功能 比率控制 连续手动操作 M A N 手动操作 M P O 脉冲积算 S U M P 顺序控制 移位 转换功能 定时中转功能 文件 处理功能 网络通讯功能 自诊断功能 可通过顺序功能流程图 梯形图 功能块图或 C 语言编程 并可进行在线或离线编程操作 系统诊断 C P U 必须具备强有力的诊断能力 当系统发生异常情况时 可通过报警提示操作人 员 系统维护人员进行处理或者逻辑程序进行自动处理 这些功能是基于C P U 的硬件 系统所提供的故障诊断信息来完成的 潍坊钏渣水泥生产线集散控制系统 诊断能力应该是根据C P U 存储器 通讯 以及I O 的状态报告相应的信息 应能 诊断到模块 I O 通道一级的故障 在提供报警信息的时候 应该将故障的类型 位置 时间标志等内容一起登录到相 应的故障表中 所有的故障信息应该可以由上位机 通讯设备 梯形图逻辑程序或功能框图等几种 方式进行访问 2 1 2 4 软件平台要求 1 软件开发平台功能 软件应该具有全图示化界面 全集成 面向对象的开发方式 使得系统开发人员使 用方便 简单易学 功能覆盖广 软件组合灵活高效 内在结构和机制的先进 系统能 够确保工程师可快速开发出实用而有效的自动化监控系统 软件开发平台应采用国际通用的 流行的工业监控组态软件平台 应具有微软认证 软件应采用模块化结构 2 开放式结构 系统软件应为开放式结构 系统应能提供完善的高级语言 如V i s u a lB A S I C C C 和V i s u a lC 应用程序接I I A P I 以适应对系统中任何数据点的存取 技术人员可以 根据各自的需求编写应用软件 以满足一些特殊的自控需求 软件开发平台应具备多种硬件设备通讯标准接口 以满足系统对不同硬件设备的通 讯兼容能力 软件开发平台应支持与各种国际流行的控制系统硬件的通讯能力 软件开 发平台应具备多种标准的软件通讯接口 支持D D E N E T D D E O P C A P I O D B C 等 以满足与M I S E R P 变电站监控系统等的通讯能力 3 数据库 软件应支持S Q L 数据库 以收集 存储 管理生产流程中的实时和历史数据 数 据库除具备常规的数据管理功能以外还应具有开放的结构 必须支持通用的数据交换协 议 如D D E O P C O D B CS Q L 等 以确保数据的有效利用 4 安全性 系统必须具备有效而完善的基于用户的安全策略 以确保运行过程中系统的安全 最大限度的消除外界和人为的影响而造成的破坏 5 系统应该支持建立在标准以太网环境下的客户机 服务器的体系结构 支持 T C P I P 网络协议 以及多服务器结构 1 2 济南人学颁I j 学位论文 6 报警配置和处理基于客户机 服务器的体系结构 7 用户可以将第三方应用程序 如 A u t o C A D C o r e l D r a w 所做的图形装载到监 控画面中 而且可以在这些图形上面建立动态变化 8 现场控制器编程软件应支持功能块图 梯形图等编程方式 能完全满足系统控制 要求 所有现场控制器编程软件应为同一软件 可在工程师站通过以太网进行编程 下 载 上装 调试 2 1 2 5 数据通讯系统 1 数据通讯系统应连接各分散处理单元 I 0 处理系统 人机接口和系统外设等 保证有可靠和高效的系统通讯 2 连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障不应导致通讯系统瘫痪或影 响与其联网的系统和设备的工作 3 数据通讯系统的负荷在最繁忙的情况下不应超过3 0 4 0 以便于系统的扩展 4 数据通讯协议应包括诸如C R C 循环冗余校验 码 奇偶校验码等 以检测通讯 误差并采取相应的保护措施以保证系统通讯的高度可靠性 系统可以连续诊断并及时报 数 昌O 2 2 系统自控总体设计 潍坊钢渣水泥生产线各工段分布较散 生产设备有室内安装的 也有室外露天安装 的 有地下安装的 也有高空安装的 有高温设备 也有常温设备 虽然各个工段的设 备之问都是连通的 但各个工段之间是很分散的 所以其各个工段的控制设备分布不集 中 许多温度 压力测点分布在高温 高空 易燃易爆气体环境中 对生产 管理 操 作造成很大的麻烦 本白控系统的主要设计思路是 以集散控制系统为开发平台 利用现 代先进的数据采集技术 计算机技术 通讯网络等技术等 将分散的仪表测点数据集中 到一起来 集中管理 操作人员在企业的中央控制室内就能完成对整个生产过程中的温 度 流量 压力 物位 电流等数据的集中采集 监视 调节控制管理 并且烘干 配 料 研磨 混料这几工段之间数据需要互相传递 以保证生产的正常进行 同时需要将 数据实时传输至生产调度部门和总工程师办公室 以供管理层调用查看 以便做总体的 决定 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 2 2 1 系统设计原则 根据维钢集团生产线的特点 厂房的要求及未来发展趋势 系统设计按照以下原则 进行 l 高可靠性 可靠性是系统首先需要保证的最重要原则 生产线系统数据必须共 享 互为热各 系统的重要部件如控制站电源 操作员站电源 过程站控制器 通讯卡 件 通讯总线等关键部件必须采用冗余配置 在其中一个卡件损坏时 备用件继续工作 不会影响整个系统正常运行 2 经济 实用 高效性 在满足生产控制要求的前提下 硬件配置数量要适中 保证有最大2 0 冗余就可以 没必要配置更多的点 保证每个配点都发挥其在系统中的 作用 尽量节约投资成本 3 良好的开放性和可扩展性 可以很方便地联入维钢集团企业管理网络 并留有 多种协议接口并可以满足未来个帐方式的升级需要 5 通讯先进性 控制层各个远程站点之间采用p r o f i b u sD P 和光线通讯 控制层与 操作层之间采用冗余的工业以太环网通讯 5 系统冗余备用 配置的I O 点数按2 0 冗余 以保证足够的可靠性 为以后测 点的增加留有扩展裕量 2 2 2 系统总体结构组成与配置 系统基本组成包括工程师站 E S 操作站 0 S 控制站 C S 和通讯网络 S C n e t 整 个系统组成结构采用过程控制层 现场仪表及设备控制层 监控层 中控监控操作层 和 管理层 企业管理层 三层体系 该体系自上而下分别由现场网络F n e t F i e l dN e t w o r k 控制网络C n e t C o n t r o lN e t w o r k 监控网络S n e t S u p e r v i s i o nN e t w o r k 和管理网络 M e t M a n a g e m e n tN e t w o r k 把各个层次连接成为一个整体 从而实现整个生产过程的监 测 控制和管理 D C S 系统上位机采用戴尔控机 下位机采用A B B 控制器加智能仪表 上位机和下位机联接由通讯接口配合系统软件实现 从而实现D C S 系统的控制分散 管 理集中的目的 因此系统可靠性比较高 并且使用方便 易于扩展 考虑实际控制需求及合理性设计 全厂控制系统采用两套子系统组成 分别是研磨 控制系统 混料控制系统 研磨系统主要控制烘干 包括石灰石的破碎 配料研磨这几 个工段 混料系统主要控制混料 包括小袋包装 这个工段 整个D C S 系统由一台工程师 1 4 济南人学硕 l 学位论文 站 两台操作员站 两个现场控制站组成 完成对整个钢渣水泥生产线的监测与控制 D C S 系统配置方案总体框图如图2 2 所示 蚕蚕 级 图2 2D C S 系统配置万粟 各层次的组成和功能为 1 过程控制级 过程控制级由控制单元 通信单元 数据输入单元 数据输出单元 现场一次仪 表等组成 与监控级通讯 上传现场控制信息并接收监控级的控制管理信息 和下级现 场仪表及设备相连 接收现场仪表采集到的实时数据 并同时向现场仪表下发上层监控 级下达的控制调节指令 现场一次仪表包括接触器 变频器 变送器 电液动执行机构 调节阀 热电偶 热电阻 记录仪 分析仪等 一次仪表主要负责采集现场测点信息 并向控制单元传递 控制站是D C S 数据处理的核心单元 根据工艺要求 现场控制站有两台A B B 的 P M 8 6 0 控制器 考虑通信距离的问题 控制器分别连接两个C 1 8 5 4P r o f i b u sD P 通信模 件 以实现远距离通信的要求 从站采用C 1 8 0 1 适配器与各个I O 模块通信 从站的 D I D O 信号通过继电器与现场设备交互 为防止高压雷击损坏模块 A I A O 信号用隔 潍坊钢渣水泥生产线集散控制系统 曼曼曼I I 曼皇曼皇曼曼曼量量蔓曼曼曼曼曼曼舅曼曼曼曼皇曼曼量曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼曼寡曼曼曼曼蔓舅曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼皇曼曼曼曼量 一 离模块实现与现场侧的隔离 这样I O 从站通过A I A O D I D O 信号实现对现场的监测和 控制 完成过程自动控制的要求 控制级网络采用环形结构 环网上还挂接了一条矿渣粉生产线的P L C 系统 各个 过程控制站点之间的通讯以及过程现场与监控级的通讯都是靠环网实现 2 监控级 监控级由工程师站和操作员站组成 主要负责过程现场运行状况的监视和控制 以 及控制参数的调节等 其中 工程师站是项目工程师设计 制作和完善整个项目的工作平台 工程师站装有相应 的组态开发平台以及系统维护工具 通过系统组态开发平台生成该项目的应用系统 具 体来说在工程师站 由工程师对整个的系统编写控制程序 控制程