发布时间：2025-01-10 13:01:21 人气：
河北联合大学轻工学院QINGGONGCOLLEGE,HEBEIUNITEDUNIVERSITY毕业设计说明书设计(论文)题目:烧结自动化系统设计?烧结配料自动控制系统设计学生姓名:**:专业班级:09自动化3班学部:信息科学与技术部指导教师:**2013年5月30日摘要如今社会钢铁行业发展迅速,前景十分良好,随着高炉对烧结矿品质要求的不断提高,配料已成为烧结技术改造的关键环节。众所周知,烧结厂配料系统是整个烧结生产的源头,它担负着所有烧结机的混合料供应任务,如果配料系统遇到问题,那么整个烧结生产都要被迫停止,而且配料系统的计算也要准确无误,因为烧结原料的种类多,配料成分随其供货渠道的变化而变化,各单配料的配合比例也会根据生产的要求随时变化,而且在生产过程中,物料的黏度、比重、粒度及环境的温度、湿度的变化,也会严重影响下斜的精度,因此,配料系统对于提高烧结矿的质量至关重要[1]。本套系统考虑采用集散控制配料系统。综述了WinCC、PLC技术、变频调速技术的概况。在这个控制系统中,各仪表的数据可由计算机键盘操作实现对每台仪表的配比设定及启停动作,计算机主要承担管理工作,不直接控制配料,故计算机出现故障时可关掉计算机,此时仪表仍可独自配料,形成一个小小的闭环。
画面监控可实现现场动态画面,显示设备运行状况,可以实施定值、配比、料种、时间的设定,可以进行记录的查询,显示历史实时趋势曲线,并对故障、异常情况进行记录、保存、打印和查询,所以这套系统应能很好的满足现场工艺的要求。软件设计控制任务由S7-300可编程序控制器来完成,过程监视及远程操作由WinCC来完成。关键词:烧结;配料系统;WinCC;PLC;变频器AbstractNowtheironandsteelindustrytherapiddevelopmentofsociety,foregroundisverygood,withtheblastfurnacetosinterqualityrequirementsincreasing,ingredientshasbecomeakeylinkinmodificationofsinteringtechnology.Aseveryoneknows,batchingsystemsinteringplantisthewholesinteringproductionsource,itundertakesthemixturesupplytaskforallofthesinteringmachine,ifyouencounterproblemsbatchingsystem,thenthewholesinteringproductioncouldbeforcedtostop,andthecalculationburdensystemshouldalsobeaccurate,thespeciesassinteringrawmaterials,ingredientswithchangesinsupplychannelchanges,withtheproportionofeachsingleingredientscanchangeatanytimeaccordingtotherequirementsofproduction,butalsointheproductionprocess,materialproportion,viscosity,particlesizeandenvironmentaltemperature,humiditychanges,willalsoaffecttheloweraccuracy,seriouslyso,batchingsystemforimprovingthequalityofvitalsinter.Thissetofsystemtoconsidertheuseofdistributedcontrolsystem.AnoverviewofWinCC,PLCtechnology,variablefrequencyspeedcontroltechnology.Inthiscontrolsystem,thecomputerkeyboardoperationofeachinstrumentratiosettingandstartandstoptheactionofeachinstrumentdata,computerismainlyresponsibleforthemanagement,notdirectlycontroltheingredients,sothecomputerfailurecanbeshutoffthecomputer,thisinstrumentcanonlyfromtheingredient,formingasmallloop.Realizationoffielddynamicpicturemonitor,displayequipmentstatus,canimplementafixedvalue,proportion,material,timesetting,canrecordquery,displayreal-timetrendcurveofhistory,andthefault,abnormalsituationrecord,save,printandquery,sothissystemcanmeettheprocessverygoodrequirements.ThedesignofthecontrolsoftwareofS7-300tocompletethetaskbytheprogrammablecontroller,processmonitoringandremoteoperationiscompletedbyWinCC.Keywords:sintering;blendingsystem; WinCC; PLC; inverter 目录 摘 要 1 Abstract 2绪 论 1 第1 章 烧结配料自动控制系统的概述 3 1.1 烧结工艺简介 3 1.1.1 烧结的定义及分类 3 1.1.2 与烧结有关的概念 3 1.1.3 烧结过程 4 1.1.4 烧结工艺流程 5 1.2 烧结系统组成 7 1.3 烧结配料及方法简介 7 1.4 烧结自动控制系统概述 8 1.4.1 控制原则 8 1.4.2 各部分的功能 8 1.4.3 设备启动顺序 9 1.4.4 控制方式 9 1.4.5 连锁条件 10 1.5 烧结配料的生产过程 10 1.5.1 配料的重要作用 10 1.5.2 配料操作与调整 10 1.5.3 配料生产过程存在的问题 11 1.5.4 工艺上对控制系统的要求 12 1.6 烧结车间自动控制系统的构成 13 1.6.1 配料监控部分主要完成功能 131.6.2 破碎筛分系统控制主要完成功能 13 1.6.3 点火炉监控主要完成功能 13 1.6.4 烧结机系统监控主要完成功能 14 1.6.5 其他画面主要完成功能 14 1.7 烧结车间低压系统 14 1.8 系统自动检测项目 14 第2 章 烧结配料系统PLC 选型 15 2.1 可编程控制器(PLC)简介 15 2.1.1 PLC 的定义及构成 15 2.1.2 PLC 的特点 17 2.1.3 PLC 的发展方向 18 2.1.4 PLC 的分类 18 2.1.5 PLC 的应用领域 19 2.2 西门子S7-300 简介 20 2.2.1 概述 20 2.2.2 主要功能 21 2.3 变频器 22 2.3.1 变频器的分类 22 2.3.2 变频器的结构 22 2.3.3 变频器的控制方式 23 2.3.4 三菱FR-A540 系列变频器 25 2.4 可编程控制器的选型 26第3 章 配料自动控制系统设计 35 3.1 配料系统自动控制原理 35 3.2 系统的总体设计 35 3.2.1 系统的构成 35 3.2.2 系统的工艺流程 40 3.2.3 系统的配料控制原理 41 3.2.4 配料计算机控制系统的功能 42 3.3 系统编程软件 43 3.3.1 控制软件 43 3.3.2 系统故障处理 46 3.3.3 STEP7 简介 51 第4 章 烧结配料系统的组态 54 4.1 WinCC 简介 54 4.1.1 WinCC-人机界面 54 4.1.2 WinCC 编辑器 54 4.1.3 WinCC 的性能特点 55 4.2 WinCC 监控画面设计 56 结 论 58 参考文献 59 谢辞 61 附 录 62 绪 论自上个世纪60 年代冶金自动化装备问世以来,取得了极其迅猛的发展。
特别是上世纪80 年代种类繁多的PLC 和DCS 的出现,冶金自动化装备的可靠性和实时性、可操作性和可维护性都得到极大地改善。方便的软件编制和友好的人机界面,不断提高的性能价格比,使冶金自动化装备技术得到极快的推广和使用。“十五”期间,我国重点发展冶金生产过程自动化、工艺智能化和管理信息化技术,其中重点推广和研发技术中就有烧结过程自动化系统。烧结是把粉状物料转变为致密体,是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说,粉体经过成型后,通过烧结得到的致密体是一种多晶材料,其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。无机材料的性能不仅与材料组成(化学组成与矿物组成)有关,还与材料的显微结构有密切的关系【2】。烧结配料自动控制系统在现在应用十分广泛,是在自动控制仪表方面尤其突出。在此方面根据烧结工艺需求能将各种矿按照所需量自动投入,由皮带运到混合机中进行下一步工艺的生产。而近年来,我国的钢铁冶炼行业发展十分迅速,烧结矿是炼铁的主原料,而配料这一工艺是影响烧结质量的重要环节,各称量设备只有达到一定精度才能保证矿的质量。
因此烧结配料自动控制系统是各大型钢铁厂必不可少的,也可大大提高生产效率。据相关统计,目前我国有烧结机近500 台,其中在建和投产的180~660 m2的大中型烧结机有125 台,烧结机面积已达近40000 平方米。未来,我国的烧结机将继续推进全流程工艺技术装备的升级换代,西门子提供的全集成过程控制系统SIMATICPCS7,可以帮助钢铁企业在提升产品质量的同时也将进一步降低能源消耗、减少污染物排放。由此可见,烧结配料自动控制系统的前景十分乐观,对它的需求只会越来越大,不会减少。烧结工业的迅速发展是近些年的事,主要的技术新进展表现在:1 烧结工艺进一步完善;2 烧结设备进一步改进;3 新工艺研究。目前我国钢铁仍然多数生产设备陈旧,部分采用手动操作,自动化程度不高,在配料系统中由于自动化程度较低,而传统烧结工艺中主要依靠工作经验进行调节,因此存在以下几方面的问题:1.过分依靠配料工经验,配料工要熟知各个圆盘每变化 1Hz 频率所对应的各秤的流量变化应为多少,若配料工经验不足,就会延长调节时间2.调节不及时,圆盘下料始终为给定频率,若料重发生变化,就会使各秤之间配比发生变化;3.配料工半个小时跑盘一次,工作量较大。
4.由于物料的粉尘污染较严重,严重影响工人的身体健康。随着烧结厂配料系统自动化程度的逐步提高,工业对配料的要求也越来越严格,如果配料系统异常,会造成烧结矿矾矿率增加,结矿率低,同时导致烧结矿消耗燃料上升,烧结矿应有成分波动较大、过少氧化等众多问题。因此,完善烧结配料系统对提高工厂的技术经济指标十分重要。本文介绍的事在配料系统中采用西门子S7-300/400 系列PLC 系列在实际中的成功设计及应用。 第1 章 烧结配料自动控制系统的概述 1.1 烧结工艺简介1.1.1 烧结的定义及分类1、烧结的定义宏观定义:粉体原料经过成型、加热到低于熔点的温度,发生固结、气孔率下降、收缩加大、致密度提高、晶粒增大,成为坚硬的烧结体,这个过程称为烧结。微观定义:固体中分子(原子)间存在相互吸引,通过加热使质点获得足够的能量进行迁移,使粉末体产生颗粒粘结,产生强度并导致致密化和再结晶的过程,称为烧结。??粉末成形体在低于熔点的高温作用下,产生颗粒间的粘附,通过物质传递迁移,使成型坯体变成具有一定几何形状和性能,即有一定强度的致密体的过程,称为烧结。烧结的分类 烧结的分类可分为常规烧结和非常规烧结两种。
(1)常规烧结按是否出现液相可将常规烧结分为固相烧结和液相烧结两种。固相烧结:在烧结温度下基本上无液相出现的烧结,如高纯氧化物之间的烧结过程。液相烧结:有液相参与下的烧结,如多组分物系在烧结温度下常有液相出现,45%。(2)非常规烧结非常规烧结也是特种烧结,它分为反应邵杰、热压烧结、电火花烧结、等静压烧结、活化烧结和微波烧结六种1.1.2 与烧结有关的概念烧结与烧成烧成:包括多种物理、化学变化,如:脱水、坯体内气体分解、多相反应和熔融、溶解、烧结等,其包括范围宽、烧结:仅质粉料经加热而致密化的简单过程,是烧成过程的一个重要部分。2、烧结与熔融相同点:都是由原子热振动而引起的不同点:相融时全部组元都转变为液相;烧结时至少有一组元是出于固态。烧结时在远低于固态物质的熔融温度下进行的。烧结与固相反应相同点:均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的;过程自始至终都至少有一相始固态。不同点:固相反应至少有两组元参加,并发生化学反应;烧结可只有单组元或者两组元参加,但并不发生化学反应。 1.1.3 烧结过程烧结温度对烧结体性质的影响 随着温度上升,电阻下降(导电率上升)、强度上升,表明:在颗粒空 隙被填充之前(即气孔率显著下降以前),颗粒接触处就已经产生某种键合,使得电子可以沿着键合的地方传递,故导电率和强度增大。
(2)随着温度继续增加,物质开始向空隙传递,密度增大:当密度达到理论密度的 90%?95%后,其增加速度显著减小,且常规条件下很难达到完全致密。说明坯体中的空隙(气孔)完全排除是很难的[2]。2、烧结过程的模型示意图图1 烧结过程模型示意图烧结过程可以分为三个阶段:烧结初期、中期和后期。烧结初期:坯体中颗粒重排,接触处产生键合,空隙变形、缩小(即大气孔消失),固?气总表面积没有变化。烧结中期:传质开始,粒界增大,空隙进一步变形、缩小,但仍然连通,形如隧道。烧结后期:传质继续进行,粒子长大,气孔变成孤立闭气孔,密度达到 95%以上,制品强度提高。目前世界上使用最广泛的是连续生产的抽风带式烧结机。带式烧结机的抽风过程是自上而下进行的,根据沿料层高度温度变化的情况可分为五层,点火开始后,由上而下依次出现烧结矿层,燃烧层,预热层,干燥层和过湿层,后四层又相继消失,最后只剩下烧结矿层。1. 烧结矿层:借助于点火器的高温作用和被吸入的空气,料层表面上的燃料着火燃烧,在燃料燃烧放出大量热量作用下,料层中产生一定数量的熔融物。烧结矿层的主要变化是高温熔融物凝固成烧结矿,伴随着结晶析出新矿物。吸入的冷空气被预热,烧结矿被冷却,烧结矿中低价氧化物和空气接触可能被氧化。
2. 燃烧层预热料中的固体燃料在燃料层内燃烧,使此处料温达到1350OC-1600 OC,许多反应激烈进行。一切矿物软化熔融,使矿粉粘结成块。燃料层内除燃料的燃烧反应之外,还发生固体物料的熔化,还原,氧化以及石灰石,硫化物的分解等反应。3. 预热层:从燃料层下来的高温废气,把下部混合料很快预热到着火温度,温度范围一般为400 OC -800 OC。在此层只有气相与固相或固相与固相之间的反应,没有液相生成。4. 干燥层:从预热层下来的热废气把此层料加热,温度很快上升到 100 以上,混合料中游离水大量蒸发。该层中料球被急剧加热,迅速干燥,易被破坏,恶化料层透气性。5. 过湿层:从干燥层下来的热废气中含有大量的水分,到底部料层被冷却到水蒸气的零点以下时,废气中的水蒸气即重新凝结成水,使混合料中的水分大量增加,形成过湿层。过湿层对烧结的影响很大,因为混合料中含水过多,严重降低烧结速度,所以必须采取适当的措施减少或消除过湿现象出现。烧结过程是许多物理和化学反应的总合。其中有:燃料燃烧和热交换;水分的蒸发和凝结;碳酸盐的分解及矿化作用;有害杂质的去除;氧化及还原;液相生成急固相成型以及气体动力学等过程。
1.1.4 烧结工艺流程烧结生产的工艺流程一般包括:原燃料接受,贮存及熔剂,燃料的准备,配料,混合,布料,点火烧结,热矿破碎,热矿筛分及冷却,冷矿筛分及冷矿破碎,铺底料,成品烧结矿的贮存及输出,返矿贮存等工艺环节。烧结生产的主要目的是为高炉提供质量优良,强度高,粉末少,还原性好和成分稳定的烧结矿。国内外普遍采用的是常式抽风烧结机,在我国地方小铁厂还有相当一部分用平地吹风堆烧和箱式抽风烧结。此外,还有回转窑烧结法、悬浮烧结法。烧结生产工艺流程大体如下:原料接受、贮存、准备及配料受料系统-----主要包括翻车机系统,受料槽,精矿仓,溶剂仓,储煤仓,主要任务是担负厂内的原料接受、运送和储备。原料准备系统-----包括含铁原料的中和,燃料的破碎,熔剂的破碎和筛分。其任务是为配料工序准备好符合生产要求的原料、熔剂和燃料。配料系统-----包括配料间的矿槽、给料圆盘、称量设备等。根据规定的烧结矿化学成分,通过计算,按配比、重量进行给料,以保证混合料和烧结矿化学成分稳定,并担负生石灰的加水和燃料的调整。混合、烧结、抽风、冷却混合、造球系统-----主要包括一次混合,混合料矿槽,二次混合等工作(如果使用热返矿,包括返矿打水),其任务是加水,湿润混合料,再经混合机将混合料混匀,造成小球,并对混合料进行预热。
烧结系统-----包括铺料,点火,烧结等。抽风系统-----包括风箱,集尘管,除尘,抽风等。产品处理系统-----包括破碎,冷却、筛分、返矿处理和铺底料的分出,成品运输等[2]。 1.2 烧结系统组成烧结工艺过程主要控制系统包括:破碎筛分系统配料系统混合制粒系统烧结系统排矿系统点火炉系统水泵房系统风机和除尘系统 1.3 烧结配料及方法简介所谓配料就是根据高炉对烧结矿的产品质量要求及原料的化学性质,将各种原料、熔剂、燃料、以及高炉炉尘、铁屑和热返矿等按一定比例进行配加的工序。一般来说,配料的全过程指的是从配料矿仓开始,经过一次混合和二次混合后,到烧结室的配合料仓为止。配料的目的是根据烧结过程的要求,将各种不同的含铁原料、溶剂和燃料进行准确的配料,以获得较高的生产率和理化性能稳定的优质烧结矿,符合高炉冶炼的要求。目前国内常用的配料方法有两种,即容积配料法和重量配料法。 ⒈容积配料法容积配料法是利用物料的堆积密度,通过给料设备对物料容积进行控制,达到配料所要求的添加比例的一种方法。此法优点是设备简单,操作方便。现在国内中小企业大多数采用这种配料方法。其缺点是物料的堆积密度受物料水分、成分、粒度等影响。
所以,尽管闸门开口大小不变,若上述性质改变时,其给料量往往不同,造成配料误差。⒉重量配料法重量配料法是按照物料重量进行配料的一种方法,通常称为连续重量配料法。该法是借助于电子皮带称和定量给料自动调节系统来实现自动配料的。电子皮带秤给出称量皮带的瞬时送料量信号,而后信号输入给料机自动调节系统的调节部分,调节部分根据给定值和电子皮带秤测量值的信号偏差,自动调节圆盘转速,以达到给定的给料量。优点是:重量配料比容积配料更加精确,特别是对添加数量较少的原料,这一点更明显。除上述两种配料法外,化学成分配料是一种目前最为理想的配料方法,它采用先进的在线检测技术,随时测出原料混合料成分并输入微机进行分析、判断、调整,使烧结矿质量稳固在高水平。国外对这种方法也处于开发阶段,我国的宝钢、首钢已具备开发这种水平的条件。 1.4 烧结自动控制系统概述 1.4.1 控制原则本烧结系统设计的电气部分本着简单、安全、实用、可靠的原则,自动化系统配置和选型则遵循先进、可靠、适用、经济的原则,制定了烧结车间电气自动化系统的控制方案。 1.4.2 各部分的功能⑴ 配料系统:用于烧结原料的自动配合操作,其目的是从配料槽排出的各种物料经常保持设定的配料比。
在主控室计算机终端,人工输入设定的所需烧结矿产量、烧结矿碱度、烧结矿氧化铁含量、部分物料单耗,配合已知的各物料的理化检测指标计算出各物料配入量、配比、生产配料槽的排料量,将该排料量作延迟处理后输出作为配料槽排料量设定植,控制给料量设备准确给料。⑵ 混料系统:根据配料系统主控室计算机计算结果,应自动计算出添加水量,同时,在二次混合机后的出料胶带机用水分仪测定混合料水分作为修正,调节添加水量使之达到额定最佳值。⑶ 烧结及带冷成品系统:本系统主要是把混合料布入烧结机,然后点火,烧结,经过热破碎,直接进带冷机把烧结矿冷却到一定温度的过程。⑷ 烧结矿整粒系统:本系统是把冷却后的烧结矿,经过破碎筛分分级成不同要求粒级物料的生产过程。系统控制从配料、混合到烧结以及除尘、能源介质等附属设施的整体控制,并通过与原料系统,高炉系统的联网数据信息交流,实现管理控制一体化。烧结车间采用车间集中式管理,自动化系统用PLC 控制,其参数的检测、控制、报警等,均由计算机控制系统实现,保证了系统的可靠性、稳定性及可操作性,降低了综合成本,并便于维护和升级、扩展。 1.4.3 设备启动顺序首先要开启梭式布料机,然后是混二皮带机,然后依次可开启二混机、混一皮带机、一混机、配一、配二皮带机,根据选仓情况开启相应仓的给料机、电振等。
1.4.4 控制方式采用手动和自动两种方式,进PLC。配料部分包括核子称及给料机变频器柜等,由核子称的瞬时流量信号来调节给料机的给料速度。配料分为手动配料和自动配料两种。控制模式是基于PID 算法的闭环控制。 现场称重元件负责检测各种物料的重量信号,这些信号经变送器变换成标准4-20MA 信号送PLC 模拟量模块,由PLC 完成模/数转换,PID调节,再经数/模转换,经模拟量输出模块输出 4-20MA 信号去控制变频器,从而控制圆盘或拖拉皮带,使物料的下料量与设定值保持一致。破碎及混料部分的控制也同样分为手动和自动两种方式:事故及检修时,采用机旁手动操作;正常生产时,设备的启动采用顺序启动方式,根据矿槽的料位
