蒸压粉煤灰砖生产线控制系统的设计研究

论文摘要

随着我国经济的持续发展,对电力和热力的需求不断增长。因而,对煤炭需求量越来越大,由此产生的粉煤灰量也日益增加。现在,全国每年的粉煤灰排量已达到1.2亿吨之多,我国已成为世界上最大的粉煤灰生产和贮存国。对粉煤灰如果不加以有效利用,其堆置不仅占用大量土地,而且还会对人类的生存环境造成污染,破坏生态平衡,进而影响到国民经济的可持续发展。因此,加大对以粉煤灰作为主要原料的蒸压粉煤灰砖的开发和研究就显得日益重要。我国国民经济的高速发展和人民生活的日益提高对蒸压粉煤灰砖的需求会越来越大,加之良好的政策环境使得粉煤灰砖的研发、生产与应用出现了前所未有的发展良机。因此,蒸压粉煤灰砖具有广阔的市场前景和巨大的发展潜力,从而为蒸压粉煤灰制砖设备的研发提供了契机。本文是在对蒸压粉煤灰砖生产线工艺流程进行深入研究的基础上,进而对生产设备的生产流程有一个全局的认识、理解和把握,从而掌握该生产线的全部生产环节和控制规律。对比不同的控制方式,确定各种控制方式优点和缺点、性能指标、经济指标和适用范围。根据各种性能指标的优劣,在DCS控制、PLC控制及其他控制方式中选取西门子S7—300可编程控制器作为蒸压粉煤灰砖生产线的控制系统。蒸压粉煤灰砖生产线控制系统总体方案设计研究。对蒸压粉煤灰砖的生产工艺流程进行整体研究和分析,给出控制系统的架构;对现有控制系统不足之处加以改进,使整个控制系统在性能上得到完善、在技术上得以提升。上位机采用基于西门子SIMATIC WinCC软件的监控系统。SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统,具有良好的开放性和灵活性,便于对生产现场的各个环节进行监控,集生产自动化和过程自动化于一体,实现相互之间的整合。下位机采用S7-300作为系统控制器,该控制器采用西门子专门开发的STEP7软件平台进行编程。数据通信采用PROFIBUS总线管理,易于实现与工业控制系统形成一个整体,符合扩充其功能的原则。针对在蒸压粉煤灰砖生产线上电机连续使用时间长和启动频繁,以及蒸压釜温度和压力对砖质量影响大的特点,设计了系统故障报警装置。在电机启动后,若未能转动,则予以报警提示;对蒸压釜的温度和压力进行检测,防止温度和压力过低造成砖质量下降,以及压力过大情况下出现爆炸情况。设计上位机检测画面,通过对电机和蒸压釜的关键参数数据进行传输,实时检测电机和蒸压釜的运行情况。作为对以粉煤灰作为主要原料、石灰、集料和灰膏与之保持一定比例的配料模型模拟,本文对比值控制系统进行系统地深入研究。采用多闭环比值控制系统,其中闭环控制器采用单神经元控制方式,形成基于单神经元控制算法的比值控制系统。并运用MATLAB对其进行仿真。和常规的PID控制相比,该算法显示出PID控制性能的优越性。本文最后总结本论文的主要思路和创新之处,指出今后课题的研究和开发应用方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内发展历史与现状
• 1.3 国外发展历史与现状
• 1.4 课题提出及主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 蒸压粉煤灰砖生产工艺及生产线控制系统设计
• 2.1 蒸压粉煤灰砖生产工艺流程
• 2.1.1 蒸压粉煤灰砖概述
• 2.1.2 蒸压粉煤灰砖生产工艺流程
• 2.2 各种控制方式的特点及控制系统的选取
• 2.3 基于 PLC 的蒸压粉煤灰砖生产线控制系统总体设计
• 2.4 下位机的设计与实现
• 2.4.1 可编程控制器概述
• 2.4.1.1 PLC 的产生和发展历程
• 2.4.1.2 PLC 的特点与应用领域
• 2.4.1.3 PLC 的发展趋势
• 2.4.2 PLC 工作原理
• 2.4.2.1 循环处理过程
• 2.4.2.2 工作原理
• 2.4.2.3 西门子编程软件 STEP7
• 2.4.2.4 西门子PLC 的通信方式
• 2.4.3 基于西门子S7-300 PLC 的下位机实现
• 2.4.3.1 粉煤灰砖控制器PLC 的模块结构
• 2.4.3.2 粉煤灰砖生产线的程序流程图
• 2.5 上位机的设计与实现
• 2.5.1 WinCC概述
• 2.5.2 基于 WinCC监控软件的监控功能实现
• 2.6 本章小结
• 第三章 蒸压粉煤灰砖生产线故障检测的研究与设计
• 3.1 故障检测设计目的
• 3.1.1 电动机故障概述
• 3.1.2 蒸压釜故障概述
• 3.2 故障检测设计
• 3.2.1 下位机设计
• 3.2.1.1 采样点选择
• 3.2.1.2 硬件组态
• 3.2.2 电机故障检测原理
• 3.2.3 上位机设计
• 3.2.3.1 实时数据库设计
• 3.2.3.2 监控画面设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于单神经元算法的比值控制研究
• 4.1 比值控制系统概述
• 4.1.1 比值控制系统定义
• 4.1.2 比值控制系统类型
• 4.1.3 比值控制方案的设计原则
• 4.1.4 比值控制系统选择
• 4.2 基于单神经元网络的 PID 智能控制概述
• 4.2.1 几种典型的学习规则
• 4.2.2 单神经元自适应 PID 控制
• 4.3 基于单神经元自适应 PID控制器的比值控制系统实现
• 4.4 基于单神经元自适应 PID 控制器的比值控制系统MATLAB 仿真
• 4.4.1 MATLAB概述
• 4.4.2 MATLAB仿真实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 前景与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的论文