基于PC+PLC的闪速磁化焙烧反应器监控系统的设计

论文摘要

我国铁矿石97%以上具有贫、细、杂的特点,需要经过选矿处理降低SiO2、Al2O3等杂质提高铁精矿品位,才能得到有效利用。对于菱铁矿、褐铁矿及成分复杂的赤铁矿,用一般选矿方法还难以选矿分选。近年来中国工程院院士、中国选矿专家余永富教授提出了多级循环流态化磁化焙烧（简称闪速磁化焙烧）技术,该技术可将这类难选氧化铁矿石在还原气氛中,经闪速磁化焙烧,使之在5-100秒内快速动态还原成磁铁矿,再经弱磁选,获得高品质合格的铁精矿。在多级循环流态化磁化焙烧过程系统中给料量、各级的温度、压力、气氛组分及气体流量等主要参数要求监控的采样点达30个以上,尤其是还原气氛各组分（O2、CO和CO2）的在线分析测点多,仪表分布复杂,高温仪表多;为了准确掌握实验动态,控制实验过程,及时优化工艺参数,必须实现对温度、压力、气氛组分及气体流量的计算机集中控制、数据存取。为此设计了基于PC+PLC的闪速磁化焙烧自动控制系统。该计算机控制系统由计算机（简称PC）作为上位机行使中央控制功能,运用西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC V6软件作为人机交互界面的设计编辑软件,另外由于安装配套的标准Microsoft SQL Server 2000数据库进行生产数据的归档,使得实验数据存取方便,并能及时打印。下位机选用西门子PLC S7300系列作为调控现场设备与装置、反馈数据至上位机的二级控制中心。为了实现闪速磁化焙烧反应器的控制系统,首先需要熟悉掌握闪速磁化焙烧工艺、以及各个参数的性能指标。根据闪速磁化焙烧实验的条件决定控制设备的选型工作。运用合适的控制算法编写PLC程序,并编辑相应的符号表。同时,建立上位机PC与下位机PLC的通信连接;实现通信后,对应PLC中的变量、参数地址在PC上编辑人机界面、过程数据归档界面、以及报表打印界面。在现场布线过程中,选择合适大小的屏蔽电缆作为连接PLC和如变频器、调节阀、热电偶、压力变送器以及气体分析仪等现场设备,以尽可能降低现场的干扰。经过调试和现场运行,该系统运行稳定,并达到了预计的效果,使生产过程有序、可控。减少了人力、物力的浪费并且可以集中的控制过程系统。使系统的整体规划调节的性能得到很大的提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文工作背景
• 1.1.1 项目来源
• 1.1.2 研究目的意义
• 1.1.3 研究目标
• 1.2 闪速磁化焙烧工艺、设备以及其自动控制系统的介绍
• 1.2.1 闪速磁化焙烧工艺设备介绍
• 1.2.2 闪速磁化焙烧工艺过程自动控制意义
• 1.3.1 PC+PLC控制系统概念
• 1.3.2 国内外现状
• 1.3.3 PC+PLC控制系统的发展趋势
• 第二章 基于PC+PLC控制的闪速磁化焙烧系统
• 2.1 闪速磁化焙烧控制过程概况
• 2.1.1 闪速磁化焙烧工艺流程
• 2.1.2 闪速磁化焙烧控制过程方案
• 2.1.3 闪速磁化焙烧工艺控制参数
• 2.2 PC+PLC控制系统的实现
• 2.2.1 PLC简介与选型
• 2.2.2 PLC程序的实现
• 2.2.3 上位机人机控制界面的实现
• 2.2.4 PC与PLC的通信
• 第二章小结
• 第三章 PC+PLC控制系统对反应过程CO浓度的标定
• 3.1 对系统反应过程中CO的标定的意义
• 3.2 关于阀门的选型
• 3.2.1 阀门选型的工作背景和参数要求
• 3.2.2 调节阀选型的计算基础
• 3.3 CO标定的PID控制
• 3.3.1 PID的概念和基本原理
• 3.3.2 连续系统的PID控制
• 3.4 PLC对调节阀的控制
• 3.4.1 PID程序的建立
• 3.4.2 PLC与调节阀的控制连接
• 3.4.3 PID的参数整定
• 第三章小结
• 第四章 变频调速系统的建立
• 4.1 变频调速的概念
• 4.1.1 转速和频率的关系
• 4.1.2 实现变频调速的必要条件
• 4.1.3 高水平的控制是变频调速的基础
• 4.2 变频器介绍
• 4.2.1 变频器的基本结构
• 4.2.2 变频器的功能
• 4.3 变频器的选择和容量计算
• 4.4 闪速磁化焙烧的变频调速系统
• 4.4.1 闪速磁化焙烧反应系统的变频器选型
• 4.4.2 变频器的控制方式和特殊参数设置
• 第四章小结
• 第五章 PC+PLC控制系统的现场调试
• 5.1 安装调试中遇到的一些问题和解决方法
• 5.1.1 PLC的MMC存储卡容量的选择
• 5.1.2 两线制与四线制电流信号如何接入
• 5.1.3 变频器加速减速导致停机的原因
• 5.1.4 如何使用诊断缓冲器功能
• 5.2 安装时的一些注意事项
• 5.2.1 调节阀的安装和调试
• 5.2.2 模拟量输出模块与负载或执行器的接线
• 5.3 现场调试
• 第五章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附件
• 1、闪速磁化焙烧系统部分PLC程序
• 2、部分PLC程序变量符号表
• 3、控制系统的图片展示
• 4、攻读学位期间发表论文及参与科研项目