• <small id="iskm8"><li id="iskm8"></li></small>
  • <td id="iskm8"><li id="iskm8"></li></td>
  • <td id="iskm8"></td>
  • 力控pSpace在水泥生產過程控制系統中的應用

        


    一、系統概述


          

          水泥生產過程是一個理化反應過程 , 具有大慣性、純滯后、非線性的特點 , 系統運行工況復雜多變。目前 , 許多生產廠還是借鑒現場操作人員的工作經驗手動控制 , 生產效率低、能耗高、自動化控制水平低、質量不穩定 , 而且難以達到控制要求和效果。近十幾年來 , 隨著計算機技術、控制技術和通信技術(3C 技術) 以及軟件技術的迅速發展 , 特別是以 PLC 為基礎的 DCS 發展速度更快 , PLC與 DCS 相互滲透 , 相互融合 , 相互競爭 , 已成為當今工業控制系統的生力軍。
           本系統對水泥新型干法生產線 , 采用以 PLC為基礎的 DCS 控制系統 , 設計面向全廠總生產過程的全廠計算機監控系統 , 實現生產過程監控管理一體化 , 使全廠不僅在生產上具有先進的過程控制自動化 , 更在管理上具有現代化水平。而且對提高產量、穩定質量、降低能耗等具有重要意義。



    二、生產工藝


          

           ● 原料粉磨系統。原料粉磨系統由原料配料和生料粉磨組成 , 用于產生合格的生料。原料配料采用石灰石、砂巖、鐵粉、礦渣 , 由生料質量控制系統計算配比 , 通過定量給料機送往生料磨 , 磨制好的生料由提升機送至均化庫。

           ●煤粉制備系統。煤粉制備系統主要由煤粉制備和喂煤系統組成 , 原煤由煤磨磨制成煤粉后存儲在煤粉倉中 , 并通過喂煤系統向窯頭、分解爐喂煤。
          ● 燒成窯頭系統。燒成窯頭系統主要由五級旋風式預熱器、回轉窯、蓖式冷卻機、熟料入庫等組成。來自連續均化庫的生料通過氣力提升泵輸送到旋風式預熱器內 , 充分預熱后進入分解爐、混合室 , 最后進入回轉窯。從窯頭噴進的煤粉燃燒或使生料在回轉窯內不斷受熱發生化學反應 , 直至燒成熟料。
           ●水泥粉磨系統。水泥粉磨系統有熟料倉、石膏倉、混合材料倉三個儲庫料倉 , 水泥粉磨的原料由熟料、石膏、混合材料按一定的比例組成 , 燒成的熟料塊進入熟料磨 , 最后制成水泥成品。



    三、控制系統設計



          根據水泥生產過程工藝和廠方的具體技術要求 , DCS 控制系統主要監控生產線的四大部分 :原料粉磨、煤粉制備、燒成窯頭和水泥粉磨。共設置 1708 個 I/ O 點 , 其中模擬量輸入 344 點 , 模擬量輸出 68 點 , 開關量輸入 920 點 , 開關量輸出376 點。具體各部分的分配如表 1 所示。

    1  DCS控制系統 I/ O 點分布


    名稱

    模擬量輸入AI

    模擬量輸出AO

    開關量輸入DI

    開關量輸出DO

    原料

    粉磨

    96

    20

    280

    96

    煤粉

    制備

    104

    16

    248

    104

    燒成

    窯頭

    64

    16

    104

    48

    水泥

    粉磨

    80

    16

    288

    128

    合計

    344

    68

    920

    376


    1、 系統硬件配置

          結合生產流程及生產特點 , 系統硬件采用施耐德公司的 Modicon TSX Quantum 系列 PLC 和工控計算機 IPC 組成集散控制系統 (DCS) ??刂葡到y體現"集中控制 , 分層結構"的特點 , 整個控制系統分為四層結構 , 即 : 管理信息系統 (MIS)級,集中操作監視級 , 分散的數據處理與過程控制級PLC 系統 , 現場參數檢測與終端執行級。它們以Modbus TCP/IP 工業以太網為基礎構成四級監控式 DCS 控制系統 , 實現對主要工藝流程生產線的設備進行控制。結構框圖如圖 1 DCS 控制系統結構框圖所示。

           全廠設置一個中央控制室 , 中央控制室內配置四臺操作員站 (OS 站) 和一臺工程師站 ( ES 站) ,并配有 UPS 備用電源和打印機 , 還設四個現場DCS 控制站。操作員站 (OS 站) 和工程師站 ( ES站) 之間采用 Modbus TCP/IP工業以太網連接 , 除了可以相互交換數據以外 , 還可以利用服務器實現與廠級管理信息系統和 Internet 的聯網。中央控制室內 OS 站和 ES 站等上位監控計算機選用研華工業控制計算機 IPC/ PⅣ 2.8 G/512M/80 G, 三星19“液晶顯示器等。分別實現從原料粉磨及輸送、窯系統、煤粉制備、熟料入庫到水泥粉磨等主要生產車間的電動機和各種用電設備的順序邏輯控制、控制參數的檢測、回路自動控制等 , 并在中央控制室內對所控制的生產車間進行管理和操作。工程師站還用于應用軟件、監控軟件的組態和開發及系統調試和維護之用 , 并配置打印機打印參數報表和事件記錄。

            圖 1  DCS 控制系統結構框圖:



           1、 控制系統軟件

           系統軟件體系分為上位工控機監控組態軟件Quantum 系列 PLC 編程軟件及通信軟件 , 其中上位工控監控組態軟件采用源于大慶國內領先的北京三維力控科技有限公司的力控監控組態軟件,PLC 編程軟件采用ConceptV2.1 。系統設計選用的操作系統軟件平臺有 WindowsXP專業版操作系統。

           1) Windows 環境的編程軟件套件 , 為整個控制系統的開發提供一個統一的開發環境。借助于標準的編輯器 , 可在同一數據庫中使 PLC 程序、通信、診斷等有機的結合在一起。它具有很強的編程和組態能力 , 包括從程序生成到內置的簡單易用的復雜控制算法等強有力的工具。Concept 提供了模擬量處理、標準及串級 PID 調節、PID 控制、函數發生器和模糊控制功能 , 還可選擇高級語言進行數學復雜算法。操作界面清晰直觀 , 易于掌握。具有離線和在線迅速切換功能 , 可在運行狀態更改數據和指令、保存動態表格、插入斷點等。Concept 內置了兩種PLC 仿真器 , 通過 Modbus TCP/I仿真功能調整 I/ O 及模塊的狀態 , 實現離線仿真應用程序??赏ㄟ^圖形化界面得到 CPU 、通信口、I/ O 模塊等的診斷信息及錯誤原因的信息。

           2) 力控監控組態軟件是基于 Windows操作系統的易用的、可集成的、基于組件的標準組態軟件 , 它提供了監視、控制及數據采集等必要的全部功能。力控監控組態軟件采用了面向對象編程方式 , 可視化界面 , 組態靈活方便 , 高效的數據處理, 圖形庫功能豐富 , 強大的對象容器和組件,靈活、強大的“腳本”編譯系統;完整的網絡冗余及軟件容錯解決方案;完善的用戶安全管理;提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監控工業現場的解決方案。具有良好的人機界面( MMI) 。開放式體系結構,全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、OLE DB XML、ActiveX等標準,快速地與其他應用軟件進行實時數據雙向交換和共享,靈活的“并發”的移動通訊處理,其豐富的上千種 I/ O 驅動能夠與各種PLC 通過不同的方式進行靈活而快速的通信。

           利用力控監控組態軟件平臺 , 根據工藝控制要求進行組態畫面設計 , 設計了 10 余幅工藝流程監控圖和相應的設備起停操作畫面以及參數監控畫面。包括水泥生產過程 DCS 控制系統生料配料、生料磨系統、喂料系統、預熱器系統、回轉窯系統、熟料輸送及儲存、煤磨系統等監控畫面 , 以及趨勢圖、模擬量棒圖、控制回路圖、參數報表、報警總圖等監控畫面 , 各畫面之間切換方便、快捷。

           其監控組態軟件的結構如圖 2 所示:



            3) 通信網絡設計。操作員站、工程師站與現場控制站之間采用Modbus TCP/IP組成工業以太網絡。除了可以相互交換數據以外 , 還可以通過服務器很方便地與廠級MIS 系統相聯。DCS 系統各子系統之間用 Modbus TCP/IP通信 , 上位機監控組態軟件 力控監控組態軟件與各控制子系統之間通過 Modbus TCP/IP通信。數據直接進入上位機力控監控組態軟件 ,大大提升了系統的通訊效率。

        



    四、項目總結


          

      1、生料配料的控制
          生料配料的控制是對生料成分中的CaO、Fe2O3,AI2O3,SIO2,的含量每小時進行一次測定 ,并計算出其合適的配比 , 系統自動調整皮帶稱的轉速 , 使各種原料按比例配合成混合料。

          其簡化的控制框圖如圖 3 所示:



    2、 分解爐溫度控制

           水泥生產中 , 分解爐溫度是一個重要的工藝參數 , 分解爐溫度的穩定對整個水泥熟料燒成的質量至關重要。影響分解爐溫度的因素很多 , 如喂煤滑差電機的轉速、回轉窯的轉速、喂煤量等。因此采用了串線 PID 控制。外環反饋為分解爐溫度信號 ,內環反饋為喂煤量。其控制框圖如圖 4 所示:






    3、 水泥配料控制

           水泥配料由熟料、石膏、混合材料組成 , 它們按照一定的比例進行配比 , 與生料配料工作原理相同。系統按照設定值控制三種原料的流量比例 , 采用拉力傳感器作檢測元件 , 電振機為控制器控制下料量。

             


    五、控制系統功能 



    1、 監控和數據采集功能 ( SCADA 功能)

    DCS 控制系統通過 Modbus TCP/IP工業以太網絡和高性能、高速 I/ O 驅動程序直接與外設進行通信 ,采集現場所有實時數據和參數 (如溫度、水泥窯轉速、窯頭喂煤量、生料配比、風機風量、閥門及電機的運行狀態等) , 并在上位機監控畫面上顯示 ,監控畫面全面直觀地反映了水泥生產過程控制的全流程 , 可對整個系統的運行狀態進行實時監控。系統監控畫面之間的切換操作簡單方便 , 界面友好。系統通過應用程序對采集到的實時數據進行處理和加工 , 實現在線實時控制及生產管理,并對報警和事件進行及時處理。





    2、 參數設定和修改功能

           將工藝人員提供的各種工藝參數值存放在計算機中 , 操作人員可根據生產工藝要求進行設定 , 包括溫度、配料、喂料量和 PID 調節參數等 , 并可在線修改各種設定參數。具有抗積分飽和、積分分離、手動 - 自動切換無干擾、參數隨時修改等功能。

    3、 系統報表及報警處理功能

           操作人員可通過實時趨勢圖、歷史趨勢圖和報表查詢實時數據、歷史數據及設備運行狀態 , 便于對故障進行分析或優化工藝參數的設定。系統利用 力控監控組態軟件的報表開發工具提供豐富的報表操作函數集、支持復雜腳本控制,包括:腳本調用和事件腳本,比如利用報表函數可以在報表上同時顯示實時數據和任意時刻的歷史數據,并加以統計處理,例如取行平均、列平均,統計出最大最小值;打印、打印預覽、頁眉頁腳打印功能,支持逐行打印;報表數據源支持實時數據庫和各種關系數據庫,可顯示、處理實時和歷史數據,靈活、強大的報表解決方案,形成了格式靈活、界面美觀的報表 , 用戶可按工藝要求實時或定時打印生產報表及故障記錄報表。當被控對象中的工藝參數 (包括開關量和模擬量) 或設備發生異常時 , 系統將通過畫面和聲音進行報警 , 在報警圖中還記錄故障發生的時間、來源和恢復的時間等詳細的報警信息 ,且提示如何進行處理 , 以提醒操作人員進行及時處理和如何處理 , 提高了現場處理故障的能力 , 實現了 SOE 功能。同時還可打印故障記錄報表。





    4、 安全功能

           系統具有安全保護功能。除了操作員 operator 和管理員 manager 能進行操作外 ,其他人無法對系統進行任何操作。在運行中操作員和管理員還可隨意更改各自的口令。

    5、 在線性、靈活性和可擴充性

    控制系統的硬件和軟件均采用標準化、模塊化和開放化設計 ,采用積木式結構 , 具有靈活的畫面顯示和可擴充性。



    六、產品應用總結


    采用基于 PLC 的 DCS 控制系統對水泥生產線進行集中管理、分散控制 , 可實現水泥生產過程的全方位全過程的實時監控和工廠企業管控一體化 ,可降低一次性投資和企業產品綜合成本 , 提高系統的自動化程度 , 減輕工人的勞動強度 , 提高企業的經濟效益和社會效益。

    北京力控元通科技有限公司版權所有 Copyright 2011-2019      京ICP備14040729號-1 京公網安備11010802010312號
    大发网站