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1、中中 南南 大大 学学CENTRALCENTRAL SOUTHSOUTH UNIVERSITYUNIVERSITY 本科毕业论文本科毕业论文（设计设计）论文题目论文题目 水泥回转窑电控系统的 PLC 改造学学 院院 中南大学成教学院 专业班级专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名 完成时间完成时间 2011.3.15 指导老师指导老师 摘要 在我们国家, 水泥工业还有巨大的发展空间，这是水泥工业发 展的机遇，但水泥工业的迅猛发展也业带来了全国乃至世界性的资 源、能源、生态环境三大因素的挑战。在这机遇和挑战并存的时代， 我们必须对传统水泥工业发展模式进行反思，我们不能因为水泥工 业发展带
2、来大量的损耗和污染而停止水泥工业发展，正确的选择应 当是走可持续发展之路。本文主要利用三菱 PLC 实现水泥回转窑电 控系统的设计，通过对硬件和软件的设计实现最优控制的原则。本 文先简要叙述了课题背景、国内外发展目前状况、水泥回转窑的工 作原理,接着主要阐述了如何设计水泥回转窑系统,其中包括硬件和 软件的设计。其中大量使用了 PLC 内部的辅助继电器和定时器，以 满足后续编程所需的继电器触点和延时的要求。辅助电机、燃烧小 车的控制都比较简单，故采用继电接触器控制，没用纳入 PLC 控制 之列。而主减速机润滑站和挡轮液压站的控制是在 PLC 控制下起作 用的。泥回转窑的 PLC 硬件电路连接完毕
3、后，还需要依靠软件程序 运行来完成控制功能，两者配合才能保证系统的正常运行。关键词：三菱 PLC；水泥回转窑；电控系统ABSTRACTIn our country, the cement industry and vast development space, it is the cement industry development opportunities, but also the rapid development of cement industry has brought the country and world heritage resources, energy and e
4、nvironment of the three factors. In this era of opportunities and challenges, we must of traditional cement industry development pattern, we can reflect because cement industry development bring lots of loss and pollution and stop cement industry development, the correct choice should be the way of
5、sustainable development. This paper using mitsubishi PLC control system design of cement rotary kiln, through the design of hardware and software to achieve the optimal control principle. This paper first briefly describes the background and development at home and abroad present topic, the working
6、principle of cement rotary kiln, and then mainly expounds how to design the cement rotary kiln system, including the design of software and hardware. Use a lot of internal auxiliary relay and PLC programmable timer, in order to meet the required subsequent relay contacts and delay. Auxiliary motors,
7、 burning car controls are simpler, relay contactor controlling, useless in PLC control. But the reducer and wheel lubrication station is in control of hydraulic station under PLC control effect. The mud kiln after connection of PLC hardware circuit and software need to rely on operation to complete
8、control function, both with the normal operation of the system can guarantee.Keywords: : Mitsubishi PLC;Cement rotary kiln;electrical control system目录第一章 绪论11.1 研究意义11.2 国内外研究现状 21.3 论文内容及安排 3 第二章 水泥回转窑电气系统分析52.1 水泥回转窑电气系统技术参数 52.2 水泥回转窑电气系统技术分析 52.3 水泥回转窑电气系统输入输出点数统计72.4 小结7 第三章 水泥回转窑总体设计方案83.1 拖动控
9、制方案选择 83.2 水泥窑系统控制方案选择93.2.1 水泥窑系统 PROFIBUS 系统控制 93.2.2 水泥窑系统现场操作方式 93.2.3 水泥窑与外界的连锁信号 103.3 配电系统介绍 113.4 小结 11第四章 水泥回转窑系统的硬件电路设计 134.1 辅助电机的控制 134.2 燃烧小车的控制 134.3 PLC 硬件配置 144.3.1 PLC 型号选择 144.3.2 PLC 配置说明 144.4 基本单元和模块连接图164.5 PLC 的 I/O 分配图 184.6 水泥回转窑软件系统 20 第五章 结论及展望 315.1 结论 315.2 展望 31 参考文献 32
10、 附录 33第一章 绪论1.1 研究意义现在，水泥作为建筑的基本材料，在短期内具有不可替代作用，伴随着我国国民经济的快速增长，水泥工业还有巨大的发展空间，这是水泥工业发展的机遇，但水泥工业的迅猛发展也业带来了全国乃至世界性的资源、能源、生态环境三大因素的挑战。在这机遇和挑战并存的时代，我们必须对传统水泥工业发展模式进行反思，我们不能因为水泥工业发展带来大量的损耗和污染而停止水泥工业发展，正确的选择应当是走可持续发展之路。所谓水泥工业可持续发展，主要是针对传统水泥生产方式的资源浪费大、污染严重而提出的一种新型水泥工业发展模式，它的核心思想是从设计、原料、工艺、技术进步和生产管理等各个环节入手，把
11、污染尽可能控制在生产过程中，使生产过程中排放的污染最小化，对环境和人类的危害最小；同时提高资源的综合利用率，从而降低企业生产成本，提高经济效益，减少或笑纳环境污染。这是有别于水泥传统生产模式的新型发展模式，是水泥工业从资源消耗型转变为资源节约型增长方式的根本道路。我国水泥工业应该重点发展新型干法水泥生产技术1。大力发展新型干法水泥生产技术和装备，加强水泥工业的信息化和网络化建设。1.2 国内外研究现状从 1884 年开始用回转窑燃烧水泥至今已有 120 余年的历史，期间经历了立窑、干法回转窑、湿法回转窑、新型干法回转窑等多次重大的技术变革，但作为水泥熟料矿物最终形成的设备水泥窑的作用并没有大的
12、变化。1.水泥窑是化学反应器。为了使生料在窑内充分反应，窑内烧成温度要求达到 1450，使整个物料处于部分焙融状态，物料经过一系列的物理、化学变化，成为熟料。2.水泥窑是燃烧设备和传热设备。窑内高温是由燃料在窑内燃烧产生的，燃烧产生的热量通过辐射、对流和传导三种基本传热方式，将热量传给物料。3.水泥窑是输送设备。物料从窑后部加入，由于窑简体是倾斜安装的，当窑转动时，物科不断地由窑尾向窑头运动，在立窑内物料从窑顶加入，由窑底部卸出。4.水泥窑还具有降解利用废弃物的功能。水泥窑所具有的高温、稳定热力场可以降解各种有毒、有害、危险废弃物。5.为使燃料在水泥窑内能进行正常燃烧，要送人助燃空气。燃烧产生
13、的烟、物料反应产生的水汽及二氧化碳等所组成的废气，需要从窑内排出，通过气体输送设备向窑内鼓进空气，并排出废气。所以水泥窑的工作是由气体流动、燃料燃烧、热量传递和物料运动等过程所组成的。水泥窑的工作就是使燃料能充分燃烧，燃烧产生的热量能有效地传给物料，物料接受热量后发生一系列物理、化学变化，燃烧产生的废气顺利排除，最后形成熟料。近年来，我国的水泥工业有了快速的发展。2004 年水泥生产能力 97 亿t，同比增长 125。其中新型干法水泥产量为 315 亿 t，同比增长679，占水泥总产量的比例达 325；立窑水泥产量 576 亿 t，同比增长 23，占水泥总产量的比例为 594；其他旋窑水泥产量
14、 7900 万 t，同比增长一 102，占水泥总产量的 81。目前我国水泥行业的特点仍然是企业多，而技术先进的新型干法企业少，发展快而平均规模小。1.3 论文内容及安排本次设计坚持我国水泥工业的可持续发展战略，顺应我国水泥工业的发展方向。这次设计主要做水泥回转窑的智能控制系统设计与系统集成，所以采用了国际工业最为流行的 PROFIBUS 现场总线技术，不仅能适应不同应用对象和通讯速率快等特点，还具有开放性强、实用经济效果好的优点。实现了水泥生产的网络化和信息化。在控制核心方面，我选用了三菱公司 FX2N 型 PLC，性能强、扩展性好、比较经济。三菱公司的自动化产品被广泛应用于工矿自动化中，对于以后的扩展升级是比较有利的。回转窑的造型是一个倾斜的圆筒如图 1. 1，生料由圆筒的高端加入，由于圆筒具有一定的倾斜度并在不断地回转，因此物料由高端向
