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1、电信学院毕业设计（论文）开题报告姓 名专业自动化 班级学 号指导教师题目类型PLC控制题 目电解质清理机自动控制系统一、 选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1、题目的技术背景电解质清理机是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备，属于特殊环境下特种机器。其核心技术长期为国外垄断。本文根据机机构学原理，提出了一种模拟人工清理的单炭块电解质清理机设计方案，并对在清理作业的机进行了自动化控制。 电解质清理机是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备之一。大型预焙电解铝生产常利用阳极炭块组供应电解生产，并对消耗更换的阳极炭块组进行清理、压脱、破碎等
2、处理，组装浇注形成新的阳极炭块组返回电解，从而形成阳极组装生产工艺-11(如图11)。预焙电解槽更换后的阳极炭块组在铝电解生产上称之为“残极，残极可分为硬残极与软残极。硬残极受电解质侵蚀较少，强度高，假比重大，比电阻较小。软残极受电解质侵蚀较严重，各项性能次之。残极钢爪以下由氧化铝烧结块、电解质及残余阳极炭块组成，这部分统称为残极电解质。由于残极表面电解质中含有大量的微量元素，对炭阳极质量和铝液质量危害很大，因此必须采用有效的方法将残极清理干净。由于硬残极的强度、假比重较大，添加硬残极块作骨料时对阳极有好的影响，而且其加入的量越大，阳极的强度、假比重也越大。添加软残极则对阳极强度及假比重无明显
3、的影响，但是容易被氧化性气体所侵蚀，造成极炭块疏松。加入清洁后的硬残极对提高炭阳极质量有利。所以要将清理下来的电解质进行回收。电解质的自动化清理般分两次清理，第一次清理是将残极上附着的较硬电解质大块的震打下来，一般称为一级清理；第二次清理是将阳极炭块表面附着的剩余的较软电解质再清理掉，一般称为二级清理。在清理的过程中将电解质回收再利用。2、选题的目的和意义早期的一次清理是以人工清理为主，工人用大锤敲碎电解质，或者用风镐铁铲将附着在残极上的电解质铲碎。然而人工清理电解质劳动强度极大，生产力低下，同时又造成车间的环境污染，危害职工健康。随着电解铝工业技术的迅猛发展和生产规模的不断扩大，人工清理已经
4、大大地制约了生产的发展和规模的扩大，使用电解质清理机来代替人工清理，安全、高效地处理阳极残极已经是一个发展趋势。于此同时，残极处理生产线和设备也正逐步向全面机械化和自动化的方向发展。电解质清理机设备的需求将越来越大，运用将越来越广泛。电解质清理机在一次清理中的主要装置就是铲碎(破碎)清理装置。它的作用就是代替人工，将残极上较硬的电解质大块的振打下来，充当人工拿风镐或者大锤将电解质清理下来。同时，又要做到不破坏残极本身，大块的电解质能顺利掉下被回收利用，清理速度能适应不同的阳极组装车间的生产速度。3、主要参考文献和技术资料（1）吴中俊: 可编程控制器原理及应用 机械工业出版社 2005（2）廖常
5、初：大中型PLC应用教程 电子工业出版社 2005（3）史国生：视频学工控-西门子S7-200PLC 人民邮电出版社出版社 2010（4）陈伯时：电力拖动自动控制系统 机械工业出版社 2004（5）廖常初：PLC编程及其应用 机械工业出版社 2004（6）李发海：电机与拖动基础 清华大学出版社 2006（7）范建东：可编程控制器原理及应用 东南大学出版社 2003（8）李发海、王岩：电机与拖动基础 清华大学出版社 2003（9）杨渝卿: 控制电机 机械工业出版社 2001（10）齐占庆、王振臣： 电气控制技术 机械工业出版社 2004（11）胡学林：可编程控制器教程 电子工业出版社 2004
6、（12）常晓玲：电气控制系统与可编程控制器教程 机械工业出版社 2005（13）王远： 模拟电子技术 机械工业出版社 1994（14）弭洪涛：PLC应用技术 中国电力出版社 1998（15）侯振程：继电接触器控制 高等教育出版社 1983（16）刘豹： 变频器 机械工业出版社 1992（17）常恒毅：可编程序控制器 人民邮电出版社 1991（18）杨渝卿: 控制电机 机械工业出版社 2001（19）电气传动自动化技术手册天津电气传动研究所 著 机械工业出版社（20） 蔡行健、黄文逾：深入浅出 西门子S7-200 PLC 北京航空航天大学出版社 2004（21）郑凤仪、金沙：图解西门子S7-20
7、0系列 PLC应用88例电子工业出版社 2004（22） S7-200PLC手册 二、 主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程 （一）设计内容1）对电解质清理机自动控制系统工艺过程进行了解，根据工艺过程，对电器及控制部分的硬件进行设计，同时软件实现工艺过程。 2）根据系统要求，对电器部分进行负荷计算。3）根据工艺要求，设置必要的按钮及指示灯。 4）具有故障显示及故障诊断的功能。5）系统应设有手动和自动转换得功能。（二）设计思想及流程返回来的残极由装卸站上线，先经过预碎站处理，后去清理，当进入清理站前，运送来的炭块先用档杆挡住，当钢爪来到档杆前碰到光电
8、开关时，档杆打开且启动变频器和电机，让电机以中速进行运行，碰到档杆后的光电开关时，档杆合上，挡住后面来的炭块。钢爪继续以中速前进，钢爪走到清理机内碰到站门内的光电开关时，站门合上，六台清理电机启动，除尘电机启动，且为了清理干净钢爪低速运行。到清理完成时（碰到出清理站时的光电开关），为了防止清理站内的粉尘进入车间，再经过一段时间的延时，然后打开站门、放下清理完的炭块。钢爪迅速回到档杆位置进入下一个炭块的清理工作。为了工作方便，还应设置自动工作过程，自动过程和手动过程互锁，手动工作进行时自动动作不能进行，反之亦然。（三）解决的关键问题1、根据实际情况计算电动机的功率。利用PLC编程控制整个清洗过程
9、。整个系统必须遵循安全、可靠、优质、经济的原则。2、硬件部分：控制线路满足对电动机的启动、正反转、调速，以及出现事故时的过载、过流、过压、和短路等保护；在满足控制线路应力求简单、经济、可靠、和安全。3、软件部分：了解阳极车间电解质清理机的工作过程，确定I/O点数，绘制软件流程图，进行编程、调试。（四）拟采用的技术方案该清理机系统的控制核心选择采用可编程控制器，配置常规电气控制系统。PLC与继电器均可以用于开关量逻辑控制。PLC的梯形图与继电器电路图都是用线圈和触点来表示逻辑关系。PLC的控制功能主要是用软件（即程序）实现的，继电器控制系统的控制功能是用硬件继电器和硬件接线实现的。PLC采用了计
10、算机技术，具有顺序控制、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制和通信联网等功能，比继电器控制系统的功能强大得多。继电气系统的可靠性差，诊断与排除复杂的继电器系统的故障非常困难。梯形图程序中的输出继电器等是一种“软继电器”，它们的功能是用软件来实现的，因此没有硬件继电器那样的触点易于接触不良的缺点。PLC的可靠性高，故障率极低，并且很容易诊断和排除故障。而继电器的控制功能被固定在线路中，其功能单一，不易修改，灵活性差。PLC的控制方式灵活，有很强的柔性，仅需修改梯形图就可以改变控制功能。继电器系统要在硬件安装、接线全部完成后才能进行调试，发现问题后修改电路花的时间也很多。PLC控制系统的开关柜
11、制作、现场施工和梯形图设计可以同时进行，梯形图可以在实验室模拟调试，发现问题后修改起来非常方便。一般来说，清理机的控制并不复杂，但对工艺过程却有较为严格的要求。铝生产车间电解质具体特点，完成电解质清理的 PLC自动控制系统的设计。本设计通过激光传感器定位，改变移动电机的速，增强了控制先进性和可靠性，清理过程的快速性。此套电解质清理机控制系统的投入彻底改变了以前人工清理带来的安全隐患，而且清理过程中造成电解厂房工作环境粉尘量的超标危害职工健康：从破碎后电解质的使用情况来看，由于主要用于更换阳极后阳极的覆盖和保温，人工清理的电解质颗粒过大，不利于保温，阳极氧化严重，增加阳极的消耗量，不利于电解的生
12、产。（五）工作流程 1、进行总体方案设计论证。对阳极电解质清理机的控制方法有很都种，考虑到设计的要求和经济性，通过PLC软件编程进行控制。 2、硬件方案的设计。供配电设计时，给所有的设备选择三线单相制接线进行供电，其中PLC输出、指示灯和电动机需要220V的交流电供电，PLC输入只需24V直流电供电。硬件设计时，先选择输入设备（按钮，传感器等）以及输出驱动的控制对象，再选择PLC(包括机型、容量、扩展模块、电源模块等)，然后分配I/O点及绘制I/O连接图。 3、软件设计。应用S7-200编程软件对整个控制过程进行编程，并将程序输入PLC后进行软件测试。 三、 毕业设计（论文）工作进度安排第一周
13、：熟悉电解质清理机自动控制系统的工艺流程，针对电解质清理机以及将要使用的控制器进行详细了解。第二周：了解学习设计中应用到的各种软件。并对设计所需要的硬件进行学习。 第三周：根据系统需求设计系统电器部分。并进行负荷计算。第四周：统计计算系统所需输入/输出点数，根据系统要求对控制硬件进行方案比较论证。第五周：根据系统要求设计系统硬件部分，进行方案论证，比较分析不同品牌的PLC性能。第六周：统计计算系统所需输入/输出点数，根据系统要求设计系统硬件部分，进行方案论证，比较分析不同品牌的PLC性能。第七周：统计计算系统所需输入/输出点数，根据系统要求设计系统硬件部分，进行方案论证，比较分析不同品牌的PLC性能。第八周：学习系统的编成软件，根据需要进行软件编程。第九周：学习系统的编成软件，根据需要进行软件编程。第十周：进行系统的调试。第十一周：系统调试，英文资料翻译。第十二周：写说明书、准备进行毕业答辩。 指 导教 师意 见指导教师签字_ 年 月 日
