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1、分类号： TP29 XX大学本科毕业论文题 目： 电石炉电极压放PLC控制系统组态设计 院 系： 信息工程学院 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期：2011年 6月24日论文答辩日期：2011年 6月 28日 摘要本文研究了电石炉的生产原理、工艺流程，并对电石生产的主要设备进行详细介绍和说明;其次，设计了电石炉控制系统，对该系统的硬件设备进行选型和安装，并完成了下位机PLC的程序设计和上位机Win CC监控软件的画面设计。 其中，在研究了电石生产工艺流程的基础上，用工控机和可编程控制器建立了计算机控制系统。下位机采用具有模块化结构的可编程控制器Siemens S7-300
2、完成数据采集和对生产工艺的控制。上位机采用Win CC组态软件设计了监控应用程序，提供了友好的人机交互界面和实时数据管理功能。目前，该电石炉控制系统已投入运行，系统的应用降低了人工劳动强度，改善了电极电流的稳定性，提高了电石生产自动化水平，并达到了节能降耗、提高生产效率的最终目的。关键词: 电石炉控制系统； PLC； Win CC Abstract To begin with, the principle and flow of the Calcium Carbide furnace production were introduced. Furthermore, the control sy
3、stem was designed, the hardware of the system is selected and installed, and then the PLC software and monitoring software with WinCC in the PC were finished. Which,in the study of thecalcium carbideproduction processbased on, With theIPCandPLCcomputer control systemestablished.Lower machine has a m
4、odular structure,Siemens S7-300 prammable controller for data acquisition and control of the production process.PC with Win CC configuration software designed to monitor applications,provides a friendly interactive interface and real-time data management capabilities. The Calcium Carbide furnace con
5、trol system has been put into practice, which releasesthe labor intensity, enhances the stability of electrode current, improves the automation levelof Calcium Carbide production, and realizes the ultimate objects of energy saving andproductivity increase.Key words: Calcium Carbide furnace control s
6、ystem； PLC； WinCC目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 电石工业发展前景11.3 项目背景与研究意义21.3.1 项目背景21.3.2 研究意义31.4 研究内容31.4.1 研究内容31.5结构安排3第二章 电石炉生产工艺及设备52.1 电石炉生产原理52.1.1 碳化钙反应机理52.1.2 电石炉电极特性62.1.3 电石炉中的电热过程72.2 电石炉生产工艺及设备82.2.1 电石炉系统的高压电路9第三章 电石炉控制系统设计143.1 控制系统实现功能143.2 测控信号和技术方案153.2.1 采集信号的技术方案153.2.2 输出信号的技术方案163.3 控制系统
7、的硬件设计方案173.3.1 控制系统的总体配置173.3.2PLC 硬件选配与设计193.4 电石炉控制系统中的PLC程序设计243.4.1 PLC程序的整体设计243.4.2 数据采集和处理263.4.3 软件滤波方法293.4.4 变压器有载调压控制313.4.5 电极压放控制32第四章 上位机组态设计和实现364.1数据通信364.2监控界面的设计38第五章 总结4345沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 引言1862年Hare和Wohler在实验室中首次利用Zn 、与C等原料制得，三十年后Moisson和Willson用CaO和煤在电炉中制成了。由于这种碳化钙是
8、在电炉中反应生成，于是我们俗称它为电石，电石工业品是灰色、黄褐色或黑色的固体，它是有机合成工业的重要基本原料，利用电石与水反应生成的乙炔可进一步合成有关系列产品，如乙醛、醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、合成纤维、合成橡胶、合成树脂及有机溶剂等，还可用于金属的切割和焊接。 电石炉内利用三相电极间短路电弧所产生的高温热能将生石灰、焦碳等原料熔融后反应生成CaC，即工业电石。在电弧高温生产电石过程中，电石炉内温度值的改变是通过调节电极碳棒插入炉料的深度来控制的，并且其温度值一般是利用三相原边电流的大小来间接测算的，当电极下降时电流值增加，反之则电流值减少，因此电极升降控制系统是电石生产的重要部位，电极电流
9、值的大小和稳定性是影响电石生产质量及能耗大小的关键因素。在电石生产过程中如果仅依赖人工进行手动操作，这不仅使得人工劳动强度加大，而且会使三相电极平衡难以调节、三相电流值不稳定，甚至容易造成断弧或跳闸现象，由于目前国内电石生产的自动化水平仍然较低，使得电石生产的电能损耗增加，生产效率和质量难以提高，从而导致产品缺乏国内外市场竞争力，因此提高现有设备的自动化水平、完善电石炉系统控制机制、加强生产的安全性能是改善当前比较落后的技术现状的有效途径之一。1.2 电石工业发展前景 根据统计，2010年，我国电石能2400万吨，分别是2005年的1.41倍和1.64倍。符合电石行业准入条件的企业共有312家
10、，企业平均规模6万吨/年，年产能10万吨以上的企业数量超过10%，最大的厂家的生产能力已近百万吨/年。开工率仅为50%-60%。在产能严重过剩的同时，采用节能环保大型密闭炉的产能仅占总产能的20%。大型密闭炉电炉电耗和综合能耗分别为3100千瓦时/吨和1吨标准煤/吨，而目前国内大部分电石炉电耗和综合能耗分贝为3400千瓦时/吨和1.1吨标准煤/吨。产能过剩和因技术装备水平落后带来的成本压力，正导致电石行业利润水平下降、甚至濒临亏损。2010年，碎叶节能减排政策的持续发力，国家对于电石行业的要求将更加严格。 目前电石整体市场陷入僵持和观望之中。市场呈现出两种不同的状况：一方面，电石到货较多库存较
11、大，排队卸货较为明显的PVC企业，下压电石接受价的现象仍有出现；另一方面，遭遇限电的部分电石主产地区因产量减少货源供应不足，所以释然性上调出厂价格，或者是前期接受偏低的PVC企业，在到货明显减少后重新上调电石收价，带来价格反弹。 由于我国电石消费对于聚氯乙烯行业的依赖程度较大，金融危机爆发后至今聚氯乙烯行业一直处于低迷状态，倒是电石企业的生产经营到很大影响。1.3 项目背景与研究意义针对电石炉项目提出的具体设计要求，以节能降耗、降低人工劳动强度为目标，本课题围绕电石炉系统的控制部分展开研究和设计。以下就本课题的项目的研究意义。1.3.1 项目背景我国电石生产设备整体技术水平较低，整个生产过程需
12、要借助人工进行手动炒作，各项电气参数均要通过观察现场仪表才可获得，由于人工操作缺乏规范性，电石产品的质量和效率得不到有效的保障。目前继电器电路被广泛的采用于的电石炉控制系统中，由于继电器系统对生产工艺发生变化的适应性差，使得控制系统存在可高性差、诊断与排除故障非常困难等缺陷。鉴于人工操作和继电器系统存在的种种问题，本课题以密闭电石炉工艺和现场设备，选取西门子PLC、工控机以现场仪表等设备来设计电石炉控制系统。该电石炉项目的设计要求包括：各项工艺参数显示、电极升降控制、电极压放控制、电能累计及报警保护等。1.3.2 研究意义 该项目结合先进生产工艺和自动化控制设备，研究电石炉相关工艺参数和运行控
13、制模式。采用计算机监控系统取代人工经验操作，结合设计工艺参数和控制参数，合理设计计算机控制系统的软硬件，并达到规范生产过程、提高自动化水平的设计效果。 电石炉控制系统投入运行后，可视化的计算机操作界面和报警保护能是人员劳动强度降低，并能实时有效的掌握现场设备运行情况，从而提高生产的安全性和可靠性。电极自动压放的次数。1.4 研究内容 1.4.1 研究内容 （1）研究电石炉的生产原理、工艺流程，详细介绍电石炉的主要设备。 （2）设计电石炉控制系统，研究该系统的硬件选型和安装、下位机PLC的软件设计和编程以及上位机Win CC软件的监控画面设计。 （3）研究电石炉中的电极压放控制系统PLC编程设计
14、。 （4）对电极控制系统PLC程序分析并进行调试。沈阳化工大学学士学位论文 第二章 电石炉生产工艺及设备第二章 电石炉生产工艺及设备 电石炉俗称卡石，其化学名称叫碳化钙。碳化钙的分子式，分子量为64.100其工业品是灰色、黄褐色或黑色固体，含碳滑盖较高的呈紫色，通畅所售的电石是指工业碳化钙，它是由生石灰和焦炭放在电炉中加热到20000生成的。电石中除含大部分碳化钙外，还含有少部分其他杂志。电石是有机合成工业的重要基本原料，利用电石为原料可以合成一系类的有机化合物，为工业、农业、医药提供原料。以电石乙炔为原料可制取乙烯、氯丁橡胶、氰胺化钙、乙酸、三氯乙烯等，电石也可做钢铁的脱硫剂和用于金属的切割和焊接。2.1 电石炉生产原理2.1.1 碳化钙反应机理 电石是石灰与碳素材料在电阻电弧中制成的，在工业生产的过程中，石灰与碳素材料冶炼生成碳化钙是通过两种
