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辊压粉磨系统的经济适用型控制方案

浏览次数: 日期:2005年6月21日 21:45

辊压粉磨系统的经济适用型控制方案

 

合肥水泥研究设计院 杜明星 许瑞康 许瑞超

 

1

  随着辊压机的应用不断增加,辊压粉磨系统已有多种工艺流程可以选择。如,辊压预粉磨、辊压混合粉磨以及新开发的辊压半终粉磨和辊压联合粉磨系统等。无球磨的辊压终粉磨系统作为国家九 • 五攻关课题也正在进行之中。辊压半终粉磨和辊压联合粉磨系统是目前应用最为广泛的辊压粉磨系统。而与之配套的电气自动化控制系统作为整个辊压粉磨系统不可分割的一部分,起到了稳定工艺参数、提高劳动生产率和文明生产的作用。本文结合安庆白鳍豚水泥有限公司、江苏花山特种水泥厂、江苏湾山水泥厂等厂辊压半终粉磨和辊压联合粉磨系统的应用,对其电气自动化控制过程进行了探索和实践,提出一种经济适用型解决方案。供参考。

2 控制系统的基本配置

  系统方案采用 SIMATIC S7-300 可编程控制器,上位机采用研华工控机,由 Wincc 软件实现系统组态控制。SIMATIC S7-300 可编程控制器采用模块化设计,无排风扇结构且易于实现分布。多种性能的 CPU 和丰富的多种 I/O 模块可供选择。尤其当扩大任务规模时,可随时使用附加模块对 PLC 进行扩展。其电磁兼容性和抗震动、抗冲击性均能够满足工业环境。SIMATIC Wincc 的设计思想是视窗控制中心、建立在标准个人计算机硬件以及 WINDOWS NT/95/98 操作系统下的功能较全面的监控系统。 Wincc 具有全面的开放性,可通过开放的接口开发新的应用软件。 Wincc 的基本系统即可满足我们的控制要求。

3 控制方案的应用

3.1 安庆白鳍豚水泥有限公司
  该水泥厂 4# 水泥磨原为 600t/d 旋窑生产线的水泥粉磨车间,由 Φ3 ´ 9.0m 球磨机加选粉机构成了传统的闭路水泥粉磨系统。技术改造后,增加了两台主机设备: HFCG120/40 辊压机及 SFC500/100 打散分级机各一台。投产后经实物标定,台时平均产量为 55.8 t/h ,电耗为 29.1kWh/t (425# 硅酸盐水泥 , 比表面积 310m 2 /kg) 。在辊压机框架内设两层控制室 ,0.00m 控制室为中控室, 5.50m 控制室为电力室。原磨房控制室保持不变。 5.50m 电力室距原磨房控制室约 40m 。根据合同要求,本项目既作为技术改造同时又作为合肥院九 • 五攻关项目的试验线。故在工程设计中,设计了三种工艺流程。一种为辊压半终粉磨,第二种为辊压联合粉磨系统,第三种为无球磨的辊压终粉磨系统。这三种粉磨流程可按要求随时方便的切换。同时,为配合九 • 五攻关项目的试验,辊压机采用变频调速,振动监测。其工艺流程见图 1 。

3.1.1 控制系统配置及投资
  采用 SIMATIC S7-300 可编程控制器作现场控制站。其中,系统 I/O 站作为 1# 站,辊压机作为 2#I/O 站。磨房原有部分设备由 ET200 组成磨房 I/O 站。磨房 I/O 站和打散机的分级电机的变频器、辊压机活动辊和固定辊的变频器、板链式料饼喂料机的变频器等作为 PROFIBUS-DP 从站。见图 2 。

 

   由图看到,系统网络分两层,其一为 MPI ,即多点接口,其二 PROFIBUS-DP 接口。 MPI 多点接口负责连接两台工控机及 1#I/O 站和 2#I/O 站。 PROFIBUS-DP 接口负责连接 ET200 和各台变频器。 1#I/O 站与 2#I/O 站采用全局数据通讯实现过程控制。
  系统控制点数: AI=48 AO=10 DI=144 DO=64
  上位机:研华工控机 17' 彩显 PIII500 128MRAM WIN98
  投资额: 24 万元
  该配置的特点为: 2 台单用户操作员站,相互独立,相互备用。可一台作为系统监视操作,一台作为辊压机等主机设备的监视操作。

3.1.2 电气系统配置
  对原磨房电气控制柜进行线路改造,为了尽量减少改动工作量,以加转换开关的方式来满足控制要求。新增部分开关柜选用 GCK 抽屉式开关柜。控制方式选择开关设在现场。电器元件选用 ABB 产品。变频器选用 SIEMENS 产品。打散机的分级电机变频器选用 SIEMENS MDV3700/3 ,辊压机主电动机变频器选用 SIEMENS 6ES7035 — 1EK60 250kW ,板链式料饼喂料机的变频器选用 SIEMENS MMV550/3 。为满足通讯要求,各台变频器均配置 PROFIBUS 通讯接口模块。

3.1.3 控制程序设计
  该控制系统设置集中—停止—机旁三种控制方式,选择开关设在现场,机旁优先。控制程序采用模块化结构,主要包括以下几个功能:半终粉磨控制程序,联合粉磨控制程序,终粉磨控制程序,模板状态检测程序,开机画面,历史趋势,报表记录

• 江苏省花山特种水泥厂
  该水泥厂新建一条水泥半终粉磨生产线,由两台球磨机(一台为 Φ2.2×6.5m, 一台为 Φ2.2×7.5m ), HFCG120/40 辊压机及 SFC500/100 打散分级机各一台组成。于 2001 年 2 月投产。在辊压机框架内设中控室。采用库底配料,共有 12 台熟料配料秤,一台石膏秤,一台混合材秤。入磨物料采用粉体喂料秤实现稳定喂料。控制流程见图 3 。

 

3.2.1 控制系统配置及投资
  采用 SIMATIC S7-300 可编程控制器作现场控制站。其中,系统 I/O 站作为 1# 站,辊压机作为 2#I/O 站。打散机的分级电机的变频器、选粉机风机的变频器、板链式料饼喂料机的变频器等作为 PROFIBUS-DP 从站。见图 4 。

   由图看到,系统网络分两层,其一为 MPI ,即多点接口,其二 PROFIBUS-DP 接口。 MPI 多点接口负责连接工控机及 1#I/O 站和 2#I/O 站。 PROFIBUS-DP 接口负责连各台变频器。 1#I/O 站与 2#I/O 站采用全局数据通讯实现过程控制。
  系统控制点数: AI=48 AO=24 DI=80 DO=48
  上位机:研华工控机 17' 彩显 PIII500 128MRAM WINNT
  投资额: 23 万元

3.2.2 电气系统配置
  开关柜选用 GCK 抽屉式开关柜。控制方式选择开关设在各个抽屉上。电器元件选用施耐德产品。变频器选用 SIEMENS 产品。打散机的分级电机变频器选用 SIEMENS MDV3700/3 ,选粉机风机变频器选用 SIEMENS MDV1750/3 ,板链式料饼喂料机的变频器选用 SIEMENS MMV550/3 。为满足通讯要求,各台变频器均配置 PROFIBUS 通讯接口模块。
  3.2.3 控制程序设计
  该控制系统设置集中—停止—本盘三种控制方式,选择开关设在抽屉上,集中优先。控制程序采用模块化结构,主要包括以下几个功能:半终粉磨控制程序,水泥配料程序,稳流称重仓料位自动调节程序,模板状态检测程序,开机画面,历史趋势,报表记录。该程序的特点在于实现多库搭配喂料,根据化验室要求可随时设定各下料点的下料系数,石膏及混合材下料量自动跟踪熟料下料量,而稳流称重仓的料位在 FUZZY — PID 复合调节的作用下始终保持在设定值。各主要设备均设有电流监控,当设备负荷超过上限时,在屏幕画面上出现声光报警;当设备负荷超过上上限时自动停机且关闭与之相关的设备。

• 江苏省湾山水泥厂
  该水泥厂原有一条辊压机生产线。技改后新增一条辊压机生产线。辊压机为 HFCG120/36 ,打散机为 SF500/100 。于 2001 年 3 月投产,在辊压机框架内设中控室,。原磨房控制室保持不变。原配料系统不变,但与新系统互连网。流程见图 5 。

  由图中看到,两套辊压机闭路粉磨系统共用配料系统,共用成品入库的输送设备。共用设备的控制将成为本控制工程的关键。

3.3.1 控制系统配置
  采用 SIMATIC S7-300 可编程控制器作现场控制站。其中, X 线系统 I/O 站作为 1# 站, Y 线系统 I/O 站作为 2#I/O 站。磨房原有部分设备不考虑。打散机的分级电机的变频器、料饼喂料机的变频器等作为 PROFIBUS-DP 从站。见图 6 。

   由图看到,系统网络分三种,其一为 MPI ,即多点接口,其二 PROFIBUS-DP 接口,其三为采用 TCP/IP 协议的网络。 MPI 多点接口负责连接两台工控机及 1#I/O 站和 2#I/O 站。 PROFIBUS-DP 接口负责连接各台变频器。 1#I/O 站与 2#I/O 站采用全局数据通讯实现过程控制。 TCP/IP 协议的网络负责 1#I/O 站、 2#I/O 站与配料站的通讯。

3.3.2 电气系统配置及投资
  新增部分开关柜选用 GGD 式开关柜。控制方式选择开关设在控制柜上,分组切换。电器元件选用 ABB 产品。变频器选用 SIEMENS 产品。打散机的分级电机变频器选用 SIEMENS MDV3700/3 ,料饼喂料秤的变频器选用 SIEMENS MMV450/3 。为满足通讯要求,各台变频器均配置 PROFIBUS 通讯接口模块。
  系统控制点数: AI=80 AO=16 DI=160 DO=96
  上位机( 2 套):研华工控机 19' 彩显 X2 PIII500 256MRAM WINNT
  投资额: 36.8 万元
  该配置的特点为:操作员站一机双屏,可同时进行系统监视操作和辊压机等主机设备的监视操作。

3.3.3 控制程序设计
  该控制系统设置集中—停止—本盘三种控制方式,选择开关设在控制柜上,集中优先。控制程序采用模块化结构,主要包括以下几个功能:联合粉磨控制程序,料饼喂料秤程序,配料仓料位控制程序,稳流称重仓料位控制程序,动态链接程序,模板状态检测程序,开机画面,历史趋势,报表记录
  该程序的特点在于实现 2 个 I/O 站与配料站的数据通讯,从而实现配料仓的料位自动控制。配料仓料位控制采用 FUZZY-PID 复合控制,由 1#I/O 站或 2#I/O 站实时运算出配料总量, Wincc 调用动态链接程序送至配料站来实现配料仓料位的控制。稳流称重仓的料位也采用 FUZZY — PID 复合调节器自动控制料位。各主要设备均设有电流监控,当设备负荷超过上限时,在屏幕画面上出现声光报警;当设备负荷超过上上限时自动停机且关闭与之相关的设备。
  上述控制系统的接地处理:由于使用了多台大功率的变频器,计算机系统的接地处理更显得重要。首先,变频器引致电动机的电缆要求单独穿管,管壁要求可靠接地。计算机系统使用单独接地系统,接地电阻小于 1 欧姆。系统中所有的信号电缆的屏蔽层及通讯电缆的屏蔽层均经汇流排接至接地母线。

4 效益评估

  上述控制系统自投运以来,效益显著,主要体现在:提高设备的使用效率。 通过对辊压机、打散机等相关设备一体化、综合自动化,替代以往靠人工观察和经验进行操作,实现主机设备最优化运行,降低了主机设备故障率,延长其使用寿命和维护周期。同时该系统采用了实时负荷控制,提高了设备的利用率,减少了设备的空转率,实现节能。增强可靠性、安全性。 生产过程实现了全车间的联锁控制、单机的现场总线控制。可通过主机设备运行异常报警和及时关机,避免人为误操作可能造成的设备损害,增强了系统运行的安全性和可靠性。 减轻工人的劳动强度。 通过控制系统各个 I/O 站的实时自动监控联锁,操作工人只须在中控室监视并进行相应操作,现场只须定期巡检。减少了职工的劳动强度,也可减少职工人数,达到减员增效的目的。为未来企业综合自动化和信息管理提供坚实基础。 该系统能保存有关的主要参数运行状况,实时运行曲线,具有丰富的信息管理功能,为全厂管理信息系统( MIS )提供底层数据,并为今后的维护和扩展带来极大的方便。
  综上所述,该控制方案投资省,具有开放性及先进性。是一种控制任务的既方便又经济的解决方案。

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