链篦机回转窑球团烧结过程控制系统研究毕业设计论文

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1、辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）I毕业设计论文 链篦机-回转窑球团烧结过程控制系统研究辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）II摘 要随着我国球团生产技术的不断发展，特别是在生产中链篦机-回转窑设备的比例不断的加大，设备大型化是目前国内外球团生产的一个重要标志，是未来球团发展的总趋势。结合实际本论文对链篦机-回转窑自动控制系统作了深入的研究，通过详细分析球团烧结的现场工艺、控制要求和过程特点，采用先进的自动控制技术完成球团烧结链篦机-回转窑自动化控制系统的设计。通过设计使现场工作人员可以及时了解生产状况,从而有针对性的调整生产工艺参数提高生产质量。结合鞍钢氧化球团生产工艺技术要求，应

2、用西门子 PROFIBUS-DP 现场总线和以太网技术实现链篦机-回转窑球团烧结过程自动化的硬件组态、网络配置、集中管理和自动化控制功能。此自动控制系统的软件设计采用模块化的设计思想，PLC 控制系统采用 STEP7 来完成硬件的组态。在控制系统中组态软件采用 WinCC 6.0 进行系统的集成，以满足在实际生产中的需要。链篦机-回转窑球团烧结生产过程自动化系统的实施，提高了产品的产量和成品球团矿的质量，对提高球团企业的整体经济效益具有推动作用，同时为复杂工业过程控制提供了实用的方法。关键词： 球团烧结，PLC，WinCC 6.0，链篦机-回转窑辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）IIID

3、 DESIGNESIGN OFOF G GRATERATE- -KILNKILN P PELLETSELLETS S SINTERINGINTERING P PROCESSROCESS C CONTROLONTROL S SYSTEMYSTEMAbstractAbstractAlong with the development of domestic pellets production technique and unceasing proportion enlarge of grate-rotary kiln equipment, the large scale equipment is

4、an important symbol presenting domestic and foreign pellet sintering plants, which is the general developing of pellets plants. The paper carries through research on the grate-rotary kiln automatic control system based on the analysis the pellets sintering technology, the control request and process

5、 characteristic. The advanced automatic control technology is adopted to complete the pellets sintering control system design. The production condition is promptly understood by talk with the operators. The paper unifies the production technology request of the oxide pellets sintering process in Ans

6、han iron and steel company to design systematic hardware configuration, network configuration, the centralized management and the automation control function based on the Simens PORFIBUS field bus and the Ethernet technology. The design of systematic software adopts modularization concept. The syste

7、m uses STEP7 to design PLC control system to complete hardware configuration. The configuration software uses WinCC 6.0 in the control system to carry on the system integration in order to meet the actual production need. The implementation of the automated system of grate-rotary kiln sintering prod

8、uction process enhances the product output and pellet quality, raises the economic efficiency, and provides the practical method for the complex industry process control.KeywordsKeywords：pellets sintering integrated，PLC，WinCC 6.0，grate-rotary kiln辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）IV目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪 论 .11.

9、1 球团烧结过程概述 .21.1.1 链篦机-回转窑氧化球团烧结工艺流程.21.1.2 链篦机-回转窑-环冷机的检测和自动控制.31.2 球团烧结主要设备及结构特点 .31.2.1 链篦机结构特点.31.2.2 回转窑结构特点.41.2.3 环冷机结构特点.51.3 工业过程控制的发展与现状 .51.4 论文的主要研究内容与结构安排 .62.1 PROFIBUS-DP 现场总线过程控制系统 .72.1.1 PROFIBUS-DP 概述 .72.1.2 PROFIBUS-DP 网络结构与网络接口 .72.2 工业以太网技术 .82.2.1 工业以太网概述.82.2.2 现场总线与以太网结合.82

10、.3 PLC 在链篦机-回转窑自动控制系统中的应用 .82.3.1 STEP7 编程软件概述 .82.3.2 链篦机-回转窑-环冷机控制系统的机架组态.112.3.3 PLC 控制系统实现的功能 .112.4 小结 .133.1 WINCC 组态软件的体系结构 .143.1.1 用户接口和操作.143.1.2 图形系统.143.1.3 报警系统.153.1.4 归档系统.153.2 利用 WINCC 实现球团烧结过程的实时监测.15辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）V3.3 小结 .20结 论 .21致 谢 .22参考文献 .23辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）11 绪 论铁矿球

11、团是20世纪早期开发出的一种细粒精矿的造块方法。它是富矿资源日益枯竭、贫矿资源大量开发利用的结果。随着现代高炉炼铁对精料的苛刻要求，以及钢铁冶炼短流程的兴起，球团矿在钢铁工业中的作用愈加重要。随着国际、国内市场的不断发展，对产品质量的要求越来越高。因此追求高质量的产品、低成本的消耗成为企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的最首要的保证。我国钢铁企业的劣势之一是铁矿资源品质差，铁精矿质量低，成本高。企业在面对入世后钢材市场激烈竞争的局面，要求生存，求发展，在市场竞争中立于不败之地，必须提高产品质量，降低生产成本，才能与国际市场接轨。我国球团生产发展在相当长时期内一直处于企业数量少、规模小、水平

12、低， “小而散”的生产状态，所生产的球团矿品位低、冶金性能差、质量不稳定，无法满足高炉生产需要。随着我国炼铁工业逐渐形成的以高碱度烧结矿合理配用酸性球团矿为主要形式的高炉炉料结构的确立，促使球团矿成为高炉炉料的重要组成部分。近十多年来，我国球团矿生产得到较快发展，年产量达到3000万t，但仍仅占高炉炉料的10%左右，与国外高达50%甚至更高比例相比，相差甚远，我国球团生产具有良好发展前景。目前在我国链篦机-回转窑氧化球团装置的建成投产和多年的连续生产实践，为我国链篦机-回转窑氧化球团的发展，提供了成熟的经验和可靠的技术依据1。生产中链篦机-回转窑设备的比例在不断加大,设备的大型化是目前国内外球

13、团生产的一个重要标志，是未来球团工业发展的总趋势。针对链篦机-回转窑工艺球团烧结这样的复杂生产过程，自动控制的主要目标是稳定生产工艺状况，避免人为因素造成产品质量和产量的剧烈波动，确保生产能够获得最大的效益，这就对生产过程自动化控制提出了如下的要求：必须通过先进的计算机控制手段实现关键工艺参数的稳定化控制，保证生产产量和质量目标的实现，以获得最大的生产效益，这就是基于生产工艺目标要求的计算机控制问题。实现这一控制目标存在两方面的问题需要解决：复杂工业过程的关键参数稳定化控制和这些参数的优化配置。解决第一个问题，可以降低生产过程的波动，确保生产的安全、稳定和持续运行；解决第二个问题，可以将系统维

14、持在较优的状态，提高产品的产量和质量，提高生产效益。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）21.1 球团烧结过程概述1.1.1 链篦机-回转窑氧化球团烧结工艺流程链篦机-回转窑球团法是一种联合机组生产球团矿的方法2。它的主要特点是生球的干燥预热、预热球的焙烧固结、焙烧球的冷却分别在3个不同的设备中进行。而作为生球脱水干燥和预热氧化的热工设备-链篦机，它将生球布在慢速的篦板上，利用环冷机的余热及回转窑排出的热气流对生球进行鼓风干燥及抽风干燥、预热氧化，脱除吸附水和结晶水，并达到足够的抗压强度（300-500N/个）后 直接送入回转窑进行焙烧，由于回转窑焙烧温度高，且回转，所以加热均匀，不受矿石

15、种类限制，而且可以得到质量稳定的球团。1. . 氧化焙烧系统经过链篦机预热后的球团通过铲料板和给料溜槽给人回转窑中，并在随回转窑沿周边翻滚的同时，沿轴向朝窑头方向移动。在窑头装有专门设计的双调节伸缩式喷煤管，通过煤管伸缩和一次风量变化控制煤粉燃烧的火焰形状和火焰长度。同时将环冷却机一冷段1100 热废气引入窑头罩，作为补充二次风。以保证窑内所需焙烧温度。球团在窑内主要受热辐射作用，边翻滚边焙烧，从而得到均匀焙烧。回转窑内球团焙烧温度1 2501300 ，球团在回转窑中停留时间约为30 min。焙烧好的球团通过回转窑窑头罩内溜槽和固定筛卸到环冷却机受料斗内。2. 成品球团矿冷却系统环冷却机承担回

16、转窑排出的温度近12501300 的热球团矿，其粒度为816 mm，FeO含量低于8，经过窑头罩固定将大块筛出后，通过环冷却机受料斗均匀布在环冷机台车上。球团矿在环冷却机上被冷却，正常冷却时间48 min，同时球团矿中剩余的FeO得到进一步氧化，最终使球团矿中FeO含量降低1以下，温度降到150 以下。环冷却机烟罩分四个区域，一冷段1100 热气通过受料斗上部窑头罩和平行管道直接回回转窑用于提高窑内气氛温度；二冷段760 热气流直接通过热风管道和沉降室返回链篦机预热1段烟罩，用于球团的干燥和预热；三冷段360 热风由风机引至链篦机鼔风干燥段兑入冷风，对链篦机链床上的生球进行鼔风干燥；四冷段90

17、105 废气通过环冷机上的烟筒直接排放。环冷机鼓风机通过风门自动调节冷却风量，控制辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）3回热风温度。1.1.2 链篦机-回转窑-环冷机的检测和自动控制1. 链篦机干燥预热系统链篦机干燥预热系统的检测和控制的项目有链篦机速度、料层厚度的检测和控制；链篦机-回转窑-环冷机速度联动比例控制；链篦机鼔风干燥段、抽风干燥段和预热段烟罩温度及其压力的检测与调节；鼔风干燥段、抽风干燥段和预热段风箱温度及其压力的检测；链篦机回水流量和进水压力的检测与显示。将检测信号送计算机和电气连锁。2. 回转窑氧化焙烧系统回转窑氧化焙烧系统的检测和控制项目有回转窑点火用煤粉量控制；回转窑

18、点火烧嘴用一、二次风量的检测与控制；回转窑窑位的检测及控制；回转窑窑内气体最高温度的检测与控制；回转窑窑皮温度、窑头和窑尾密封罩温度、固定筛水冷回水流量和给水压力的检测。3. 环冷机冷却系统环冷机冷却系统检测和控制的项目有二冷段、三冷段回热风温度的检测和控制，二冷段、三冷段回热风压力的检测、显示和报警；根据排矿温度信号自动控制环冷风机的转速，改变风量，以调节排矿温度；环冷机机速、料厚、卸料斗料位的检测和控制。环冷机冷却风机出口压力、冷却水进水压力和冷却水进水流量的检测显示。1.2 球团烧结主要设备及结构特点1.2.1 链篦机结构特点1. 传动装置传动装置形式为双侧传动，主要由电动机、悬挂减速装

19、置和稀油润滑系统等组成。其驱动方式为：电动机悬挂减速装置链篦机头部主轴装置。为适应链篦机生产能力和原料状况的变化，设计中选用了变频专用电动机进行变频调速，使链篦机运行装置的运行速度在一定范围内实现了无级调速。悬挂减速装置采用三环减速机形式，左辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）4右各一套，通过膨胀套连接悬挂在头部主轴的两端。2. 运行部分运行部分是链篦机的核心，它是由驱动链轮装置、从动链轮装置、侧密封、上托辊、下托辊、链篦装置及拉紧装置组成。驱动装置安装在链篦机的头部链轮轴上装有6个等间距的链轮。轴承采用滚动轴承，该轴承设计成水冷式，同时侧板采用耐热内衬隔热。主轴为中间固定，两端可自由伸长

20、，轴心采用通水冷却措施。侧密封包括静密封和动密封。静密封固定在链篦机的骨架上，动密封由链篦机的侧板所形成。3. 铲料板装置铲料板装置包括铲料板及支承、链条装置、重锤装置及拉紧装置。铲料板的主要作用是将篦板上的物料送入回转窑。重锤装置可以使铲料板做起伏运动，既可以躲避嵌在篦板上的碎球对铲料板的顶啃，又可以防止铲料板漏球，铲料板支撑梁采用通水冷却，以提高其使用寿命。1.2.2 回转窑结构特点回转窑主要由筒体、窑头、窑尾密封装置、传动装置、拖轮支承装置，滑环装置组成。筒体由两组拖轮支承，靠一套大齿轮及悬挂在其上的柔性装置、液压马达驱动筒体旋转，在窑的进料端和排料端分别设有特殊的密封装置，防止漏风、楼

21、料。 1. 窑头、窑尾密封装置：窑尾密封装置由窑尾罩、进料溜罩及鳞片密封装置组成，主要是联系链篦机头部与回转窑筒体尾部，组成链篦机与回转窑的料流通道。窑头密封装置由窑头箱及鳞片密封装置组成，主要是联系回转窑头部与冷却机给料斗，由回转窑筒体来的焙烧球团矿，进入窑头箱后通过其下方的固定筛，由给料斗给到冷却机台车上进行冷却。 2. 筒体：筒体由不同厚度的钢板焊接而成。筒体支承点的滚圈是嵌套在筒体上的，并用挡铁固定在筒体上。 3. 支承装置：本回转窑有两个支承点，从排料端到进料端分别为1号和2号；其中2号靠近传动装置，在安装时定为基准点。每组支承点均由嵌在筒体的滚圈支承在两个拖轮上，它支承筒的重量并防

22、止筒变形。拖轮轴承采用滚动轴承，轴承由通向轴承座内的冷却水来冷却。筒体安装倾斜角度2.5至3.0。由推力挡轮来实现窜窑时筒体的纵向移动。 4. 传动装置：回转窑传动方式有电机-减速机传动方式和柔性传动方式。电机-减速机传动方式由于安全性差、噪音大，新设计的回转窑一般不予以采用。柔性减辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）5速装置提供回转窑的旋转动力，它装在大齿轮上的连杆与筒体连接而使筒体转动。主要由动力站、液压马达及悬挂转速机等组成。 5. 热电偶滑环装置：热电偶滑环装置用于将热电偶的温度信号送到主控仪表室进行监控，以作为温度控制的重要依据。回转窑是一个尾部高，头部低的倾斜筒体。球团在筒体滚

23、动爆落的同时，又从窑尾向窑头不停的滚动落下，最后经窑尾排出，也就是说球在窑内的焙烧过程是一个机械运动、理化反应与热工运动的综合过程。1.2.3 环冷机结构特点环冷机是由支架、台车、导轨、风机、机罩及传动装置组成。环冷机是一个环状槽形结构，由若干可翻转的台车组成环形工作表面，环形式中车两侧围有内外墙，构成环状回转体，内外墙内壁均衬有耐火材料。回转环体上部固定一个衬有耐火材料的环冷机罩。回转环体与固定机罩之间设有砂封装置，防止漏风。环冷机可分成给矿部、高温部（第一冷却段） 、低温段（第二、第三冷却段）和排矿部等几部分。1.3 工业过程控制的发展与现状工业过程控制是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机

24、和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。目前，工业过程控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展3。1. 以工业 PC 为基础的低成本工业控制自动化将成为主流工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成。20世纪90年代以来，由于PC-based的工业计算机（简称工业PC）的发展，以工业PC、I/O装置、监控

25、装置、控制网络组成的PC-based的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径4。2. PLC 在向微型化、网络化、PC 化和开放性方向发展由于最初采用计算机的设计思想和适应各种现场应用的设计思路，因此随着电子事业的飞速发展，PLC已超越了传统逻辑控制的意义5。微型化、网络化、PC化和开辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）6放性将是PLC未来发展的主要方向。1.4 论文的主要研究内容与结构安排 本文对链篦机-回转窑氧化球团烧结工艺进行了充分调研，并且广泛收集了链篦机、回转窑、环冷机的数据参数进行了深入分析研究。链篦机-回转窑自动化控制系统采用西门子PLC控制系统，过程综

26、合自动化系统实现了逻辑连锁控制、基础回路控制、优化控制、运行管理和系统管理等功能12。控制系统在实现“三电一体化”的基础上成功利用PROFIBUS现场总线将ET200M远程I/O系统连接到控制系统中。链篦机、回转窑、环冷却机的自动控制过程应用工控组态软件WinCC 6.0设计完成。本文的结构安排：第一章绪论对链篦机-回转窑氧化球团烧结的工艺流程进行了概述，并对其检测与监控进行了说明。对链篦机、回转窑、环冷机的结构特点进行了介绍，最后对工业过程控制的现状进行了叙述；第二章主要对链篦机-回转窑-环冷机计算机自动控制系统的硬件配置进行了介绍；对现场总线、工业以太网、STEAP7和PLC都进行了详细的

27、说明。第三章主要对链篦机-回转窑-环冷机计算机自动控制系统的软件设计，该设计是基WinCC 6.0工控组态软件完成的。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）72 链篦机-回转窑-环冷机控制系统的硬件配置根据链篦机-回转窑烧结生产线的工艺特点及技术要求，设计的生产过程自动化系统采用西门子的Profibus-DP过程现场总线和工业以太网技术，实现了工控机、PLC、远程I/O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了球团生产的集中管理和分散控制。2.1 PROFIBUS-DP 现场总线过程控制系统2.1.1 PROFIBUS-DP 概述PROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数

28、据传输，中央控制器通过高速串行总线同分散的设备进行通信。原则上，PROFIBUS-DP协议在任何处理器上多可以实现，在微处理器内部或外部安装通用异步收发器即可完成。但数据传送数率超过500 kbps或需要使用IEC1158-2传输技术时，建议使用协议专用芯片。 多数数据交换采用周期方式，除了周期通信方式外，智能现场设备也采用周期性通讯方式，以进行组态、诊断和报警处理。中央控制器周期地读取从站的输入信息，并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比中央控制器的程序循环时间短，在很多应用场合，程序应用时间约为10 S。2.1.2 PROFIBUS-DP 网络结构与网络接口1分段结构为满足PRO

29、FIBUS-DP的最大数据传输速率12 Mbpt的要求，在一条双绞线电缆的总线系统上，最多可以管理和监控127台设备，不过必须分成几段，每断32个站，段与段之间可以用中继器连接，与MPI协议网络一样，在最低通讯速率时，两中继器之间的通讯距离可达1000 m每段的首尾接口都必须接终端电阻。2主站与从站主站分为1类主站和2类主站。1类主站可以是带DP口的（或DP通讯模块）S7-300、400，或者是带通信卡的PC，可以从站发送和接收数据；2类主站通常为编程器和辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）8操作面板，2类主站只能有选择性地接受从站发送给1类主站的数据，而不能从站发送和接收数据进行控制，从

30、站是被动的节点必须在它的1类主站的控制下发送数据，从站可以是S7-200/300/400和PC等。2.2 工业以太网技术2.2.1 工业以太网概述 所谓工业以太网，是指其在技术上与商用以太网(IEEE802.3标准)兼容，但材质的选用、产品的强度和适用性方面应能满足工业现场的需要。2.2.2 现场总线与以太网结合如今的控制网络中，工业以太网己经成为企业层和控制层的主要网络技术。工业以太网贯穿于整个工业控制网络的各个层次，在提高了带宽和响应时间的同时，以其良好的互连性和可扩展性使之成为真正的开放式网络。2.3 PLC 在链篦机-回转窑自动控制系统中的应用由于链篦机-回转窑自动化控制过程的复杂性，

31、其计算机控制系统考虑采用分散控制和集中管理的分布式控制模式，采用以PLC为核心的控制。PLC控制系统采用STEP7 V5.1来完成硬件组态、地址和站址的分配以及PLC程序编制、测试、调试和文档处理。2.3.1 STEP7 编程软件概述本系统采用SIMATIC S7-400的配套编程工具STEP 7完成硬件组态、参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理13。STEP 7中集成的SIMATIC编程语言和语言表达方式符合EN61131-3或IEC1131-3标准，并运行在操作系统Windows 98/2000下并与Windows的图形和面向对象的操作原则相匹配。STEP 7标准软件包提供的应用

32、工具如图2.1所示。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）9图 2.1 STEP 7 标准软件包(1) SIMATIC管理器：SIMATIC管理器集中管理有关SIMATIC S7、SIMATIC M7、SIMATIC C7的所有工具软件和数据，编辑所选数据所需要的工具由SIMATIC Manager自行启动。(2) 符号编辑器：符号编辑器可以管理所有的共享符号，具有为过程信号（输入输出） 、位存储和块设定符号名和注释分类功能；从/向其它Windows程序导入/导出的功能。用这个工具生成的符号表可供所有其它工具使用，因而对一个符号特性的任何变化都能自动被其它工具识别。程序块中可采用符号、注释来

33、代替抽象的绝对地址，程序的可读性好，易于调试和维护。(3) 诊断硬件：该功能能够提供可编程控制器状态的一个概况。这个概况中可以显示符号指示每个模板是否正常或有故障。双击故障模板显示有关故障的详细信息。信息的范围依据各个模板而定。(4) 编程语言：用于S7-300和S7-400的编程语言梯形逻辑、语句表和功能块图是标准软件包的一个集成部分。(5) 硬件组态：为自动化项目的硬件作组态和参数赋值，具有以下功能：组态可编程控制器；组态分布式I/O、组态中央I/O和以通道为单位的I/O；给CPU赋值参数的过程中通过菜单的指导设置属性；用对话框设置方式实现模板的参数赋值。(6) NetPro网络组态：用于

34、定义经MPI网络连接的自动化组件之间的时间中断，循环数据传送或者定义用MPI、SINE L2、SINEC H1事件中断的数据传输。(7) 生成用户程序：STEP 7提供语句表（STL） 、梯形图（LAD）和控制功能图（FBD）等编程语言；而且，为了某些特殊的任务，还有另外的编程语言或面向工艺的组态可供使用，这些都是模块化SIMATIC工控软件的一部分。S7 CPU操作系统连续循环地执行OB1。PLC上电，OB100(启动模块)结束后，操作系统调用OB1，当OB1运行结束后操作系统再次启动OB1。在OB1中编制逻辑程序或调用其辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）10他功能块，下载后CPU就扫

35、描执行用户程序；扫描周期开始，操作系统先读取输入值并录入过程输入映像表中，接受各种全局数据，CPU在处理过程中将使用这些值；程序计算的输出值存放在过程输出映像表中，扫描结束，操作系统读取输出值传送到过程输出口，并发送全局数据；如此循环执行（如图2.2所示） 。图 2.2 S7 系列 PLC 的扫描过程球团烧结过程计算机控制系统的程序设计采用模块化、结构化编程，应用OB、FB、FC 块及相关数据块DB组成球团生产自动控制程序，在软件设计中采用了抗干扰措施。2.3.2 链篦机-回转窑-环冷机控制系统的机架组态系统通过现场总线与工业以太网实现主站与主站，从站与从站，从站与现场设备之间的连接实现了全自

36、动化的远程控制，其机架组态如图2.3所示。西门子PROFIBUS-DP现场总线及ET 200系列分布式I/O的使用降低了系统设计、制造、安装、维护的成本，易于扩展，可有效提高生产效率。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）112.3.3 PLC 控制系统实现的功能整个球团生产自动控制由下位机PLC完成实时控制，通过开放的PROFIBUS-DP图 2.3 链篦机-回转窑-环冷机系统的 PLC 机架组态现场总线连接各个部件，构成分布式控制系统，实现顺序控制、逻辑控制、联动和连锁控制以及信号传输、报警和数据采集等，同时设有人工紧急停车处理按钮。EWS 工程师站提供方便的 PLC 和监控软件在线和离

37、线维护、测试和开发功能。球团烧结生产过程控制系统的 PLC 程序采用结构化程序设计方法，分为组织块、功能块、功能块和共享数据块四种类型。链篦机-回转窑氧化球团生产的控制系统的运行可分为三个阶段，即启动阶段、正常运行阶段和停止阶段。在启动和停止阶段需要完成链篦机机组、回转窑机组和环冷机机组等设备装置的启停操作，而正常运行阶段主要实现对各个生产过程变量的控制调整操作，包括基本的回路闭环控制操作和高级的优化控制操作。因此链篦机-回转窑氧化球团生产综合自动化系统的过程控制功能包括逻辑连锁控制、基础回路控制和优化控制功能。这里主要介绍逻辑连锁控制功能和基础回路控制功能。1. 逻辑连锁控制功能逻辑连锁控制

38、可实现各设备装置的单机起停操作和全线联动起停操作。逻辑连锁辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）12控制读入开关、触点状态，检查各设备的工作条件和约束关系，送出开关量输出信号，控制各设备电动机的起动和停止、阀门的开启和关闭等。对电机和风门进行顺序控制，并不是手动操作规程的简单排列，而是综合考虑对象的启停特性、信息的变化规律和故障的处理方法等因素后，进行分析排列，从而整理出自动操作的逻辑关系。2. 基础回路控制功能基础回路控制可实现各生产过程工艺参数的准确控制操作。在链篦机-回转窑氧化球团生产过程综合自动化系统中，设计了自动配料，造球水分，链篦机的速度、鼔干段罩内温度、抽干段罩内温度和预热段罩

39、内温度，回转窑的转速、点火用煤粉量，点火烧嘴用一、二次风量和窑内气体焙烧温度，回转窑事故停机时的紧急慢动控制，环冷机速度，链篦机-回转窑-环冷机速度联动比例等控制回路。球团烧结生产过程控制系统的主要控制功能设计控制系统的设备基本操作有两种方式，即就地手动方式和PLC远方集中方式，如图2.4所示。所有的工艺和附属的电动设备均由PLC系统来监控。除电机的起停、操作选择、接触器、热继电器等常规控制信号由处理外，大电机运行电流信号也以标准信号送进PLC系统，进行监视。图2.4 PLC控制系统的主要控制功能2.4 小结 本章主要叙述了链篦机-回转窑-环冷却机自动控制系统采用西门子的Profibus-DP

40、过程现场总线和工业以太网技术，实现了工控机、PLC、远程I/O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了球团生产的集中管理和分散控制。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）133 链篦机-回转窑控制系统的计算机监控研究组态监控软件体系结构是针对系统硬件体系来划分的，因此必须对系统的硬件结构和功能实现有比较透彻的了解和分析，再根据实际情况设计具体实现方案。本章主要介绍链篦机-回转窑自动化控制系统上位机组态软件的设计和实现。3.1 WinCC 组态软件的体系结构WinCC工控组态软件是德国西门子公司委托美国Micrsoft公司为其开发的基于Windows 2000的大型HMI应

41、用软件，它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件，提供一个友好的用户界面，使用户可根据实际生产需要生成相应应用软件14。对WinCC的主要子系统叙述如下：3.1.1 用户接口和操作1可组态的用户接口：用户接口的布局(屏幕画面)使得用户和过程之间的对话更加灵活，而且更加面向任务。屏幕可以分割为总浏览区、工作区、按键区，这样可以提供更清晰的画面。2访问授权和用户管理：可以禁止访问每个生产过程、记录或WinCC的操作，以防止没有授权的存取，包括修改设定值、选择图形画面或从过程控制中调用组态软件。3.1.2 图形系统1图形

42、系统的任务：显示静态画面和操作者可控制的画面元素；更新动态画面元素；对操作员输入作出反应；2图形系统组件构成：图形编辑器是图形系统的组态组件，是用于创建画面的编辑器；图形运行软件是图形系统的运行组件，显示运行系统中的画面上的图片，并管理所有的输入和输出。3模块库：模块库有助于用户高效创建用户画面，在组态期间采用拖放方式将模块库中的对象插入过程画面。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）143.1.3 报警系统1报警记录的任务：在WinCC中，报警记录编辑器负责消息的采集和归档，包括过程、预加工、表达式、确认及归档等消息的采集功能。报警系统给操作员提供关于操作状态和过程故障状态的信息。2报警记

43、录的组件构成：报警记录组件由组态系统组件和运行系统组件组成： 报警记录组态系统组件为报警记录编辑器，用来定义显示何种报警、报警的内容、报警的时间。 报警记录运行系统组件主要负责过程值的监控、控制报警输出、管理报警确认。报警以列表形式显示在WinCC报警控件中。3.1.4 归档系统1归档系统的任务：过程值归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程数据，所获得的过程数据可用于获取与设备的操作状态有关的管理和技术标准。归档系统除了用于过程值的处理外，还用于对报警进行归档。2归档系统的组件： 变量记录是归档系统的组态组件，用于确定对哪些过程值进行归档以及何时归档。图形编辑器提供在线趋势控件和在线表格控

44、件，在画面中显示过程值当前的发展进程。 变量记录运行系统是归档系统的运行系统组件，负责把运行系统中必须进行归档的过程值写入过程值归档，以及从过程值归档中读出已归档的过程值。3.2 利用 WinCC 实现球团烧结过程的实时监测球团烧结过程计算机监控系统上位机部分由工程师站和操作员站组成。工程师站(ENS)由高档微机组成，具有系统数据库组态、设备组态、图形组态、控制语言组态、报表组态、事故库组态、离线查询、程序调试下载等功能；操作员站(OPS)由高档微机或工业微机组成，具有流程图显示与操作、报警监视及确认、日志查询、趋势显示、参数列表显示、控制调节、在线参数修改和报表打印等功能。计算机监控系统人机

45、接口(HMI)部分采用WinCC组态软件来完成球团烧结生产过程的数据管理、数据采集、报警、趋势、数据记录及中文报表等工作。操作员通过操作终端详细了解全厂生产运行情况，并可下达操作控制指令，指挥全厂生产，实现全厂自动化控制。其功能主要包括：1. 生产监测功能辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）15链篦机-回转窑球团生产过程的主要工艺参数如：烟罩温度、风箱温度、链篦机料厚、回转窑焙烧温度、窑头温度、窑尾温度等均由自动化仪表进行在线检测，由计算机控制系统进行线性化及数字滤波等处理；所有工艺参数实时地显示在动态工艺流程图画面中。在这类画面中，除形象地示出熟料窑生产工艺流程外，能实时、准确地在其相应

46、的位置上显示各种工艺参数的实际值、报警状态和操作状态等；采用软件的标准画面形式，根据变量的相关性安排总貌画面显示内容，越限报警值，完成自动/手动切换、给定参数设置等功能。对重要参数采用趋势图形式进行记录和显示；按照操作人员的操作习惯，将相关的参数分组设计模拟监视画面，显示各种参数的设定值、检测值、报警值、操作值和阀门开度。2. 人工信息设定功能实现各种控制给定值的设定与调整，以及回路控制参数和生产条件参数的在线输入、选择和修改；实现设备状态参数的在线输入、选择和修改。3. 生产安全管理功能对设备故障进行报警，对设备的维护进行管理，保证设备的安全运行；针对关键设备的启停，定义操作条件进行限制保护

47、；对自动控制和软手动控制过程中，对操作人员可能出现的误操作，应用软件包具有采取相应的补救措施的功能。4. 生产报表打印功能实现生产报表统计功能。对于重要的热工参数、电气参数及计量数据记录报表打印。统计报表以小时、班次、日、月为单位累计计算，并以报表形式输出。监视参数记录报表可随机和定时两种形式打印生产过程监控参数。工艺参数趋势曲线(实时趋势及历史趋势)显示与打印；实现报警/事件记录和报表功能，包括操作员操作记录，工艺参数或设备状态与控制方式改变，报警产生、确认等信息的显示与打印；数据统计分析功能。历史数据采集与自动归档存储；以历史趋势图和统计报表自动记录历史数据，为日后的事件分析提供依据。5.

48、 系统管理功能辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）16按操作员、系统工程师、管理人员的不同级别进行注册，实现用户控制权限分级管理功能；能够增加和删除用户，对用户的权限进行设定和用户密码进行修改；系统自动记录系统事件和用户操作，同时对系统异常进行报警；在各回路控制程序的编制过程中把安全、可靠性放在首位，对参数越限、系统通讯故障、硬件采集故障采取相应的措施；出现操作员站掉电、工作站掉电或网络通讯故障等情况下，控制程序应具有防止回路设定值异常、甚至回零现象发生的功能，除及时进行报警外，采取相应的措施；对系统硬件采集故障、检测仪表、变送单元等故障所出现的采集信号异常应能采取相应的措施，保证控制回路

49、正常工作，生产过程安全。6. 系统导航功能实现系统内部导航的功能；实现各监控画面之间的切换和各个子系统间的切换的功能。在弓长岭球团厂链篦机-回转窑工艺球团烧结综合自动化系统中，基于 WinCC 组态软件开发的监控系统在架构上主要以链篦机-回转窑球团烧结工艺流程和相关设备为线索，鉴于时间原因只对链篦机-回转窑-环冷机的流程实现相应的监控自动化系统功能。图 3.1-图 3.5 为系统监控图。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）17图 3.1 链篦机、回转窑、环冷机综合监控画面图 3.2 链篦机球团干燥系统工艺流程画面辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）18图 3.3 回转窑球团烧结系统工艺

50、流程画面图 3.4 环冷机球团冷却系统工艺流程画面辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）19图 3.5 成品贮存、输送系统工艺流程画面3.3 小结本章主要介绍了链篦机-回转窑-环冷机球团烧结过程上位机软件组态的结构和实现方法。利用组态软件 WinCC 生动准确的画面描述工业控制流程。辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）20结 论本文基于链篦机-回转窑球团烧结的工艺过程，结合弓长岭矿业公司 200 万吨氧化球团厂链篦机-回转窑球团烧结综合自动化设备控制系统，对链篦机、回转窑、环冷机进行了详细的介绍。通过详细的研究工业控制中积累的大量数据，从这些数据中挖掘有用的知识，用于指导对工业对象的自动

51、化控制。从球团的工艺结构开始研究，详细的介绍的回转窑、链篦机、环冷机的结构特点，并对其检测与监控进行了说明，通过先进的计算机控制手段实现关键工艺参数的稳定化控制。本系统采用西门子的 PROFIBUS-DP 过程现场总线与工业以太网技术的融合，使现场的主要设备与 PLC 连接，实现了球团生产的集中管理和分散控制。本设计是应用工控组态软件 WinCC 6.0 对链篦机-回转窑-环冷机的工艺流程做出生动准确的画面描述，为现场提供了更好的人机界面，使操作人员详细的了解生产运行情况，并可下达操作控制指令实现整体的自动化控制。链篦机-回转窑-环冷机球团烧结生产过程自动化系统的实施，提高了产品的产量和成品球

52、团矿的质量，对提高球团企业的整体经济效益具有推动作用，同时为复杂工业过程控制提供了实用的方法。现代球团烧结过程的控制非常复杂， 。针对链篦机-回转窑工艺球团烧结这样的复杂生产过程，本自动控制的设计是稳定生产工艺状况，避免人为因素造成产品质量和产量的剧烈波动，可以将系统维持在较优的状态，保证生产产量和质量目标的实现，以获得最大的生产效益。致 谢本次毕业论文全程都是在*老师亲自指导下完成的。王老师渊博的学识，严谨的辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）21治学态度深深地感染了我，他为人和蔼、诲人不倦，虽然工作繁忙但每次都给予我无私而细致的帮助，并且提供我一些资料和现场数据使得我的毕业论文得以顺利

53、地完成。这里仅代表我个人向他表示诚挚地感谢。回首我的大学时光感慨颇多，两年的航程岁短暂但不乏收获。 “海阔凭鱼跃，天高任鸟飞”感谢辽宁科技大学所有给我上过课的老师，是您们提供了我一个学习知识、展示自己的平台，虽然不能一一罗列您们的名字，但借此机会向您们献上我内心最真诚的感谢和祝福。同时也感谢*，*同学给予的帮助，感谢你们提出的宝贵意见，在这里一并表示感谢，谢谢！辽宁科技大学成人教育学院毕业设计（论文）22参考文献1 张一敏. 球团矿生产知识问答M 冶金工业出版社.2005，2.2 张一敏. 球团矿生产技术M 冶金工业出版社.2005，69-73.3 刘鑫. 我国工业控制自动化技术的现状与发展趋

54、势J 电气时代.2003,（12）:22-25.4 黄雄辉. 工业过程控制中 PLC 监控系统的设计开发J 控制过程.2003,（5）:15-15.5 王永华. 现代电气及可编程控制技术M 中国轻工业出版社.2002.71-73.6 刘树波，王媛，微机监控系统中 PLC 与上位机通讯的研究J 长江科学院院报.1999，16(5):7-9.7 刘美，李桢，朱学峰 基于微机监控网络的 DCS 系统J 控制工程.2003,5:17-20.8 方晓柯. 现场总线网络技术的研究D 东北大学.2005.9 于忠斌，丁恩杰.工业以太网与现场总线技术J IB 智能建筑与城市信息.2004,（6）:31-33.10 薛凌燕，李正军.基于工业以太网和现场总线的集散控制系统J 兵工自动 化.2007:26(1)62-62.11 陈华.工业控制网络与现场总线技术M 机械工业出版社.2006.12 王介生, 张勇, 丛峰武, 等. 鞍钢 200 万 t 氧化球团链篦机-回转窑系统的设计J. 烧结球团. 2005, 30(4): 9-13.13 SIEMENS Company.STEP 7 V5.0 Programming handbook，1998.14 SIEMENS Company.SIMATIC WinCC V6.0 handbook，2000.