增濕塔自動(dòng)控制系統(tǒng)

增濕塔自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：201001010125專業(yè)：10自動(dòng)化1班(卓越班)報(bào)告人：張璞選題背景01設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介02軟件設(shè)計(jì)04硬件設(shè)計(jì)選型03選題背景及意義1水泥廠在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是一個(gè)水泥生產(chǎn)大國(guó)。水泥總產(chǎn)量連續(xù)多年居世界第一位，約占世界總產(chǎn)量的一半。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的固定資產(chǎn)投資越來越大，水泥的生產(chǎn)需求也越來越高，同時(shí)因?yàn)樗嘈袠I(yè)可觀的利潤(rùn)，我國(guó)的水泥生產(chǎn)企業(yè)也越來越多。但于此而來也伴隨著一系列的問題。其中環(huán)境問題是其中最重要的。某地水泥廠污染作業(yè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介1增濕塔在水泥生產(chǎn)工作的重要作用近年來，大多干法水泥生產(chǎn)線采用增濕塔對(duì)窯尾大量的高溫廢氣進(jìn)行處理，因?yàn)槠洳僮鞣€(wěn)定可靠、投資較低，取得了良好的效果。增濕塔一方面可以降低煙氣溫度，另一方面可以調(diào)節(jié)煙氣的比電阻，使電除塵器效率提高。對(duì)袋式除塵器而言，入口氣體溫度有限制，適當(dāng)噴水可以調(diào)節(jié)溫度；對(duì)電除塵器而言，噴水調(diào)節(jié)比電阻可以使煙氣中粉塵電荷變化，使極板更容易吸附粉塵，從而提高電除塵器的收塵效率。電力除塵2工作原理：靜電除塵器利用高壓直流電場(chǎng)使空氣中的氣體分子電離，在電場(chǎng)力的作用下向兩極運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過程中碰到氣流中的粉塵顆粒和細(xì)菌使其荷電，帶點(diǎn)的粉塵顆粒在電場(chǎng)的作用下向相反的沉降極運(yùn)動(dòng)。被補(bǔ)集的固體粉塵，通過清灰過程把附著在沉降極的粉塵震落集塵箱。被補(bǔ)集的液珠由重力作用流入器低的集流槽。電除塵的性能很大程度上取決于灰塵的比電阻。實(shí)踐證明，噴霧增濕一方面可以降低煙氣溫度，在一定條件下可以使比電阻處于有利收塵的范圍；另一方面可以增加粉塵表面的導(dǎo)電性，從而降低比電阻。3增濕塔的結(jié)構(gòu)增濕塔主要由五部分組成，分別是：塔體、噴水裝置、水泵站、控制裝置、外保溫層。4增濕塔的布置方式在我國(guó)，絕大部分的增濕塔都布置在窯尾的高溫風(fēng)機(jī)之后，除塵器之前。也有布置在窯尾預(yù)熱器之后，高溫風(fēng)機(jī)之前的。5增濕塔前置的優(yōu)點(diǎn)（1）大大改善窯尾高溫風(fēng)機(jī)的工作條件。窯尾高溫機(jī)是燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。他的工作狀況直接關(guān)系到整條生產(chǎn)線產(chǎn)量和水泥熟料質(zhì)量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定。另外廢氣中還有較多粉塵，通過增濕塔將一部分粉塵收集下來，減少風(fēng)機(jī)風(fēng)葉結(jié)灰和磨損，風(fēng)機(jī)葉輪失衡的隱患也大大減少，從而提高風(fēng)機(jī)工作的可靠性和受用壽命。（2）減短窯尾管道。通常增濕塔高度在40米以上。因窯尾管道減短，減少管道上塔架的混凝土支撐，從而降低生產(chǎn)成本。（3）省去增濕塔。爬梯采用后置多數(shù)生產(chǎn)線，因?yàn)楣に嚥贾迷?，增濕塔距離預(yù)熱器塔架較遠(yuǎn)，因此增濕塔需要單獨(dú)設(shè)置爬梯。增濕塔靠近預(yù)熱器塔架后可以從塔架直接步入增濕塔平臺(tái)，從而增濕塔不必單獨(dú)設(shè)置爬梯，不僅減少增濕塔制造安裝費(fèi)用，而且增強(qiáng)了增濕塔維修人員的安全感。

（4）增濕塔更易操作。由于增濕塔一般是通過出口溫度來調(diào)節(jié)噴水量，如增濕塔后置，原料磨啟動(dòng)時(shí)，增濕塔入口廢棄突然減少，增濕塔噴水量往往不能及時(shí)調(diào)整，水霧不能完全蒸發(fā)，導(dǎo)致增濕塔濕底，容易造成排灰裝置堵料，或讓濕料進(jìn)入原料均化庫(kù)。6增濕塔噴霧系統(tǒng)的工作原理在增濕塔的入口及出口處均裝有溫度傳感器，當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)到的溫度通過變送器將溫度信號(hào)發(fā)送給控制柜里的PLC，當(dāng)檢測(cè)到增濕塔入口處溫度高于某一設(shè)定值時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出水泵開啟供水的命令，噴霧系統(tǒng)開始工作。同時(shí)在增濕塔出口處的溫度傳感器也將開始工作，與入口處原理相同，電氣控制柜里的PLC會(huì)通過運(yùn)算后，輸出一個(gè)4-20mA的控制信號(hào)，從而控制噴霧系統(tǒng)的噴水量。同時(shí)，PLC檢測(cè)到入口溫度低于溫度設(shè)定值、出口溫度低于設(shè)定值下限或高于設(shè)定值上限及增濕塔系統(tǒng)某部分出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)做出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并且會(huì)停止水泵運(yùn)行以及一系列的處理故障措施。硬件設(shè)計(jì)選型1增濕塔進(jìn)風(fēng)口煙氣進(jìn)入增濕塔都是由小斷面的通風(fēng)管到相對(duì)較大斷面的增濕塔筒體。此時(shí)如果不采取必要的措施，會(huì)導(dǎo)致氣體在增濕塔內(nèi)部分布不均勻，筒體內(nèi)局部區(qū)域（一般為筒體中心附近）氣體流速過高。這部氣體中的水在增濕塔內(nèi)停留時(shí)間較短，來不及蒸發(fā)，會(huì)導(dǎo)致濕料。因此，要求氣流在塔內(nèi)有良好的分布情況。

增濕塔進(jìn)氣口有兩種形式：上進(jìn)風(fēng)形式因?yàn)閭?cè)進(jìn)風(fēng)形式要求進(jìn)氣口有導(dǎo)流裝置，因此我們選用上進(jìn)風(fēng)形式。上進(jìn)風(fēng)形式常做成圓錐形，為了使氣體充滿圓錐，其錐角要小于30°。側(cè)進(jìn)風(fēng)形式要使氣流沿塔斷面的分布更均勻，無(wú)論哪種進(jìn)風(fēng)方式，都還必須在椎體內(nèi)安裝氣體分布裝置。氣體分布裝置常采用兩種形式：一種是水平放置的兩層多孔板；另一種是同心錐套。兩者相比之下，水平放置雖然無(wú)孔區(qū)容易積灰，但制作安裝簡(jiǎn)單，重量輕，氣流均布更好，而且積灰寬度不大，而且適量的積灰有利于減小多孔板的磨損，因此采用多孔板氣體分布裝置。2增濕塔的噴水裝置增濕塔的噴水裝置由噴槍、管路、過濾器閥門等組成。噴水裝置是增濕塔的核心部分，它能將水泵站提供的具有一定壓力和流量的水進(jìn)行霧化并按照一定的布置和擴(kuò)散角噴入筒體，通過調(diào)節(jié)噴水裝置的回水量可以調(diào)整增濕塔的工作能力和狀況。通常情況下，噴水裝置設(shè)計(jì)有一根進(jìn)水管和一根回水管。在設(shè)計(jì)增濕塔自動(dòng)控制系統(tǒng)中我們選用的是單體回流式噴槍，這種噴槍由回流噴嘴、具有內(nèi)外管的槍體和閥門等組成。從水泵站過來的水從槍體的外管進(jìn)入到噴嘴的旋流器，一部分通過噴嘴孔霧化噴出，另一部分水通過內(nèi)管回流到水泵站。其中噴水量的大小通過回流水的多少來調(diào)節(jié)?；亓魉蕉鄤t噴水量越少。由于回流式噴槍是通過回流水來調(diào)節(jié)噴霧的，所以其進(jìn)水壓力穩(wěn)定，因而不會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)噴水量而明顯的影響霧化效果。而且單體回流式噴嘴的孔徑較大不易堵塞。3增濕塔系統(tǒng)中的閥門在增濕塔噴霧(給水)自控系統(tǒng)中為了達(dá)到對(duì)水路的有效控制,一方面使自控系統(tǒng)在正常噴霧過程中保證正常的水路流通,另一方面也為了避免由于當(dāng)增濕塔中的灰塵溫度降低過快以低于控制系統(tǒng)中設(shè)定的下限溫度時(shí)或是由于當(dāng)無(wú)加煤信號(hào)等指令來到時(shí),需要快速的將在水路循環(huán)中滯留的水泄回水箱,從而避免造成增濕塔的濕底現(xiàn)象。因?yàn)樵O(shè)計(jì)使用高性能的兩三通閥，我們?yōu)榇嗽O(shè)計(jì)選用的是VA-7010-225二通閥,VA-7010-325型三通閥,以及ZAZN型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

它們用DC24V供電，具有體積小，壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。尤其在對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)選用中，因?yàn)樗钦麄€(gè)水路噴霧控制中噴槍噴水量大小調(diào)節(jié)的關(guān)鍵部件，為此使用了高性能的電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，它使用進(jìn)口核心部件，使系統(tǒng)控制更加靈敏、精確。4溫度傳感器為了精確測(cè)定灰塵溫度的實(shí)時(shí)變化,增濕塔上裝有檢測(cè)入口和出口溫度的熱電阻。在出口處采用多點(diǎn)檢測(cè)方法,以防錯(cuò)檢和漏檢。

溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）和IC溫度傳感器。熱電偶是最簡(jiǎn)單和最通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測(cè)量和應(yīng)用。

由于熱電阻具有響應(yīng)速度快、可靠性高、穩(wěn)定等特點(diǎn)，而且Pt100測(cè)量的準(zhǔn)確度高范圍大因此本設(shè)計(jì)中選用了PT100作為入口及出口的溫度傳感器。軟件設(shè)計(jì)1可編程控制器及程序編寫PLC系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的邏輯控制中心，PLC系統(tǒng)通過觸摸屏操作，按照CPU內(nèi)已編制好的應(yīng)用程序，執(zhí)行上位機(jī)發(fā)出的各種指令，完成增濕塔的過程控制PLC選用S7-200系列可編程序控制器。

S7-200的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在可靠性高、擁有豐富的指令集、易于掌握、便于操作及擁有豐富的拓展模塊等特性上。因此在編程時(shí)使用step7-MicroWin。2編程語(yǔ)言的選擇根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，PLC有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言（LD）、指令表語(yǔ)言（IL）、功能模塊語(yǔ)言（FBD）、順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語(yǔ)言（ST）。

本設(shè)計(jì)采用了梯形圖程序設(shè)計(jì)，梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言。它是與繼電器線路類似的一種編程語(yǔ)言。它不僅可實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。3系統(tǒng)組成及原理圖4水路工作原理供水管路由水泵經(jīng)過三通閥供水環(huán)管，三通閥可構(gòu)成兩個(gè)通路，一個(gè)是供水通路（由通電時(shí)導(dǎo)通），即水泵出水與供水環(huán)管之間的通路，另外一個(gè)則是排水通路（由斷電時(shí)導(dǎo)通），即供水環(huán)管與排水管的通路，排水管將水返回水箱；回水管由回水環(huán)管經(jīng)過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥將水返回水箱。其中排水管路上裝有電動(dòng)二通閥，其作用是通電時(shí)截止輸水，斷電時(shí)打開。增濕塔頂部運(yùn)用的事會(huì)流式噴槍，噴槍與供水環(huán)管相接。離心水泵由循環(huán)水箱向系統(tǒng)供水，為了保證水位的一定，該水箱通過浮球閥和液位計(jì)來控制水位。當(dāng)水位低于設(shè)定的最低限度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過傳感器向控制柜發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)發(fā)出控制信號(hào)給水泵，使水泵停止工作從而達(dá)到防止泵因?yàn)槿彼斐傻膿p壞。增濕塔出口和入口同時(shí)設(shè)置了兩只熱電偶，目的是檢測(cè)氣體的溫度，當(dāng)增濕塔入口的熱電偶檢測(cè)到濕氣的溫度高于設(shè)定值時(shí)，控制柜內(nèi)的PLC會(huì)向水泵發(fā)出命令開啟供水，同時(shí)使電動(dòng)三通閥，電動(dòng)二通閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開始通電工作。5氣路工作原理該增濕塔系統(tǒng)是一個(gè)需要快速反應(yīng)的溫度控制系統(tǒng)，為了保障系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行在出口處安裝了3只溫度傳感器，平時(shí)可以監(jiān)測(cè)出口的煙氣溫度在管道內(nèi)的分布情況。增濕塔對(duì)于溫度的檢測(cè)十分重要，系統(tǒng)工作的好壞情況很大程度上取決于溫度的檢測(cè)速度與檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在溫度檢測(cè)系統(tǒng)中我已經(jīng)采取了一些適當(dāng)?shù)拇胧﹣硖岣呦到y(tǒng)的性能，如采用帶有保護(hù)裝置的熱電偶；作為被調(diào)參數(shù)的增濕塔出口溫度值采用多點(diǎn)檢測(cè)的方法等。

增濕塔的出口及入口處均為溫度的測(cè)量取值點(diǎn)。增濕塔的入口溫度則作為整個(gè)噴霧系統(tǒng)的通斷、條件之一，在控制器及溫度控制器中設(shè)置了溫度的上下限，當(dāng)煙氣溫度超過設(shè)定的溫度上限時(shí)，噴霧系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟工作狀態(tài)，當(dāng)煙氣溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，噴霧系統(tǒng)則自動(dòng)關(guān)閉。這樣就可以防止在單獨(dú)的工作點(diǎn)附近產(chǎn)生震蕩。增濕塔出口溫度被作為調(diào)節(jié)參數(shù)，控制器將增濕塔出口溫度作為參考值與設(shè)定溫度比較，從而完成自動(dòng)調(diào)節(jié)出口溫度的恒定及控制塔內(nèi)的噴水量。即溫度傳感器檢測(cè)到出口溫度經(jīng)變送器變送為4-20mA的控制信號(hào)，使用該信號(hào)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，進(jìn)而完成對(duì)噴水量的控制。本系統(tǒng)采用可編程控制器作為核心，完成了模擬量、開關(guān)量的輸入以及輸出、數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能如：故障報(bào)警：對(duì)出口的溫度上下限進(jìn)行了設(shè)置，在超過溫度上限或低于溫度下限時(shí)能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)也在在異常情況如缺水、停窯、溫傳故障等情況下能自動(dòng)聲光報(bào)警及處理。信號(hào)采集：PLC實(shí)時(shí)的會(huì)檢測(cè)增濕塔入口及出口溫度溫度，水位等模擬量信號(hào)，同時(shí)完成A/D轉(zhuǎn)換。PID調(diào)節(jié):設(shè)定兩個(gè)溫度值以適應(yīng)于生料磨的開停，并且在磨機(jī)由停機(jī)轉(zhuǎn)換到運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)加大回流閥開度。6系統(tǒng)簡(jiǎn)介遠(yuǎn)程控制：當(dāng)開關(guān)開在現(xiàn)控位置上時(shí)，對(duì)系統(tǒng)科在控制柜上進(jìn)行操作；而當(dāng)調(diào)到遠(yuǎn)程開關(guān)位置上時(shí)，只能由上位機(jī)對(duì)控制柜進(jìn)行運(yùn)行和停止操作。其中控制柜能送出五個(gè)信號(hào)，他們分別是正常運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)、綜合報(bào)警、啟動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)。當(dāng)自動(dòng)噴霧系統(tǒng)正常運(yùn)信使，在遠(yuǎn)程控制的狀態(tài)下控制柜會(huì)向上位機(jī)發(fā)出一個(gè)正常運(yùn)行信號(hào)；當(dāng)自動(dòng)噴霧系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，控制柜會(huì)發(fā)出一個(gè)綜合報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)給水