基于PLC技术的辊压机控制自动化方案研究

基于PLC技术的辊压机控制自动化方案研究

周奇

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摘要

在水泥生产中，筒式磨机常被用于生料、熟料和原煤的粉磨。尽管如此，筒式磨机的能耗高、效率不佳且成本较高。与此相对，辊压机是一款高效的粉磨设备，它不仅能节约能源、降低消耗，还可显著减少粉尘和噪音，从而降低生产成本并优化工作环境。本研究以辊压机的基础原理为起点，深入探讨其自动控制设计。在硬件方面，我们选择了工控机及ABB公司的AC800F控制器，而在软件设计上主要采用了Industrial IT系统，以CBF和Digvis组态软件为开发平台。通过AI810、DI810和DO810模块，辊压机系统能够实时监测相关的温度、电流和压力，确保对生产系统中的设备进行有效的启停监控、超限报警、历史趋势显示和工艺流程图的动态展示。此外，系统还能根据具体的工艺需求自动纠偏辊压机的辊缝，从而达到全自动控制的目的。

关键词：辊压机；ABB AC800F控制器；CBF；Industrial IT系统

第1章前言

1.1课题背景

随着我国经济的飞速发展，水泥作为我国一种重要的工业原材料在我国国民经济建设中发挥的作用越来越大，我国的水泥需求也越来越高。目前我国在水泥供需方面存在巨大矛盾，一方面是对高质量水泥日益增长的需求，另一方面是我国落后的水泥生产。

在数量上我国的水泥产能已经远远的满足了市场需求，但是我国落后的水泥产能占比极高。水泥行业是我国排放和耗能的大户，其产业特点是总体产量高，企业平均规模小、技术水平低和产品结构落后。

落后产能主要表现为工艺落后生产率低，能源和资源消耗巨大，粉尘污染严重，质量不稳定。不仅加重周围生态环境负担对经济长远发展造成阻碍还严重危害工人健康。

我国工业能耗占能源总消费量的71.5%。长期以来水泥粉磨系统主要采用筒式磨机，功耗高，污染重，而对于有着相同生产能力要求的粉磨系统来说，辊压机结构紧凑简单，体积小，占用空间少，功耗低，维修方便，可以显著减少前期投入，同时与其他粉磨设备相比较辊压机产生粉尘少，噪声低，极大改善了工人的生产环境。粉磨系统装备辊压机以后，物料由上方进入辊，在辊间受到高压变成料饼排出。因为料饼里面含有一定程度的成品，同时半成品由于受到高压内部产生了大量裂纹，在进一步研磨粉碎过程中减少了能耗和污染。

水泥行业节能降耗潜力巨大，相关配套政策有待完善。

1.2辊压机发展现状

辊压机是国际80年代中期发展起来的新型水泥节能粉磨设备。长期以来，管磨机承担着粉磨任务，但是管磨机粉磨效率低，能耗高。辊压机以其高效的粉磨效率，显著的节能效果，在水泥生产中的应用越来越受到重视辊压机在我国主要经历了三个阶段，即引进、吸收阶段；改进发展阶段；辊压机的粉磨工艺技术快速发展阶段。

（1）1977年K.逊纳特教授对高压料层粉碎机理进行了深入的研究，之后申请了相关专利。

（2）1985年由该专利研发的辊压机开始应用于商业用途。

（3）1987年中国从德国引进辊压机技术

（4）经过三十多年的改进和创新，在水泥工业领域得到了广泛应用。辊压机适用与脆性物料，不仅适用于水泥还适用于铁矿石，高炉矿渣，石英砂等。

现阶段的辊压机具有体积结构小，噪声小，能耗低，产量高，维修与操作简单等特点。

1.3PLC发展现状

可编程逻辑控制器（PLC）是一种广泛应用于工业环境的新型数字运算操作的电子装置。

PLC，可编程逻辑控制器，是一种数字运算控制器，广泛应用于自动化控制，主要由CPU，I/O接口，A/D转换器以及存储器组成。早期PLC只具有逻辑运算和定时计数功能。

二十世纪七十年代中期到八十年代中期，PLC的功能得到了飞速发展。由于微处理器的发展，PLC的控制功能得到显著增强，后来更由于计算机通信网络的发展PLC也初步建立起通信网络体系。

之后，由于开放系统的提出，PLC的各生产厂商开始逐步建立标准化的通信协议，不同厂家的产品可以互相通信。

PLC具有多种功能以及高的可靠性，这使得它在工厂中倍受欢迎，在工业控制中得到了广泛使用，成为现代工业自动化的支柱。

随着大规模集成电路和超大规模集成电路的发展，现如今PLC技术已经非常成熟，控制功能强大，体积功耗减小，当今PLC的主要特点是小型化，标准化，低功耗，可靠性高，维护方便，使用灵活，价格低廉。

由于PLC控制系统的可靠、灵活、适应性强， 它在过程控制方面具有很强的生命力。

第2章辊压机的生产环节及控制过程分析

2.1生产环节分析

对于辊压机粉末系统而言，整个粉磨流程可以简化为物料粗加工，物料细加工两个过程。物料由皮带输送机送至辊压机附近，通过斗式提升机把物料提升至辊压机上方，物料进入储存仓。储存仓压力达到工艺要求后，仓门打开，物料从辊的正上方落下，在辊间受到高压作用，变成厚实的料饼，然后排出。经过辊压机研磨后作为半成品被空气输送斜槽风机和斗式提升机送到打散分级机，粗粉被选出送至辊压机重新研磨，分离出的细粉则被送至选粉机再次分级，成品被送去收尘器完成加工分离，半成品则送至球磨机重新研磨，研磨后再次送至选粉机选择。多电机控制问题已经成为控制行业发展研究的一个重要内容。

第3章硬件设计

3.1硬件介绍

Industrial IT系统介绍：Industrial IT系统是ABB公司推出的一套全能综合型控制系统，把DCS和PLC的优点集于一体，在具有DCS集散控制系统复杂模拟回路调节能力的同时还具有PLC可编程逻辑控制器的高速逻辑功能和强大控制性能。集散控制系统的系统结构特点为“操作站-现场控制站-I/O及信号变换器”等三级分级递阶结构， 是一种分布式控制系统。

主要由操作员站（OS），工程师站（ES），I/O接口组成。其中操作员站主要负责生产监控，显示来自生产过程中的各个变量的变化以及趋势的记录，要求具有良好的可视化操作界面。工程师站主要是为工程师准备，负责DCS系统的设计维护，监视过程控制站的运行情况。

工业控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。

3.2硬件配置

AC800F控制器介绍： AC800F控制器是ABB公司提供给用户，将DCS技术和现场总线技术联系在一起的具有高度开放性的控制器，不仅支持多种类型的现场总线还可以实现网络连接。现场总线技术对工业领域的意义是非常巨大的。

参考文献

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