水泥生产设备及电气控制.docx
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水泥生产设备及电气控制
《水泥生产设备及电气控制》
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一、石灰石破碎环节控制流程设计和分析
1.1石灰石破碎及预均化的意义介绍
本设计是石灰石破碎及预均化系统电气控制设计，下面主要介绍石灰石破碎及预均化系的意义。
石灰石破碎及预均化均化是保证水泥生料及熟料质量、产量及降低消耗的基本措施和前提条件，也是稳定出厂水泥质量的重要途径。
石灰石破碎及预均化意义如下：
1.进厂原燃料成分的长周期波动，使原燃料成分的波动周期短，为准确配料、配热和生料粉磨喂料提供好的条件。
2.降低原燃料成分波动的振幅，缩小其标准偏差，从而有利于提高生料成分的均匀性，稳定熟料煅烧时的热工制度。
3.省料资源，降低生产消耗，增强工厂对市场的适应能力。
4.原料破碎及预均化后可以在运输和储存过程中不同粒度物料的分离现象，有利于制的成分均匀的生料，提高配料的准确性，减少质量波动。
1.2水泥厂石灰石破碎及预均化流程图
图1-1石灰石破碎及预均化电机流程图
1.3石灰石破碎及预均化设备启动及停车顺序
根据图1-1石灰石破碎及预均化电机流程图分析可知，石灰石首先经过板式喂料机的运输，然后给破碎机喂料进行破碎，破碎后的物料经过出料胶带机的运输，输送给石灰石输送机进行长距离输送，经过层层的输送最终到达预均化堆场，进行原料的堆料和取料操作，整个过程中均由气箱式脉冲袋收尘器脉冲进行收尘处理，避免污染空气和造成原料的浪费，由于设备启动过程与破碎及预均化流程刚好相反，而停车过程与系统流程相同即有前向后依次停车。
由分析可知石灰石破碎及预均化设备启动过程如下：
1.启动空气压缩机，再启动长石灰石输送胶带机尾端的离心式风机。
2.启动取料机进行取料工作，首先启动圆形刮板取料电动机后，再启动取料机行走电机。
3.启动圆形悬臂堆料电动机进行堆料作业。
4.启动入库胶带输送机驱动电机，入库胶带机的电机向均化库进行输料工作。
5.启动石灰石输送胶带电机。
6.启动破碎阶段#1、#2离心式风机。
7.启动出料胶带机，向长石灰石输送胶带机进行输料工作。
8.启动除铁器电机。
9.启动破碎机油压站电机，再启动破碎机主电机进行破碎工作。
10.启动板式喂料机驱动电机，破碎机进行喂料工作。
1.4石灰石破碎及预均化流程框图
图1-2石灰石破碎及预均化流程框图
1.5破碎及预均化系统设备电动机控制流程图
由石灰石破碎及预均化控制流程图分析可知电机控制流程图如下图所示，由图1-1和图1-2绘制设备电机启动顺序如图1-3，而停车顺序与启动顺序刚好相反。
图1-3石灰石破碎系统设备启动顺序
1.6水泥厂石灰石破碎及预均化设备表
石灰石破碎及预均化设备表主要包含主要包括主要设备的电压、功率、控制要求等。
表1-1设备表
设备名称
编号
电机型号
额定电压
额定功率
控制要求及启动方式
板式喂料电机
1M
YVP250M-6
380V
37KW
调速直接启动
破碎机主电机
2M
YRKK560-6
型
10KV
710KW
破碎机油压电机
3M
Y132S-4型
380V
5.5KW
单向直接启动
除铁器
9M
380V
7.5KW
单向直接启动
出料胶带输送机电机
4M
Y200L-4型
380V
30KW
单向直接启动
圆形堆取料电机
10M
Y280M-4
380V
90KW
单向直接启动
#1离心式风机
5M
Y160L-4
380V
15KW
单向直接启动
#1收尘器回转下料器
7M
380V/220V
1.1KW
单向直接启动
#2离心式风机
6M
Y160L-4
380V
55KW
单向直接启动
#2收尘器回转下料器
8M
380V/220V
3.3KW
单向直接启动
输送离心式风机
12M
Y160L-4
380V
15KW
单向直接启动
收尘器回转下料器
13M
380V/220V
1.1KW
单向直接启动
入库胶带机
11M
Y225M-4
380V
15KW
单向直接启动
输送胶带机
14M
Y315M2-4
380V
15KW
单向直接启动
1.7石灰石破碎及预均化系统I/O表
石灰石破碎及预均化系统I/O表是与设备表相对应的，如表1-2所示。
表1-2系统I/O表
1.8石灰石破碎及预均化系统梯形图设计
本设计我采用的是三菱FX2N系列的PLC。
FX2N系列的PLC是FX系列中功能最强、速度最快的微型PLC。
它的基本指令执行时间高达0.08us，比其他大型PLC运行速度快的多。
多点状态、200多点定时器、还有多点16位加计数器、32位加/减计时器、数据寄存器、跳步指针、中断指针等，这些编程元件对于一般的系统是绰绰有余的。
FX2N系列的PLC有128种功能指令，应用方便，FX2N系列的PLC内装实时钟，有时钟数据的加减、比较、读写入指令，可用于时间控制。
1.8.1设计用到的编程元件介绍
1.继电器类
（1）输入继电器X输入继电器用X标记，是以八进制为单位的编程元件，即采用八进制编址。
输入继电器直接接受外部开关量来的信号，其线圈与输入端相连，可提供多对常开常闭触点，PLC不能对其线圈进行赋值。
它在一个循环周期内的状态保持不变。
（2）输入继电器Y输出继电器用Y标记，也采用八进制编址。
输出继电器用于将输出信号传递给外部负载，输出接点直接连到PLC的输出端，可以对线圈及触点赋值，输出继电器只能由程序内部指令驱动。
（3）辅助继电器M输入继电器用M标记，用于PLC程序内部状态的存储，不能直接驱动负载，采用十进制编址。
2.定时器
定时器被用于延时控制程序，用T表示，其作用相当于继电器系统中的时间继电器，定时器触点在当前延时值大于等于设定的延时值时接通。
本设计各电机启动间隔为10s，选用100ms定时器T0~T199。
1.8.2根据I/O分配及该系统的控制流程图编制梯形图
本设计为石灰石破碎及预均化系统电气设计，在设计梯形图的时候分两个区，一区设在石灰石破碎部分，二区设在预均化堆部分。
M110、M111为辅助中间继电器，M110为一区预告记忆信号，M111为二区预告记忆信号。
首先X000检测是否有启动信号，当收到启动信号，把M110置位为1，其常开触点闭合，置位Y000，输出继电器线圈得电，同时电铃响，表示一区驱动，告诉工作人员远离设备。
常开触点Y000得电闭合，时间继电器T0开始计时，当T0定时时间到，并收到一区应答信号的情况下使Y000复位失电，电铃停，并置位M111预告记忆。
当M111常开触点检测到信号，置位Y001，二区电铃响告诉工作人员远离设备，Y001常开触点闭合，定时器T1开始计时，定时时间到，并收到二区应答信号的情况下使Y001复位失电，电铃停。
梯形图如下图1-4、1-5所示：
图1-4
图1-5
二、原料粉磨和废气处理系统控制流程设计和分析
2.1工艺流程介绍
原料配料设四个库，分别储存石灰石、砂岩、铝矾土、铁矿石；各种原料按生产品种要求进行配合，并经胶带输送机送至原料磨。
原料磨采用辊式磨，当入磨物料粒度≤80mm，水份≤10%，出磨生料细度为80μm筛筛余12%，水份为0.5%时，磨系统产量为210t/h。
各种原料在磨内进行粉磨、烘干后，经选粉机分选，粗粉返回磨盘重新粉磨，合格成品随出磨气流经旋风分离器收集。
收集下来的成品经空气斜槽、斗式提升机、空气输送斜槽入生料库储存、均化。
出旋风分离器的气体经循环风机，一部分气体作为循环风入磨，其余气体则通过袋收尘器净化后，经窑尾排风机和烟囱排入大气。
袋收尘器及增湿塔收下的粉尘经拉链机，汇同出磨生料一起经空气斜槽、胶带提升机及空气斜槽入生料均化库。
当增湿塔湿底时，增湿塔排出的湿灰经增湿塔下的可逆螺旋输送机、电动翻板阀进入生料均化库。
当原料磨正常生产时，来自窑系统的废气经高温风机、增湿塔，全部进入原料磨作为烘干热源。
试生产或窑尾热源不足时,可利用辅助热风炉。
从原料磨排出的废气由循环风机送入废气处理系统。
为均化与储存生料，设有一座Φ18x62mNGF均化库，均化库的有效储量为11900t，储存期为1.55d。
均化库底部为倒锥体，出库生料经库底斜槽、流量控制阀、送至带有荷重传感器的生料搅拌仓，仓下设有两套流量控制阀和两台固体流量计，喂料仓下流量控制阀根据入窑生料量调节。
经计量后的生料，由斜槽、提升机送入窑尾预热器二至一级旋风筒上升管道。
2.2工艺设备介绍
回转卸料器:
规格:
φ1600x1600mm,流通能力:
400t/h,转速:
7.8r/min
电动机（变频）:
功率:
11kW,电压:
380V,转速:
990r/min
立式辊磨:
型号:
TRMR36.4,生产能力:
210t/h,入料粒度:
≤80mm,成品细度:
80µm方孔筛筛余<12%,物料水分:
入磨≤6%;出磨≤0.5%,磨机喷水:
5t/h（0.25~0.3MPa）,磨盘:
Φ3740mm,转速：
r/min,磨辊:
Φmm
电动机:
型号:
YRKK710-6,功率:
2000kW,转速:
993r/min,电压:
10000V
电加热器:
功率:
2kW,电压:
220V
风机（四套轴承密封用）:
风量:
3912m3/h,风压:
4854Pa
主减速器润滑系统:
型号:
XGD-C160/550,低压油泵流量:
L/min
2.3控制回路
1.增湿塔出口气体温度的控制通过调节增湿塔的喷水量，控制增湿塔出口气体温度。
2.磨机出口气体温度的控制通过调节增湿塔的喷水量、循环风阀门开度、调节冷风阀门（尽量不用）控制入磨风温，稳定磨机出口气体温度。
3.磨机风环压差的控制原料磨内物料量的多少，反映在磨机风环压差上，通过调整喂入磨内的物料量，可稳定磨机风环压差。
4.生料的质量自动控制通过调节各原料喂料装置的比例，自动控制生料化学成分。
三、简述烧成系统的组成环节
3.1系统简介
熟料煅烧系统作为水泥生产过程中的一个环节，承担着将生料烧成熟料的重要作用，人们形象的称之为水泥厂的心脏。
近几十年来，水泥工业窑的发展非常迅速，尤其是现在以窑外分解技术的迅速崛起，它在提高生产效率有效降低熟料单位热耗方面的巨大优势，使之成为目前水泥行业的主要技术。
3.2系统生产工艺过程
生料喂入一级旋风筒进风管道开始，经预热、预分解后入回转窑煅烧成水泥熟料，通过倾斜推动篦式冷却机的冷却、破碎并卸到链斗输送机输入熟料库为止。
本系统分为：
生料预热与分解、三次风管、熟料煅烧、熟料冷却破碎及输送熟料四大部分。
四、水泥粉磨系统的控制流程设计和分析
粉磨过程是水泥生产过程中的重要环节，被应用于水泥生产的多个工序中，如生料工序中生料粉磨、孰料煅烧工序中煤粉粉磨及最后成品水泥的粉磨。
水泥粉磨是水泥生产的最后一个环节，水泥粉磨质量的好坏直接影响着成品水泥质量。
水泥粉磨是指生产水泥用的孰料、石灰石、粉煤灰和石膏四种混合物在粉磨设备内经挤压、研磨，颗粒逐渐减小，最终达到一定细度的物理过程。
由于水泥粉磨过程复杂，生产设备种类、数量众多，且生产环境恶劣，影响粉磨效果的因素很多，为达到理想的粉磨效果，需对粉磨设备和粉磨控制技术提出了更高的要求。
4.1水泥磨生产流程及设备简介
水泥粉磨即将水泥粉磨原料熟料、石灰石、粉煤灰及石膏在配料站经配料后用胶带输送机输送至水泥磨，胶带输送机上设置除铁器。
混合料水泥磨内进行粉磨、烘干后，经选粉机分选，粗粉返回磨盘重新粉磨，合格成品随出磨气流经收尘器收集。
收集下来的成品经斜槽、斗式提升机输送到矿水泥库中储存；粉磨过程中产生的粗渣（粗料）经由胶带输送机，斗式提升机，管道除铁器，锁风下料阀返回磨内继续粉磨，胶带输送机上设置除铁器；出磨气流经过袋收尘器净化后，经排风机一部分从烟囱排入大气，另一部分作为循环风与热风炉出来的热风混合后一起入水泥磨，烘干入磨的混合料。
最终合格水泥成品经斜槽，斗式提升机输送到成品库中进行储存，供后续包装及发运工序使用，如图4-1所示。
图4-1立磨生产流程图
立磨是水泥生产中主要的粉磨设备，它主要应用于生料粉磨工序、煤粉粉磨工序和水泥粉磨工序。
相对于球磨机来说，立磨设备相对较少，且生产能耗也低。
本项目使用的为我公司自主研发的立磨具有价高的性价比。
4.2系统设备控制要求
水泥生产现场各种设备是实现既定生产工艺的基础，生产过程中各种工艺参数的调整也需要现场专门的设备来实现，因此对现场设备的控制质量，很大程度上决定了产品质量的好坏，进而影响了水泥企业经济效益的好坏。
现场的主要设备均设有中控控制和手动控制两种控制方式。
在设备现场设置按钮盒或控制箱，并装有带统一钥匙的控制方式选择开关，设有中控、零位、手动三种选择方式。
1）中控控制时，在中控室操作员可对设备进行启动或停止操作；
2）手动控制时，现场人员可对设备进行启动、停车等操作；
3）零位方式时，在检修时使用，中控及手动均不能对设备进线启动，以确保人员安全；
4）故障时，中控室及现场均可紧急停车。
同时，要求在中央控制室监控画面上能够以某种方式提示操作员，此设备当前处于那种工作状态，可以进行那种操作。
在本项目中将监控画面上的设备状态以不同颜色状态来区分：
1）绿色代表有备妥，设备满足中控启动条件，中控可以启动设备；
2）绿色闪烁代表设备由控制室启动，正在运行中；
3）灰色表示设备没有备妥，设备有故障或正处于手动控制中；
4）红色闪烁代表设备有故障，需要处理。
立磨系统的组连锁如图4-2所示，其共8分组，启动顺序如下，停机顺序相反。
图4-2水泥磨分组及启动顺序示意图
4.3系统控制方案
生产线上的设备均采用计算机控制系统控制，根据生产流程和设备特点，控制系统设一个中控室，以实现从原料进场至水泥出库的生产线的计算机控制，构成一个主工艺流程的计算机控制网络系统，完成对现场设备的控制、现场信息采集与交换、生产信息汇总等。
由于本项目设备数量较大、且工艺布置较远，因此需要根据现场环境、工艺要求对控制系统进行分组控制，分区时要遵循以下原则：
（1）在生产流程上联系紧密的设备、数字、模拟量，要分配到同现场控制站中，以便于系统的布置；
（2）尽量把距离控制站较近的设备放在同一控制站下，以减少材料消耗及对采集信号的影响；
（3）依据控制站带载能力。
设备布置时应考虑控制器的处理能力和输入输出模块的合理使用。
本系统采用浙江中控ECS-700系统，系统设置1个控制域，控制域下设3个控制站，分别为水泥磨控制站、矿渣磨控制站；设置1个操作域，操作域下设置5个操作站。
水泥磨立磨系统自身带有一套AB公司PLC控制系统，本系统通过支持PROFIBUS协议的主站通信模块COM763，来实现整个ECS-700系统与水泥磨控制系统的信息交换，并实现必要的控制功能。
系统的整体结构采用标准DCS分层，分为：
现场设备层、过程控制层、集中操作监视层。
它们通系统通信网络构成配合紧密的整体。
4.3.1主要控制回路及参数
1）配料站配料控制
通过配料站各原料定量给料机给料量的控制，实现磨喂料量的控制。
2）磨机进风口气体温度的控制
通过调节热风炉供煤量、电动配风阀的开度、冷风阀的开度与循环风阀门的开度实现磨机进风温度的调节。
3）磨机出口气体温度的控制
通过调节磨内的喷水量、电动配风阀的开度、循环风阀门开度、调节冷风阀门控制入磨风温，实现稳定磨机出口气体温度。
4）磨机内物料量的控制
水泥磨磨内物料量的多少，反映在磨机风环压差上，通过调整喂入磨内的物料量，研磨压力，可稳定磨机风环压差。
5）水泥成品细度控制
主要通过调节选粉机转速和磨内气流量来实现。
选粉机转速可通过调节变频器频率来实现，而磨内气流量可通过电动执行器调节阀门开度来实现。
4.3.2电力拖动方案
1）电动机选型及电控设备选择
电动机的容量、型式和调速方式由工艺专业在设备选型中确定。
交流电机容量大于等于200kW时选用10kV电动机，容量小于200kW时选用380V电机。
低压电机主回路采用自动空气开关作短路保护，热继电器作过负荷保护，交流接触器作失压保护。
对于10m以上胶带输送机设拉绳开关，以后每隔40m增设一拉绳开关。
在提升机底部设置带钥匙检修按钮，确保检修时人身安全。
2）电动机的调速及调速电动机的控制
一般要求调速的电动机采用交流电动机，少数调速电动机采用直流电动机。
交流调速电动机采用全数字式变频调速控制装置进行控制，直流电动机采用全数字式可控硅直流调速控制装置进行控制。
3）车间用电设备供电
高压电机和变压器由总降压站供电。
低压配电采用一级配电方式。
所有低压用电设备由电气室MCC柜统一配电及控制。
照明及杂动力电源与主用电设备电源分开，分别由总降压站照明变及各电气室供电。
4）低压回路保护
电动机的保护：
采用低压断路器的电磁脱扣器作为短路保护；三相热继电器作为过负荷保护；接触器线圈作为失压保护。
配电线路的保护：
采用低压断路器的复式脱扣器作为短路和过负荷保护。
4.3.3控制系统配置
本工程全线采用集散控制系统。
根据工艺生产流程、生产车间总图布置，结合实际生产操作的需要，设置中央控制室及三个现场控制站。
本项目设三个控制站：
水泥磨控制站、矿渣磨控制站和包装及发运控制站，各种控制功能包括过程控制、顺序控制等均由电气室内的现场控制站独立完成。
现场控制站与中央控制室内的操作站通过高速数据通讯网络进行通讯，从而形成一个完整的集散型控制系统。
五、简述水泥输送与包装系统的工艺流程
5.1水泥包装及发运工序简介
水泥包装和发运是水泥生产的最后一环节，它将水泥生产的最终产品运送至用户手中。
本工序共分为水泥散装和水泥袋装两个部分。
来自水泥粉磨系统的水泥经斗式提升机、空气输送斜槽送入水泥库内。
水泥库底设有减压锥及充气装置，由罗茨鼓风机供气。
水泥经库底卸料装置、空气输送斜槽送至水泥包装系统和水泥散装系统。
1）水泥散装
来自成品水泥库的水泥首先进入散装系统2个水泥汽车散装库，每个库设两若干套水泥汽车散装机。
库下设有散装智能发运系统，随时计量装车量，避免多装或少装。
图5-1水泥散装流程图
2）水泥袋装
水泥袋的主要设备是包装机，它将散装水泥装入标准袋中。
来自成品水泥库的散装水泥经输送装置首先储存在包装机上部储存仓中，仓下设给料机，仓内的水泥在压缩空气的作用下具有较好的流动性，在物料重力作用下，进入包装机，再通过出料嘴灌入水泥袋内。
包装机一般都具有自动称量控制，即在水泥袋内质量达到设定值使，会自动停止下料，直至下一水泥袋安放到位。
本项目设置1台八嘴回转式包装机，单台包装机的能力为90t/h。
包装好的袋装水泥（50kg标准袋），经卸袋输送系统送入汽车装车机进行装车发运，主要工艺流程如图。
图5-2水泥包装流程图
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