完整版基于PLC的水泥自动配料控制系统设计毕业论文.docx

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完整版基于PLC的水泥自动配料控制系统设计毕业论文

基于PLC的水泥自动配料控制系统设计

作者姓名：

邱忠林

专业名称：

自动化

指导教师：

王洋讲师

成都理工大学工程技术学院

学位论文诚信承诺书

本人慎重承诺和声明：

1.本人已认真学习《学位论文作假行为处理办法》（中华人民共和国教育部第34号令）、《成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）》（成理工教发〔2013〕30号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。

2.本人已认真学习《成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册》，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。

3.本人所提交的学位论文（题目:

），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。

若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。

承诺人（学生签名）：

20年月日

注：

学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。

摘要

随着科技的发展，现在许多的工厂都在使生产逐渐变得自动化、现代化，而可编程序控制器PLC的快速发展也为此做出了巨大的贡献。

本文针对水泥制造的环境恶劣等一系列情况，设计了一种基于PLC的水泥自动配料系统。

该系统由西门子的S7200型号的PLC作为测量和控制核心，西门子MM420变频器作为调速装置，采用了定量给料机作为称重装置，旋转编码器作为测速装置等。

采用固定时间采集重量和转速，并进行PID调节，能够实现水泥生产的在线动态称重并调节，增强了系统的抗干扰能力，提高了配料精度并减轻了工人的工作负担。

关键词：

PLC变频器自动配料PID

Abstract

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,manyfactoriesareinproductionnowbecameautomation,modernization,andtherapiddevelopmentoftheprogrammablecontrollerPLCalsomadegreatcontributionsforthispurpose.Inthelightoftheconditionsandaseriesofcementmanufacture,designakindofcementautomaticbatchingsystembasedonPLC.ThesystembySiemensS7200modelsofPLCasmeasurementandcontrolcore,SiemensSM420inverterasspeedregulatingdevice,constantfeederisadoptedasaweighingdevice,rotaryencoderasspeedmeasuringdevice,etc.Adoptingfixedtimegatheringweightandspeed,andthePIDadjustment,cementproductioncanbeimplementedon-linedynamicweighingandadjustment,toenhancetheanti-interference.

Keywords:

PLC,Inverter,Automaticbatching,PID

前言

在现今的各种行业当中，自动化的生产制造已经随处可见了，在配料系统上的应用也在不断地提高、改进。

水泥最早产生于18世纪，那个时候的水泥制法比较简单，并且水泥的种类单一，所涉及到的工艺过程不像现在那么复杂。

以前用于生产的水泥原料比较少，随着对水泥的进一步研究和社会需求，研制了很多用于不同工程建筑的水泥，原料的添加也会根据所生产水泥的强度不同而适当调整。

发展到现在，水泥的种类已经很多了，并且生产流程也一步步的在趋于自动化。

其中原料的配料过程也有了很大的改进。

在工业生产上，由于需求量大，生产量大，所以对配料的量有很高的要求。

以前的工业配料过程大多都是人为达成的，这不仅效率低，而且所需人力较大，资源消耗了往往还无法达到预期的生产量。

随着时代的进步和科技的发展，很多生产制造企业的生产线都在逐步的变得自动化、智能化，这些都离不开自动化控制设备。

PLC便是这些众多设备其中之一，作为专为工业控制设计的计算机，它的应用范围非常广，并且还在进一步的发展，掌握它的使用方法非常实用，这正是本篇论文选题的原因。

1水泥概述

现如今，水泥混凝土与我们的生活息息相关，不管是房屋建造、公路的修建还是在一些其他的地方，水泥都是随处可见的。

水泥是一种粉状的水硬性无机胶凝材料，加水混合搅拌以后会成为浆状物，可以在大气中固化或在水里更好的固化，并且能够把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

早期人们使用的石灰和火山灰的混合物与现在的石灰火山灰水泥相似度很高，用它和碎石混合制造而成的混凝土，固化以后不仅强度比较高，而且还可以有效地抵抗淡水和含盐水的侵蚀。

一直以来，水泥作为一种重要的胶凝材料，被广泛的用在了建筑等行业。

1.1水泥的产生和发展

水泥的产生起源于英国，18世纪中期，一名英国的工程师进行石灰在水中硬化特性的研究时发现了用含有粘土的石灰石来烧制，可以获得水硬性石灰；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性的石灰和火山灰组成。

这算是最早发现的水泥制法了，这是水泥研制和发展的一个良好开始。

1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，它外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，因此被命名为罗马水泥。

又因它采用的是天然泥灰岩来作原料并且没有进行配料就生产出来了，所以还叫做天然水泥。

此种水泥的水硬性和快速凝结特性都非常不错，非常适合于那些需要跟水接触的建设。

法国的一位土木技师毕加，在1813年发现了将石灰和粘土按三比一的比例混合制而成的水泥性能非常的好。

1824年，英国的建筑工人约瑟夫·阿斯谱丁发明了水泥。

他把灰石和粘土作为原料，按一定的配比混合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再将熟料研磨制成水泥。

因为这种水泥硬化之后跟波兰特用来修建房屋等的材料颜色差不多，所以被命名为波特兰水泥，这位建筑工人也获得了此种水泥的专利。

波兰特水泥用在建筑上的效果非常好，它的出现在水泥发展历史上有很重大的意义。

1877年，英国的克兰普顿在已有的生产水泥基础上，发明了回转炉，这种设备和以前的窑式制造水泥的设备相比在各方面都具有很大的提升。

这种设备被不断地改良，现今被广泛地应用于水泥工业中煅烧水泥熟料的过程。

我国的水泥厂是在河北唐山的一个“细绵土”厂的基础上建立起来的，名叫启新洋灰公司，当时的产量可达每年四万吨。

近代，由于发展的需要，对各类建造的要求不一样，比如水利设施所需水泥的强度就很高，因此人们都在不断地改进和提高波特兰水泥性能，在此过程中，还成功地发现并研制了一批可以满足特殊建筑工程需求的水泥，例如高铝水泥，特种水泥等等。

现如今已经有的水泥品种达到了100多种，据统计，在2007年全世界的水泥产量大概达20亿吨。

水泥使用的地方非常广泛，而且不同的工程对其的要求也不一样，因此早在1952年我国就制定了第一个水泥的全国统一标准，确定了水泥生产的原则是多品种、多标号，并由波兰特水泥所含的主要矿物组成将其改名为矽酸盐水泥，后来又改成了硅酸盐水泥直到现在。

2012年，中国的水泥年产量达到21.84亿吨，占全球水泥总产量的50%以上[1]。

1.2水泥的分类

总的来说，水泥的分类方式可以有以下三大类：

1.按其用途和性能分：

（1）通用水泥:

这种水泥是土木建筑工程使用最为广泛的水泥。

通用水泥主要指的是：

GB175—2007规定的六大类水泥，即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。

人们日常生活中见到最多的便是通用水泥。

（2）专用水泥：

这种水泥具有专门的用途。

如：

G级油井水泥，道路硅酸盐水泥等。

这种水泥的针对性很强，只有在相应的要求下才会使用专用水泥。

（3）特性水泥：

在水泥生产过程中添加的辅料不同或者添加量不同，会让生产出来的水泥带有一定的特性。

如：

快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、磷铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥和磷酸盐水泥等。

2.按其主要水硬性物质名称分：

（1）硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥；

（2）硫铝酸盐水泥；

（3）铝酸盐水泥；

（4）铁铝酸盐水泥；

（5）氟铝酸盐水泥；

（6）磷酸盐水泥；

（7）以火山灰或潜在具有水硬性的材料及其他活性材料为主要成分的水泥。

3.按其主要技术特性分：

（1）快硬性（水硬性）：

分为快硬和特快硬两类；

（2）水化热：

分为低热和中热两类；

（3）抗硫酸盐性：

分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类；

（4）膨胀性：

分为膨胀和自应力两类；

（5）耐高温性：

铝酸盐水泥是耐高温的水泥，它的耐高温性能是按照水泥中氧化铝含量来分级的[2]。

本文设计的是硅酸盐水泥的生产配料系统。

1.3水泥的生产工艺流程

水泥生产线是由生产水泥的一系列设备组成的水泥设备生产线。

整个生产过程主要有原料的破碎及预均化、生料制备均化、预热分解、水泥熟料的加工、水泥粉磨包装等。

下面对这些过程做一个简单地介绍：

1.破碎及预均化：

这是水泥生产的第一个步骤，将运来的水泥原料石灰石等用破碎机破碎并均化混合后经皮带运输机送入生料均化库。

2.生料制备均化：

由于预均化的混合达不到配比需求，还必须将破碎的原料再进行一次均化。

3.预热分解：

石灰石等原料按比例均化后便是煅烧了，由于直接煅烧所需时间久，能量大，这就要在煅烧之前先将生料加热，使之获取足够能量分解后再经回转窑送到篦冷机冷却后输送到熟料存放的地方。

4.水泥熟料的加工：

这时的水泥也可以使用，但成品相对较高，因此往往还需要加入一些其他便宜的辅料，用来降低成品。

将熟料和辅料按比例混合后送入磨机房进一步加工，这时出来的水泥便是成品了，经提升机送入水泥库。

5.水泥粉磨包装：

这是水泥制备的最后一道工序。

因有的地方使用水泥量不是特别多，并且易于储藏，需要将水泥成品进行装袋处理。

这整个过程中，在生料的制备和后面的熟料加工都会有配料这个过程，因此它对于水泥的生产是非常重要的。

配料的精度决定着水泥的质量，自动配料系统对水泥生产带来很多便利。

2系统模型及总体设计

本章主要介绍水泥配料系统的工作原理，整个系统的模型，以及总体设计。

2.1水泥自动配料的原理分析

水泥成品是由熟料（石灰石、粘土等煅烧而得）、矿渣、石膏等材料按一定比例的配比混合后磨制而成。

该自动配料系统由3台皮带秤配料线组成，编号为1#、2#、3#，其中1#为主料即熟料秤，2#，3#分别为矿渣和石灰石秤。

配比方式采用的是总量比例控制，即操作员只需设定三种物料总的下料量，再设定这几种物料的具体配比是多少，系统就可以自动计算出各物料的下料设定值，分别存储在CPU中，在系统运行过程中将测量值与设定值对比，再相应的去调节电机转速，自动控制各物料的下料量，使各物料的实际下料量与设定值相同[3]。

当生产工艺发生改变，需要生产另一种强度的水泥时，操作员可以直接修改各物料新的下料量，系统会自动计算出设定值，非常便捷，能满足不同的生产需求。

自动配料系统其实就是一个将生产需要的每一种物料进行单独称重后并按照工艺设定的比例去混合的自动化过程，可以简单地描述成以下几部分：

1.给料部分：

给料部分是从物料库