基于PLC的氧化铝粉末自动输送系统设计本科毕业设计论文.docx

1、基于PLC的氧化铝粉末自动输送系统设计本科毕业设计论文基于PLC的氧化铝粉末自动输送系统设计摘要金属铝是工业生产中的重要原材料，铝及其铝合金被广泛的用于工业生产的诸多方面。铝工业中通过电解氧化铝来制取金属铝。 电解铝的生产过程控制系统,主要由氧化铝输送及电解槽的控制两大部分组成。氧化铝的输送自动控制系统一般包括由卸料站仓库到车间双层氧化铝储仓和由双层储料仓到各电解槽上料储仓两部分。本设计采用氧化铝浓相输送技术，双压力罐交替运行方式，完成从氧化铝卸料站仓库到双层氧化铝日用储仓的自动控制输送系统设计。设计采用PLC控制器，PLC控制器具有可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，适应性好，功能强大等优点，

2、能够很好的解决氧化铝输送过程控制中的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 关键词：氧化铝 浓相输送 PLC控制PLC-based automatic transmission alumina powder system designAbstractAluminum is one of important raw stock in the industrial production. Aluminum and aluminum alloy are widely used in sorsts of industrial production. Aluminum is made by electro

3、lysing alumina in aluminum industry.The production control system of aluminum includes the transfer of alumina and the control of electrolytic trank. The automatic control system of transfering aluminum has two parts, from unloading deport to plant double alumina deport and from double stock deport

4、to the stock deport of every electrolytic trank.This design applys the technology of alumina compression transmission and double pressure crock alternative mode to finish the automatic control transfer system, from alumina unloading deport to plant double alumina daily used deport. PLC controller is

5、 used in this design. It has advantage of high reliability, strong anti-interference ability, simple programming, adaptable, and powerful. Thus it can solve the problem of security, flexibility, convenience and economy which will face in the control of transfering alumina.Keywords: alumina Dense pha

6、se conveying PLC control 第一章 引言1.1系统设计背景1.1.1 课题来源铝是工业生产中的重要原材料，铝及其铝合金被广泛的用于航空工业、机械制造工业、国防工业、电器和无线电工业、化学工业、建材工业、建材工业、食品工业和日用品工业等诸多方面。氧化铝主要是供给电解铝使用，通过电解氧化铝来制取金属铝。在铝电解的生产过程控制系统,主要由氧化铝输送及电解槽的控制两大部分组成。而氧化铝的输送自动控制系统一般包括由卸料站到车间日用储罐和由日用储罐到各电解槽上料储仓两部分。其中，前者为氧化铝远距离输送控制，并且在输送过程中，还要求将氧化铝自动分配到各槽上料储仓中去。氧化铝粉末的输送是

7、非常重要的一个环节。氧化铝输送的顺利与否将直接影响到正常生产。氧化铝的物理性能,对于保证电解过程正常进行和提高烟气净化的效率,关系甚大。一般说来要求它具有较小的吸水性,能够较多较快地溶解在熔融冰晶石中,飞扬损失少,能够严密地覆盖在阳极炭块上,防止阳极氧化,具有良好的保温性能。在干法净化中要求它具有较好的活性及足够的比表面积,从而能够有效地吸收HF气体,这些物理性能取决于氧化铝晶体的晶型、粒度和形状。因此,输送形式的优劣主要取决于输送过程中对氧化铝料的物理性能的影响。我国目前各中小铝厂氧化铝输送基本上采用皮带输送、稀相输送和天车加料相结合的方式，这种方式自动化程度低，输送效率低下，能耗高，对设备

8、损耗大。由于氧化铝严重飞扬，一方面造成原料浪费，另一方面污染环境，还经常破坏电解槽的工艺制度。因此，为了解决这些缺陷，必须设计出一种先进的自动控制方法，使其实现氧化铝粉末的自动输送。1.1.2 研究的目的和意义物料的输送从其动力来源可以分为机械式输送和气力式输送两大类。机械式输送又可分为斗式提升机垂直提升,皮带式输送机和小车轨道式输送机等几种形式。这几种输送形式广泛应用于各种工业生产中,技术上比较成熟可靠,输送过程中对氧化铝的质量影响较小,使氧化铝不易破损,对电解生产较为有利。但机械式输送也有其难以克服的缺点。输送设备投资大,运行、维修费用高,运输过程中氧化铝的飞扬损失较大,而且在很大程度上对

9、设备的工艺配置也有较高的要求,从而影响到设备的灵活配置,同时输送设备的基建投资费用也比较高。从铝电解生产的整个发展过程看,机械式输送有被气力式输送逐渐取代的趋势。本氧化铝粉末自动输送系统的设计，采用浓相气力输送技术。浓相输送氧化铝粉末技术具有输送距离长、能耗低、物料在输送过程中破碎细化低、物料飞扬损失小、运行稳定可靠且高度自动化等优点。已经被国外大型铝厂广泛采用。我国引进工程几年来也运行良好。我国对浓相输送粉状物料技术,经近年几个工程项目的技术引进,对国外技术已基本掌握,关键设备和内管也能够解决。因此,对于新建大型铝厂的设计宜采用浓相输送技术,且不必再引进国外技术与设备,可由国内解决,以节省外

10、汇,降低投资。我国目前众多的中小铝厂粉状物料输送问题均未妥善解决。采用浓相输送技术进行技术改造，可以满足中小铝厂的氧化铝粉末输送需要，实现现代化、自动化生产。1.2 研究和应用现状 在现代铝工业生产中，机械式氧化铝输送方式已经逐渐被淘汰，气力输送形式输送氧化铝粉末被广泛应用。气力输送形式是以压缩空气为载体，与粉状物料在一定混合比的情况下，在密闭管道内通过气力由一处送往另一处的输送方式。气力输送工艺配置比机械式输送灵活,容易实现氧化铝的长距离输送,并且设备的投资、运行、维修费用与机械式输送相比较更为经济实用,同时便于实现计算机自动化控制,更加适用于大型预焙槽生产。由于气力输送设备的全封闭性,也使

11、整个输送过程无粉尘飞扬,不造成环境污染。采用气力输送技术来输送氧化铝粉末，在一个密闭系统内储存和运送，很好的适应了对氧化铝粉末输送环保、高效输送的需求。极大的方便了粉料的处理，因此各气力输送系统已经广泛应用于诸多行业并已产生了良好的经济和社会效益。在我国的各铝厂中，主要采用的气力输送氧化铝粉末方式有：稀相输送、浓相输送和超浓相输送三种方式。1.2.1 稀相输送稀相输送方式是我国铝厂对氧化铝原料集中输送的传统方法。目前大部分铝厂,尤其是一些中小铝厂还在使用这种方法输送氧化铝物料。稀相输送是用0.4MPa0.6MPa的压缩空气作为动力源,通过仓式泵直接从储仓将氧化铝物料压送到净化系统的高位仓内,压

12、缩空气作为原动力直接作用于原料的单一颗粒上驱动氧化铝。稀相输送可分为以下两个部分:1.在垂直输送的输送管内,气流阻力与物料颗粒群的重力处于同一直线上,两者只在输送流方向上对物料发生作用,但由于实际垂直输送管中颗粒群运动的复杂性,还会受到垂直运动方向的力,因此,物料就会形成不规则的相互交错的蛇形运动,使物料在输送管内的运动状态形成了均匀分布的定常流。2.水平输送管内,一般输送气流速度越大,物料越接近于均匀分布。但根据不同条件,当输送气流速度不足时,流动状态会有显著变化。在输送管的起始段是按管底流大致均匀地输送,物料越接近管底,分布越密,但没有出现停滞,一面作不规则的滚动、碰撞,一面被输送。越到后

13、段就越接近疏密流,物料在水平管中呈疏密不均的流动状态,部分颗粒在管底滑动,但没有停滞。最终形成脉动流或停滞流,水平管越长,在水平管的沿程,这一现象越明显。稀相输送时,物料在高压气流中呈沸腾状态,所以固气比很低,一般为510(质量比),压缩空气耗量大,可达到30m/t。同时物料在输送管道中流速很快,能达到30m/s左右,使得对管道的磨损严重,物料的破损率很高。一般说来,稀相气力输送方式只适用于卸料站至储仓或是储仓至储仓的输送过程,而不适用于电解槽上的供配料系统。虽然稀相输送设备(管道)简单,占地面积少,密闭性好,配置灵活,但是由于上述无法解决的缺陷,它将逐渐被浓相输送和超浓相输送所取代。1.2.

14、2 浓相输送 随着铝电解技术的发展,电解工艺对氧化铝的质量在粒度、比表面积等方面提出了更高的要求。以颗粒较粗、比表面积较大的砂状氧化铝为最佳原料,若再采用稀相气力输送,会使原料的优越性遭到破坏,不能满足电解工艺的要求,需要采用新的输送方式。 浓相气力输送,既能兼备稀相气力输送和机械输送的优点,又能克服二者的缺点,具有效果好、能耗低、占地少、投资省、运行可靠等优点,被应用制铝工业中的氧化铝、氢氧化铝等原料输送,已取得极佳的效果。浓相输送技术是套管式气力压形式输送,与稀相管道式输送技术相比,具有固气比高、气流速度小、输送压力低等特点。其输送气流速度一般为1520m/s,物料流速在1015m/s左右

15、,氧化铝的破损率低于20%。由于固气比高,提高了固态物质浓度,因此相对减少了压缩空气用量,降低了能耗。作为气力输送,浓相输送机理与稀相输送机理大致相同。都是利用气流在管道中运送物料,所不同的是,稀相输送的气流速度较高,物料在高压气流中呈沸腾状态。而浓相输送是由压力容器产生的静压力移动物料输送,气流速度相对较低。当气体流速降低到某一临界值时,流动阻力陡然增大,固态物质停滞在管底,管道内气流的有效通道减少,气速在该段增大,将停滞的物料由表及里地吹走,随着管道有效截面积空间的增大,气流速度又将降低,固体物料又会停滞,如此循环往复,物料像沙丘移动式的流态化状态向前移动,即所谓的浓输送。垂直管道中物料运

16、动的原理类同于水平管道中的情况,即受到气流向上的推力作用,气流速度必须大到足以克服物料悬浮的流速时,输送方可进行。浓相输送技术的关键是要保持持续的流态化物料和输送管道的畅通,因此采用特殊设计的内套管式的输送管道,气流通过内管导入输送料管中,使流态化的物料变成长度近似相等的料栓,料栓长度越短,所需的输送空气压力就越小。浓相输送技术的主要设备包括内套管,压力容器,带冷冻除湿的压缩空气网络,各种阀件,电控元件和自动控制设备等。压力容器的主要作用是将所需要输送的物料压送到浓相输送管道中,压力容器由压力容器体、进料阀、进/排气阀、锥形出口阀及控制盘等组成,压力容器通过进料管道与贮料仓相联,其出料口与浓相输送管道相接。压力容器是一个间歇性操作系统,在常压下压力容器内装满将要输送的物料,然后通过阀门封闭所有的开孔。输送时,打开加压阀,用压缩空气对压力容器内部加压,同时打开输送阀,待压力容器达到规定的压力时,打开出料阀,压力