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电石炉配料上料控制系统的研究与设计

作　者: 闫保刚
导　师: 贾华
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制工程
关键词: PROFIBUS-DP S7-400 模块化 控制系统 WinCC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近年来中国已成为世界电石最大的生产国，为了改善炉况、降底能耗和提高产品质量，对电石生产配料上料控制系统进行技术研究和设计，提高配料上料控制系统的自动化水平具有重要意义。本文主要是根据蒙西某电石企业采用的鄂尔多斯新华结晶硅有限公司30000KVA电石炉系统进行设计和改进。电石炉配料上料过程的实现涉及PROFIBUS-DP现场总线技术、计算机技术、通信技术、控制技术和网络技术等的综合集成技术。现场设备控制层由西门子S7-400系列PLC作为系统控制核心，通过PROFIBUS-DP现场总线把称重传感器和现场各种设备连结起来，承担着整个系统设备的控制功能。形成CP443-1通信处理器和光纤交换机为主的工业以太网。RJ45接口可以直接连接到工控机，确保工业以太网的快速连接，而PROFIBUS-DP总线的高速传输速率保证了控制器与输入/输出系统间的顺畅通信。本文对动态称重系统进行分析，在动态称重测量的基础上，对定量下料自动控制系统进行研究，提出相应的解决方案及建立数学模型。程序设计主要采用模块化，先对设备进行分类，每一类建立一个子程序，编程时调用子程序，然后将变量直接连接到调用的子程序。实现原料工段、配料工段和上料工段的自动控制，通过变频及点动控制提高配料精度。程序具有很好的可读性和移植性，为后期项目的维护和功能扩展提供了方便。上位机采用工控机与WinCC相结合，运用WinCC组态监控功能，可以实现配料上料过程实时动态监控。WinCC是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术系统，它提供了适用于工业的图形显示、信息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-14
  1.1 选题的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 存在的问题和难点  12
  1.4 本论文主要研究内容  12-14
2 电石炉自动配料上料控制系统设计  14-34
  2.1 配料上料工艺及设备  14-18
  2.2 PROFIBUS 现场总线  18-21
    2.2.1 PROFIBUS 现场总线技术特点  18-19
    2.2.2 PROFIBUS 总线通讯模型  19-20
    2.2.3 PROFIBUS 总线终端电阻  20-21
  2.3 配料上料控制系统实现方案  21-23
    2.3.1 配料上料控制系统网络  21-22
    2.3.2 系统的实现原则  22-23
  2.4 称量斗的工作原理及控制算法研究  23-26
    2.4.1 称量斗的工作原理  23
    2.4.2 影响配料精度的主要因素  23-24
    2.4.3 称量斗的配料控制算法分析  24-25
    2.4.4 配料过程的动态补偿法  25-26
  2.5 PID 的控制原理及参数整定  26-32
    2.5.1 PID 的控制算法  26-28
    2.5.2 PID 参数对控制性能的影响及整定  28-29
    2.5.3 卸料过程的变参数 PID 控制设计  29-32
  2.6 料位检测计的选择  32-33
  2.7 通信处理器 CP443-1  33
  2.8 本章总结  33-34
3 称重传感器系统的设计  34-56
  3.1 传感器技术简述  34
  3.2 称重传感器  34-40
    3.2.1 电阻应变式称重传感器  35-37
    3.2.2 称重传感器检测电路  37-39
    3.2.3 电阻应变式称重传感器的补偿原理  39-40
  3.3 称重传感器的选型及连接方法  40-42
  3.4 称重模块 SIWAREX U  42-56
    3.4.1 SIWAREX U 的连接原理  43-45
    3.4.2 SIWAREX U 程序的编写  45-53
    3.4.3 SIWATOOL U 软件校秤  53-56
  3.5 本章总结  56
4 自动配料上料程序设计  56-75
  4.1 编程软件 STEP7  56-57
  4.2 设计步骤  57-58
  4.3 程序设计要求及控制策略  58-60
  4.4 控制系统 PLC 选型及资源配置  60-68
    4.4.1 S7-300/400 系列 PLC 简述  60-62
    4.4.2 硬件组态  62-65
    4.4.3 I/O 模块及电气接线  65-68
  4.5 程序设计  68-74
  4.6 本章总结  74-75
5 WinCC 监控系统设计  75-81
  5.1 组态软件 WinCC  75
  5.2 电石炉配料上料监控系统设计  75-80
  5.3 本章总结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-85
附录 A 部分计量程序  85-87
附录 B 配料自动程序  87-89
附录 C 模拟信号处理子程序  89-90
附录 D 颚式破碎机单动  90-92
在学研究成果  92-93
致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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