DCS控制新版系统在水泥生产基本工艺作业流程中的应用.doc
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1、DCS控制系统在水泥生产工艺步骤中应用学院:电气工程和自动化班级:B130410学号:B13041013姓名:刘牧泽目 录摘要2关键词21、绪论2 1.1 序言3 2、DCS控制系统介绍42.1 概述42.1.1 DCS系统介绍42.1.2 集散控制系统硬件结构72.1.3 集散控制系统软件技术72.2 DCS控制技术发展72.3 水泥厂控制系统发展经历83、水泥生产工艺103.1水泥概述103.2 工艺步骤介绍103.2.1 破碎及预均化113.2.2 生料制备113.2.3 生料均化113.2.4 预热分解113.2.5 水泥熟料烧成123.2.6 水泥粉磨133.3 关键部分设备工作原理
2、154、DCS控制技术在工艺中应用164.1 控制项目164.1.1 转速控制164.1.2 温度控制184.2 生料粉磨中过程控制184.3 水泥厂常见设备控制方法194.4 各工段控制方案22附录:ATOX50型水泥立磨示意图24参考资料25DCS控制技术在水泥生产工艺中应用摘要以往水泥生产线是以现场控制为主,关键经过继电器控制系统进行控制,不管在人力还是物力方面投资全部是很大,多年来因为自动化技术快速发展,DCS控制技术在工业控制中得到广泛应用,DCS系统在水泥生产线上使用,使得水泥厂在人力和物力方面投资大大降低,增加了效率,另外也降低了危险系数,职员安全得到有力保障。关键词水泥生产工艺
3、,DCS,过程控制,PID1、绪论1.1 序言 伴随社会快速发展,水泥建材需求不停扩大,应用范围也越来越广泛,从高楼大厦到园林艺术,全部需要水泥浇筑。另外,微电子技术、计算机技术、自动控制理论和通信技术发展,DCS技术在工业控制领域发挥巨大作用,越来越深入。当然在水泥行业也不例外,DCS控制系统也得到了很大应用。因为DCS应用,在人员方面降低了需求,提升了效率;在安全方面,因为不需要人亲自到现场即可进行对整个生产流水线控制,大大提升了安全系数。这篇实习汇报就是我在铜陵上峰水泥股份实习所得。在论文中写到了DCS相关理论,并提到了水泥部分知识。结合实习实际情况,将DCS控制技术和水泥生产工艺步骤相
4、结合,叙述了DCS控制技术在水泥生产工艺步骤中应用,其中包含到温度控制、流量控制、压力控制、转速控制等。论文中写到了我专业课所学,同时也联络了我实习时所学到新知识,可谓是理论联络实际。在实习过程中,我所在车间是生料车间,故而我所写内容大部分是围绕生料粉磨步骤而写。因为我知识水平有限和专业知识欠缺,论文中难免会有不妥或错误之处,期望老师批评指正。2、DCS控制系统介绍2.1 概述计算机集散控制系统,又称计算机分布式控制系统(Distributed Control System),简称DCS系统。她是一个综合了计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术,即4C技术,实现对生产过程集中监测、操作、管
5、理和分散控制新型控制系统。集散控制系统既不一样于分散仪表控制,又不一样于集中计算机控制系统,它克服了二者缺点而集中了二者优势。和模拟仪表控制相比,它含有连接方便、采取软连接方法连接、轻易更改、显示方法灵活、显示内容多样、数据存放量大、占用空间少等优点;和计算机集中控制系统相比,它含有操作监督方便、危险分散、功效分散等优点。另外,集散控制系统不仅实现了分散控制、分而自治,而且实现了集中管理、整体优化,提升了生产自动化水平和管理水平,成为过程自动化和信息管理自动化相结合管理和控制一体化综合集成系统。这种系统组态灵活,通用性强,规模可大可小,既适适用于中小型控制系统,也适适用于大型控制系统。 集散控
6、制系统含有以下特点:自治性,协调性,在线性和实时性,适应性、灵活性和可扩充性,系统组态灵活方便。2.1.1 DCS系统介绍 集散控制系统是采取标准化、规模化和系列化设计,实现集中监视、操作、管理,分散控制。其体系结构从垂直方向可分为三级,第一级为分散过程控制级; 第二级为集中控制管理级;第三级为综合信息管理级,各级相互独立又相互联络。从水平方向,每一级功效可分为若干子级(相当于在水平方向分成若干级)。各级之间有通信网络连接,级和各装置之间哟本级通信网络 进行通信联络。(1)分散过程控制级 分散过程控制级直接面向生产过程,是集散控制系统基础。它含有数据采集、数据处理、回路调整控制和次序控制等功效
7、,能独立完成对生产过程直接数字控制。其过程输入信息是面向传感器信号,如热电偶、热电阻、变送器(温度、压力、液位、电压、电流功率等)及开关量信号,其输出是作用于驱动实施机构。同时,通信网络可实现和同级之间其它控制单元、上层操作管理站相连和通信,实现更大规模控制和管理。它可传送操作管理级所需数据,也能接收操作管理级发来多种操作指令,并依据操作指令进行相正确调整或控制。组成这一级关键装置有: (a)现场控制站(工业控制机); (b)可编程控制器PLC; (c)智能调整器; (d)其它测量装置。 各控制器关键部件是微处理器,且能够是单回路,也能够是多回路。(2)集中操作监控级 这一级以操作监视为关键任
8、务,兼有部分管理功效。它是面向操作员和系统工程师,这一级配置有技术手段齐备,功效强计算机系统及各类外部装置,尤其是CRT显示器和键盘,还需要较大存放容量存放设备及功效强大软件支持,确保工程师和操作员对系统进行组态、监测和操作,对生产过程实现高级控制策略、故障诊疗、质量评定等。这一级关键设备包含:(a)监控计算机:即上位机,综合监视全系统各工作站,含有多输入多输出控制功效,用以实现系统最优控制或最优管理。(b)工程师操作站:关键用于系统组态、维护和操作。(c)操作员操作站:关键用于对生产过程进行监视和操作。(3)综合信息管理级 这一级有管理计算机、办公自动化软件、工厂自动化服务系统组成,从而实现
9、整个企业综合信息管理。综合信息管理关键包含生产管理和经营管理。(4)通信网络系统 通信控制系统将集散控制系统各分布部分连接一起,完成多种数据、指令及其它信息传输。图1、集散控制系统(DCS)示意图图2、集散控制系统(DCS)结构示意图2.1.2 集散控制系统硬件结构(1)分散过程控制级 分散控制级关键由多种测控装置组成,常见有现场控制站、可编程控制器PLC、智能调整器。(2)集中操作监控级 由监控计算机、操作职员作站和工程师工作站等组成,硬件关键由操作台、监控计算机、键盘、图形显示设备、打印机等组成。(3)综合信息管理级 这一级关键实施生产管理和 经营管理功效。关键由管理计算机、办公自动化服务
10、系统、工厂自动化服务系统组成。(4)通信网络系统 集散控制系统中各级通信设备是经过通信网络互连,并进行相互通信,已达成既自治又相互协调工作。关键组成有:通信介质等。2.1.3 集散控制系统软件技术 集散控制系统软件可分三类:控制软件、操作软件和组态软件。(1)控制软件:实现分散过程控制级过程控制设备含有数据采集、控制输出、自动控制和网络通信等功效。(2)操作软件:完成实时数据管理、历史数据存放和管理、控制回路调整和显示、生产工艺步骤画面显示、系统状态、趋势显示和产生统计打印和管理等功效。(3)组态软件:包含画面组态、数据组态、报表组态、控制回路组态等。2.2 DCS控制技术发展 自美国Hone
11、ywell企业于1975年成功地推出了第一个集散控制系统TDC型计算机集散控制系统以来,经历了20多年时间,集散控制系统已经走向成熟并取得广泛应用。器发展具体经历了四个阶段。(1)第一阶段(70年代初) 第一代集散控制系统大多含有微处理器分级控制系统,关键有过程空盒子装置、数据采集装置、CRT操作站、监控计算机和数据高速公路五部分组成。(2)第二阶段(80十年代中前期) 第二代产品在原来产品基础上,深入向高精度、高可靠性、标准化、小型化、模块化、单元结构化、智能方向发展,使之含有更强适应性和扩展性。(3)第三阶段(80年代中后期) 第三代产品开发了高一层次信息管理系统和符合国际标准组织ISOO
12、SI开放式互联考模型局域网络。(4)第四阶段(90年代初开始) 在20世纪90年代,伴随对控制和管理要求不停提升,第四代集散控制系统以管理一体化形式出现。它在硬件上采取了开放工作站,使用RISC替换CISC,采取了用户机/服务器(Client/Server)结构2.3 水泥厂控制系统发展经历 *气动仪表式控制系统 *电动期望组合式模拟仪表控制系统 *集中式数字控制系统 *分布式控制系统 *分布式控制系统DCS *现场总线控制系统FCS 因为现场总线适应了工业控制系统向网络化、分散化、智能化发展方向,它出现造成了传统控系统变革,形成了新型网络化继承至全分布控制系统现场总线控制系统。 FCS既是一
13、个开放通信网络,又是一个全分布式控制系统。它作为智能设备联络纽带,吧挂接在总线上作为网络节点智能设备连接为网络系统,并深入组成自动化系统;实现基础控制、赔偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控制一体化综合自动化系统。这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信网络为关键内容综合技术。现在新型干法水泥厂绝大部分采取分布式计算机控制系统进行控制。3、水泥生产工艺3.1 水泥概述 水泥(cement),粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌成浆体后能在空气或水中硬化,用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。硅酸盐水泥生产原料:1.硅酸盐水泥关键成份硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOS
14、iO2)、铝酸三钙(3CaOAI2O3)、铁铝酸四钙(4CaOAI2O3Fe2O3)其中:CaO 6267%;SiO2 2024%;AI2O3 47%;Fe2O3 26%。2.硅酸盐水泥生产关键原料 (1) 石灰质原料: 以碳酸钙为关键成份原料,是水泥熟料中CaO关键起源。如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。一吨熟料约需1.41.5吨石灰质干原料,在生料中约占80%左右。 石灰质原料质量要求以下表:品位CaO(%)MgO(%)R2O(%)SO3(%)燧石或石英(%)一级品482.51.01.04.0二级品45483.01.01.04.0(2)粘土质原料:含碱和碱土铝硅酸盐,关键成份为SiO2
15、,其次为AI2O3,少许Fe2O3,是水泥熟料中SiO2、AI2O3、Fe2O3关键起源。粘土质原料关键有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。一吨熟料约需0.30.4吨粘土质原料,在生料中约占1117%。 粘土质原料质量要求以下表:品位硅酸率铁率MgO(%)R2O(%)SO3(%)塑性指数一级品2.73.51.53.53.04.02.012二级品2.02.7或3.54.0不限3.04.02.012通常情况下SiO2含量6067%,AI2O3含量1418%。 (3)关键原料中有害成份: MgO:影响水泥安定性。水泥熟料中要求MgO5%,原料中要求MgO3%。 碱含量(K2O、Na2O):对正
16、常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟料中要求R2O1.3%,原料中要求R2O4%。 P2O5:水泥熟料中含少许P2O5对水泥水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在0.3%时,效果最好,但超出1%时,熟料强度便显著下降。P2O5含量应限制。 TiO2:水泥熟料中含有适量TiO2,对水泥硬化过程有强化作用。当TiO2含量达0.51.0%,强化作用最显著,超出3%时,水泥强度就要降低。假如含量继续增加,水泥就会溃裂。所以在石灰石原料中应控制TiO22.0%。3. 硅酸盐水泥生产辅助原料(1)校正原料 铁质校正原料:补充生料中Fe2O3不足,关键为硫铁矿渣和铅矿渣等。 硅质校正原料:补充生料中SiO
17、2不足,关键有硅藻土等。 铝质校正原料:补充生料中AI2O3不足,关键有铝钒土、煤矸石、铁钒土等。校正原料质量要求硅质原料 硅 率 SiO2(%) R2O(%)4.0 7090 4.0铁质原料 Fe2O340%铝质原料 AI2O330%(2) 缓凝剂:以天然石膏和磷石膏为主。掺加量35%。4.工业废渣利用 赤泥:烧结法生产氧化铝排出赤色废渣,以CaO、SiO2为主。掺加石灰质原料可配制成生料。 电石渣:以CaO为主。可替换部分石灰石生产水泥。 煤矸石:以SiO2、AI2O3为主。可替换粘土生产水泥。 粉煤灰:以SiO2、AI2O3为主。可替换粘土配制生料,也可作混合材料。 石煤:以SiO2、A
18、I2O3为主。可作粘土质原料,也可作燃料。3.2 工艺步骤介绍水泥生产工艺,以石灰石和粘土为关键原料,经破碎、配料、磨细制成生料,喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏(有时还掺加混合材料或外加剂)磨细而成。可简述为“两磨一烧”。上峰企业采取是新型干法水泥生产工艺,具体步骤以下:3.2.1 破碎及预均化(1)水泥生产过程中,很大一部分原料要进行破碎,如石灰石、黏土、铁矿石及煤等。因为石灰石是生产过程中用量最大原料,开采出来以后颗粒较大,硬度较高,所以石灰石破碎在水泥物料破碎中占有比较关键地位。 (2)原料预均化。预均化技术就是在原料存、取过程中,利用科学堆取料技术,实现原料初步均化,使原料堆场同
19、时含有贮存和均化功效。 3.2.2 生料制备 水泥生产过程中,每生产1吨硅酸盐水泥最少要粉磨3吨物料(包含多种原料、燃料、熟料、混合料、石膏),据统计,干法水泥生产线粉磨作业需要消耗动力约占全厂动力60%以上,其中生料粉磨占30%以上,煤磨占约3%,水泥粉磨约占40%。所以,合理选择粉磨设备和工艺步骤,优化工艺参数,正确操作,控制作业制度,对确保产品质量、降低能耗含有重大意义。 3.2.3 生料均化 新型干法水泥生产过程中,稳定入窖生料成份是稳定熟料烧成热工制度前提,生料均化系统起着稳定入窖生料成份最终一道把关作用。3.2.4 预热分解 把生料预热和部分分解由预热器来完成,替换回转窑部分功效,
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