DCS控制系统在水泥生产工艺规范流程中地应用.doc
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1、DCS 控制系统在水泥生产工艺流程中的应用学院:电气工程与自动化班级:B130410学号:B13041013姓名:刘牧泽目 录摘摘要要 2关键词关键词 21、绪、绪论论 21.1 前言 32、DCSDCS 控制系统控制系统简简介介 42.1 概述 42.1.1 DCS 系统简介 42.1.2 集散控制系统的硬件结构 72.1.3 集散控制系统的软件技术 72.2 DCS 控制技术的发展 72.3 水泥厂控制系统的发展经历 83 3、水泥生、水泥生产产工工艺艺 103.1 水泥概述 103.2 工艺流程简介 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、.2.4 预热分解 113.2.5 水泥熟料的烧成 123.2.6 水泥粉磨 133.3 主要部分设备工作原理 154 4、DCSDCS 控制控制技技术在工术在工艺艺中的应用中的应用 164.1 控制项目 164.1.1 转速控制 164.1.2 温度控制 184.2 生料粉磨中的过程控制 184.3 水泥厂常见设备的控制方法 194.4 各工段控制方案 22附附录录:ATOXATOX5050 型水型水泥泥立磨立磨示示意图意图 24参考参考资资料料 25DCS 控制技术在水泥生产工艺中的应用摘要以往的水泥生产线是以现场控制为主的,主要通过继电器控制系统进行控制,无论在人力还是物力方面投资都是很
3、大的,近年来由于自动化技术的快速发展,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的使用,使得水泥厂在人力和物力方面的投资大大减少,增加了效率,另外也降低了危险系数,员工安全得到有力的保障。关键词水泥生产工艺,DCS,过程控制,PID1、绪论1.1 前言随着社会的快速发展,水泥建材需求不断扩大,应用范围也越来越广泛,从高楼大厦到园林艺术,都需要水泥的浇筑。另外,微电子技术、计算机技术、自动控制理论和通信技术的发展,DCS 技术在工业控制领域发挥巨大的作用,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的应用。由于 DCS 的应用,在人员方面减少了需求,
4、提高了效率;在安全方面,由于不需要人亲自到现场即可进行对整个生产流水线的控制,大大提高了安全系数。这篇实习报告就是我在铜陵上峰水泥股份有限公司实习所得。在论文中写到了 DCS 的相关理论,并提到了水泥的部分知识。结合实习的实际情况,将 DCS 控制技术与水泥生产工艺流程相结合,叙述了 DCS 控制技术在水泥生产工艺流程中的应用,其中涉及到温度控制、流量控制、压力控制、转速控制等。论文中写到了我的专业课所学,同时也联系了我实习时所学到的新知识,可谓是理论联系实际。在实习过程中,我所在的车间是生料车间,故而我所写内容大部分是围绕生料粉磨的流程而写的。由于我的知识水平有限以及专业知识的欠缺,论文中难
5、免会有不妥或错误之处,希望老师批评指正。2、DCS 控制系统简介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。他是一种综合了计算机技术、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、管理和分散控制的新型控制系统。集散控制系统既不同于分散的仪表控制,又不同于集中计算机控制系统,它克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。与模拟仪表控制相比,它具有连接方便、采用软连接的方法连接、容易更改、显示方式灵活、显示内容多样、数据存储量大、占用空间少等优点;与计算机集中控制系统相比,它具有操
6、作监督方便、危险分散、功能分散等优点。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,提高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的管理与控制一体化的综合集成系统。这种系统组态灵活,通用性强,规模可大可小,既适用于中小型控制系统,也适用于大型控制系统。集散控制系统具有如下特点: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 系统简介集散控制系统是采用标准化、规模化和系列化的设计,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;
7、第三级为综合信息管理级,各级相互独立又相互联系。从水平方向,每一级功能可分为若干子级(相当于在水平方向分成若干级) 。各级之间有通信网络连接,级与各装置之间哟本级的通信网络 进行通信联系。(1)分散过程控制级分散过程控制级直接面向生产过程,是集散控制系统的基础。它具有数据采集、数据处理、回路调节控制和顺序控制等功能,能独立完成对生产过程的直接数字控制。其过程输入信息是面向传感器的信号,如热电偶、热电阻、变送器(温度、压力、液位、电压、电流功率等)及开关量的信号,其输出是作用于驱动执行机构。同时,通信网络可实现与同级之间的其他控制单元、上层操作管理站相连和通信,实现更大规模的控制与管理。它可传送
8、操作管理级所需的数据,也能接受操作管理级发来的各种操作指令,并根据操作指令进行相对的调整或控制。构成这一级的主要装置有:(a)现场控制站(工业控制机) ;(b)可编程控制器 PLC;(c)智能调节器;(d)其他测量装置。各控制器的核心部件是微处理器,且可以是单回路的,也可以是多回路的。(2)集中操作监控级这一级以操作监视为主要任务,兼有部分管理功能。它是面向操作员和系统工程师的,这一级配备有技术手段齐备,功能强的计算机系统及各类外部装置,特别是 CRT 显示器和键盘,还需要较大存储容量的存储设备及功能强大的软件支持,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
9、诊断、质量评估等。这一级主要设备包括:(a)监控计算机:即上位机,综合监视全系统的各工作站,具有多输入多输出控制功能,用以实现系统的最优控制或最优管理。(b)工程师操作站:主要用于系统的组态、维护和操作。(c)操作员操作站:主要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构成,从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括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的各分布部分连接一起,完成各种数据、指令及其他信息的传递。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
10、集散控制系统的硬件结构(1)分散过程控制级分散控制级主要由各种测控装置组成,常用的有现场控制站、可编程控制器PLC、智能调节器。(2)集中操作监控级由监控计算机、操作员工作站和工程师工作站等组成,硬件主要由操作台、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主要执行生产管理和 经营管理功能。主要由管理计算机、办公自动化服务系统、工厂自动化服务系统构成。(4)通信网络系统集散控制系统中各级的通信设备是通过通信网络互连,并进行相互通信的,已达到既自治又相互协调工作。主要组成有:通信介质等。2.1.3 集散控制系统的软件技术集散控制系统的软件可分三类:控制软件、操作软件和
11、组态软件。(1)控制软件:实现分散过程控制级的过程控制设备具有的数据采集、控制输出、自动控制和网络通信等功能。(2)操作软件:完成实时数据管理、历史数据存储和管理、控制回路调节和显示、生产工艺流程画面显示、系统状态、趋势显示以及产生记录的打印和管理等功能。(3)组态软件:包括画面组态、数据组态、报表组态、控制回路组态等。2.2 DCS 控制技术的发展自美国 Honeywell 公司于 1975 年成功地推出了第一个集散控制系统TDC2000 型计算机集散控制系统以来,经历了 20 多年的时间,集散控制系统已经走向成熟并获得广泛应用。器发展具体经历了四个阶段。(1)第一阶段(70 年代初)第一代
12、集散控制系统大多具有微处理器的分级控制系统,主要有过程空盒子装置、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的基础上,进一步向高精度、高可靠性、标准化、小型化、模块化、单元结构化、智能方向发展,使之具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的信息管理系统和符合国际标准组织 ISO 的 OSI 开放式互联考模型的局域网络。(4)第四阶段(90 年代初开始)在 20 世纪 90 年代,随着对控制和管理要求的不断提高,第四代集散控制系统以管理一体化形式出现。它在硬件上采用了开放的工
13、作站,使用 RISC 替代 CISC,采用了客户机/服务器(Client/Server)的结构2.3 水泥厂控制系统的发展经历*气动仪表式控制系统*电动但愿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由于现场总线适应了工业控制系统向网络化、分散化、智能化发展的方向,它的出现导致了传统控系统的变革,形成了新型的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。它作为智能设备的联系纽带,吧挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统,并进一步构成自动化系统;实现基本控制、补偿计算、
14、参数修改、报警、显示、监控、优化及控制一体化的综合自动化系统。这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信网络为主要内容的综合技术。目前新型干法水泥厂绝大部分采用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。硅酸盐水泥生产的原料:1.硅酸盐水泥的主要成分硅酸三钙(3CaOSiO2) 、硅酸二钙(2CaOSiO2) 、铝酸三钙(3CaOAI2O3) 、铁铝酸四钙(4CaOAI2O3Fe2O3)其中:CaO 6267%;SiO2 2024%;AI2O3 47
15、%;Fe2O3 26%。2.硅酸盐水泥生产的主要原料(1) 石灰质原料: 以碳酸钙为主要成分的原料,是水泥熟料中 CaO 的主要来源。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。 石灰质原料的质量要求如下表: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:含碱和碱土的铝硅酸盐,主要成分为 SiO2,其次为 AI2O3,少量 Fe2O3,是水泥熟料中 SiO2、AI2O3、Fe2O3的主要来源。粘土质原料主要有黄土、粘土、页
16、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%。 粘土质原料的质量要求如下表: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3.04.02.012一般情况下 SiO2含量 6067%,AI2O3含量 1418%。(3)主要原料中的有害成分: MgO:影响水泥的安定性。水泥熟料中要求 MgO5%,原料中要求MgO3%。 碱含量(K2O、Na2O):对正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
17、熟料中含少量的 P2O5对水泥的水化和硬化有益。当水泥熟料中P2O5含量在 0.3%时,效果最好,但超过 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的 TiO2,对水泥的硬化过程有强化作用。当TiO2含量达 0.51.0%,强化作用最显著,超过 3%时,水泥强度就要降低。如果含量继续增加,水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制 TiO22.0%。3. 硅酸盐水泥生产的辅助原料(1)校正原料 铁质校正原料:补充生料中 Fe2O3的不足,主要为硫铁矿渣和铅矿渣等。 硅质校正原料:补充生料中 SiO2的不足,主要有硅藻土等。 铝质校正原料:补充生料中 AI2O3
18、的不足,主要有铝钒土、煤矸石、铁钒土等。校正原料的质量要求硅质原料 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.工业废渣的利用 赤泥:烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣,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。可替代部分石灰石生产水泥。 煤矸石:以 SiO2、AI2O3为主。可替代粘土生产水泥。 粉煤灰:以 SiO2、AI2O3为主。可替代粘土配制生料,也可作混合材料。 石煤:以 SiO2、AI2O3为主。可作粘土质原料,也可作燃
19、料。3.2 工艺流程简介水泥的生产工艺,以石灰石和粘土为主要原料,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” 。上峰公司采用的是新型干法水泥生产工艺,具体流程如下: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的原料,开采出来之后的颗粒较大,硬度较高,因此石灰石的破碎在水泥的物料破碎中占有比较重要的地位。 (2)原料预均化。预均化技术就是在原料的存、取过程中,运用科学的堆取料技术,实现原料的初步均化,使原料堆场同时具备贮存与均化
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