英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
现代控制系统在水泥生产设备中的应用
摘要：对于工业生产来说，生产最大化、成本最小化和提高质量是工业生产设施的典型目标。为了实现这些生产目标，在工业生产中通常会采用现代自动化控制系统这一种方法。现代控制系统可访问大量生产数据，这些数据可用于许多地方来增强工厂对于生产、成本和质量的管理。这是可以通过改进工艺流程的监视和控制，以及增加制造设备的可用性和可靠性来实现的。在工业生产中，现代控制系统非常灵活。无论是设计、扩展还是修改，都可以轻松地满足制造业工厂的特定要求和需求。
引言：本文的目的是来讨论现代控制系统，以及现代控制系统在特定水泥生产设施中的应用。本文会从最终用户的角度着眼于控制系统，对控制系统来进行讨论。通过讨论所涉及的硬件和软件，读者将会对控制系统的主要组件有所了解。该讨论会涉及到组件的物理特性，以及这些组件在系统中的功能，现代控制系统提供的功能可以充分应用到许多生产方法中。本文将介绍到水泥制造厂采用的几种生产方法，以及将会讨论到与控制系统相关的优缺点。通过对于控制系统有关的优缺点的讨论，我们既能认识到有益的一面，也能意识到存在的缺点和困难，从而去改进提高。
系统组成：整个控制系统是由几个可编程逻辑控制器或PLC系统组成。图1和2显示了PLC系统中的典型硬件。在控制系统中，硬件是基于机架的模块化组件，包括机架、电源、输入/输出模块、通信模块和控制器模块。PLC系统不包含冗余控制器，但是使用冗余通信介质。几种不同类型的模拟和数字输入输出模块以及通信模块，可以应用于与各种信号和网络接口。控制器彼此连接以及与远程输入/输出模块和智能现场设备连接将由多个通信网络实现。网络还用于将操作员界面计算机和数据存储设备连接到控制系统。在控制系统中，软件用于以梯形逻辑格式开发PLC程序，并在PLC系统内配置硬件和设备。并且软件包可以用于配置多个通信网络。PLC系统及其程序通过模块或车载智能现场设备提供的输出直接控制制造设备。
图1：PLC控制器和通讯模块 图2：PLC输入/输出和通讯模块
与操作员的交互是通过使用通常被称为人机界面或HMI来完成的。硬件由在标准操作系统上运行的计算机和服务器组成，而HMI软件由运行时的应用程序和一组用于开发流程显示的工程工具组成。流程显示是使用库中可用或由开发人员创建的符号和模型设计的。通过从预定义的宏中进行选择或为自定义动画创建用户定义的宏来配置对象动态。由于对象的动态特性是在数据库中定义的，因此对这些特性的任何修改都会自动发送到相同类型的所有对象，从而无需在每个流程显示中更改每个单独的对象。所有配置更改都可以在线进行，而无需关闭工艺流程，并且可以立即在全球范围内分发。而且每种对象都有一个关联的面板，面板显示信息，例如设备状态、警报极限、PID参数以及电气和机械互锁条件，并允许进行控制。警报系统包括警报列表、警报标题和用于确认和重置的图标。警报列表显示当前和历史警报和事件，并提供诸如警报文本、状态、优先级、级别和时间戳等信息。警报标题显示最后检测到的警报，并概述每个工艺流程部门的整体警报状态。模拟数据以指定的时间间隔记录为点值和平均值。记录的数据可以被视为单个对象或对象组的趋势曲线。
管理信息系统或MIS将相关工厂数据集成并存储到单个数据库中。该数据库具有很大的存储容量，并以灵活安全且易于访问的格式提供数据。MIS使过程数据可供使用，而与用户的物理位置无关。如果需要，可以访问工厂内联网或万维网上的MIS服务器上存储的数据。可以使用标准的网上浏览器显示数据，从而允许用户执行诸如查看流程显示、运行趋势和开发报告之类的操作。可以使用预定义的布局生成报告，也可以通过将数据导出到其他程序进行报告开发来定制报告。可以将报告配置为以每日、每周、每月、警报和事件格式显示数据。生成报告时，可以利用已选择为可报告的任何标签，并且能够以多种格式（例如平均值，最小值和最大值）显示与标签关联的数据。
控制系统包括几个装有智能电子过载继电器的电机控制中心。一个典型的电机控制中心如图3所示，一个包含电子过载继电器的电机启动器如图4所示。继电器通过设备级别的通信网络连接到控制系统。继电器包含输入和输出点以及状态指示器。与输入/输出点关联的传统控制接线已由设备级别的网络通信电缆取代。可用的保护继电器功能包括过载、缺相、接地故障、失速、卡纸、欠载、电流不平衡和通信故障。参数可用于配置和监视继电器。可编程参数用于配置保护功能、网络设置和输出点行为。监视的参数可提供有关相电流、警告和跳闸信息以及机载输入和输出点状态的数据。电机控制中心包含制造商组装的部分，其中装有PLC硬件和终端点。离散和模拟现场设备通过这些终端点和PLC硬件连接到控制系统。典型的离散设备包括限位开关、按钮、选择器开关，螺线管和喇叭。模拟设备包括诸如温度、压力、液位、重量、位置和速度变送器。
图3：电机控制中心 图4：带电子过载继电器的电动机启动器
控制系统中使用了几个开放的通信网络。这些网络使用相同的协议和体系结构，因此所有设备都可以在网络上或跨网络通信，而无需转换或进行特殊编程。所有网络都可以控制、配置和收集数据。计算机工作站、服务器和PLC处理器位于高速网络上，该网络传输大量非时间紧迫的数据。PLC处理器和输入/输出硬件位于支持确定性和可重复格式的时间紧迫数据传输的网络上。智能工业设备连接到底层网络上的PLC处理器，从而无需将这些设备硬接线到传统输入/输出模块中。
系统利用率：HMI系统用于监视和控制水泥生产中所涉及的多个生产过程。通过在流程显示器上使用图形来直观地表示设备生产过程。通过改变图形对象的外观，动态地将信息提供给操作员，以反映生产的过程和设备的实际状况。诸如颜色变化、闪烁的符号、自动更新的过程、测量值和声音之类的东西可以为操作员提供反馈。操作员通过使用计算机键盘和鼠标来操作指令，使用适当的面板可单独或整体控制设备。过程控制通过HMI也可以启动PID回路的运行模式或其设定值之类的更改。配置数据的修改（例如PID控制器参数和警报极限）将由具有合适的访问权限的人员进行调整。操作员和维护人员都可以使用通过HMI提供的警报和趋势功能。趋势分析用于分析过程更改的原因和结果，以便更好地了解生产过程。历史趋势数据可以使用一年，并且经常与过程优化和故障排除活动一起进行检查。当前和历史警报数据用于故障排除和诊断故障情况以及过程中断。进行此分析是为了帮助解决当前的问题，并且还可以与其他工具一起使用，以便确定并消除问题的根本原因。图5显示的是描绘研磨系统中进料仓重量和研磨机压差的趋势。从折线图中可以看出，进料仓重量和整个轧机压差之间存在直接的关系。磨机压差的变化会导致该磨机系统的操作问题和质量问题。在此示例中，生产的趋势则可以被用作监视和优化轧机运行的工具。
图5：趋势显示
管理信息系统用于生成每日和每月的运行报告。有关特定数据的报告也会与过程审核一起生成。通常以平均值报告过程测量值（例如压力和温度），而使用最大值报告总生产率。
图6：预定义版式的月度报告
图6以MIS提供的标准布局显示了2005年12月的每月窑炉生产报告。可以选择每一列数据以给出计数、平均值、最小值、最大值、标准偏差、相对偏差和总和。在此报告中，将与标签IND馈送关联的每日运行时间相加，以提供该月的总运行时间。
图7：定制布局中的月度报告
图7在用于开发电子表格的软件程序中创建的自定义布局中显示了相同的信息。该程序允许以多种方式添加、操作和显示数据。在工厂内部网站上访问存储在MIS服务器上的数据。管理人员和其他人员使用它来查看过程显示、分析警报、运行趋势并开发报告。
电机控制中心中的所有电机启动器均包含联网的智能电子过载继电器。每个起动器中有四个输入点和两个输出点，并根据设备标准使用。输入和输出的一致应用可以实现标准化的电气文档、接线、监视和控制。输入用于监视控制电源状态、运行状态、现场选择器开关和硬接线紧急联锁装置的位置以及某些类型的设备（例如传送带）上是否存在运动。根据应用需要，这些输出用于使电动机启动器在正向或反向方向上通电。维护人员利用继电器上的二极管指示灯指示输入和输出点状态、网络的健康状况以及任何警告或跳闸的原因。电子过载继电器包含可编程参数和用于监视控制的参数。控制系统连续监控的参数是平均相电流占电动机满负载电流额定值的百分比，计算出的是电动机热容量利用率百分比、继电器的跳闸状态以及继电器的设备状态，其中包括输入和输出点的状态。输出点也由控制系统直接控制。可根据需要访问可用于监视的其他参数，以协助进行故障排除。这些包括单个相电流、警告状态和跳闸日志之类的数据。使用计算机和软件或手持编程设备可以完成保护性警告、跳闸功能以及节点调试的配置。使用的保护功能包括过载、缺相、通信故障，以及在某些应用中还包括欠载。
系统优势：有效的进行数据访问是现代控制系统的重要优势。通过显示测量值、设备状态和警报状况，通过HMI以图形方式表示过程，从而使操作员可以有效地监视和控制水泥生产中涉及的多种系统。历史数据以及在趋势分析、查看警报列表和生成报告时加以利用的能力为操作和维护人员提供了额外的工具，这些工具可以在执行工作时使用。通过访问配置数据（例如比例、积分和微分控制器参数以及警报设置），可以轻松修改负责系统更改的人员。诊断信息可进行更精确的故障排除，从而改善设备的可用性和利用率。
几个系统组件的属性对于系统其实是一个加成作用。事实证明，每个电动机启动器中都存在输入和输出点，以及它们的标准化使用是有益的。通过观察与输入/输出点关联的二极管指示灯，电工可以轻松地获取有关电动机状态的信息。起动器输入/输出点通过将其分布在整个电动机控制中心中，还可以最大程度地减少安装到PLC编组柜的电线数量。PLC硬件的模块化结构以及对模块放置的限制，无损于修改和扩展。相对容易的将独立设备上的独立PLC系统联网到整个控制系统中。用于开发PLC梯形图逻辑的结构化编程技术可以允许系统有效地进行修改和添加。
自2002年中期投入使用以来，该控制系统已被证明非常可靠。软件和固件升级的实施以及对设备冷却系统的改进，减轻了与控制系统相关的潜在可靠性问题。问题包括由于热量以及与计算机操作系统PLC编程软件相关的异常而导致的极少的硬件故障。
系统缺点：在使用和维护控制系统时，工作人员必须具备相应的技能。通常来说，这需要专门的培训，拥有丰富的经验才能精通这些技能，从而对控制系统进行正确高效的使用和维护。使用者必须有能力去利用系统通过动态显示、警报系统和趋势提供给他们的信息。而维护人员需要有足够的经验，能够将系统用作故障排除工具，知道如何响应故障并且能够正确对故障进行修改。维护人员在更换智能设备时，必须对设备进行正确配置，从而来保证设备在系统中正常的运行。必须注意的是，不要在网络上重复节点地址，以免导致系统网络关闭。在设计或修改网络时，必须考虑设备的数量，以确保性能不会随着设备数量接近了最大值而降低。所以对于控制系统的使用者和维护人员，必须有培训交流和足够的经验，以了解这些不同类型的问题并及时快速地对它们进行响应。
系统需要一般情况下不需要的工具和资源。例如，需要计算机成手持式编程单元来配置电子过载继电器。这包括用于过载保护的满载电流设置。传统上，这是通过使用普通的手动工具安装正确的加热器元件或将选择器转到适当的设置来完成的。当维护技术含量高的设备或对现场人员的培训和经验不足时，有时就会需要设施外的资源。
结论：现代控制系统具有高可靠性、系统灵活性和设备运行数据，从而增强了工厂对于生产、成本和质量的管理。这些都是我们现代化工厂开发时，控制系统所要能够辅助生产设施达成的目标。通过访问和利用控制系统提供的信息，可以优化工厂生产的过程，并且能够提高系统设备的可用性和可靠性。
工厂的需要和公认的控制系统的优势，致使控制系统的发展超出了我们的现代化工厂，包括几个较老的加工区。在我们工厂中，原始的铣削系统、精铣削系统和燃料处理系统已实现自动化。并且对于这些不同的工业生产系统，使用相同的典型组件和实施方法并入了整个控制系统。目前，我们的水泥调度区域正在升级，此升级中包括现代控制系统。
参考文献：Blair, David D., Doan, Daniel R., Jensen, David L.和Kim, Tim K.,“网络化智能电动机控制系统”,2001年 IEEE石油和化学工业委员会。
大型设备在水泥厂的应用
作者：Polysius AG综合水泥厂项目高级经理Alexander Tigges
摘要与引言：目前，全球水泥消费量正在以创纪录的数字增长，新产能的增长几乎是长期平均值的两倍。因此，水泥生产商，特别是来自发展迅速、建筑业蓬勃发展的国家和地区的水泥生产商，对水泥生产线的产能要求越来越高。由于需要高容量，加上安装空间有限，以及对操作和成本的各种考虑，因此需要开发和实施大型设备。
为了达到这一目标，首先必须扫清各种障碍。与工艺相关的问题需要新的设计理念，面临着新的挑战，须检查和调整已存在的设计，根据各种设备部件的极限尺寸和重量来扩大规模、制造、以及物流和运输。
我公司通过开发新产品成功投放市场来应对这些挑战。其中包括我们的新型立式辊磨机，七年多以来，它提供了一个高效、可靠、紧凑的生料研磨系统，为高容量的现代熟料生产线服务。同
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[238774]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
