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电解铝物料储运及烟气净化控制系统设计

作　者: 池文胜
导　师: 宋伟刚；曾凡实
学　校: 东北大学
专　业: 机械工程
关键词: 物料储运 烟气净化 S7-400 WINCC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


在整个铝电解生产过程中,单体设备最多、过程最复杂、控制区域最广的是物料储运及烟气净化系统,它是铝电解生产中原料输送系统,同时该系统兼容铝电解烟气灰尘的回收净化。本文针对铝电解生产过程,结合现场实际情况,开发设计了物料储运及烟气净化控制系统,以解决铝电解产生中随着工艺技术的不断改进和发展,对控制方式和控制策略的更高需要。本文以中国铝业贵州分公司四期电解铝工程项目为研究背景,设计了以S7-400系列PLC为控制器,西门子WINCC工业控制组态软件为上位监控运行平台,西门子TP270触摸屏为现场操作站,基于工业以态网和PROFIBUS总线技术的集散控制系统。本文从理论和具体应用两个方面对铝电解物料储运及烟气净化控制系统的设计与实现进行研究,在分析和比较典型现场总线控制系统的基础上,把西门子公司的PROFIBUS-DP和工业以太网相结合,设计了系统通信网络结构,提出了对铝电解物料储运及烟气净化生产过程监控的解决方案,文中详细地论述了整个监控系统的网络结构和建立过程；此外,系统以西门子S7-400系列PLC为控制器,西门子WINCC工业控制组态软件为上位监控运行平台,在分析了技术要求和用户需求后,设计开发了铝电解物料储运及烟气净化生产过程计算机监控系统和逻辑控制程序,文中着重论述了S7-400系列PLC的选型及模块配置,逻辑控制程序的开发,基于SIMATIC WINCC的生产过程监控系统的开发、WINCC服务器的冗余设计,开发的监控界面直观、操作方便、极大地提高了系统监控能力；同时,针对物料储运及烟气净化工艺特点,论述了PID调节和变频调速在大型风机中的应用。本课题所研究和开发的系统,在生产中,已经投入了使用,实践证明具有操作方便、运行稳定、控制效果良好和易维护的优点。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-16
  1.1 课题背景  11
    1.1.1 概论  11
    1.1.2 选题的目的和意义  11
  1.2 生产控制系统的发展  11-14
  1.3 PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点  14-15
    1.3.1 PLC基本特点  14
    1.3.2 DCS基本特点  14
    1.3.3 FCS基本特点  14-15
  1.4 本文的主要内容和方法  15-16
第2章 系统组成原理及控制系统总体设计  16-21
  2.1 工艺流程  16-18
    2.1.1 电解铝工艺流程  16
    2.1.2 超浓相输送系统  16-17
    2.1.3 浓相输送系统  17-18
    2.1.4 烟气净化系统  18
  2.2 系统需求分析  18-19
  2.3 控制系统总体设计  19-21
第3章 网络与通信方案设计  21-31
  3.1 网络与通信设计  21-23
  3.2 工业以太网简介  23-26
    3.2.1 工业以太网的优点  24
    3.2.2 工业以太网的技术特点  24
    3.2.3 工业以太网的构成  24
    3.2.4 工业以太网的网络方案  24-25
    3.2.5 工业以太网配置  25-26
  3.3 PROFIBUS现场总线  26-31
    3.3.1 PROFIBUS概述  26
    3.3.2 PROFIBUS总线存取协议  26-28
    3.3.3 PROFIBUS-DP  28-29
    3.3.4 PROFIBUS-DP在控制系统中的应用  29-31
第4章 系统硬件设计  31-38
  4.1 上位机硬件配置  31
  4.2 PLC选型及模块配置  31-36
    4.2.1 PLC选型  31
    4.2.2 PLC模块配置  31-33
    4.2.3 PLC模块概述与选配  33-36
  4.3 触摸屏与变频器的选择  36-38
    4.3.1 触摸屏的选择  36-37
    4.3.2 变频器的选择  37-38
第5章 PID控制与变频调速控制设计  38-44
  5.1 PID控制  38-40
    5.1.1 PID控制的原理和特点  38-39
    5.1.2 PID控制器的参数整定  39-40
    5.1.3 在STEP7中实现PID调节  40
  5.2 变频调速控制  40-44
    5.2.1 变频器的工作原理交流电动机的同步转速表达式  40-41
    5.2.2 变频器控制方式  41-43
    5.2.3 变频调速系统的组成  43-44
第6章 PLC控制系统软件设计  44-50
  6.1 STEP7简介  44-45
  6.2 火车卸料站系统PLC控制程序设计  45-46
  6.3 卡车卸料站系统PLC控制程序设计  46
  6.4 区域站系统PLC控制程序设计  46-50
    6.4.1 氧化铝转运PLC控制程序设计  46-47
    6.4.2 天车加料PLC控制程序设计  47
    6.4.3 氟化盐输送PLC控制程序设计  47-49
    6.4.4 电解槽氧化铝加料(超浓相)PLC控制程序设计  49
    6.4.5 净化系统PLC控制程序设计  49-50
第7章 监控软件的设计与开发  50-66
  7.1 现场操作站触摸屏软件简介  50
  7.2 触摸屏画面设计  50-54
    7.2.1 卡车卸料站触摸屏监控画面  50
    7.2.2 火车卸料站触摸屏监控画面  50
    7.2.3 氧化铝输送触摸屏监控画面  50-52
    7.2.4 天车加料触摸屏监控画面  52
    7.2.5 氟化盐触摸屏监控画面  52
    7.2.6 烟气净化触摸屏监控画面  52-54
  7.3 WinCC软件介绍  54-56
    7.3.1 WinCC系统的特点  54-55
    7.3.2 WinCC系统构成  55-56
  7.4 WinCC软件开发  56-66
    7.4.1. WinCC软件开发过程概述  56-58
    7.4.2. WinCC系统冗余  58
    7.4.3. 上位机监控画面设计  58-66
第8章 系统调试  66-70
  8.1 PLC程序的仿真调试  66
  8.2 系统现场调试  66-70
第9章 结论  70-71
参考文献  71-73
致谢  73

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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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