增濕塔自動控制系統(tǒng)

增濕塔自動控制系統(tǒng)設計學號：201001010125專業(yè)：10自動化1班(卓越班)報告人：張璞選題背景01設計簡介02軟件設計04硬件設計選型03選題背景及意義1水泥廠在我國的發(fā)展現(xiàn)狀我國是一個水泥生產大國。水泥總產量連續(xù)多年居世界第一位，約占世界總產量的一半。隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，我國的固定資產投資越來越大，水泥的生產需求也越來越高，同時因為水泥行業(yè)可觀的利潤，我國的水泥生產企業(yè)也越來越多。但于此而來也伴隨著一系列的問題。其中環(huán)境問題是其中最重要的。某地水泥廠污染作業(yè)設計簡介1增濕塔在水泥生產工作的重要作用近年來，大多干法水泥生產線采用增濕塔對窯尾大量的高溫廢氣進行處理，因為其操作穩(wěn)定可靠、投資較低，取得了良好的效果。增濕塔一方面可以降低煙氣溫度，另一方面可以調節(jié)煙氣的比電阻，使電除塵器效率提高。對袋式除塵器而言，入口氣體溫度有限制，適當噴水可以調節(jié)溫度；對電除塵器而言，噴水調節(jié)比電阻可以使煙氣中粉塵電荷變化，使極板更容易吸附粉塵，從而提高電除塵器的收塵效率。電力除塵2工作原理：靜電除塵器利用高壓直流電場使空氣中的氣體分子電離，在電場力的作用下向兩極運動，在移動過程中碰到氣流中的粉塵顆粒和細菌使其荷電，帶點的粉塵顆粒在電場的作用下向相反的沉降極運動。被補集的固體粉塵，通過清灰過程把附著在沉降極的粉塵震落集塵箱。被補集的液珠由重力作用流入器低的集流槽。電除塵的性能很大程度上取決于灰塵的比電阻。實踐證明，噴霧增濕一方面可以降低煙氣溫度，在一定條件下可以使比電阻處于有利收塵的范圍；另一方面可以增加粉塵表面的導電性，從而降低比電阻。3增濕塔的結構增濕塔主要由五部分組成，分別是：塔體、噴水裝置、水泵站、控制裝置、外保溫層。4增濕塔的布置方式在我國，絕大部分的增濕塔都布置在窯尾的高溫風機之后，除塵器之前。也有布置在窯尾預熱器之后，高溫風機之前的。5增濕塔前置的優(yōu)點（1）大大改善窯尾高溫風機的工作條件。窯尾高溫機是燒成系統(tǒng)的關鍵設備。他的工作狀況直接關系到整條生產線產量和水泥熟料質量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定。另外廢氣中還有較多粉塵，通過增濕塔將一部分粉塵收集下來，減少風機風葉結灰和磨損，風機葉輪失衡的隱患也大大減少，從而提高風機工作的可靠性和受用壽命。（2）減短窯尾管道。通常增濕塔高度在40米以上。因窯尾管道減短，減少管道上塔架的混凝土支撐，從而降低生產成本。（3）省去增濕塔。爬梯采用后置多數(shù)生產線，因為工藝布置原因，增濕塔距離預熱器塔架較遠，因此增濕塔需要單獨設置爬梯。增濕塔靠近預熱器塔架后可以從塔架直接步入增濕塔平臺，從而增濕塔不必單獨設置爬梯，不僅減少增濕塔制造安裝費用，而且增強了增濕塔維修人員的安全感。

（4）增濕塔更易操作。由于增濕塔一般是通過出口溫度來調節(jié)噴水量，如增濕塔后置，原料磨啟動時，增濕塔入口廢棄突然減少，增濕塔噴水量往往不能及時調整，水霧不能完全蒸發(fā)，導致增濕塔濕底，容易造成排灰裝置堵料，或讓濕料進入原料均化庫。6增濕塔噴霧系統(tǒng)的工作原理在增濕塔的入口及出口處均裝有溫度傳感器，當系統(tǒng)開啟時，溫度傳感器檢測到的溫度通過變送器將溫度信號發(fā)送給控制柜里的PLC，當檢測到增濕塔入口處溫度高于某一設定值時，PLC會發(fā)出水泵開啟供水的命令，噴霧系統(tǒng)開始工作。同時在增濕塔出口處的溫度傳感器也將開始工作，與入口處原理相同，電氣控制柜里的PLC會通過運算后，輸出一個4-20mA的控制信號，從而控制噴霧系統(tǒng)的噴水量。同時，PLC檢測到入口溫度低于溫度設定值、出口溫度低于設定值下限或高于設定值上限及增濕塔系統(tǒng)某部分出現(xiàn)故障時系統(tǒng)會做出相應的報警信號，并且會停止水泵運行以及一系列的處理故障措施。硬件設計選型1增濕塔進風口煙氣進入增濕塔都是由小斷面的通風管到相對較大斷面的增濕塔筒體。此時如果不采取必要的措施，會導致氣體在增濕塔內部分布不均勻，筒體內局部區(qū)域（一般為筒體中心附近）氣體流速過高。這部氣體中的水在增濕塔內停留時間較短，來不及蒸發(fā)，會導致濕料。因此，要求氣流在塔內有良好的分布情況。

增濕塔進氣口有兩種形式：上進風形式因為側進風形式要求進氣口有導流裝置，因此我們選用上進風形式。上進風形式常做成圓錐形，為了使氣體充滿圓錐，其錐角要小于30°。側進風形式要使氣流沿塔斷面的分布更均勻，無論哪種進風方式，都還必須在椎體內安裝氣體分布裝置。氣體分布裝置常采用兩種形式：一種是水平放置的兩層多孔板；另一種是同心錐套。兩者相比之下，水平放置雖然無孔區(qū)容易積灰，但制作安裝簡單，重量輕，氣流均布更好，而且積灰寬度不大，而且適量的積灰有利于減小多孔板的磨損，因此采用多孔板氣體分布裝置。2增濕塔的噴水裝置增濕塔的噴水裝置由噴槍、管路、過濾器閥門等組成。噴水裝置是增濕塔的核心部分，它能將水泵站提供的具有一定壓力和流量的水進行霧化并按照一定的布置和擴散角噴入筒體，通過調節(jié)噴水裝置的回水量可以調整增濕塔的工作能力和狀況。通常情況下，噴水裝置設計有一根進水管和一根回水管。在設計增濕塔自動控制系統(tǒng)中我們選用的是單體回流式噴槍，這種噴槍由回流噴嘴、具有內外管的槍體和閥門等組成。從水泵站過來的水從槍體的外管進入到噴嘴的旋流器，一部分通過噴嘴孔霧化噴出，另一部分水通過內管回流到水泵站。其中噴水量的大小通過回流水的多少來調節(jié)。回流水越多則噴水量越少。由于回流式噴槍是通過回流水來調節(jié)噴霧的，所以其進水壓力穩(wěn)定，因而不會因為調節(jié)噴水量而明顯的影響霧化效果。而且單體回流式噴嘴的孔徑較大不易堵塞。3增濕塔系統(tǒng)中的閥門在增濕塔噴霧(給水)自控系統(tǒng)中為了達到對水路的有效控制,一方面使自控系統(tǒng)在正常噴霧過程中保證正常的水路流通,另一方面也為了避免由于當增濕塔中的灰塵溫度降低過快以低于控制系統(tǒng)中設定的下限溫度時或是由于當無加煤信號等指令來到時,需要快速的將在水路循環(huán)中滯留的水泄回水箱,從而避免造成增濕塔的濕底現(xiàn)象。因為設計使用高性能的兩三通閥，我們?yōu)榇嗽O計選用的是VA-7010-225二通閥,VA-7010-325型三通閥,以及ZAZN型電動調節(jié)閥。

它們用DC24V供電，具有體積小，壽命長的特點。尤其在對電動調節(jié)閥的設計選用中，因為它是整個水路噴霧控制中噴槍噴水量大小調節(jié)的關鍵部件，為此使用了高性能的電子式電動調節(jié)閥，它使用進口核心部件，使系統(tǒng)控制更加靈敏、精確。4溫度傳感器為了精確測定灰塵溫度的實時變化,增濕塔上裝有檢測入口和出口溫度的熱電阻。在出口處采用多點檢測方法,以防錯檢和漏檢。

溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和IC溫度傳感器。熱電偶是最簡單和最通用的溫度傳感器，但熱電偶并不適合高精度的的測量和應用。

由于熱電阻具有響應速度快、可靠性高、穩(wěn)定等特點，而且Pt100測量的準確度高范圍大因此本設計中選用了PT100作為入口及出口的溫度傳感器。軟件設計1可編程控制器及程序編寫PLC系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的邏輯控制中心，PLC系統(tǒng)通過觸摸屏操作，按照CPU內已編制好的應用程序，執(zhí)行上位機發(fā)出的各種指令，完成增濕塔的過程控制PLC選用S7-200系列可編程序控制器。

S7-200的優(yōu)點體現(xiàn)在可靠性高、擁有豐富的指令集、易于掌握、便于操作及擁有豐富的拓展模塊等特性上。因此在編程時使用step7-MicroWin。2編程語言的選擇根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準，PLC有五種標準編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結構文化本語言（ST）。

本設計采用了梯形圖程序設計，梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。它不僅可實現(xiàn)邏輯運算，還具有算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機系統(tǒng)。3系統(tǒng)組成及原理圖4水路工作原理供水管路由水泵經過三通閥供水環(huán)管，三通閥可構成兩個通路，一個是供水通路（由通電時導通），即水泵出水與供水環(huán)管之間的通路，另外一個則是排水通路（由斷電時導通），即供水環(huán)管與排水管的通路，排水管將水返回水箱；回水管由回水環(huán)管經過電動調節(jié)閥將水返回水箱。其中排水管路上裝有電動二通閥，其作用是通電時截止輸水，斷電時打開。增濕塔頂部運用的事會流式噴槍，噴槍與供水環(huán)管相接。離心水泵由循環(huán)水箱向系統(tǒng)供水，為了保證水位的一定，該水箱通過浮球閥和液位計來控制水位。當水位低于設定的最低限度時，系統(tǒng)會通過傳感器向控制柜發(fā)出報警信號，同時發(fā)出控制信號給水泵，使水泵停止工作從而達到防止泵因為缺水而造成的損壞。增濕塔出口和入口同時設置了兩只熱電偶，目的是檢測氣體的溫度，當增濕塔入口的熱電偶檢測到濕氣的溫度高于設定值時，控制柜內的PLC會向水泵發(fā)出命令開啟供水，同時使電動三通閥，電動二通閥和電動調節(jié)閥開始通電工作。5氣路工作原理該增濕塔系統(tǒng)是一個需要快速反應的溫度控制系統(tǒng)，為了保障系統(tǒng)的安全可靠運行在出口處安裝了3只溫度傳感器，平時可以監(jiān)測出口的煙氣溫度在管道內的分布情況。增濕塔對于溫度的檢測十分重要，系統(tǒng)工作的好壞情況很大程度上取決于溫度的檢測速度與檢測的準確性。在溫度檢測系統(tǒng)中我已經采取了一些適當?shù)拇胧﹣硖岣呦到y(tǒng)的性能，如采用帶有保護裝置的熱電偶；作為被調參數(shù)的增濕塔出口溫度值采用多點檢測的方法等。

增濕塔的出口及入口處均為溫度的測量取值點。增濕塔的入口溫度則作為整個噴霧系統(tǒng)的通斷、條件之一，在控制器及溫度控制器中設置了溫度的上下限，當煙氣溫度超過設定的溫度上限時，噴霧系統(tǒng)會自動開啟工作狀態(tài)，當煙氣溫度低于設定的溫度下限時，噴霧系統(tǒng)則自動關閉。這樣就可以防止在單獨的工作點附近產生震蕩。增濕塔出口溫度被作為調節(jié)參數(shù)，控制器將增濕塔出口溫度作為參考值與設定溫度比較，從而完成自動調節(jié)出口溫度的恒定及控制塔內的噴水量。即溫度傳感器檢測到出口溫度經變送器變送為4-20mA的控制信號，使用該信號控制電動調節(jié)閥的開度，進而完成對噴水量的控制。本系統(tǒng)采用可編程控制器作為核心，完成了模擬量、開關量的輸入以及輸出、數(shù)學運算等功能如：故障報警：對出口的溫度上下限進行了設置，在超過溫度上限或低于溫度下限時能自動發(fā)出報警信號同時也在在異常情況如缺水、停窯、溫傳故障等情況下能自動聲光報警及處理。信號采集：PLC實時的會檢測增濕塔入口及出口溫度溫度，水位等模擬量信號，同時完成A/D轉換。PID調節(jié):設定兩個溫度值以適應于生料磨的開停，并且在磨機由停機轉換到運轉時應及時加大回流閥開度。6系統(tǒng)簡介遠程控制：當開關開在現(xiàn)控位置上時，對系統(tǒng)科在控制柜上進行操作；而當調到遠程開關位置上時，只能由上位機對控制柜進行運行和停止操作。其中控制柜能送出五個信號，他們分別是正常運轉信號、綜合報警、啟動信號和停止信號。當自動噴霧系統(tǒng)正常運信使，在遠程控制的狀態(tài)下控制柜會向上位機發(fā)出一個正常運行信號；當自動噴霧系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制柜會發(fā)出一個綜合報警信號。系統(tǒng)給水