1. Descripción general del sistema
Alcance del proyecto: Proporcionar un DCS completo para la nueva línea de producción de cemento por vía seca con una producción diaria de 2500 toneladas, para satisfacer las necesidades de producción de cemento y brindar garantía de estabilidad para la producción de cemento de alta calidad. El objetivo general del diseño del sistema de control es:
Proporcionar un entorno operativo confiable para producir cemento de alta calidad.
Mejorar el nivel de automatización de toda la línea de producción de cemento.
Para lograr un funcionamiento de alta calidad de las unidades y mejorar la economía de operación;
Para mejorar la eficiencia laboral de los operadores y satisfacer los requisitos de la tripulación en servicio.
Mejorar la eficiencia y reducir el consumo energético.
2.La idea de diseño del sistema y su aplicación.
1) Diseño funcional: incorpora el grado de automatización después de la finalización del DCS, la capacidad de lidiar con accidentes (alarma, análisis, guía, tratamiento, etc.) y estrategias de control avanzadas, para maximizar la eficiencia, reducir el consumo de energía como idea de diseño. Los detalles son los siguientes:
Control de objetos
El proceso de automatización está coordinado por el sistema DCS para lograr el equilibrio energético.
Asegúrese de que la unidad funcione de manera segura, confiable y eficiente, y que arranque y pare.
Mejorar los beneficios técnicos y económicos de la operación unitaria
La unidad funciona en el límite superior de los parámetros nominales, por lo que se encuentra en las mejores condiciones de funcionamiento.
Para lograr una alta tasa de entrada de automatización, mejorar la confiabilidad, reducir el mal funcionamiento y reducir la tasa de accidentes.
Medios perfectos de orientación operativa y análisis de accidentes.
Las condiciones de funcionamiento de la unidad se pueden reflejar mediante numerosos parámetros de control. Cuando se producen condiciones de funcionamiento anormales, por un lado, se implementan la función de exceso de velocidad y el mecanismo de restricción del proceso, por otro lado, se proporcionan parámetros relevantes, tendencias, gráficos y otras formas eficientes para informar a los operadores para que las aborden a tiempo.
La impresión de registros de operaciones, la impresión de alarmas, la impresión de recordatorios de accidentes, los formularios de informes periódicos y otras funciones favorecen la gestión diaria de la unidad y el análisis de accidentes.
Mantenimiento del sistema en línea eficiente y conveniente.
2) Diseño del sistema: Incorpora la idea de diseño de alta confiabilidad, naturaleza avanzada, fácil mantenimiento y fácil configuración del DCS. Los detalles son los siguientes:
diseño de confiabilidad
Todos los componentes son estandarizados, universales y modulares.
El sistema de control debe ser estratificado, descentralizado y autónomo.
Todos los módulos de E/S están diseñados de forma inteligente con medidas de aislamiento y una alta relación de rechazo de modo común y de modo diferencial.
Filtrado digital de software y eliminación de interferencias accidentales.
Diseño de mantenibilidad
Autodiagnóstico del sistema a nivel de canal.
Selección de software de configuración funcional modular para mejorar la transparencia del software.
Diseño de expansibilidad
Adopta la estructura de red Ethernet industrial, la velocidad de comunicación es de 100 mpbs, la red troncal es una red de anillo redundante, cada subestación está conectada a la red troncal a través de un cable de par trenzado, que tiene una fuerte capacidad de expansión de comunicación.
Proporcionar interfaces de comunicación con otros sistemas, como Ethernet industrial, PROFIBUS DP o MODBUS.
Diseño abierto
Admite interfaces de datos estándar internacionales, como OPC, ODBC, OLE, DDE, SQL, etc.
Apoyar el sistema SIS para realizar el monitoreo de datos DCS.
Configuración de tres sistemas y realización de funciones
De acuerdo con las características de la producción de cemento y el diseño y distribución de los puntos de E/S, se llevan a cabo los siguientes esquemas de diseño. Las funciones básicas del diseño incluyen: sistema de mezcla de materia prima, sistema de molienda de materia prima, sistema de homogeneización de materia prima, sistema de cocción, sistema de cabezal de horno, sistema de molienda de carbón, sistema de energía, sistema de alarma y gráfico de tendencias. El sistema está diseñado de acuerdo con el flujo del proceso. A continuación se muestran los siguientes:
1 sistema de dosificación de materia prima
El sistema de control se encarga principalmente del control automático del nivel de polvo de hierro, arenisca y caliza, que es la materia prima para la producción de cemento, y logra una relación de eficiencia razonable y alta de cada materia prima. El propósito de la dosificación es determinar la relación de consumo de diversas materias primas y combustibles y producir clínker de cemento con alta calidad, alto rendimiento y bajo consumo. El principio es que la harina cruda preparada es fácil de moler y quemar, el clínker producido es de alta calidad, el proceso de producción es fácil de operar, controlar y gestionar, y simplifica el proceso.
2 sistemas de molienda de harina cruda
La molienda es el proceso de romper pequeños trozos de material granular en polvo fino. El molino de harina cruda es un proceso para moler materias primas en harina cruda después de la molienda. Incluye principalmente un molino de harina cruda, un separador y una función de recuperación de polvo. Un sistema de molienda de harina cruda razonable es de gran importancia para garantizar la calidad y el rendimiento de la harina cruda, mejorar la calidad y el rendimiento del clínker y reducir el consumo de energía por unidad de producto.
Sistema de homogeneización de harina cruda 3
La homogeneización de la harina cruda consiste en utilizar la agitación por aire y la gravedad bajo el efecto del "efecto embudo", de modo que el polvo de harina cruda caiga al cortar tantas capas de superficie del material como sea posible para mezclarlo. Al mismo tiempo, bajo la acción de diferentes aires fluidizados, se producirán diferentes tamaños de expansión fluidizada a lo largo de la superficie del material paralelo en el depósito. Algunos materiales descargados en el área del depósito y algunos fluidizados en el área del depósito, de modo que la superficie del material en el depósito producirá una inclinación radial y llevará a cabo una homogeneización de mezcla radial.
4 sistema de disparo
El sistema de cocción es el proceso de conversión de la harina cruda en clínker, que determina directamente la producción y la calidad del cemento, el consumo de combustible y revestimiento y el funcionamiento seguro del horno rotatorio. Las tecnologías clave son el precalentamiento por suspensión, el calcinador y el horno rotatorio, que se encargan del precalentamiento, la descomposición y la cocción del clínker de cemento respectivamente.
Sistema de cabezal de 5 hornos
La función del enfriador de rejilla en el sistema de cabezal del horno es realizar la transferencia de calor gas-sólido entre el clínker y el aire de enfriamiento de manera eficiente y rápida. Cuando el clínker se enfría, también existe la tarea de calentamiento y precalentamiento de dos veces al ingresar al horno y tres veces al ingresar al horno.
6. La molienda y envasado del cemento para la última etapa de construcción, aún no ha comenzado.
7 sistema de potencia
Es principalmente para el monitoreo en tiempo real del gabinete de alto voltaje de la sala de energía de materia prima y del gabinete de alto voltaje de potencia de disparo.
8 configuración de red
Las estaciones de control de la producción de cemento están muy dispersas y la seguridad del sistema depende en gran medida de la estabilidad de la red de control. El diseño y la aplicación de la tecnología de red de anillo de fibra óptica redundante hacen que nuestro control de procesos sea más eficiente.
Informar error
Desde la estructura del hardware, el sistema se puede dividir en:
1. Estación del operador (estación OS) y estación del ingeniero (estación ES)
El sistema DCS está equipado con cuatro estaciones de operador independientes (estaciones OS), que incluyen dosificación remota, molienda de harina cruda, horno de cola de horno de cocción, cabezal de horno y molino de carbón, una estación OS, es decir, cuatro estaciones de operador (cada estación operativa con LCD de 24 pulgadas) y una estación ES en la sala de control central. Cada conjunto de SO adopta una computadora comercial DELL madura y confiable.
La estación OS proporciona gráficos, listas, operaciones, reproducción de datos históricos para el operador y puede imprimirse en la impresora. Ejecute el software de aplicación WINCC6.2 en el sistema operativo de red multitarea Windows XP. Todas las estaciones OS tienen configuración integral de tareas, imagen, operación, consistencia de datos, para lograr operaciones de inicio y parada en el sitio, monitoreo y almacenamiento de datos.
El sistema está equipado con un conjunto de estaciones de ingenieros (estación ES) y una computadora comercial DELL madura y confiable.
La estación ES se encarga principalmente de la generación y descarga de bases de datos en tiempo real, bloques de control, gráficos, tendencias, informes y otros datos del sistema, completa el autodiagnóstico detallado del sistema y la lista y copia de seguridad de los datos del sistema. Ejecuta el software de aplicación STEP7v5.4 y WINCC6.2 en el sistema operativo de red multitarea Windows XP.
El sistema puede ser configurado y mantenido por profesionales electricistas a través de la estación de ingeniería. Los ingenieros profesionales pueden modificar el sistema en línea o fuera de línea en el lugar. Al mismo tiempo, todas las condiciones de funcionamiento y la lógica de control se pueden ver en la estación del ingeniero, lo que aumenta el grado de dominio del sistema por parte del usuario, así como la transparencia del software y el hardware del sistema. Cuando no se necesita ninguna configuración, se puede ejecutar el software que se ejecuta exactamente igual que la estación del operador.
Todo el sistema está equipado con dos impresoras de red para registrar impresiones y copias de imágenes CRT. La impresora selecciona la impresora de red HP.
2. Estación de E/S remota
El sistema está compuesto por una CPU Siemens y una estación de E/S remota de Uygur UNIMAT. Cada estación de E/S distribuida adopta el módulo de la serie UN 300 de Uygur UNIMAT y se comunica con PROFIBUS-DP a través del módulo de interfaz 153 y la estación de control central S7-400. Entre ellos se encuentran los módulos de la serie UN 300 UN 321-1BL00-0AA (32DI), UN 322-1BL00-0AA0 (32DO), UN 331-1KF01-0AB0 (8AI), UN 331-7KF02-0AB0 (8TC), UN 332-5HD01-0AB0 (4AO), que no solo ahorran costos sino que también reducen el consumo de energía.
3. Red de comunicación redundante
CP443-1 como dispositivo de conexión Ethernet industrial estándar, en la capa física utilizando un alto nivel de protección de los cables de comunicación, las tarjetas Ethernet industriales con CPU pueden manejar señales de comunicación de forma independiente. Ethernet industrial de alta velocidad se basa en el protocolo de comunicación de Ethernet industrial, que aumenta la velocidad de comunicación a 100 M/s. Ethernet de alta velocidad en SIMATIC NET utiliza el modo de comunicación paralelo dúplex completo (FDX), que permite a las estaciones enviar y recibir datos al mismo tiempo, y la velocidad de comunicación se puede duplicar. SIMATIC NET también utiliza tecnología de conmutación en Ethernet de alta velocidad. Todo el segmento de red se divide en varias subredes mediante el uso de un módulo de conmutación. Cada subred puede formar de forma independiente un segmento de red de comunicación de datos, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia de la comunicación. Debido a la existencia de congestión de comunicación de datos en el segmento de red, la tecnología de comunicación real en la red es solo del 40%. Con la tecnología de comunicación paralela dúplex completo y la tecnología de conmutación, la capacidad de comunicación de la red se puede utilizar por completo.
Cuatro, puntos de control y estrategias de producción de cemento
Los equipos de proceso de producción de cemento tienen una gran capacidad por unidad, producción continua, alta velocidad y coordinación. Para mejorar la eficiencia de producción y la competitividad de las empresas, la implementación del control automático es muy importante. La combinación de la CPU Siemens y la estación de E/S remota de UNIMAT puede satisfacer los requisitos de control de la industria del cemento, que se basa principalmente en la cantidad de interruptores, complementada con una cantidad analógica y acompañada de algunos circuitos de ajuste.
1. Sistema de trituración y transporte de piedra caliza.
El equipo del sistema de trituración y transporte de piedra caliza tiene una relación de interconexión. El equipo se controla secuencialmente de acuerdo con el principio de "arranque en flujo inverso y parada en flujo descendente". La dificultad de control del sistema de trituración y transporte de piedra caliza radica en el control automático de la cantidad de alimentación de la trituradora de piedra caliza. La velocidad del alimentador de placas se puede ajustar automáticamente mediante el cambio de la potencia de la trituradora para mantener la velocidad dentro del rango de operación requerido, de modo que el material en el silo de piedra caliza no se pueda descargar debido a la alta velocidad del alimentador de placas. La máquina de alimentación de placas desempeña un cierto papel protector para el equipo.
Diagrama de flujo de molienda de harina cruda (consulte el diagrama de flujo del molino de materia prima 1.bmp)
El proceso tecnológico del sistema de preparación de materias primas abarca desde la parte inferior de la estación de dosificación de materias primas hasta la parte superior del almacén de homogeneización de materias primas, incluyendo la dosificación y el transporte de materias primas, incluida la molienda de materias primas y el transporte de materias primas al almacén. Los puntos de control y las estrategias son los siguientes:
Sistema de control de calidad de harina cruda (QCS)
El sistema QCS (sistema de control de calidad) se utiliza ampliamente en la producción de cemento. El sistema de control de calidad de harina cruda (QCS) consta de un analizador de fluorescencia de calcio y hierro en línea, una computadora y una báscula de cinta electrónica con regulación de velocidad. El analizador de fluorescencia Ca-Fe en línea inteligente puede muestrear automáticamente, preparar la muestra y medir de forma continua, calcular la carga mediante el sistema QCS y ajustar la proporción y controlar la composición del material mediante DCS, de modo de mantener el valor de tres tasas de harina cruda fluctuando cerca del valor objetivo, mejorando así en gran medida la tasa calificada de los ingredientes de la harina cruda. Y la estabilidad de la calidad.
Sistema de control de carga de molienda de harina cruda
La dificultad de control del sistema de control de molienda de harina cruda radica en el control de carga del molino. Cuando la humedad y la dureza de la alimentación cambian, el sistema garantiza que el molino esté en el mejor estado de molienda con una carga estable ajustando la cantidad de material de alimentación para evitar el bloqueo o la molienda por aire. Los métodos de ajuste habituales para el sistema de control automático de carga son: establecer una constante de entrada de molienda y agregar una nueva cantidad de alimentación a la entrada de molienda del separador en estado estable que sea igual a ella; en segundo lugar, ajustar la potencia del elevador o la señal eléctrica del molino como señal principal de control o monitoreo en el tiempo; en tercer lugar, ajustar el retorno de molienda, la función de elevación y la electricidad del separador. Los modelos matemáticos de la oreja y otras señales se analizan o controlan o controlan el valor extremo.
La mayoría de los molinos verticales están controlados por constantes, mientras que los molinos de bolas están controlados principalmente por oídos eléctricos o señales de potencia de elevación.
3. Control del almacén de homogeneización de harina cruda
Fig. 4 Diagrama de flujo del almacén de homogeneización de harina cruda (consulte el sistema de homogeneización de harina cruda 1.bmp)
Sistema de prehomogeneización de harina cruda
La prehomogeneización de la harina cruda se logra controlando el vibrador eléctrico de descarga inferior. El almacén de prehomogeneización de materia prima suele ser un almacén de barras largas. Hay 26 vibradores eléctricos en la parte inferior del almacén, que se dividen en dos grupos. Cada grupo tiene 13 vibradores eléctricos, cada uno de los cuales se puede controlar por programa de tiempo por separado. Los dos vibradores eléctricos están controlados por un controlador programable (PLC) de acuerdo con un cierto programa de tiempo, para lograr la prehomogeneización de la alimentación en diferentes tiempos de acuerdo con una cierta proporción. Entrar en el molino.
Sistema de homogeneización de harina cruda
La homogeneización de la harina cruda se basa en el soplado de aire con una presión uniforme para homogeneizar la harina cruda. Por lo general, se instala un dispositivo de llenado de aire en el fondo del depósito y se adopta la estrategia de control de secuencia de tiempo. De acuerdo con la secuencia de tiempo, la válvula solenoide de llenado de aire en el fondo del depósito se abre y se detiene para hacer que el material se fluidice y agite, y la materia prima se mezcla para lograr el objetivo de homogeneización.
Sistema de control automático para medir la cantidad de existencias
La apertura de la válvula de flujo eléctrica en el costado del almacén de materia prima se puede ajustar automáticamente mediante la señal de peso del silo de medición, de modo que la cantidad de material del silo de pesaje se pueda mantener estable, a fin de garantizar la estabilidad de la cantidad de descarga del silo de medición.
Control de blanco del almacén de homogeneización de harina cruda
En el proceso de producción, generalmente se requiere que la temperatura de la zona de cocción se controle en un rango adecuado, ya que es muy importante para la calidad del clínker. El valor de ajuste de la descarga de harina cruda se establece combinando el volumen de harina cruda, el volumen de aire del ventilador y la temperatura de la zona de cocción. El sistema puede ajustar automáticamente la apertura de la válvula de flujo eléctrica debajo del silo de medición utilizando el valor de retroalimentación del medidor de flujo sólido, de modo que la harina cruda se pueda estabilizar en el valor de ajuste, de modo que la harina cruda en el horno se pueda mantener estable y, en última instancia, se pueda garantizar el funcionamiento estable del horno.
4. Sistema de preparación de carbón pulverizado
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Diagrama de flujo de la preparación de carbón pulverizado (consulte "sistema de molienda de carbón 1.bmp")
Control automático de la temperatura del gas en el molino de molienda
La temperatura del gas de molienda está directamente relacionada con la humedad y la seguridad de funcionamiento de los productos terminados. Para garantizar la producción de carbón pulverizado calificado y, al mismo tiempo, garantizar que la temperatura del sistema no sea demasiado alta, el sistema de control establece un circuito de control automático de la temperatura del gas de salida del molino, modificando la apertura de la válvula de aire frío de entrada del molino para controlar la estabilidad de la temperatura del gas de salida del molino.
Control automático de carga del molino
El cambio de la cantidad de carbón pulverizado en el depósito de carbón pulverizado afectará la precisión de la dosificación de la parte de alimentación de carbón pulverizado. La cantidad de carbón pulverizado en el depósito de carbón pulverizado debe ser lo más constante posible en la producción normal. Al mismo tiempo, se debe garantizar el funcionamiento normal y seguro del molino para evitar la "molienda completa". Se adopta un bucle de control automático para ajustar automáticamente la cantidad de alimentación del alimentador cuantitativo del cabezal de molienda mediante la señal acústica eléctrica del molino.
5. Sistema de disparo
Diagrama de flujo del extremo del horno (consulte el sistema de cocción 1.bmp)
Dosificación y ajuste automático de la alimentación de carbón en el calcinador
La temperatura del calcinador es un parámetro de control importante para garantizar el funcionamiento normal del horno rotatorio. La proporción de mezcla de combustible y aire debe controlarse adecuadamente cuando el volumen de materia prima es constante. Por lo tanto, se mide la temperatura del horno de descomposición para lograr un control óptimo. La temperatura del horno de descomposición se ajusta aumentando y disminuyendo automáticamente la cantidad de carbón, de modo que se pueda controlar en el valor establecido deseado. El calcinador no solo puede mantener la tasa de descomposición más alta, sino que también puede evitar que la materia prima se adhiera debido a la alta temperatura, lo que afecta el funcionamiento normal del sistema del horno.
Regulación de la presión de salida del precalentador
La presión de salida del precalentador es un índice principal del balance de aire del sistema de reacción. La presión de salida del precalentador se controla ajustando la apertura de la válvula del ventilador de alta temperatura.
Dispositivo de purga automática para precalentador
Para evitar que el bloqueo de la corteza afecte el funcionamiento normal del sistema de precalentamiento, la computadora enciende regularmente la válvula solenoide correspondiente en el precalentamiento en una secuencia de tiempo determinada, abre la tubería de aire comprimido a su vez y purga el precalentamiento paso a paso para evitar que el bloqueo de la corteza afecte el funcionamiento normal del sistema de precalentamiento.
Diagrama de flujo del cabezal del horno (consulte el sistema del cabezal del horno 1.bmp)
Control automático de la presión negativa del cabezal del horno
La presión negativa de la cabeza del horno representa el equilibrio entre la ventilación en el horno y los dos aires que entran en el horno. De acuerdo con la presión negativa de la cabeza del horno, la apertura de la válvula del ventilador de escape del precipitador electrostático se puede ajustar automáticamente para controlar el equilibrio entre el volumen de aire secundario en la cabeza del horno, el tercer volumen de aire en la cola del horno y el volumen de gas residual en la cabeza del horno, a fin de lograr un equilibrio estable entre la calcinación y el enfriamiento del clínker.
Control de velocidad del horno rotatorio
La estrategia adoptada es mantener la producción equilibrada y estable de todo el sistema del horno ajustando adecuadamente la velocidad rotatoria del horno rotatorio con la premisa de estabilizar la materia prima y la cantidad de combustible.
Ajuste automático del volumen de aire en una o dos cámaras del enfriador de parrilla
El aire secundario tiene una gran influencia en la calidad de la combustión, la estabilidad y el consumo de combustible en el horno. El objetivo del control del sistema es estabilizar el flujo de aire fresco hacia el horno estabilizando el flujo de aire en la primera y segunda cámaras, de modo de proporcionar condiciones para el funcionamiento estable del horno.
Ajuste automático del espesor de la capa de material del enfriador de rejilla
El control del espesor del lecho del enfriador de rejilla puede estabilizar la temperatura del aire secundario para estabilizar el funcionamiento normal del horno y hacer que el clínker logre el mejor enfriamiento. Debido a que es difícil medir el espesor del lecho del enfriador de rejilla, la presión debajo de la rejilla se utiliza para ajustar la velocidad de la rejilla con el fin de estabilizar el espesor del lecho del enfriador de rejilla. Para el enfriador de rejilla de dos etapas, también implica una o dos etapas de regulación de la velocidad de la rejilla.
6. Sistema de tratamiento de gases de escape
La clave del sistema de tratamiento de gases residuales es controlar la cantidad de pulverización del humidificador. La estrategia de control consiste en controlar la cantidad de boquillas de acuerdo con la temperatura de salida del humidificador, a fin de mejorar la eficiencia de recolección de polvo del precipitador electrostático mediante la humidificación y el enfriamiento. La temperatura de salida del humidificador generalmente se controla a unos 130 grados.
7. Sistema de molienda y transporte de cemento.
Control de cantidad de alimento
La cantidad de alimentación es uniforme y estable, y la cantidad de alimentación se ajusta moliendo la señal de sonido y la potencia del polipasto.
Control automático de la temperatura del gas en el molino de molienda
La temperatura del gas se controla ajustando el volumen de ventilación del molino.
Ajuste y control del separador
Almacenamiento y transporte de clínker
Existe una relación de interconexión de procesos entre el transportador y el equipo de almacenamiento. El equipo se controla secuencialmente según el principio de "arranque en flujo inverso, parada en flujo paralelo".
8, sistema de energía 
Análisis de cuatro efectos de uso
El sistema DCS está compuesto por una CPU Siemens y una estación de E/S de larga distancia de Uygur UNIMAT. Ha estado funcionando de manera constante y confiable desde su finalización. La precisión del control cumple completamente con los requisitos de diseño. No solo ahorra costos, sino que también reduce el consumo de energía, mejora la eficiencia y logra completamente el objetivo esperado.
