水泥回转窑生产过程计算机监控系统设计与研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要随着我国水泥工业的发展，新型干法水泥回转窑生产技术已得到快速发展。为了提高与之相配套的自动化控制技术水平，针对水泥生产过程的烧成部分，本文设计开发了一套基于Profibus．DP现场总线的计算机监控系统，实现窑外预热和分解、窑内煅烧、窑头熟料冷却、煤粉制备与输送和窑尾废气处理等的实时监测和控制。整个控制系统采用IPC+PLC+现场总线的整体结构，十分适合水泥生产现场工艺复杂、设备类型多样、i／o点数多且分布分散、现场防爆环境等要求高的特点。系统在结构上分为三层：现场设备层分为若干从站，采用带有现场总线接口的PLC，完成

2、设备控制以及数据采集等任务；中间层是一个数据服务器和一个通讯处理主站，用现场总线连接，数据服务器主要承担数据库管理和现场总线与以太网之间的通讯，以S7315—2DP为通讯处理主站，通过与各个从站的总线通讯实现各个从站工作的高度协调一致；控制管理层以IPC为操作站，用工业以太网(Ethernet)相互连接实现数据显示、报警处理、生成数据库、报表打印等功能，实现远程监控。整个控制系统结构体现了“分散控制、集中管理”的分布式控制思想，更体现了现场总线控制系统全数字通讯、高度开放性、互操作性、互换性的技术优势。水泥回转窑的生产过程是一个典型的大惯性、纯滞

3、后、强耦合的热工过程，采用传统的控制理论对水泥窑控制会变得十分困难。为保证水泥回转窑热工过程稳定，生产高质量水泥熟料，控制水泥回转窑烧成带温度和窑尾废气温度的稳定则是控制的难点所在。本文研究了模糊控制的基本理论和模糊控制器的设计方法，并将模糊控制应用到水泥窑的优化控制中，对水泥生产过程中的控制参数和被控参数作了进一步研究，探讨了参数的隶属函数，根据操作员的经验得出水泥窑输入、输出参数之间的模糊控制规则表，然后利用MATLAB软件中的模糊逻辑工具箱设计了模糊控制仿真系统。并与基本PID控制的仿真结构进行了比较。仿真结果表明，模糊控制能够较好的满足水

4、泥回转窑控制的要求，对水泥生产的研究和仿真具有一定的意义。关键词：计算机监控，水泥窑，现场总线，模糊控制，仿真武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentoftheChinesecementmanufacturing．Thecementrotarykilnhasbeendevelopedverysoon．Inordertorealizethemonitorandcontrolofimportantmanufacturingparametersduringthetreadpreheating，precalcining

5、，calcining，chamottelscooling，thepreparationandthetransportationofthepowderedcoal，wastegasprocessing，acomputersupervisorysystembasedonProfibus·DPisdeveloped．Consideringtherealneedsoftheproject．aIPC＆PLC＆field．busstructureisadoptedtosolvethecontrolproblems，suchasthecomplexityoft

6、hemanufacturingflow,multiplicityofequipments，excessivenessanddisperseofI／OandhJ曲demandofavoidingblast．。Thenetstructureofthecementrotarykilncontrolsystemhasthreelayers．TheIocaleLayeriscomposedofseveralsubordinatestations．Ineachstation．thePLCwithPROFmUSinterfaceisselectedtocont

7、rolthelocaleequipmentsandcollectthelcIcaledata．ThesecondlayerconnectsonedataservertoonemainstolonbvPROFIBUS．1’lledataservermanagesthedatabaseofthewholenet．andaccomplishestherouterbetweenEthernetandPROFIBUS．$7315—2DP,asthemainstationisusedtoharmonizetheworkamongtheseDPslavesvi

8、afieldbuscommunication；Themanagementlayer,usingIPCsastheoperationals