電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)設(shè)計

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)摘要在電解鋁生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量有害煙氣，彌漫在電解車間內(nèi)部的電解煙氣使勞動 條件惡化，影響生產(chǎn)工人的身體健康。電解煙氣擴散到廠區(qū)周圍，會對大氣環(huán)境造成經(jīng) 常性污染。因此，必須對電解煙氣進行治理，這樣既可保護環(huán)境，又可回收氟化鹽和AI2Q， 降低生產(chǎn)成本。本文設(shè)計了以S7-300系列PLC為控制器的煙氣凈化控制系統(tǒng)。本著環(huán)保節(jié)能的思路， 該系統(tǒng)按工藝流程，針對布袋除塵器出入口壓差、煙氣出口壓力、新鮮和載氟氧化鋁料 位的檢測與控制進行設(shè)計，以減少煙氣對大氣環(huán)境的污染，提高回收效益，改善鋁電解 生

2、產(chǎn)車間的工作環(huán)境。關(guān)鍵詞：電解鋁；煙氣凈化；PLC控制Electrolytic control flue gas purification systemAbstractA large amount of harmful gas will emit In electrolytic alumi num product on process. the flue gas which filled in the electrolysis electrolysis workshop deteriorate the working con diti ons, affect the health of pro

3、duct ion workers. Electrolysis gas spread to the surro unding of plant, the pollution of the atmospheric environment was caused by recurrent. Therefore, it is necessary to carry out treatment of electrolytic gas, so that it can protect the environment, but also recyclable fluoride salt and A2O3, low

4、er producti on costs.In this paper,we design a control system of flue gas purification,which uses a S7-300 series PLC as the con troller. Based on the idea of en vir onmen tal protecti on and en ergy sav ing, accord ing to process of the system, for the bag filter pressure, outlet pressure and fresh

5、 gas containing alumi num fluoride level of detect ion to con trol and desig n, in order to reduce the flue gas of the atmospheric polluti on of the en vir onment and improve the recovery efficie ncy, to improve the the work en vir onment of the electrolytic producti on.Key words: aluminum; flue gas

6、 purification; PLC control目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要IAbstractII HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章引言1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1系統(tǒng)設(shè)計背景11.1.1課題來源11.1.2研究的目的和意義1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1國外研究現(xiàn)狀21.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀3

7、HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1電解鋁生產(chǎn)的工藝特點6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.2凈化工藝流程7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.3凈化系統(tǒng)組成92.3.1文丘里反應(yīng)器92.3.2脈沖袋式除塵器 92.3.3氣力提升機102.3.4風(fēng)動溜槽11 HYPERLINK l bookmark20 o Current

8、 Document 2.4凈化控制技術(shù)綜述112.4.1自動控制方式選擇 112.4.2凈化方式選擇15 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第三章系統(tǒng)設(shè)計17 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.1系統(tǒng)控制原理及目標(biāo) 173.1.1控制原理173.1.2控制目標(biāo)19 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.2壓力檢測19 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.3物位檢測20 HYPERLINK l

9、 bookmark30 o Current Document 3.4溫度檢測21 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第四章硬件設(shè)計23 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document PLC 選型23SIMATIC S7300 PLC 簡介23S7 300的組成部件 24 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 4.2模塊選擇25CPU 模塊254.2.2數(shù)字量輸入模塊264.2.3模擬量輸入模塊 264.2.4數(shù)字量輸出模塊274.2.5電源模塊 274.2.6通

10、信模塊28 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.3執(zhí)行器294.3.1執(zhí)行器簡介294.3.2執(zhí)行器選型 29 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 第五章軟件設(shè)計31 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document STEP 7 論述31STEP 7 簡介31STEP 7 的功能32 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document PLC的I/O地址分配33 HYPERLINK l bookmark46 o Current

11、Document 系統(tǒng)程序流程圖 34 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 5.4軟件編程405.4.1項目創(chuàng)建405.4.2硬件組態(tài)415.4.3定義符號表 425.4.4編程界面43 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 結(jié)束語44 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 參考文獻45 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 附錄47 HYPERLINK l bookmark90 o Current Docum

12、ent 致謝64第一章引言本章首先從課題來源、研究目的以及研究意義等三方面闡明系統(tǒng)設(shè)計的背景，然后 對國內(nèi)外煙氣凈化控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進行分析。1.1系統(tǒng)設(shè)計背景近十幾年來，我國的鋁冶煉工業(yè)迅速發(fā)展，為國民經(jīng)濟的增長做出了重要貢獻。但 在電解鋁生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量有害煙氣，這種氣體嚴重危害人類的健康，破壞生態(tài) 環(huán)境。由于受經(jīng)濟利益的驅(qū)動，擴大產(chǎn)量和降低能耗方面的研究成果較多，環(huán)保領(lǐng)域的 研究工作尚待深入進行。目前，環(huán)境問題越來越受到各國的關(guān)注，環(huán)境控制是鋁電解生 產(chǎn)中必須解決的問題。本文以電解鋁煙氣凈化控制為研究內(nèi)容，通過建立煙氣凈化控制 系統(tǒng)，解決鋁電解生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染問題，從而實現(xiàn)低

13、污染甚至無污染的生產(chǎn)。1.1.1課題來源本課題“電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)”，其控制對象是電解鋁煙氣干法凈化系統(tǒng)。目的 是減少煙氣對大氣環(huán)境的污染，提高回收效益，改善電解鋁生產(chǎn)車間的工作環(huán)境。1.1.2研究的目的和意義環(huán)境的持續(xù)惡化，正逐步制約著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人民生活的不斷提高，環(huán)境保護 的迫切性在逐漸增強。伴隨鋁電解產(chǎn)生的煙氣含有大量的粉塵和有毒有害氣體。粉塵如： 氧化鋁、炭粒和冰晶石等；氣體如：氟化氫（HF及陽極效應(yīng)生成的CF4與C2F6等。這 些氣體，彌漫在電解車間，惡化勞動生產(chǎn)條件，嚴重影響生產(chǎn)工人的身體健康；若不經(jīng) 過凈化處理排放到大氣中，則會造成氣候變暖，特別是CF4/C2F6使全球

14、變暖趨勢，分別是CQ的6500/9200倍，嚴重地影響我們的生存環(huán)境。對于固體懸浮物的回收與廢氣的 處理，不同的電解鋁廠所用的凈化系統(tǒng)一般不同。有些工廠只是單純地回收了有用的固體懸浮物，對產(chǎn)生的氣體卻無法處理?；赑LC控制（可編程序控制）的煙氣凈化自動控制系統(tǒng)，就是一種既可回收固體懸浮物又可有效處理廢氣的自動控制系統(tǒng)。若電解煙氣不經(jīng)收集凈化而直接排放，將會對大氣環(huán)境和周邊土壤造成經(jīng)常性污 染，因此必須對電解煙氣進行治理并回收氟化鹽和氧化鋁。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀由于計算機、變頻器和傳感器等技術(shù)在凈化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，美國、加拿大以及 德國等幾個少數(shù)發(fā)達國家的凈化控制水平較高，其中美國處在國際領(lǐng)

15、先水平。我國的鋁 冶煉工業(yè)在近幾十年迅猛發(fā)展，但對凈化控制技術(shù)的研究卻相對滯后。下面將對國內(nèi)外 的鋁電解煙氣凈化控制研究現(xiàn)狀進行分析。1.2.1國外研究現(xiàn)狀自60年代計算機進入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域后，美國、加拿大、德國等產(chǎn)鋁大國，紛紛將計 算機控制技術(shù)應(yīng)用到鋁冶煉過程中，使鋁冶煉企業(yè)從設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)到指標(biāo)優(yōu)化等方 面逐步取得了進展，特別是從二十世紀八十年代開始更是發(fā)展迅速。然而，鋁電解煙氣 凈化問題的研究還是相對滯后，如大型風(fēng)機采取直接啟動，風(fēng)量無法調(diào)節(jié)。近幾年，迫 于強大的環(huán)境政策的壓力，發(fā)達國家鋁冶煉企業(yè)向兩個方向發(fā)展，一方面是提高煙氣凈 化的控制技術(shù)和能力；另一方面，采取關(guān)閉本國的鋁冶煉企業(yè)，

16、將其技術(shù)設(shè)備輸送給一 些發(fā)展中國家，將污染轉(zhuǎn)移，他們再從這些國家進口半成品，因此，對鋁電解煙氣凈化 控制方面的研究受到制約。以下就鋁電解煙氣凈化問題對國際上幾個知名鋁廠進行介紹。瑞典格拉吉斯(Granges)鋁廠該廠目前有預(yù)焙和上插自焙兩種電解槽，共有兩個電解鋁生產(chǎn)系列，一系列擁有預(yù) 焙陽極電解槽56臺，二系列擁有上插棒自焙陽極電解槽 262臺。預(yù)焙槽與自焙槽煙氣由 管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合，進入干法煙氣凈化裝置。該系統(tǒng)中，在袋式除塵器前加有干式電除塵器，以預(yù)先除去粉塵和冷凝焦油，這樣使干法凈化回收的載內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)氟氧化鋁不含碳，其他雜質(zhì)含量也很低。該

17、凈化控制系統(tǒng)自動化程度比較先進，采用上 位機對各運行參數(shù)進行監(jiān)控，能及時反映各工藝部位的工作運行情況，但對設(shè)備的運行 監(jiān)控比較落后，有些設(shè)備得靠人工巡視。美鋁波特蘭(Portiand)鋁廠波特蘭電解鋁廠共有2個電解鋁生產(chǎn)系列，4個電解車間，每個車間擁有102臺電 解槽，共有408臺電解槽。預(yù)焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合， 進入干法煙氣凈化裝置，最終尾氣用海水噴淋，中和其中的SQ,效果良好。該凈化控制 系統(tǒng)自動化程度在國際上領(lǐng)先，采用上位機對各運行參數(shù)和設(shè)備運轉(zhuǎn)情況進行監(jiān)控，能 及時反映各工藝部位的工作運行情況和設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況，且能通過監(jiān)控室實現(xiàn)對參數(shù)的調(diào) 整。(3)美國波音電

18、解鋁有限公司波音鋁電解1、2系列240臺220KA電解槽，產(chǎn)量為29.4萬噸/年。3系列為336KA 四端進電電解槽120臺。全廠共504臺電解槽，產(chǎn)量為50萬噸。波音鋁廠電解生產(chǎn)過程 中產(chǎn)生的煙氣由管道輸送至煙氣處理裝置中，該廠有六套干法吸收處理裝置。在處理工 藝中，將新鮮氧化鋁加入煙氣流中進行吸附反應(yīng)，氟凈化效率最高可達99%載氟氧化鋁返回電解槽使用，凈化煙氣排入大氣。該公司進行電解生產(chǎn)的三條生產(chǎn)線達到了世界 上最好的排放標(biāo)準(zhǔn)。該凈化控制系統(tǒng)的自動化水平在國際上領(lǐng)先，采用上位機對各運行 參數(shù)和設(shè)備運轉(zhuǎn)情況進行監(jiān)控，能及時的反映各工藝部位的工作運行情況和設(shè)備運轉(zhuǎn)狀 況，且能通過監(jiān)控室實現(xiàn)對參

19、數(shù)調(diào)整。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀最近幾年來，在國家加大環(huán)境治理力度、提倡綠色生產(chǎn)的環(huán)境下，國內(nèi)鋁電解煙氣 凈化控制方面的總體狀況得到了很大的改善。前幾年的的狀況表現(xiàn)在：許多鋁冶煉企業(yè) 只片面追求經(jīng)濟效益，根本就沒有煙氣凈化系統(tǒng)；即使已建立了凈化系統(tǒng)的企業(yè)，由于 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)投入不足，存在不少問題，歸納為如下幾點：系統(tǒng)監(jiān)控水平簡單，無法滿足系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行的需要。自動化程度遠遠落后于現(xiàn)代化企業(yè)應(yīng)具備的裝備水平，致使系統(tǒng)運行效率低下。 大量的巡視檢查工作仍依賴人工完成，工人勞動強度大，人力成本難以降低。另外，所 有系統(tǒng)運行的工藝參數(shù)以及設(shè)備運行的狀態(tài)參數(shù)完全依靠人工記錄，

20、可靠度不高。反吹風(fēng)氣缸的電氣控制線路故障頻繁，成為制約系統(tǒng)運行效率提高的突出問題。 除塵器入口閥門為手動操作開關(guān)，使除塵器的檢查處理極不便利，且無法實現(xiàn)除塵器的 單體關(guān)閉反吹處理。并且，除塵器反吹風(fēng)氣缸的工作狀況沒有檢測機構(gòu)，對反吹風(fēng)氣缸 的檢查處理需要花費大量的人力和時間?，F(xiàn)有的低壓配電系統(tǒng)容量不足，需進行擴容改造?，F(xiàn)有系統(tǒng)的凈化指標(biāo)達不到國家標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)企業(yè)進行電解系列擴容改造后，沒 有對凈化系統(tǒng)進行相應(yīng)的改造。近年來，各大小鋁廠加強了煙氣凈化改造力度，并表現(xiàn) 出不俗的效果。以下就以國內(nèi)幾家鋁廠為例，對國內(nèi)的鋁電解煙氣凈化控制現(xiàn)狀進行分析。(1)中鋁青海分公司中國鋁業(yè)股份有限公司青海分公司

21、是國家重點建設(shè)項目。建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)電解鋁20萬噸，碳素陽極塊12.6萬噸，建設(shè)總投資23億元，分兩次建設(shè)。一期電解廠260臺160KA 電解槽，建有兩套具有八十年代技術(shù)水平的電解煙氣干法凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng)87年投入運行；二期電解廠260臺160KA電解槽同樣建了兩套干法凈化系統(tǒng)，該凈化系統(tǒng) 1993 年投入運行。2000年11月，中國鋁業(yè)公司整體收購青海海星鋁業(yè)有限責(zé)任公司，并入 青海分公司，編為第三電解廠，形成年產(chǎn)25.5萬噸電解鋁生產(chǎn)能力。第三電解廠108臺200KA電解槽建有一套干法凈化系統(tǒng)。焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）焦作萬方鋁業(yè)股份有限公司280

22、KA鋁電解產(chǎn)業(yè)化示范工程是國家重大科技成果轉(zhuǎn)化 項目，1997年12月31日經(jīng)國家計委批準(zhǔn)立項，2000年6月24日開工建設(shè)。280KA電 解系列投入生產(chǎn)以后，設(shè)備運行正常，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)穩(wěn)步上升，電解槽無一早期損壞。 該槽型在設(shè)計、建設(shè)和生產(chǎn)過程中吸收了國際、國內(nèi)近幾年的先進技術(shù)成果和經(jīng)驗，并 達到了新的水平。在設(shè)備國產(chǎn)化、工藝生產(chǎn)先進性、環(huán)境污染治理、降低工人勞動強度、 提高經(jīng)濟效益和社會效益方面，為我國預(yù)焙鋁電解槽建設(shè)提供了成功經(jīng)驗。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）第二章電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)要合理、科學(xué)和經(jīng)濟地設(shè)計電解鋁煙氣凈化控制系統(tǒng)，必須先了解電解鋁生產(chǎn)的工 藝特點，掌握煙氣凈化

23、的工藝流程和凈化控制的基本要求。2.1電解鋁生產(chǎn)的工藝特點用電解的方法可以實現(xiàn)許多物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)。鋁電解是迄今規(guī)模最大的熔鹽電解工 業(yè)。實現(xiàn)鋁電解的電化學(xué)裝置稱為電解槽，它是由外部供給電能在電解質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)的裝置。鋁電解生產(chǎn)工藝技術(shù)條件主要有：系列電流強度、槽電壓、電解槽溫度、極距、電 解質(zhì)組成、電解質(zhì)水平、鋁液水平、槽底壓降以及陽極效應(yīng)系數(shù)等。上述技術(shù)條件都是 相互影響、相互關(guān)聯(lián)的?？偟膩碚f，在一定時期內(nèi)應(yīng)盡可能保持相對穩(wěn)定。目前，高效能大型預(yù)焙鋁電解槽的發(fā)展十分迅速。90年代，國際上大型預(yù)焙鋁電解槽電流效率為93%-95%直流電耗為1320013400kwh/t Al的電解系列愈來愈

24、多。在 槽型確定的情況下，鋁電解工藝技術(shù)條件就成為電解技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的決定性因素。鋁電 解槽實現(xiàn)氧化鋁點式下料和濃度控制技術(shù)后，需要一套與此相適應(yīng)的鋁電解工藝技術(shù)條 件,實現(xiàn)大幅度提高電流效率、降低電耗的目的。自80年代以來，國際上最先進的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)都是在所謂“四低一高”（即低分子比、低氧化鋁濃度、低電解質(zhì)溫度、低陽極 效應(yīng)系數(shù)、高極距或稱高工作電壓）的工藝技術(shù)條件下實現(xiàn)的?！八牡鸵桓摺惫に嚰夹g(shù)條 件的提出，是建立在以“高電流效率求得低電耗”的指導(dǎo)思想基礎(chǔ)上的，它徹底改變了 國內(nèi)鋁電解傳統(tǒng)的“以低槽電壓求得低電耗”的工藝技術(shù)條件。在“四低一高”工藝技 術(shù)條件的控制中，低氧化鋁濃度和低電解質(zhì)溫度

25、的控制為其核心與關(guān)鍵。近幾年，我國 大型預(yù)焙鋁電解槽鋁廠都試圖采用此工藝技術(shù)條件。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)2.2凈化工藝流程鋁電解生產(chǎn)行業(yè)各種類型電解槽的煙氣治理一般采用干法凈化技術(shù)，其主要技術(shù)內(nèi) 容是：利用鋁電解的生產(chǎn)原料氧化鋁粉的表面積大、吸附能力強的特性來吸附煙氣中的 HF和瀝青煙。其吸附過程有化學(xué)吸附和物理吸附， HF的化學(xué)吸附式為：AI2O3+6H 2AIF3+3H0HF的吸附效率可達98%-99%瀝青煙的吸附效率在95%以上。載有氟和瀝青煙的氧 化鋁由布袋除塵器分離后供電解使用?；厥盏姆祷仉娊獠劭裳a充電解生產(chǎn)過程中損失 的氟元素，瀝青焦油返槽后可逐步被燒掉。鋁電解

26、車間產(chǎn)生的煙氣收集、治理和排放工藝流程如圖2.1所示：去煙囪反吹風(fēng)機圖2.1煙氣干法凈化工藝流程圖排煙機干法凈化流程主要包括電解槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機械排風(fēng)等五個部分。(1)電解槽集氣電解槽散發(fā)的煙氣呈無組織擴散狀態(tài)，為了有效地控制污染，必須對電解槽進行密內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)封。收集的煙氣通過電解槽的排煙支管匯到電解廠房外的排煙總管，然后送往凈化系統(tǒng) 集中處理。吸附反應(yīng)將吸附劑新鮮氧化鋁粉加入到電解煙氣中，并使之與煙氣充分接觸而吸附煙氣中的 氟化氫(HF)，然后送到布袋除塵器袋濾室。氣固分離吸附后的氧化鋁為載氟氧化鋁，載氟氧化鋁與煙氣的分離是由布袋除塵器

27、來完成的。 分離下來的載氟氧化鋁，一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng)，另一部分由氧化鋁 輸送系統(tǒng)送入載氟氧化鋁料倉，供電解使用。氧化鋁輸送新鮮氧化鋁定量地由新鮮氧化鋁料倉排出，經(jīng)輸送風(fēng)動溜槽給入到文丘里反應(yīng)器中。 吸附后的載氟氧化鋁由除塵器的沸騰床的溢流口，經(jīng)輸送風(fēng)動溜槽及垂直輸送氣力提升 機輸送到載氟氧化鋁料倉，供電解使用。機械排風(fēng)排風(fēng)是整個凈化系統(tǒng)的主動力源。凈化系統(tǒng)的煙氣輸送、氧化鋁輸送、除塵器等均 在負壓狀態(tài)下操作，不向外界排放污染物。機械排風(fēng)的設(shè)備為羅茨引風(fēng)機。電解槽產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過直徑 300mm勺支煙管進入水平排煙總管 到地下煙道，煙氣在地下煙道與來自氧化鋁儲槽

28、下部圓盤給料機的新鮮氧化鋁接觸混合， 經(jīng)文丘里反應(yīng)器進行吸附反應(yīng)后，送到布袋除塵器袋濾室過濾。吸附后的載氟氧化鋁由 除塵器的沸騰床的溢流口，一部分經(jīng)輸送風(fēng)動溜槽及垂直輸送氣力提升機輸送到載氟氧 化鋁料倉，供電解使用，另一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng)。凈化后的煙氣由 排煙機抽送到煙囪，排入到大氣。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）2.3凈化系統(tǒng)組成本次設(shè)計采用干法凈化，所用主要設(shè)備有文丘里反應(yīng)器、脈沖袋式除塵器、風(fēng)動溜 槽、氣力提升機以及引風(fēng)機等。2.3.1文丘里反應(yīng)器文丘里反應(yīng)器是從法國引進翻版改進的國產(chǎn)化設(shè)備。其工作原理和特點是煙氣向上 通

29、過文丘里反應(yīng)器的喉口時，流速突然增大，形成湍流。在此加入氧化鋁，氧化鋁與煙 氣由于湍流而充分混合，進行充分反應(yīng)，煙氣自下而上穿過這層段面與 AIO3接觸。AIO3 連續(xù)地加入，煙氣連續(xù)地流過，為煙氣和 AI03提供了均勻接觸的機會，完成 AI03對HF 的吸附過程。喉口上方形成的湍流使 AI03能充滿整個管道斷面，克服了管道稀相反應(yīng)器 布料不均的缺點，縮短了所需的管道長度，提高了凈化效率。這種反應(yīng)器制造成本低廉， 反應(yīng)效率高，阻力損失較小，達到了節(jié)能的目的。2.3.2脈沖袋式除塵器袋式除塵器也稱為過濾除塵器，它是利用纖維編織物制作的袋式過濾元件來捕集含 塵氣體中固體顆粒物的除塵裝置。袋式除塵器

30、按其清灰方式不同可分為振動式、逆氣流 反吹風(fēng)式、脈沖式、聲波式及其復(fù)合式等幾種類型，其中脈沖清灰袋式除塵器由于其脈 沖噴吹強度和頻率可以控制，清灰效果好，是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的除塵裝置。脈沖清灰袋式除塵器的結(jié)構(gòu)如圖所示:噴吹電磁閥圖22除塵器含塵氣體從袋式除塵器進口引入后，通過煙氣分配裝置均勻進入濾袋，在此過程中 粉塵即被濾袋的外側(cè)所阻擋，經(jīng)過凈化處理的氣體從出口排出，當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷 增加達到一定厚度，導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時，微壓差控制器有信號輸出?？刂苾x 便發(fā)出信號，使噴吹系統(tǒng)工作，電磁脈沖閥打開，此時壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和 噴吹管上的噴咀向濾袋內(nèi)噴射。在濾袋膨脹產(chǎn)生的加

31、速度和反向氣流的作用下。附于袋 外的粉塵脫離濾袋落入灰斗，然后由回轉(zhuǎn)排灰閥將粉塵排出。除塵器內(nèi)的濾袋分為若干 組，每組濾袋的噴射時間只需 0.20.5s左右，一組噴射完畢經(jīng)過1530s左右的時間 間隔后，接著對下一組進行噴射，全部濾袋噴射完畢至下一周期的時間則根據(jù)濾袋數(shù)量 和積灰情況決定。2.3.3氣力提升機我國90年代以前，氧化鋁提升多采用壓縮空氣稀相提升。過去國內(nèi)載氟氧化鋁提升 多采用斗式提升機，這種設(shè)備投資大，運行維修工作量大且困難，密封性能差，跑、漏 氧化鋁嚴重。氣力提升機節(jié)能顯著，可做到連續(xù)進料和排料，輸送高度1550m采用羅茨風(fēng)機供風(fēng)無機械運行部件，整個系統(tǒng)是密封的。設(shè)備占地面積小

32、，運行可靠。氣力提升機是一種低壓吹送的垂直提升氣吸式輸送設(shè)備，可用作粉狀物料的運輸機 械。其工作原理是：靠真空來吸取物料。即當(dāng)鼓風(fēng)機工作后，整個系統(tǒng)被抽成一定的真 空度，在壓力差的作用下，大氣中的空氣流從物料堆的間隙通過，把物料吸入吸嘴，并 沿輸料管進入分離器中，在分離器中物料和空氣被分離，物料直接從底部卸出，空氣進 入除塵器，凈化以后的空氣通過鼓風(fēng)機排入大氣。氣力提升機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、無運動部件、操作維修方便可靠，用于提升高度大于45m以上較為經(jīng)濟。缺點是電耗大，提升高度越低耗電越大。2.3.4風(fēng)動溜槽風(fēng)動溜槽可在任何距離間散裝地輸送干燥松散易流態(tài)化的粉狀物質(zhì)，輸送能力可達1500

33、nVh。粒度大、水分多、流態(tài)化性能差的物料不宜選用。該輸送裝置分為下充氣層、 中透氣層和上輸料層，由風(fēng)機給與低壓小容量的空氣，由充氣層內(nèi)透過透氣層，使物料 流態(tài)化，從而實現(xiàn)物料的移動。該裝置能耗小、無噪音、無污染、少維修，且輸送能力 大、輕便、不占用有效空間、布線靈活、容易改變輸送方向。風(fēng)動溜槽只能在一定角度 下向下輸送，不能向上輸送。風(fēng)動溜槽的斜度，在工藝布置允許的條件下，采用較大的 斜度對輸送有利。其斜度一般為46%輸送粗料時，斜度不小于10%新鮮氧化鋁從貯 倉輸送到反應(yīng)器，返回的載氟氧化鋁輸送到氣力提升機，循環(huán)氧化鋁加入到反應(yīng)器的輸 送都采用風(fēng)動溜槽。2.4凈化控制技術(shù)綜述電解鋁生產(chǎn)是一

34、個污染較嚴重的生產(chǎn)工藝。我國一直重視鋁電解槽煙氣凈化的開發(fā) 研究，特別是近20年來引進了國外鋁電解煙氣凈化先進技術(shù)， 取得了良好的經(jīng)濟和社會 效益。2.4.1自動控制方式選擇DCS與 PLC都是應(yīng)用于自控領(lǐng)域的控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，工業(yè)自動內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)化程度越來越高，對自動控制系統(tǒng)的可靠性、可操作性的要求越來越高。PLC與DCS無疑是目前自動控制系統(tǒng)中最為流行的兩大工具?；贒CS PLC的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點DCS(Distributed Control System)，又稱為集中分散型控制系統(tǒng)，簡稱分散控制系統(tǒng)。DCS是以微處理器為核心，實現(xiàn)地理和功能

35、上相對分散的控制系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)通道 把各個分散點的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作。它具有事故分析、性能計算、歷 史數(shù)據(jù)存儲、分析、各種報表生成、打印等功能，目前已經(jīng)在國內(nèi)外得到非常廣泛的應(yīng)用。 在DCS系統(tǒng)中，測量變送、執(zhí)行器一般由模擬儀表來完成，它們與控制室的監(jiān)控計算機 共同構(gòu)成控制系統(tǒng)，是模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)，可實現(xiàn)高級復(fù)雜規(guī)律的控制。可編程控制器(PLC)自動控制裝置，是一種嵌入式的工控機，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)記憶和算術(shù)運算等功能。既能進行開關(guān)量控 制，又能進行模擬量控制，還具有通信功能。在單臺設(shè)備自動化、多臺設(shè)備自動化和整 個工廠的生產(chǎn)過程中，P

36、LC發(fā)揮著重要作用。DCS是計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和 組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)(MIS系統(tǒng))，作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前 國內(nèi)應(yīng)用這一系統(tǒng)的行業(yè)較少。DCS的關(guān)鍵技術(shù)在于網(wǎng)絡(luò)，從上到下是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，中間站聯(lián)接計算機、現(xiàn)場儀器儀表和控制裝置。PLC從結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式(模塊式)2種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、 顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一

37、個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU 模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）PLC的關(guān)鍵技術(shù)在于其內(nèi)部固化了一個能解釋梯形圖語言的程序及輔助通訊程序，梯形圖語言的解釋程序的效率決定了 PLC的性能，通訊程序決定了 PLC與外界交換信息 的難易。對于簡單的應(yīng)用，通常以獨立控制器的方式運作，不需與外界交換信息，只需 內(nèi)部固化有能解釋梯形圖語言的程序即可。 在網(wǎng)絡(luò)方面，DCS網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時公司的 MACS統(tǒng)中的系 統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)

38、，采用國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 TCP/IP。它是安全可 靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。而PLC因為基本上都為個體工作，在與別的PLC或上位機進行通訊時，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié) 議也經(jīng)常與國際標(biāo)準(zhǔn)不符。在網(wǎng)絡(luò)安全上，PLC沒有很好的保護措施。（3）DCS整體考慮方案。操作員站都具備工程師站的功能，站與站之間在運行方案程 序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置之間都是相互連鎖 控制，協(xié)調(diào)控制的。DCS可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。 但是，由于自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在 DCS 工程師站上

39、對現(xiàn)場儀表（比如變送器、執(zhí)行器等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。當(dāng)采用現(xiàn)場總線儀表時才能通過現(xiàn)場測控站對現(xiàn)場儀表進行診斷和維護。原來單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（PLC與PLC）之間的聯(lián)系是一種松散的 連接方式，做不出協(xié)調(diào)控制的功能?，F(xiàn)在的PLC可以采用共同的上位機，使用PLC網(wǎng)絡(luò)（如 SIEMENS司的 SINEC-L1、SINEC-H1 S4 S5 S6 S7等，GE公司的 GENE、三菱公司 的 MELSEC-NETMELSEC-NET/MIN等）來協(xié)調(diào)控制。（4）DCS在整個設(shè)計上留有大量的可擴展性接口，外接系統(tǒng)或擴展系統(tǒng)都十分方便，缺點是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，

40、大DCS系統(tǒng)是各家不同的。PLC所搭接的整個系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都很難實現(xiàn)的。 在安全性上，DCS系統(tǒng)為保證控制設(shè)備的安全可靠，采用了雙冗余的控制單元,內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時，都會有相關(guān)的冗余單元實時無擾動的切換為工作單元，保 證整個系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，更談不上冗余控制策 略。特別是當(dāng)其某個PLC單元發(fā)生故障時，不得不將整個系統(tǒng)停下來，才能進行更換、 維護并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)安全可靠性更高。系統(tǒng)軟件，對各種工藝控制方案進行更新是 DCS勺一項最基本的功能，當(dāng)某個方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工

41、程師站上將更改過的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可 以了。下裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響原控制方案運行。對于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來說，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個PLC，然后要用與之對應(yīng)的編譯器進行程序編譯，最后再用專用的機器(讀寫器)專門一對一的將程序傳送給這個PLC在系統(tǒng)調(diào)試期間，調(diào)試時間長和調(diào)試成本高，而且極其不利于日后的維護，在控制 精度上相差甚遠。因此在大中型控制項目中(500點以上)，基本不采用全部由PLC所連接 而成的系統(tǒng)。模塊DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU可以實現(xiàn)對采集及輸出信號品質(zhì)的判斷 與標(biāo)量變換，故障帶電插拔，隨機更換。而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換單

42、元，沒有智能芯 片，發(fā)生故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。PLC響應(yīng)速度快；DCS向應(yīng)速度慢。DCSS作復(fù)雜的運算，內(nèi)存較大；PLC一般不做復(fù)雜運算，內(nèi)存小。DCS勺數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一，可以應(yīng)用工位號管理；PLC的數(shù)據(jù)庫不統(tǒng)一，必須以地址為基 礎(chǔ)管理。冗余功能，DCSg容易實現(xiàn)。DCS與PLC的系統(tǒng)內(nèi)核的實現(xiàn)形式不同。因為DCS勺控制程序編譯以后的代碼是 采用程序調(diào)用運行的，而PLC的程序是采用編譯后對語句代碼的順序掃描實現(xiàn)的。這就 是為什么PLC至今對模擬量的處理不如 DCS功能強大，而DCS寸開關(guān)量的處理不如PLC內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)快速的原因。該設(shè)計采用基于PLC控制的自動控制系統(tǒng)，P

43、LC控制使其工作可靠，運行速度快, 組合靈活、有良好的兼容性、程序編制及生成簡單、豐富、網(wǎng)絡(luò)功能強而且成本低。 242凈化方式選擇關(guān)于鋁電解煙氣凈化處理的工藝方法，國內(nèi)外大多采用干法凈化方式，即首先用新 鮮的氧化鋁吸附煙氣中的有害物質(zhì)，然后經(jīng)過布袋過濾，最后將優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)的煙氣排 入大氣。鋁電解煙氣凈化工藝主要有濕法凈化和干法凈化回收兩種。(1)濕法凈化濕法凈化對于清除可溶性氣體具有很高的效率，對于清除顆粒物質(zhì)具有中等效率。 洗滌塔的效率大約與煙氣一洗滌塔的接觸裝置所耗用能量的多少成正比。濕式洗滌塔通 常與靜電收塵器聯(lián)合使用，濕法凈化有堿法，酸法和氨法等。但從凈化效果好，設(shè)備簡 單，維護方便及

44、設(shè)備腐蝕低等方面考慮，濕法凈化以堿法為多。濕法凈化回收有多種方法，如先用清水洗滌、堿水洗滌、海水洗滌等，洗液再通過 堿法、氨法和酸法流程加以回收制取冰晶石、氟化鈉、氟化鋁等。一般多用于制造冰晶 石。雖然煙氣凈化最簡單經(jīng)濟的方法是用水洗滌，但由于水溶解氟化氫后變?yōu)闅浞幔?容易腐蝕設(shè)備。從近十幾年的發(fā)展趨勢看，濕法凈化回收大部分已被干法凈化回收所取 代。干法凈化煙氣干法凈化技術(shù)適用于鋁電解生產(chǎn)行業(yè)各種類型電解槽的煙氣治理。干法凈化的 基本原理是利用氧化鋁對氣態(tài)氟化物等具有較強吸附能力的特性，使電解煙氣與氧化鋁 充分接觸，煙氣中的氟化氫氣體吸附在氧化鋁表面，然后進行氣固分離，氟化氫得以凈內(nèi)蒙古科技

45、大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）氧化鋁與煙氣中的氟化氫接觸后，吸附反應(yīng)速度很快，幾乎是在0.1秒鐘完成。干法凈化回收的吸附效率主要取決于氧化鋁的物理性能和投入到煙氣中的數(shù)量。干法凈化也存在一些問題，如：對二氧化碳和二氧化硫凈化效果差；吸氟后的氧化 鋁飛揚加大；氧化鋁在吸附過程中循環(huán)次數(shù)多， 造成氧化鋁破碎率高，帶入Fe、Si雜質(zhì) 增多；鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)增加動力消耗。該設(shè)計采用干法凈化，易于控制、流程簡單、環(huán)境好、操作容易，而且干法凈化回 收過程中產(chǎn)生的二次污染小、凈化效果好。第三章系統(tǒng)設(shè)計在電解鋁煙氣凈化的過程中，為了有效的進行生產(chǎn)操作，就需要對生產(chǎn)過程

46、中的工 藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進行自動檢測，并與控制儀表、執(zhí)行機構(gòu)相配合，實現(xiàn) 對生產(chǎn)過程的自動控制。3.1系統(tǒng)控制原理及目標(biāo)根據(jù)工藝流程，在此主要是對除塵器出入口壓差、 新鮮/載氟氧化鋁料位、排煙溫度 以及煙氣出口壓力的控制原理進行介紹，并且闡述了其控制目標(biāo)。3.1.1控制原理該設(shè)計中的控制系統(tǒng)選擇單變量控制系統(tǒng)，被控對象是核心，被測信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn) 換成標(biāo)準(zhǔn)信號，與給定值進行比較，并對結(jié)果進行調(diào)節(jié)運算，以輸出作為控制信號，經(jīng) 執(zhí)行器實現(xiàn)對被控變量的調(diào)節(jié)作用。其控制系統(tǒng)方框圖如圖 3.1所示：圖3.1單變量控制系統(tǒng)方框圖現(xiàn)場檢測元件用數(shù)字式儀表，采用現(xiàn)場總線作為一級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成控制系統(tǒng)，將現(xiàn)

47、場測 得的數(shù)據(jù)送到PLC進行控制，以便使生產(chǎn)過程順利進行。當(dāng)輸入端有輸入信號時，伺服 放大器將輸入信號Ii和反饋信號If相比較，所得差值信號經(jīng)過功率放大后，驅(qū)使兩相伺 服電機轉(zhuǎn)動，在經(jīng)減速器減速，帶動輸出軸改變轉(zhuǎn)角9。使減速器輸出軸朝著減小這一偏差信號的方向轉(zhuǎn)動，若差值為正，伺服電機正轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角增大；若差值為負，伺 服電機反轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角減小。直到位置反饋信號和輸入信號相等為止，此時輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上。其執(zhí)行機構(gòu)框圖如圖3.2所示:圖3.2電動執(zhí)行機構(gòu)方框圖設(shè)計系統(tǒng)中布袋除塵器的出入口壓差、載氟氧化鋁的物位控制、新鮮氧化鋁的物位 控制、排煙機的溫度控制以及出口煙氣壓

48、力的控制是本次設(shè)計的主要內(nèi)容。該電解鋁凈化系統(tǒng)采用干法凈化工藝流程，其工作過程是：從電解槽出來的煙氣進 入文丘里反應(yīng)器，煙氣中的有害物質(zhì)與新鮮氧化鋁反應(yīng)后，煙氣經(jīng)過布袋除塵器，除掉 煙氣中的固體載氟氧化鋁，得到符合排放標(biāo)準(zhǔn)的凈化煙氣，經(jīng)引風(fēng)機排放到大氣中。對布袋除塵器的控制需要測量的量有進出布袋除塵器的前后差壓，當(dāng)出入口差壓達 到上限值，開始進行反吹清灰。出口煙氣有兩個量需要測量：分別為出口煙氣壓力和出口煙氣溫度。其中出口溫度 不需要控制，但出口壓力需要控制，因為當(dāng)內(nèi)外壓差太大時，布袋除塵器中的煙氣沒有 被除掉，就會被直接吸出，影響凈化效果。為了保證煙氣凈化過程順暢進行，當(dāng)壓力超 出這個設(shè)定值

49、時，通過調(diào)節(jié)煙氣檔板開度，來調(diào)節(jié)壓力。本系統(tǒng)中載氟氧化鋁貯倉料位和新鮮氧化鋁貯倉料位的控制也相當(dāng)重要，系統(tǒng)中分 別設(shè)定了上限報警和下限報警，當(dāng)測量值高于上限設(shè)定值的時候，上限報警指示燈亮， 當(dāng)測量值低于下限設(shè)定值時下限報警指示燈亮。貯倉料位控制的好壞直接影響到煙氣凈 化的效果，因此是致關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。當(dāng)排煙機溫度高于130 C時，自動跳閘，進行降溫。電解煙氣凈化控制的具體工作方式有三種，分別是壓差、手動、定時工作方式。壓內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(畢業(yè)論文)差工作方式是當(dāng)有害煙氣由布袋除塵器中間入口經(jīng)氣流分布板均勻進入到過濾單元，煙 氣中的氟化氫與氧化鋁發(fā)生化學(xué)吸附反應(yīng)，反應(yīng)后的載氟氧化鋁

50、隨煙氣經(jīng)濾袋過濾被阻 留，濾袋進出口壓力達到一定壓差后，由PLC按預(yù)先設(shè)定的控制程序進行自動反吹清灰操作。手動工作方式是由操作人員根據(jù)有害煙氣經(jīng)過布袋除塵器的實際工作情況手動控 制反吹風(fēng)機啟動、停止，由PLC按預(yù)設(shè)程序進行反吹清灰。定時工作方式是PLC按預(yù)設(shè) 的定時控制子程序控制反吹風(fēng)機的啟動、停止，進行反吹清灰操作。3.1.2控制目標(biāo)電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的主要設(shè)備為除塵器，在該系統(tǒng)中有除塵器(十個袋濾室)，兩個排煙機、四個羅茨風(fēng)機和兩個反吹風(fēng)機。根據(jù)工藝流程的特點以及其存在的問題，建 立該控制系統(tǒng)，使其中各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi)部的設(shè)備有序運轉(zhuǎn)，整套系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運行，從 而優(yōu)化整個系統(tǒng)，獲得最佳的凈化效

51、果。具體有如下功能：過程數(shù)據(jù)的自動采集。對采集的數(shù)據(jù)進行處理，判斷各除塵器當(dāng)前的運行情況。袋式除塵器、反吹風(fēng)機、新鮮/載氟氧化鋁料位等主要工藝設(shè)備的運行狀態(tài)顯示 及異常報警。按一定程序控制除塵器的“反吹清灰”過程。自動控制除塵器前后壓差，以確保除塵器正常運行。3.2壓力檢測壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要參數(shù)之一。許多工藝過程只有在一定的壓力條件下進行， 才能取得預(yù)期的效果，壓力檢測也是安全生產(chǎn)所必須的，通過監(jiān)視壓力可以及時防止生 產(chǎn)設(shè)備因過壓而引起的破壞或操作。壓力的檢測和控制是保證工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)濟性和安 全性的重要環(huán)節(jié)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文

52、）本次系統(tǒng)設(shè)計所選的壓力測量點如表 3.1所示:表3.1電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)壓力測量點列表序號采樣信號名稱性質(zhì)傳感器范圍1除塵器出入口壓差模擬量電容式差壓變送器0 6 KPa2煙氣出口壓力1模擬量壓電式傳感器0 4 KPa3煙氣出口壓力2模擬量壓電式傳感器0 4 KPa4壓縮空氣罐出口壓力模擬量壓電式傳感器0 2 KPa3.3物位檢測物位測量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化中具有重要的地位。隨著現(xiàn)代化工業(yè)設(shè)備規(guī)模的擴 大和集中管理，特別是計算機投入運行以后，物位的測量和遠傳顯得更為重要。通過物位的測量，可以正確獲知容器設(shè)備中所儲物質(zhì)的體積或質(zhì)量，監(jiān)視或控制容 器內(nèi)的介質(zhì)物位，使它保持在工藝要求的高度，或?qū)λ?/p>

53、的上、下限位置進行報警，以及 根據(jù)物位來連續(xù)監(jiān)視或控制容器中流入與流出物料的平衡。所以對物料測量的相對值要 求非常準(zhǔn)確，要能迅速正確反映某一特定水準(zhǔn)面上的物料相對變化，用以連續(xù)控制生產(chǎn) 工藝過程。物位測量與生產(chǎn)安全的關(guān)系十分密切。該設(shè)計中采用的是電容式物位傳感器。其測量原理是：在電容器的極板之間，充以不同介質(zhì)時，電容量的大小也有所不同。因此，可通過 測量電容量的變化來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。圖3.1是由兩個同軸圓柱極板1, 2組成的電容器，在兩圓筒間充以介電系數(shù)為；的介質(zhì)時，則兩圓筒間的電容量表達式為:C二 2二丄（3-1）.DInd式中，L兩極板相互遮蓋部分的長度；d，D分別為

54、圓筒形電容器內(nèi)電極的外徑和外電極的內(nèi)徑；中間介質(zhì)的介電常數(shù)。所以，當(dāng)D和d一定時，電容量C的大小與極扳的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)；的乘 積成比例。這樣將電容傳感器（探頭）插入被測物料中，電極浸入物料中的深度隨物位高 低變化，必然引起其電容量的變化，從而可檢測出物位。D*圖3.1電容器的組成1內(nèi)電極；2外電極3.4溫度檢測溫度是工業(yè)生產(chǎn)中最常見和最基本的工藝參數(shù)之一，任何化學(xué)反應(yīng)或物理變化的進 程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度的測量與控制是生產(chǎn)過程自動化的重要任務(wù)。在電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)中，電解槽出口煙氣溫度在80100C之間，所以可以直接進入文丘里反應(yīng)器與氧化鋁進行反應(yīng)。系統(tǒng)中反吹風(fēng)機和噴吹風(fēng)機都需要

55、進行溫度控制， 當(dāng)反吹風(fēng)機溫度高于100C的時候，自動跳閘。用同樣的方式將噴吹風(fēng)機的溫度控制在 110C以下，除此之外，還要將排煙機溫度控制在 130C以下。該系統(tǒng)采用的是熱電阻測溫。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進行溫度測量的，即電阻的阻值隨溫度的變化而變化的 特性。因此，只要測出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出被測溫度。金屬熱電阻的 電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即Rt = R1+ ： （t- t。）（ 3-2 ）式中，Rt為溫度t時對應(yīng)的熱電阻；Rt0為to （通常to=OC）時對應(yīng)的電阻值；為 溫度系數(shù)。熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。這

56、是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是 未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電 源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和溫度顯示儀表等組成，系統(tǒng)溫度測量點 如下表3.2所示：表3.2電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)溫度測量點列表序號采樣信號名稱性質(zhì)熱電阻分度號范圍1管道煙氣溫度模擬量Cu10080C 100C21#排煙機溫度模擬量PtIOO0C130C32#排煙機溫度模擬量Pt100

57、0C130C4反吹風(fēng)機溫度模擬量Cu1000C100C5噴吹風(fēng)機溫度模擬量Cu1000C110C第四章硬件設(shè)計本章是由控制要求所確定的 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要是對 PLC選型以及I/O 模塊、電源模塊、執(zhí)行器等的選型。PLC選型在滿足控制要求的前提下選型時應(yīng)選擇最佳的性能價格比，所選用的PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成績可靠的系統(tǒng)，PLC的硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。對于以開關(guān)量為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫 度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感

58、器、變送器（對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度 傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，根據(jù)如上要求，本控制系統(tǒng)選用西門子公司的 S7 300系列PLCSIMATIC S 7300 PLC 簡介目前生產(chǎn)PLC的著名廠家有德國西門子公司（SIEMENS,美國ROCKWE公司所屬的A-B（ALLEN&BRADL公司，法國施奈德公司 （SCHNEIDER ELECTRIC）日本的三菱電機 （MITSUBISHI ELECTRIC和歐姆龍（OMRON等。SIEMENS的 PLC以其極高的性能和價格比，在我國占有很大的市場份額。SIEMENS的PLC產(chǎn)品有SIMATIC S7,

59、M7和C7等幾大系列。SIMATIC S7 300系列PLC已經(jīng)得到的國內(nèi)國外標(biāo)準(zhǔn)認證有： DIN認證，UL認證， CSA認證，F(xiàn)M1級1區(qū)：A、B、C、D組，溫度組T4,船級認證等。SIMATICS7 300是一種通用型模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 其模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計使得各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于 實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7 300在工業(yè)領(lǐng)域中實施各種控制任務(wù)時，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。4.1.2 S7300的組成部件SIMATCS7 30

60、0系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和 擴展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖：圖4.1 S7 300系列PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖處理單元（CPU各種CPU有不同的性能，例如有的CPL集成有PROFIBUDP等通信接口。CPU前面 板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的 CPU 沒有）。（2）電源模塊（PS）電源模塊用于將SIMATICS7 300連接到120/230V交流電源或24/48/60/110V直流 電源。它與CPU莫塊和其它信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。（3）信號模塊（SM信號模塊是數(shù)字量輸入輸出模塊和模擬量模塊的總稱，他們是