毕业设计（论文）说明书：电石炉PLC控制系统电极压放组态设计.doc

1、 毕业设计（论文） （说明书） 题目： 电石炉 PLC 控制系统电极 压放组态设计 姓名： 编号： 321119332262 河南理工大学成人教育学院 河南理工大学成人教育学院 毕业设计（论文）任务书 站别 平顶山函授站 年级专业 2011 级电气工程及自动化 学生姓名 一、设计 (论文 )题目： 电石炉 PLC 控制系统电极压放组态设计 二、设计（论文）任务与要求 1设计出电石炉控制系统，对该系统的硬件设备进行选型及安装 2完成了下位机 PLC 的程序设计 3完成电石炉中的电极压放控制系统 PLC 编程设计 4.对电极控制系统 PLC 程序分析并进行调试 三、设计（论文）时间 2013 年

2、3 月 1 日 至 2013 年 5 月 4 日 指导教师（签名） 成教院院长（签名） 河南理工大学成人教育学院 第 II 页 毕业设计（论文）评定书 站别 平顶山 函授站 年级专业 2011 级电气工程及自动化 学生姓名 一、设计 (论文 )题目： 电石炉 PLC控制系统电极压放组态设计 二、设计（论文）说明书 45 页，附图 1 张。 三、审阅意见及评语 本设计研究了电石炉的生产原理、工艺流程，并对电石生产的主要设备进行详细介绍和说明，设计了电石炉控制系统，对该系统的硬件设备进行选型和安装，完成了下位机 PLC 的程序设计和上位机 Win CC 监控软件的画面设计，并完成电石炉中的电极压放

3、控制系统 PLC编程设计，较好地完成了任务书要求。 根据学院毕业设计管理的有关规定，同意（不同意）参加毕业设计（论文）答辩。 指导教师（签名） 职 称 讲师 工 作 单 位 平顶山工业职业技术学院 河南理工大学成人教育学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 第 III 页 平顶山函授站 年级专业 2011 级电气工程及自动化 学生姓名 的（论文）于 2013 年 5 月 日进行答辩。 设计 (论文 )题目： 电石炉 PLC 控制系统电极压放组态设计 答辩学生向毕业设计答辩委员会（小组）提交以下资料： 一、设计（论文）说明书 共 45 页 二、设计（论文）图纸 共 1 张 三、指导教师评阅意见 共

4、 1 张 根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回 答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议： 一、毕业设计（论文）的总评语： 二、毕业设计（论文）的总评成绩： 毕业答辩委员会主任（组长）签字： 委员（成员）签字： 年 月 日 第 I 页 摘要 本文研究了电石炉的生产原理、工艺流程，并对电石生产的主要设备进行详细介绍和说明 ;其次，设计了电石炉控制系统，对该系统的硬件设备进行选型和安装，并完成了下位机 PLC的程序设计和上位机 Win CC监控软件的画面设计。 其中，在研究了电石生产工艺流程的基础上，用工控机和可编程控制器建立了计 算机控制系

5、统。下位机采用具有模块化结构的可编程控制器 Siemens S7-300完成数据采集和对生产工艺的控制。上位机采用 Win CC组态软件设计了监控应用程序，提供了友好的人机交互界面和实时数据管理功能。 目前，该电石炉控制系统已投入运行，系统的应用降低了人工劳动强度，改善了电极电流的稳定性，提高了电石生产自动化水平，并达到了节能降耗、提高生产效率的最终目的。 关键词 : 电石炉控制系统； PLC； Win CC I 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 电石工业发展前景 . 1 1.3 项目背景与研究意义 . 2 1.3.1 项目背景 . 2 1.3.2 研究意义 . 2

6、1.4 研究内容 . 2 1.4.1 研究内容 . 2 1.5 结构安排 . 错误 !未定义书签。 第二章 电石炉生产工艺及设备 . 5 2.1 电石 炉生产原理 . 5 2.1.1 碳化钙反应机理 . 5 2.1.2 电石炉电极特性 . 5 2.1.3 电石炉中的电热过程 . 6 2.2 电石炉生产工艺及设备 . 7 2.2.1 电石炉系统的高压电路 . 错误 !未定义书签。 第三章 电石炉控制系统设计 . 14 3.1 控制系统实现功能 . 14 3.2 测控信号和技术方案 . 14 II 3.2.1 采集信号的技术方案 . 14 3.2.2 输出信号的技术方案 . 15 3.3 控制系统

7、的硬件设计方案 . 16 3.3.1 控制系统的总体配置 . 16 3.3.2PLC 硬件选配与设计 . 18 3.4 电石炉控制系统中的 PLC 程序设计 . 21 3.4.1 PLC 程序的整体设计 . 22 3.4.2 数据采集和处理 . 23 3.4.3 软件滤波方法 . 26 3.4.4 变压器有载调压控制 . 28 3.4.5 电极压放控制 . 29 第四章 上位机组态设计和实现 . 36 4.1 数据通信 . 36 4.2 监控界面的设计 . 38 第五章 总结 . 43 沈阳化工大学学士学 位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 引言 1862 年 Hare 和 Woh

8、ler 在实验室中首次利用 Zn 、 错误 !未找到引用源。 与C 等原料制得 错误 !未找到引用源。 ，三十年后 Moisson 和 Willson 用 CaO 和煤在电炉中制成了。由于这种碳化钙是在电炉中反应生成，于是我们俗称它为电石，电石工业品是灰色、黄褐色或黑色的固体，它是有机合成工业的重要基本原料，利用电石与水反应生成的 乙炔可进一步合成有关系列产品，如乙醛、醋酸、醋酸乙烯、聚乙烯醇、合成纤维、合成橡胶、合成树脂及有机溶剂等，还可用于金属的切割和焊接。 电石炉内利用三相电极间短路电弧所产生的高温热能将生石灰、焦碳等原料熔融后反应生成 CaC，即工业电石。在电弧高温生产电石过程中，电石

9、炉内温度值的改变是通过调节电极碳棒插入炉料的深度来控制的，并且其温度值一般是利用三相原边电流的大小来间接测算的，当电极下降时电流值增加，反之则电流值减少，因此电极升降控制系统是电石生产的重要部位，电极电流值的大小和稳定性是影响电石生产质量及 能耗大小的关键因素。 在电石生产过程中如果仅依赖人工进行手动操作，这不仅使得人工劳动强度加大，而且会使三相电极平衡难以调节、三相电流值不稳定，甚至容易造成断弧或跳闸现象，由于目前国内电石生产的自动化水平仍然较低，使得电石生产的电能损耗增加，生产效率和质量难以提高，从而导致产品缺乏国内外市场竞争力，因此提高现有设备的自动化水平、完善电石炉系统控制机制、加强生

10、产的安全性能是改善当前比较落后的技术现状的有效途径之一。 1.2 电石工业发展前景 根据统计， 2010 年，我国电石能 2400 万吨，分别是 2005 年的 1.41 倍和 1.64倍。符合电石行业准入条件的企业共有 312 家，企业平均规模 6 万吨 /年，年产能 10 万吨以上的企业数量超过 10%，最大的厂家的生产能力已近百万吨 /年。开工率仅为 50%-60%。在产能严重过剩的同时，采用节能环保大型密闭炉的产能仅占总产能的 20%。大型密闭炉电炉电耗和综合能耗分别为 3100 千瓦时 /吨和 1 吨标准煤 /吨，而目前国内大部分电石炉电耗和综合能耗分贝为 3400 千瓦时 /吨和

11、1.1 吨标准煤 /吨。产能过剩和因技术装备水平落后带来的成本压力，正导致电石行业利润水平下降、甚至濒临亏损。 2010 年，碎叶 节能减排政策的持续发力，国家对于电石行业的要求将更加严格。 目前电石整体市场陷入僵持和观望之中。市场呈现出两种不同的状况：一方面，电石到货较多库存较大，排队卸货较为明显的 PVC 企业，下压电石接受价沈阳化工大学学士学 位论文 第一章 绪论 2 的现象仍有出现；另一方面，遭遇限电的部分电石主产地区因产量减少货源供应不足，所以释然性上调出厂价格，或者是前期接受偏低的 PVC 企业，在到货明显减少后重新上调电石收价，带来价格反弹。 由于我国电石消费对于聚氯乙烯行业的依

12、赖程度较大，金融危机爆发后至今聚氯乙烯行业一直处于低迷状态，倒是电石企业的生产经营到很大影响。 1.3 项目背景与研究意义 针对电石炉项目提出的具体设计要求，以节能降耗、降低人工劳动强度为目标，本课题围绕电石炉系统的控制部分展开研究和设计。以下就本课题的项目的研究意义。 1.3.1 项目背景 我国电石生产设备整体技术水平较低，整个生产过程需要借助人工进行手动炒作，各项电气参数均要通过观察现场仪表才可获得，由于人工操作缺乏规范性，电石产品的质量和效率得不到有效的保障。目前继电器电路被广泛的采用于的电石炉控制系统中，由于继电器系统对生产工艺发生变化的适应性差，使得控制系统存在可高性差、诊断与排除故

13、障非常困难 等缺陷。 鉴于人工操作和继电器系统存在的种种问题，本课题以密闭电石炉工艺和现场设备，选取西门子 PLC、工控机以现场仪表等设备来设计电石炉控制系统。该电石炉项目的设计要求包括：各项工艺参数显示、电极升降控制、电极压放控制、电能累计及报警保护等。 1.3.2 研究意义 该项目结合先进生产工艺和自动化控制设备，研究电石炉相关工艺参数和运行控制模式。采用计算机监控系统取代人工经验操作，结合设计工艺参数和控制参数，合理设计计算机控制系统的软硬件，并达到规范生产过程、提高自动化水平的设计效果。 电石炉控制系统投入运行后 ，可视化的计算机操作界面和报警保护能是人员劳动强度降低，并能实时有效的掌握现场设备运行情况，从而提高生产的安全性和可靠性。电极自动压放的次数。 1.4 研究内容 1.4.1 研究内容 1.研究电石炉的生产原理、工艺流程，详细介绍电石炉的主要设备。 沈阳化工大学学士学 位论文 第一章 绪论 3 2.设计电石炉控制系统，研究该系统的硬件选型和安装、下位机 PLC的软件设计和编程以及上位机 Win CC软件的监控画面设计。 3.研究电石炉中的电极压放控制系统 PLC 编程设计。 4.对电极控制系统 PLC程序分析并进行调试。