电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统毕业设计.docx
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电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统毕业设计
电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统毕业设计
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日期:
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注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
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3)中文摘要(300字左右)、关键词
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6)论文主体部分:
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2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
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建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘 要
现今的自动化水平逐年增高,PLC作为主控制器,一直处在整个技术领域的主要战场。
为许许多多的自动化装备提供了很好的控制环境。
作为一个控制器,PLC可以给自动化装备提供牢靠且安全的运行方案,完全适应当今大部分工厂对自动化的需求。
本论文主要研究的是一个以PLC为自动控制的核心,设计出一个电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统。
由于传统采用机械式输送,运输过程中氧化铝粉飞扬损失大、污染严重,而且加料量不容易控制,能耗大。
所以本课题中采取浓相气力输送技术,浓相输送氧化铝粉末技术具有长距离输送、粉末状物料在整个输送过程中飞扬损失小、运行安全牢靠且高度自动化等优点。
浓相输送技术是由压力罐系统、浓相管和PLC自动控制设备等组成。
它的工作原理是:
物料进入压力罐中后经压缩空气加压呈沸腾状态,并维持这一状态,确保物料进入特制的浓相管中就被压缩空气分割成一段一段的料栓向前流动,实现物料的输送。
整个控制系统采用PLC控制器,PLC具有可靠性高,抗干扰能力强,编程简单易学,适应性好,功能强大等优点,可以很好地解决氧化铝输送过程控制中的安全、灵活、环保、经济等问题。
关键词:
PLC;氧化铝粉浓相输送;监控
Abstract
Today'sautomationtechnologyisdevelopingrapidly,remainthekeybattlegroundinthefieldofindustrialautomationcontrolofPLC,forallkindsofautomaticcontrolequipmentprovidesareliablecontrolapplications.Themainreasonisthatitcanprovidesafeandreliablefortheautomatedcontrolapplicationandmoreperfectsolutions,suitableforthecurrentindustrialenterpriseofautomationneed.
Thistopicresearchisaprogrammablecontroller(PLC)asthecoreoftheautomaticcontrolequipment,designaelectrolyticaluminumproductionprocessofaluminapowderconveyingsystemofautomaticcontrol.Becauseofusingtraditionalmechanicalconveyingaluminapowderdustduringtheprocessoftransportationdamage,pollutionisserious,alsoaddcapacityisnoteasytocontrol,largeenergyconsumption.Sothistopicinthedensephasepneumaticconveyingtechnology,densephaseconveyingaluminapowdertechnologycharacteristicsoflongtransmissiondistance,lowenergyconsumption,lowmaterialintheprocessofconveyingbrokenrefining,flyingmateriallossissmall,stableandreliableandhighlyautomatedoperation,etc.Densephaseconveyingtechnologyconsistsofpressuretanksystem,densephaseandconsistsofaPLCautomaticcontrolequipment,etc.Itsworkingprincipleis:
afterthematerialintothepressuretankinboilingstatebythecompressedairpressure,andmaintainthisstate,toensurethatthematerialintothespecialinthedensephasetubeiscompressedairintosectionbysectionboltforwardflow,transportthematerial.
DesignUSESthePLCcontroller,PLCcontrollerwithhighreliability,stronganti-interferenceability,simpleprogramming,goodadaptability,powerfuladvantages,tobeabletogetagoodaluminaconveyingprocesscontrolofreliable,safe,flexible,convenient,economicandotherissues.
KeyWords:
PLC:
Aluminapowderdensephaseconveying:
Monitoring
目 录
1绪论
首先本章从课题背景出发,然后对氧化铝自动输送系统的研究现状进行分析,最后完成系统的设计目标。
1.1课题设计背景
1.1.1课题来源
金属铝在工业生产中是一种特别重要的原材料,金属铝及其铝合金被普遍地应用日用品、建筑材料、化学工业、电器、机械制造、甚至于航空工业、国防工业,和人们的生活息息相关。
金属铝基本上通过电解氧化铝过程制取,而本文讨论的氧化铝粉则是电解铝工业的主要原材料。
在电解铝过程中,氧化铝粉的输送极为重要。
当前我国大部分铝厂的氧化铝粉末输送基本上使用皮带输送、稀相输送和天车加料相结合的方式,这种方式输送效率低下,自动化程度低,能耗高,对设备损耗大。
氧化铝粉末的飞扬,不仅造成原料浪费,一定程度上对环境有很大的污染,破坏电解槽的工艺制度。
因此,为了解决这些缺陷,必须设计出一种先进的自动控制方法,使其实现氧化铝粉末的自动输送。
另外,为了提高氧化铝粉输送的稳定性和控制的自动化,输送系统基本上采用远程监控,远程调度。
这样能实现在现场输送过程出现故障时,既可以派工作人员到现场排除故障,还可以通过远程监控系统进行参数修改。
该论文主要探讨的是电解铝生产过程的氧化铝粉的自动输送控制系统。
与工业发达国家相比较,我国的技术装备水平与其有很大差距。
我国传统产业技术装备差,导致能源消耗大、产品质量低。
想要提高企业整体素质,发展工业额自动化是很有效的方法。
在这种趋势下,要想做到大范围的设备更新,国力财力一时承受不了。
但是维持设备落后的现状,想要通过拼设备生产,后果不堪设想。
唯有应采用电子技术改造传统工业产业,把电子技术与传统产业技术相结合,才是提高企业素质、提高整体效益的最现实、最有效的途径,才能成为工业强国。
1.1.2课题的目的和意义
在电解铝过程中,氧化铝粉的输送从其动力来源可以分为机械式输送和气力式输送。
机械式输送分为:
斗式提升机垂直提升、皮带式输送机和小车轨道式输送机三种形式。
这三种输送形式被广泛地运用到很多不同的工业生产中,在技术方面成熟牢靠。
在氧化铝的输送过程中,这种方式对氧化铝原料的质量影响较小,氧化铝不容易破损,很有利于电解铝的生产。
但是机械式输送也其致命的弊端,机械设备成本昂贵,运行复杂,维修费用输高,另外在整个运输系统中氧化铝粉的飞扬对整个车间造成很大的污染,氧化铝粉飞扬后不好收集重新利用,长期下来,会有很大的能源浪费。
机械式输送的设备灵活性差,而且整套的设备投资费用很大。
如果能改进这些缺点,铝电解的整个工艺会达到一个很高的生产水平。
所以在目前,很多铝厂都逐渐采用了气力式输送,机械式的输送逐渐被取代。
本课题设计的氧化铝粉末自动输送系统,采用的是目前比较先进的浓相输送技术。
浓相气力输送,在铝工业中主要用于氧化铝粉或铝合金粉的运输,相比较传统的机械式运输方式,浓相输送拥有以下几点优势;能耗低,无粉尘飞扬,投资费用低、加料准备、控制方便、占地面积小等优点,由于浓相输送的安全可靠,效果极佳,以及被很多铝厂采用,成为目前主流的输送方式。
浓相输送技术的管道采用套管形式,在原有的管道里加入一个内管,用作压缩空气的管道,外管输送氧化铝原料。
在内管上有特制的等距离一段一段的小孔,在运输过程中,可以使氧化铝粉被压缩空气切割成一小段一小段的料栓,控制气流的速度,就可以控制料栓的长度。
这种方式由于全程封闭在管道中,可以做到无粉尘飞扬,减少污染,通过控制气流速度,可以使加料精确,减低能耗。
浓相技术具备的这些特点,能够满足各铝厂对氧化铝原料输送的需求,提高生产效率。
1.2研究现状
在现在的铝生产过程中,机械式的运输方式已经基本被淘汰,取而代之的是更稳定更准确的气力式输送。
气力式输送原理是以压缩空气为载体,使其与粉末状的原料以一定的比例混合,在特殊的密闭的管道中通过气力为动力源的运输。
与传统的传送相比较,这种输送方式更灵活易控制,适用于远距离的粉状物传送。
在运输过程中无损耗,还极大的方便了剩余粉料的处理。
目前诸多行业都采用了气力输送方式,得到了很好的经济效益。
气力输送氧化铝粉末方式有三种:
稀相输送、浓相输送和超浓相输送。
1.2.1稀相输送
稀相输送方式的原理是用0.4~0.6MPa的压缩空气作为动力源,作用在氧化铝粉上驱动运输,通过仓式泵氧化铝粉原料从储料仓运送到高位仓。
在现场垂直输送部分中,气流产生的阻力和氧化铝粉所受的重力作用于一条直线上,由于这两种作用力只能在输送方向上影响物料,再加上在实际运输过程中,物料颗粒运动的复杂性,氧化铝粉末就以不规则的、相互交错的方式运动。
目前,很多铝厂对氧化铝粉还一直采用这种方式进行集中输送。
但是这种传统的气力输送方式只应用在卸料仓和储存仓之间的运送,不适用给电解槽供料。
尽管这种方式操作简单,设备成本低,占地小,但是解决不了氧化铝粉输送过程中的中心问题,这种方式已经逐渐更完善的气力输送淘汰。
1.2.2浓相输送
随着工业技术的不断进步,电解铝生产过程中,对氧化铝粉末的要求更高,根据电解铝的化学反应条件,要求原料的质量和表面积都要达到一定的指标,才能保证整个工艺的效率。
在工艺过程中,标准的原料是颗粒较粗、比表面积较大的砂状氧化铝,从整个现场看来,稀相输送技术的压缩空气源的动力不足以供应标准的原料。
浓相输送技术很好的解决了稀相输送技术的问题。
浓相输送中的一大核心是其特殊的浓相套管,另外浓相输送中的压缩空气提供的气流速度为15~20m/s,物料流动一般为10~15m/s,而氧化铝的破损程度不到20%。
这种方式提高了粉末物的浓度,相应的减少了压缩空气的使用,减少了能源消耗。
浓相气力输送的动力源和稀相输送相同,都是利用压缩空气运送物料。
他们的不同点是:
稀相输送的气流速度高,浓相输送是由压力容器产生静压力,气流速度相对较低。
在氧化铝粉的运输管道中,当压缩空气的流速降到某一个临界值时,流动阻相对力变大,输送中氧化铝粉末自然停止。
此时管道内气流的有效通道减少,导致压力变大,将停留的氧化铝原料一层层地吹走。
在这个过程中,管道内气流的有效通道逐渐增大,气流相对压力又将降低,运输中的氧化铝粉又将停止。
在输送管道中,将会持续这样的周而复始,氧化铝粉原料像沙丘移动式的逐渐输送。
这里需要注意一点,提供的压缩空气的气流速度必须足够大,克服物料悬浮正常输送
浓相气力输送技术能很好的满足目前大部分铝厂的工艺要求,它的根本问题是要保证氧化铝原料在浓相管中保持持续流态化的同时,浓相管道保持通畅。
由于经过特殊制造的浓相管内管上每隔一段距离开有一个特制孔,要想做到物料持续流态化,管道保持通道,只要保证空气站的压缩空气的流速达到某一特定值。
浓相技术还能确保供入电解槽中的物料的量更标准,更精确。
1.2.3超浓相输送
目前气力式输送方式最先进的就是超浓相输送,它根据氧化铝的充气性和流动性,运用一定压力的空气将卸料库里的原料悬浮疏松,这时打开卸料阀,由于安装的溜槽是有斜度的,在自身的重力作用下,被压缩空气悬浮松动的原料就会自动完成卸料。
这种输送方式很好的运用了悬浮疏松的物料能够存在流动的趋势这一特点,这种流动的趋势就是物料的流态化。
在当前的工艺中,使用一个多孔透气层,以一定的比例将固体颗粒与空气混合可以使物料转化为类似的流动体状态,这个过程又称为物料的流态化。
这里用到的多孔透气层,又叫做沸腾板,它的结构与浓相管类似。
沸腾板把输送通道分成两部分,上面运输物料,下层则输入压缩空气。
当这里没有外部压力的时候,气体是常压,由于物料没有动力源,物料保持静止;一旦气腔中通入低气压的气体,上层物料的空隙就瞬间被填满,这时候调节气流速度,直到打破粉末间的平衡。
在这样特定的情况下,粉料之间存在的内摩擦都接近为零,从而达到理想的流体状态。
将粉末状物料转化成流体状态,然后进行运输的方式,就是目前气力运输方面最先进的超浓相输送。
与浓相输送不同的一点是,超浓相输送仅仅需要较低压力的空气疏松原料,而不用压缩站的高气压空气作为运输的动力。
据有关资料介绍超浓相输送中固体和气体的比例非常高,一般为500:
1。
由于所需的空气压力只用100Pa即可,故离心风机就可以满足工艺要求。
这就是浓相输送的另一大优点,设备要求简单,只需提供风动溜槽和离心风机。
一般来说,风动溜槽是没有运动的部件,不容易出现磨损,损坏的情况,还有就是它的显密度非常大,可以做到高浓度、低速度输送。
因为管件的磨损不大,在运输过程中的气体对原料可以基本达到无损耗,这样输送到电解槽的原料完全可以达到标准需要的规格。
另外,因为超浓相输送所需的空气压力低,仅仅离心风机就可以实现,在这个系统中,控制元件不多,而且操作起来容易上手,这样就能做到工艺现场自动化。
但是这种输送技术庞大繁杂,我们国家目前还尚未彻底掌握这项输送系统。
2系统工艺控制要求
2.1系统工艺过程
在电解铝工艺过程中,氧化铝粉的输送流程分为三部分:
一是卸料库到上层料仓的输送;二是上层料仓到下层料仓的输送,这里包括氧化铝粉的除尘系统;三是压力罐的进料与打料的输送过程。
首先,启动上层料仓的除尘系统、离心风机和罗茨风机,然后从卸料库向溜槽卸料,溜槽中的氧化铝粉在离心风机的提供风力下进入空气提升机。
当空气提升机的氧化铝粉到达规定的料位时候,启动空气提升机的提升,将提升机里的氧化铝粉送入上层料仓。
当上层料仓的氧化铝粉到达高料位的时候,停止提升机的输送过程,同时停止相应的罗茨风机和离心风机等控制设备,等到上层料仓的料位下降至低料位时再继续启动提升机的输料。
在提升机停止后,开启上层料仓处除尘器的排灰风机,收集上层料仓飞扬的氧化铝粉末。
这时同时启动上层料仓向下层料仓的打料过程,待下层料仓的氧化铝粉到达高料位时停止。
从卸料仓到上层料仓打料的工艺过程如图2.1所示:
图2.1向上层料仓打料工艺过程
当下层料仓的氧化铝粉到达高料位的时候,开始启动最后一部分,下料仓向压力罐的打料过程。
本设计使用了四个压力罐,首先,需要选择使用其中一个,这里以PV4为例。
首先检测阀9、阀36以及阀11是否关到位,离心风机的出口阀N4、N2以及阀101是否开到位。
然后打开阀30,当压力罐的压力满足规定的压力时关闭阀30,打开阀36和阀11,现在才能进行压力罐的打料。
启动震动筛的电机使震动筛震动,打开下层料仓下的阀门,氧化铝粉在离心风机提供的风力作用和震动筛震动作用下进入压力罐。
在压力罐中的氧化铝粉到达高料位时停止向压力罐的打料。
关闭下层仓的出料阀门,停止震动筛电机和离心风机,关闭阀36和阀11,等到压力罐的料位下降至低料位时再继续启动向压力罐的打料过程。
当电解槽有需要打料信号时,开始启动压力罐向电解槽的打料过程。
先检测压缩空气的压力和阀门V7、阀门V8是否开到位,在达到要求时然后打开阀9、阀23、阀24以及阀25。
当某个压力管出现故障或者需要同时使用另外几个压力罐时,可以打开阀V9或者阀V1以及该路的通向电解槽的阀门进行调整,这样以便设备的维修和打料的连续性及供料量需求。
下料仓到压力罐的打料过程如图2.2所示:
图2.2下料仓到压力罐的打料过程
其它三个压力罐的打料过程类似
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