鍋爐畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當(dāng)今各種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中，鍋爐仍然是一重要的組成部分。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)能源利用率的要求越來(lái)越高，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理隨之要求越來(lái)越高。但在我們國(guó)家，除了一些大中型鍋爐采用了先進(jìn)的控制技術(shù)外，絕大多數(shù)中小企業(yè)所用的鍋爐，如10T/h、20T/h鍋爐，大部分還在采用儀表/

2、繼電器控制，甚至還是人工操作，已無(wú)法滿足要求。據(jù)此，本文針對(duì)一臺(tái)10T/h工業(yè)鍋爐，提出了一套PLC的控制系統(tǒng)方案。</p><p>　　本文以一臺(tái)10T/h鍋爐的PLC控制系統(tǒng)為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)闡述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在該系統(tǒng)中，應(yīng)用了Siemens公司的S7-300系列PLC，根據(jù)鍋爐的控制特點(diǎn)，分析系統(tǒng)的控制要求，實(shí)現(xiàn)給煤自動(dòng)調(diào)節(jié)，送

3、風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，水泵給水的自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)控制要求分析系統(tǒng)所需的PLC配置，以及備控量的I/O點(diǎn)數(shù)及I/O口分配，查閱S7-300使用手冊(cè)在理論上分析確定PLC的組成及使用事項(xiàng)，并用其編程軟件Step7設(shè)計(jì)鍋爐控制的梯形圖、STL語(yǔ)句及PLC通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的水位三沖量控制、燃燒過(guò)程自動(dòng)控制、蒸汽壓力自動(dòng)控制等功能；基于鍋爐運(yùn)行安全的考慮，該系統(tǒng)中鍋爐由PLC控制， PLC、上位機(jī)組成一個(gè)MPI網(wǎng)，運(yùn)用Siemens公司的

4、MPI全局通訊技術(shù)及WinCC的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的上位機(jī)的冗余控制， </p><p>　　關(guān)鍵詞:鍋爐 變頻器 PLC PID WinCC Step7 MPI 全局通訊</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowadays the boilers are still an important c

5、omponent among various power equipments in industrial enterprises. Along with the fast development of modem industry，high efficient energy utilization is pursued more and more. And the boiler are a kind of Primary equipm

6、ents for converting raw energy into secondary energy，so their control and supervision is very important for promoting energy utilization efficiency. But in our country，only some big and medium-sized boilers have adopted.

7、 Advanced contr</p><p>　　An advanced boiler control technique composed of PLC，inverter，and communication are detailly described with respect theory and application in this paper，which is based on two PLC con

8、trol systems of 10T/h boilers in certain plant. The S7-300 series PLC of siemens company is adopted in the boiler control systems. The Step7 programming software is used to design the ladder chart，the STL language and th

9、e PLC correspondence network. Automatic control for the boilers has been realized，such as three im</p><p>　　Key words: boiler，inverter，PLC，PID</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

10、<b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)和特點(diǎn)1</p><p>　　1.2.1 工業(yè)

11、鍋爐控制的任務(wù)1</p><p>　　1.2.2工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制2</p><p>　　1.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制4</p><p>　　1.3 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)7</p><p>　　1.4本文主要內(nèi)容8</p><p>　　第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)9</p><p&g

12、t;　　2.1系統(tǒng)控制要求9</p><p>　　2.2 鍋爐本體構(gòu)造9</p><p>　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想10</p><p>　　2.3.1電機(jī)控制模式10</p><p>　　2.4各主要回路控制策略12</p><p>　　2.4.1鍋爐生產(chǎn)工藝流程圖及汽水系統(tǒng)12</p>&l

13、t;p>　　2.4.2 主程序框圖如下：13</p><p>　　2.4.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：14</p><p>　　2.4.4 給水調(diào)節(jié)回路14</p><p>　　2.4.5汽包壓力調(diào)節(jié)回路15</p><p>　　2.4.6爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路16</p><p>　　2.4.7水位控制程序框

14、圖：18</p><p>　　2.4.8燃燒控制回路程序框圖：19</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件組成20</p><p>　　3.1總體結(jié)構(gòu)20</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件組成20</p><p>　　3.3主要器件選擇20</p><p>　　3.4系統(tǒng)供電33

15、</p><p>　　3.5系統(tǒng)接地34</p><p>　　3.6 系統(tǒng)運(yùn)行方式34</p><p>　　3.7 PLC配置及I/O點(diǎn)分配：35</p><p>　　3.7.1鍋爐給水35</p><p>　　3.7.2鍋筒36</p><p>　　3.7.3給煤37</p&

16、gt;<p>　　3.7.4鼓風(fēng)和引風(fēng)38</p><p>　　3.7.5 爐膛39</p><p>　　3.7.6 出渣機(jī)：40</p><p>　　3.7.7 蒸汽管路和省煤器：40</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件和設(shè)置42</p><p>　　4. 1 PLC軟件設(shè)計(jì)42</p

17、><p>　　4.1.1 Step7簡(jiǎn)介42</p><p>　　4.1.2 Step7的PlD功能塊45</p><p>　　4.1.3 PLC程序總體結(jié)構(gòu)50</p><p>　　4.1.4功能模塊編程52</p><p>　　4．2系統(tǒng)通訊56</p><p>　　4．3 本章小結(jié)

18、57</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)58</b></p><p><b>　　致謝59</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)60</b></p><p><b>　　附錄1原理圖61</b></p><p>&l

19、t;b>　　附錄2外文62</b></p><p><b>　　附錄3翻譯65</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)狀</p><p>　　目前在我們國(guó)內(nèi)，鍋爐仍然是各種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中重要的組成部分。但是，

20、除了一些大中型鍋爐采用了先進(jìn)的控制技術(shù)，如DCS, FCS，一般的小型鍋爐的控制仍較落后，仍在使用儀表、繼電器作為主要的控制手段(如DDZ-II或III型系列儀表)，需要過(guò)多的人為參與，不僅工作人員的工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且鍋爐的熱效率很低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。即使現(xiàn)在的儀表不少已趨智能化，在鍋爐上也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)或半自動(dòng)控制，但是，由于其不菲的價(jià)格、缺乏管理功能等種種原因，其應(yīng)用受到很大限制。</p><p>　　另

21、外，當(dāng)今的大部分中小企業(yè)使用的鍋爐容量普遍在20T/h以下，鍋爐只有兩三臺(tái)，企業(yè)根據(jù)其經(jīng)濟(jì)的承受能力，一般都不可能選用價(jià)格昂貴的大型控制系統(tǒng)。這也是我們小型鍋爐的控制技術(shù)水平不高的重要因素之一【2】。</p><p>　　但是，隨著能源問(wèn)題的突出，企業(yè)現(xiàn)代化管理水平的提高，還有環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理的要求越來(lái)越高，現(xiàn)在的企業(yè)中的小型鍋爐的控制技術(shù)不提高將難以

22、適應(yīng)生產(chǎn)的需要。因此，這就需要在鍋爐控制技術(shù)上進(jìn)行變革，需要設(shè)計(jì)一種性價(jià)比合理的、使用和維護(hù)方便的新型工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2 工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)和特點(diǎn)</p><p>　　1.2.1 工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)</p><p>　　工業(yè)鍋爐的功能是生產(chǎn)具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽或熱水，滿足外部對(duì)負(fù)荷的需求。為滿足此要求，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

23、，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)程序控制、自動(dòng)保護(hù)等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，擾動(dòng)源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的要求，其工作過(guò)程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制，為此，鍋爐的主要控制任務(wù)為【3】；</p><p>　　(1) 保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍及給水穩(wěn)定；</p><p>　　(2) 保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍；</p>&l

24、t;p>　　(3) 穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量；</p><p>　　(4) 保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全運(yùn)行。</p><p>　　完成上述的任務(wù)需要監(jiān)控五個(gè)主要的被調(diào)節(jié)量和四個(gè)調(diào)節(jié)量，具體如圖1-1：</p><p>　　圖1-1鍋爐主要參量</p><p>　　這些調(diào)節(jié)量和被調(diào)節(jié)量之間實(shí)際上互相關(guān)聯(lián)、互相制約，很難單獨(dú)確定某一量的

25、大小。在實(shí)際運(yùn)行中，解決的辦法是設(shè)置幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)過(guò)程。在中小型工業(yè)鍋爐中，通常只要對(duì)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)就能基本滿足一般用戶的要求，即給水過(guò)程控制和燃燒過(guò)程控制。</p><p>　　1.2.2工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制</p><p>　　1 給水控制的必要性</p><p>　　工業(yè)鍋爐給水的基本任務(wù)是在各種負(fù)荷條件下，控制給水量，使進(jìn)入

26、鍋爐的給水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對(duì)于鍋筒鍋爐，這種平衡的標(biāo)志是鍋筒水位維持在工藝要求的范圍內(nèi)。</p><p>　　對(duì)于工業(yè)鍋爐，水位的高低對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行和生產(chǎn)工藝要求影響很大。水位過(guò)高，蒸汽帶水量過(guò)多，降低蒸汽品質(zhì)，會(huì)在蒸汽管道內(nèi)發(fā)生水沖擊，甚至?xí)l(fā)生滿水事故;水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，以至燒壞某些受熱面，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆炸事故，所以維持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定是十分必要的【12】。</p>

27、<p><b>　　2 給水控制的難點(diǎn)</b></p><p>　　鍋爐運(yùn)行時(shí)，要保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，須不斷地往鍋筒內(nèi)補(bǔ)水。由于給水的溫度比鍋筒內(nèi)的水溫低，若給水量突然增加，會(huì)使汽包內(nèi)水溫下降，汽水混合物的汽化程度發(fā)生變化，水位有下降的趨勢(shì)。這樣，在一段時(shí)間內(nèi)由給水引起的水位增高的趨勢(shì)和由汽化程度變化引起的水位下降的趨勢(shì)基本相等，造成鍋筒水位基本不變的狀態(tài)，即水位的等效純滯

28、后現(xiàn)象。所以，為減少這種影響，給水過(guò)程應(yīng)該是連續(xù)的。不過(guò)，工業(yè)上蒸汽負(fù)荷是有波的，有的波動(dòng)還很大，所以為保持鍋筒水位，給水量就應(yīng)隨負(fù)荷及時(shí)調(diào)整。</p><p>　　但是，在蒸汽負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，特別是在負(fù)荷變化較大的情況下，鍋爐常常會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”。其現(xiàn)象是:當(dāng)負(fù)荷突然大幅增加時(shí)，水位迅速上升，然后水位又迅速下降;當(dāng)負(fù)荷突然大幅下降時(shí)，水位迅速下降，然后水位又迅速上升。</p><p>　　

29、出現(xiàn)“虛假水位”的原因是:當(dāng)負(fù)荷突然大幅增加時(shí)，鍋筒內(nèi)的蒸發(fā)量不能很快跟上，導(dǎo)致氣壓下降，鍋筒內(nèi)的水的溫度就會(huì)從原來(lái)壓力下的飽和溫度降到新壓力下的飽和溫度，此時(shí)，釋放出的大量熱量使鍋筒內(nèi)的水蒸發(fā)，產(chǎn)生大量氣泡，汽水混合物容積膨脹，水位升高。待大量氣泡逸出水面時(shí)，鍋水內(nèi)的氣泡數(shù)量減少，汽水混合物容積減少，水位下降。同理，在負(fù)荷迅速下降時(shí)，將經(jīng)歷一個(gè)相反的過(guò)程【5】。</p><p>　　“虛假水位”對(duì)鍋筒水位控制很

30、不利。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增大時(shí)，本應(yīng)增加給水量，但由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，鍋筒水位迅速上升，給水量信號(hào)反而減小，擴(kuò)大了給水量和蒸汽量之間的不平衡，必然導(dǎo)致水位控制的動(dòng)態(tài)特性變差:同理，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然減小時(shí)，仍會(huì)由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，使水位控制的動(dòng)態(tài)特性變差?？梢?jiàn)，水位控制不能簡(jiǎn)單地根據(jù)鍋筒水位瞬時(shí)的高低來(lái)調(diào)節(jié)給水量的大小，必須考慮“虛假水位”的影響。</p><p>　　3 三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)</p&

31、gt;<p>　　鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)三種，目前應(yīng)用較廣且比較成熟的是三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)示意如圖1-2。</p><p>　　在三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器接受鍋筒水位、給水流量和蒸汽流量三個(gè)信號(hào)，其中鍋筒水位是主變量，給水流量是反饋信號(hào)，蒸汽流量是前饋信號(hào)。當(dāng)給水流量因給水壓力變化、給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)度改變等原因而發(fā)

32、生擾動(dòng)時(shí)，由于給水流量信號(hào)的反饋?zhàn)饔茫梢匝杆傧龜_動(dòng)，穩(wěn)定給水流量。蒸汽流量不經(jīng)PID調(diào)節(jié)而以前饋方式加入，能克服因“虛假水位”而引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作，有效地改善水位控制，使得水位控制精度提高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能變好【4】。</p><p>　　三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制方案適用于燃煤鏈條式、燃油、燃?xì)庖约柏?fù)荷變動(dòng)大的鍋爐。</p><p>　　圖1-2 三沖量給水調(diào)節(jié)示意圖</p>

33、<p>　　圖1-3 三沖量串級(jí)控制圖</p><p>　　1.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制</p><p><b>　　1 控制任務(wù)</b></p><p>　　鍋爐的基本組成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫?zé)煔鈹y帶的熱量為“鍋”的受熱面吸收，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設(shè)備—“爐”，其任

34、務(wù)是針對(duì)不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來(lái)。</p><p>　　鍋爐的燃燒控制直接關(guān)系著是否對(duì)環(huán)境造成污染、是否節(jié)能及能否給企業(yè)帶來(lái)效益。所以，鍋爐的燃燒控制自動(dòng)化多年來(lái)倍受重視。</p><p>　　鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制的主要任務(wù)是:</p><p>　　(1) 保持蒸汽壓力穩(wěn)定</p><p&

35、gt;　　鍋爐運(yùn)行中蒸汽負(fù)荷隨時(shí)發(fā)生變化，并反映到蒸汽壓力波動(dòng)，這樣就必須隨時(shí)改變?nèi)剂狭恳赃m應(yīng)負(fù)荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。</p><p>　　(2) 保證經(jīng)濟(jì)燃燒</p><p>　　為了得到最經(jīng)濟(jì)的燃燒工況，就要保持燃料量和送風(fēng)量之間有合適的比例，當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃煤量相配合。</p><p>　　(3) 保持爐膛壓力一定</p

36、><p>　　中小型工業(yè)鍋爐目前一般采用爐膛負(fù)壓運(yùn)行方式，且負(fù)壓維持在100Pa以內(nèi)。爐膛負(fù)壓過(guò)小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會(huì)引起爐膛噴火等事故:負(fù)壓過(guò)大，會(huì)引起漏風(fēng)量增大，影響鍋爐熱效率，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒，同時(shí)使引風(fēng)機(jī)電耗量增大。因此，必須嚴(yán)格保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在某一水平，這對(duì)燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護(hù)和安全運(yùn)行都是有利的，這也是保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒和安全性的重要指標(biāo)。</p><p&

37、gt;　　雖然燃燒控制系統(tǒng)是一個(gè)多參數(shù)變量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，但通常都把它簡(jiǎn)化成互相聯(lián)系、密切配合但又相對(duì)獨(dú)立的3個(gè)單變量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即:以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p><b>　　2 蒸汽壓力控制</b></p><p>　　蒸汽壓力是反映蒸汽供需關(guān)系平衡與否的

38、重要指標(biāo)，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高，會(huì)加速金屬材料的蠕變;汽壓偏低，說(shuō)明供需關(guān)系不平衡，設(shè)備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產(chǎn)汽量，難以維持長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產(chǎn)和維持運(yùn)行的需要。</p><p>　　對(duì)于燃煤鏈條爐，蒸汽壓力的控制主要通過(guò)給煤量的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也即調(diào)節(jié)爐排的轉(zhuǎn)速。給煤量大，供給的熱量多，鍋水吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當(dāng)然，給煤量必須與鼓風(fēng)量配合，一定給煤量

39、對(duì)應(yīng)最佳鼓風(fēng)量，鼓風(fēng)量小，燃燒不完全，鼓風(fēng)量大帶走過(guò)多熱量。而且，根據(jù)工藝要求，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，應(yīng)先增加鼓風(fēng)量，再增加給煤量:負(fù)荷減小時(shí)，先減少給煤量，后減少鼓風(fēng)量。</p><p>　　蒸汽壓力的控制過(guò)程是個(gè)大慣性大滯后過(guò)程，當(dāng)前這個(gè)過(guò)程的控制大多仍采用PID控制。這是因?yàn)镻ID控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易和魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且PID控制器不需要精確的數(shù)學(xué)模型，其控制參數(shù)的物理意義清楚，控制器容易在線調(diào)整。不過(guò)，為

40、實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，現(xiàn)在己有不少新的算法的應(yīng)用，如非線性PID控制算法、模糊算法等等。</p><p><b>　　3 經(jīng)濟(jì)燃燒</b></p><p>　　鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒涉及很多變量，如空氣過(guò)剩系數(shù)、煙氣含氧量、風(fēng)煤比，各變量之間相互影響又相對(duì)獨(dú)立，要使鍋爐實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，必須綜合考慮各種相關(guān)因素，并進(jìn)行合理控制。國(guó)內(nèi)外己有不少機(jī)構(gòu)對(duì)鍋爐控制進(jìn)行了研究，并有相關(guān)的先進(jìn)

41、控制與優(yōu)化軟件問(wèn)世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還極少。國(guó)內(nèi)的相關(guān)控制大多仍基于傳統(tǒng)的控制策略，如PID控制、比值控制、串級(jí)控制、前饋控制等，在此基礎(chǔ)上加進(jìn)一些優(yōu)化技術(shù)，如PID控制器參數(shù)自整定、自適應(yīng)控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。</p><p>　　還有一點(diǎn)需要說(shuō)明，在現(xiàn)在的鍋爐中為使燃料完全燃燒，大都增設(shè)了二次風(fēng)，以加強(qiáng)煙氣和空氣的擾動(dòng)、混合和延長(zhǎng)煙

42、氣流程，減少化學(xué)未完全燃燒損失，同時(shí)使煙氣中的煤粒在爐膛內(nèi)停留較長(zhǎng)時(shí)間，使其得到充分燃燒。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，合理使用二次風(fēng)能使鍋爐的熱效率提高3-5%左右。</p><p><b>　　4 爐膛負(fù)壓控制</b></p><p>　　影響爐膛負(fù)壓的因素主是鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，一般爐膛負(fù)壓主要通過(guò)控制引風(fēng)量的大小來(lái)控制。在這里，爐膛負(fù)壓作為被控對(duì)象，引風(fēng)量作為控制對(duì)象，當(dāng)然這是在

43、鼓風(fēng)量一定的前提下說(shuō)的。當(dāng)鼓風(fēng)量發(fā)生變化的時(shí)候，引風(fēng)量也要跟著變化，通常是把鼓風(fēng)量作為引風(fēng)控制的前饋量，在鼓風(fēng)量增加時(shí)立即增加引風(fēng)量，當(dāng)鼓風(fēng)量減少時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間再減少引風(fēng)量。</p><p><b>　　5 連鎖控制</b></p><p>　　在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運(yùn)行，在某一機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，要有即時(shí)報(bào)警和相關(guān)保護(hù)，并觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連鎖。鍋爐運(yùn)行

44、要求的連鎖動(dòng)作大體有以下幾項(xiàng):</p><p><b>　　(1).鼓風(fēng)電機(jī)</b></p><p>　　要求當(dāng)引風(fēng)電機(jī)停止、爐排電機(jī)停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時(shí)，鼓風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。啟動(dòng)時(shí)，只有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來(lái)后才開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)。</p><p><b>　　(2).引風(fēng)電機(jī)</b></p><p&g

45、t;　　要求當(dāng)鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時(shí)，引風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。</p><p><b>　　(3).爐排電機(jī)</b></p><p>　　要求當(dāng)鼓風(fēng)電機(jī)或引風(fēng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，爐排電機(jī)立即停止運(yùn)行。在正常啟停時(shí)，當(dāng)鼓風(fēng)和引風(fēng)開(kāi)起來(lái)后再開(kāi)爐排電機(jī)，停機(jī)時(shí)先停爐排電機(jī)。</p><p><b>　　(4).給水泵</b>&l

46、t;/p><p>　　要求鍋筒水位超出上上限時(shí)，給水泵自動(dòng)停止。給水泵的控制還要考慮除氧水箱水位的下限，在其接近空時(shí)，也要停止給水泵。</p><p>　　1.3 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PLC，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。</p&

47、gt;<p>　　隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來(lái)愈高的需求，PLC無(wú)論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高?，F(xiàn)在的PLC己不只是開(kāi)關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(ProgrammableController)，簡(jiǎn)稱PC，但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)

48、(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱為PLC.</p><p>　　事實(shí)上，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入、輸出及通訊等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。它以其高可靠性、高穩(wěn)定性、編程簡(jiǎn)單和易于使用，在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，使得整個(gè)控制系統(tǒng)在功能的可靠性、配置的靈活性等方面較之過(guò)去產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。</p><p>　　當(dāng)

49、然，與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無(wú)法向操作者顯示動(dòng)態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時(shí)，無(wú)法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。</p><p>　　工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)，是針對(duì)工業(yè)用途而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，與普通的商業(yè)PC機(jī)相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性，同時(shí)結(jié)構(gòu)上也更

50、便于擴(kuò)展;另一方面，它與商業(yè)PC機(jī)一樣，有著十分豐富的商品軟件支持，可以開(kāi)發(fā)出適合用戶的直觀、方便的圖形操作界面。</p><p>　　目前，工業(yè)控制中所采用的工業(yè)PC+PLC控制系統(tǒng)中，PLC主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算和控制輸出，可以接受開(kāi)關(guān)接點(diǎn)等數(shù)字信號(hào)，還可以直接接收標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程量，如4-20mA電流、1-5V電壓、熱電偶、熱電阻等模擬信號(hào)?；贖MI技術(shù)的工業(yè)PC機(jī)構(gòu)成了OS操作員站或ES工程師站，主要的功

51、能是數(shù)據(jù)歸檔、趨勢(shì)記錄、報(bào)警提醒以及參數(shù)設(shè)定，提供了運(yùn)行人員和控制系統(tǒng)的一種交互方式。</p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強(qiáng)，PLC與PLC及計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在其中掛接在線通用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)、編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，這樣就已經(jīng)具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC價(jià)格和可靠性優(yōu)勢(shì)，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　隨

52、著PLC成本的下降和性能的提高，普通PLC己能滿足小型鍋爐的控制要求，且性價(jià)比較高。</p><p><b>　　1.4本文主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文以一臺(tái)l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要做了以下幾個(gè)方面的工作：</p><p>　　(1) 在深入了解鏈條燃煤鍋爐的工藝過(guò)程，以及國(guó)內(nèi)蒸汽鍋爐控制現(xiàn)狀，尤其對(duì)一臺(tái)l

53、0T/h鍋爐控制系統(tǒng)研究，討論了PLC+工業(yè)PC在鍋爐控制中的應(yīng)用的可行性；</p><p>　　(2) 論述了一臺(tái)l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　　(3) 介紹了子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　(4) 討論了燃燒過(guò)程中優(yōu)化控制策略；</p><p>　　(5) 詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)方

54、案。</p><p>　　第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)控制要求</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)控制一臺(tái)l0T/h DHL10-1.25-AIII型鍋爐，結(jié)合鍋爐自帶的部分手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)如下功能：</p><p>　　1.鍋爐給煤系統(tǒng)：給煤自動(dòng)調(diào)節(jié)；</p>&

55、lt;p>　　2.鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；</p><p>　　3.鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)：引風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；</p><p>　　4.鍋爐燃燒控制系統(tǒng)：給煤、送風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)鍋爐最佳經(jīng)濟(jì)燃燒；</p><p>　　5.水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)控：水位監(jiān)視與報(bào)警；</p><p>　　6.循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控：循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵狀態(tài)監(jiān)視與報(bào)

56、警；</p><p>　　7.鍋爐各種連鎖保護(hù)：保證鍋的安全運(yùn)行。</p><p>　　2.2 鍋爐本體構(gòu)造</p><p>　　DHL10-1.25-AIII型角管式鍋爐為單鍋筒橫向布置組裝鍋爐，鍋爐的燃燒方式采用輕型鏈條爐排，鍋爐爐膛及水冷系統(tǒng)為膜式壁結(jié)構(gòu)，整臺(tái)鍋爐呈單層布置，配備鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、出渣機(jī)、除塵器及部分電氣控制裝置。</p>&

57、lt;p>　　煙氣燃料系統(tǒng)：燃料從煤斗通過(guò)煤閘門，經(jīng)刮平后隨爐排緩慢進(jìn)入爐膛，著火燃燒后產(chǎn)生的煙氣通過(guò)煙氣出口窗，進(jìn)入對(duì)流管束，在其中上下向流動(dòng)，然后通過(guò)鍋爐的煙道，依次進(jìn)入省煤器、除塵器等設(shè)備后，由引風(fēng)機(jī)將煙氣從煙囪排向大氣。</p><p>　　灰渣系統(tǒng)：燃料經(jīng)燃燒后生成的灰渣在爐排尾部落入渣坑，經(jīng)出渣機(jī)排出，爐排的漏煤和漏灰由鏈條爐排前部的落灰斗內(nèi)掏出。</p><p>　　送

58、風(fēng)系統(tǒng)：空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入風(fēng)道，通過(guò)鏈條爐排兩側(cè)的風(fēng)道，進(jìn)入爐排下的風(fēng)室，通過(guò)爐排進(jìn)入爐膛。</p><p>　　二次風(fēng)裝置：多孔分層錯(cuò)列射流式二次風(fēng)裝置保證燃料在爐膛內(nèi)充分燃燒。</p><p>　　由上面的描述可知，此鍋爐的燃料供給可通過(guò)爐排轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，由于這里沒(méi)有過(guò)熱器，產(chǎn)出的是該廠需要的是飽和蒸汽，所以有關(guān)的計(jì)量和顯示應(yīng)按照飽和蒸汽的特性來(lái)設(shè)置。</p><p&g

59、t;　　2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想</p><p>　　在以上分析的基礎(chǔ)上，我們對(duì)系統(tǒng)作如下各控制部分設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.3.1電機(jī)控制模式</p><p>　　控制系統(tǒng)中根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同具有2類電機(jī)，一類帶有變頻器驅(qū)動(dòng)，如引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、給水泵、爐排機(jī);另一類通過(guò)直接控制接觸器的通斷來(lái)驅(qū)動(dòng)，如除渣機(jī)、進(jìn)水泵。</p><p>　　對(duì)

60、于帶變頻器的電機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置了“現(xiàn)場(chǎng)控制”和“計(jì)算機(jī)控制”2種操作方式?！艾F(xiàn)場(chǎng)控制”是指在中控室的操作臺(tái)通過(guò)啟停按鈕及手操器對(duì)電機(jī)進(jìn)行操作的一種方式，“計(jì)算機(jī)控制”是指在中控室操作員站計(jì)算機(jī)上通過(guò)鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器等設(shè)備對(duì)電機(jī)進(jìn)行操作的一種方式。電機(jī)的啟停順序存在約束關(guān)系，如啟爐的順序?yàn)椋阂L(fēng)機(jī)——鼓風(fēng)機(jī)——爐排機(jī)，停爐的順序則相反:爐排機(jī)——鼓風(fēng)機(jī)——引風(fēng)機(jī)。變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)和調(diào)速功能，在電機(jī)達(dá)到轉(zhuǎn)速要求后，PLC會(huì)發(fā)出信號(hào)主動(dòng)關(guān)

61、閉變頻器的動(dòng)作，保護(hù)變頻器的使用壽命，電機(jī)切換到公頻狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于帶變頻器的電機(jī)控制如下圖所示：</p><p>　　圖2-1變頻器控制電機(jī)原理圖</p><p>　　對(duì)于不帶變頻器的電機(jī)，分為2種情況進(jìn)行控制。對(duì)于除渣機(jī)，由于工作任務(wù)簡(jiǎn)單，只設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作箱，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其直接進(jìn)行啟停操作。對(duì)于軟水箱進(jìn)水泵，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1個(gè)操作箱，通過(guò)操作箱上的“現(xiàn)場(chǎng)控制”及“計(jì)算機(jī)控制”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)對(duì)其操作方式

62、進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)于電機(jī)的控制如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 控制電機(jī)的電氣原理圖</p><p>　　對(duì)于給水泵和軟水箱進(jìn)水泵，由于其每?jī)膳_(tái)水泵對(duì)應(yīng)一套設(shè)備，如1臺(tái)給水泵供給一臺(tái)鍋爐，2臺(tái)軟水箱進(jìn)水泵供給一套軟水箱。鑒于此情況，將給水泵和軟水箱進(jìn)水泵的控制方式設(shè)計(jì)為兩臺(tái)水泵互為備用的方式，當(dāng)其中一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，另外一臺(tái)備用水泵可以自動(dòng)切換到工作狀態(tài)，使鍋爐爐筒或軟水箱的供水

63、不會(huì)出現(xiàn)中斷，保障了鍋爐運(yùn)行的安全。在切換過(guò)程中，PLC控制程序?qū)?huì)做PID調(diào)節(jié)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整傳輸，使水泵的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移不會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)。此外，在PLC控制程序中還設(shè)計(jì)有水泵的運(yùn)行累積時(shí)間判斷程序，使水泵啟動(dòng)時(shí)優(yōu)先啟動(dòng)運(yùn)行累積時(shí)間較短的那臺(tái)，這樣可使兩臺(tái)水泵均保持良好的運(yùn)行、備用狀態(tài)。</p><p>　　2.4各主要回路控制策略</p><p>　　2.4.1鍋爐生產(chǎn)工藝流程圖及汽水系統(tǒng)&l

64、t;/p><p><b>　　工藝流程圖如下：</b></p><p>　　圖2-1鍋爐工藝流程圖</p><p>　　工藝流程可分為給煤、水汽、風(fēng)3大部分。分別說(shuō)明如下：</p><p>　　1給煤：燃煤由皮帶輸送到鍋爐煤倉(cāng)，落下平鋪到爐排。爐排電機(jī)經(jīng)變速后帶動(dòng)爐排轉(zhuǎn)動(dòng)，爐排將煤送入爐膛參與燃燒。燃燒后的灰渣在爐膛后部落入

65、碾渣機(jī)，最后由刮板除渣機(jī)除走。調(diào)節(jié)爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)燃料供給量以控制燃燒；</p><p>　　2水汽：原水經(jīng)軟水加壓泵加壓，進(jìn)機(jī)械過(guò)濾器過(guò)濾、鈉離子交換器交換，成為軟水，進(jìn)入軟水箱暫時(shí)儲(chǔ)存。再由除氧器泵加壓打入除氧器除氧，后經(jīng)鍋爐給水泵加壓，經(jīng)省煤器進(jìn)入鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由內(nèi)部集汽管收集，輸送到分汽缸送出;調(diào)節(jié)軟水泵轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)進(jìn)入軟水箱的水量。調(diào)節(jié)除氧器加壓泵轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)進(jìn)入除氧器水量。調(diào)節(jié)鍋爐給水泵轉(zhuǎn)速可調(diào)

66、節(jié)進(jìn)入鍋筒水量。進(jìn)而可調(diào)節(jié)軟水箱、除氧器、鍋筒三者的水位；</p><p>　　3 風(fēng)經(jīng)送風(fēng)機(jī)送到空氣預(yù)熱器被高溫?zé)煔饧訜?，送入爐排下方，經(jīng)分風(fēng)板分配進(jìn)入爐膛參與助燃，燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器、水膜除塵器，最后由引風(fēng)機(jī)抽走，經(jīng)煙囪排出。調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)參與燃燒的風(fēng)量，調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)爐膛的負(fù)壓。</p><p>　　2.4.2 主程序框圖如下：</p>&

67、lt;p>　　2.4.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：</p><p>　　2.4.4 給水調(diào)節(jié)回路</p><p>　　由于汽包水位在蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與調(diào)節(jié)作用相反的“虛假水位”，即蒸汽負(fù)荷增大時(shí)，汽包內(nèi)蒸汽壓力減小，致使汽包內(nèi)的水沸騰，在外部看來(lái)水位非但沒(méi)有下降反而增長(zhǎng);同樣在蒸汽負(fù)荷減小時(shí)，汽包水位會(huì)出現(xiàn)減少的假象。所以，鍋爐給水調(diào)節(jié)是鍋爐控制中的一個(gè)難點(diǎn)，采用普通的PID

68、調(diào)節(jié)算法是很難取得較好的控制效果的，甚至?xí)?lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。</p><p>　　為克服“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)給水控制系統(tǒng)造成的不利影響，在蒸汽參數(shù)穩(wěn)定、給水流量允許的情況下給水控制系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)切換到三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。負(fù)荷大于30%時(shí)一般采用三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)給水泵變頻器，以使汽包水位滿足鍋爐運(yùn)行要求。在給水控制三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中汽包水位信號(hào)作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)一起作為副調(diào)的反饋輸入。&

69、lt;/p><p>　　為保證給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有效工作，采用變速積分PID控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，在水位偏差較大時(shí)，積分時(shí)間減小，在水位偏差較小時(shí)，積分時(shí)間加大，以使系統(tǒng)很快達(dá)到設(shè)定水位值。此外，在異常情況下系統(tǒng)也可切至手動(dòng)操作，在給水流量或蒸汽流量檢測(cè)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也可切換為雙沖量控制。</p><p>　　給水控制系統(tǒng)控制策略如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 給

70、水控制系統(tǒng)</p><p>　　2.4.5汽包壓力調(diào)節(jié)回路</p><p>　　維持汽包壓力恒定是重要的控制要求。當(dāng)負(fù)荷的蒸汽用量發(fā)生變化時(shí)，汽包壓力就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。此時(shí)為了維持汽包壓力恒定，必須改變進(jìn)入鍋爐的燃料量和助燃空氣量。要從能量平衡的角度來(lái)構(gòu)造汽包壓力調(diào)節(jié)回路，即由燃料加入量維持汽包壓力恒定。</p><p>　　在汽包壓力控制系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)節(jié)入爐燃料量來(lái)控

71、制汽包壓力，以滿足鍋爐的運(yùn)行要求，所有入爐燃料量是影響的重要因素之一。汽包壓力控制系統(tǒng)得到的燃料量指令和風(fēng)量指令，分別送往燃料量控制系統(tǒng)和送風(fēng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　汽包壓力調(diào)節(jié)回路控制策略如圖所示：</p><p>　　圖2-3主汽壓力控制系統(tǒng)</p><p>　　2.4.6爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)回路</p><p>　　鍋爐爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

72、由爐膛負(fù)壓測(cè)量值及引風(fēng)機(jī)變頻器控制信號(hào)來(lái)構(gòu)造控制方案。爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓測(cè)量值經(jīng)過(guò)慣性延滯處理后與給定值一起送入控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果動(dòng)作引風(fēng)機(jī)變頻器，從而調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓滿足鍋爐運(yùn)行要求。由于引風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，故在上述控制方案中直接把引風(fēng)機(jī)速度實(shí)測(cè)反饋信號(hào)作為前饋信號(hào)送入調(diào)節(jié)輸出中，以提高引風(fēng)風(fēng)量變化時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。</p><p>　　爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制策

73、略如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 爐膛負(fù)壓控制回路</p><p>　　2.4.7水位控制程序框圖：</p><p>　　2.4.8燃燒控制回路程序框圖：</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件組成</p><p><b>　　3.1總體結(jié)構(gòu)</b></p><p&g

74、t;　　本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)加工控機(jī)的上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)。其中，PLC負(fù)責(zé)硬件開(kāi)關(guān)量I/0的控制和模擬信號(hào)的采集與調(diào)節(jié)，并通過(guò)MPI進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊。工控機(jī)用來(lái)進(jìn)行參數(shù)修改與設(shè)定、手動(dòng)/自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、數(shù)據(jù)存貯與查詢等工作。工控機(jī)通過(guò)MPI與PLC相連，進(jìn)行相互通信。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)硬件組成框圖</p&

75、gt;<p><b>　　3.3主要器件選擇</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)主要器件包括工控機(jī)、PLC、變頻器等。它們的選擇在保證功能的同時(shí)盡可能要求高可靠性和使用方便。</p><p><b>　　1．工控機(jī)</b></p><p>　　上位機(jī)選用工控行業(yè)應(yīng)用廣泛的研華工控機(jī)，具體配置是：IPC 6

76、10機(jī)型，2.4G/P4CPU DDR256M內(nèi)存，80G硬盤。該機(jī)型內(nèi)部底板上有8個(gè)ISA總線插槽，4個(gè)PCI總線插槽和2個(gè)CPU主板插槽，可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。另外，選配戴爾19寸彩顯，外接打印機(jī)。工控機(jī)通過(guò)Siemens的CP5611卡與PLC通訊。CP5611是一款PCI卡，可用于將編程器或計(jì)算機(jī)連接到PROFIBUS或MPI接口，其數(shù)據(jù)傳輸率為9.2Kbit/s-12Mbit/s。</p><p>&

77、lt;b>　　2.PLC選型</b></p><p>　　下位機(jī)PLC選用Siemens的S7-300通用型PLC。</p><p>　　SIMATIC S7-300通用型可編程控制器能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，是一種模塊化中小型PLC系統(tǒng)，多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/0擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且

78、愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。在國(guó)內(nèi)，S7-300以其模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點(diǎn)，成為各種控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案，能滿足從小規(guī)模到中等性能的控制要求。</p><p>　　PLC工作構(gòu)成框圖：</p><p>　　圖3-2 PLC構(gòu)成框圖</p><p>　　S7-300通用型PLC由以下幾部分組成：</p

79、><p>　　(1) 中央處理單元(CPU)各種CPU有各種不同的性能，例：有的CPU上集成有輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU上集成有PROF工BUS-DP通訊接口等。</p><p>　　(2) 信號(hào)模塊(SM)</p><p>　　用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。</p><p>　　(3) 通訊處理器(CP)</p><p>

80、　　用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。</p><p>　　(4)功能模塊(FM)</p><p>　　用于高速計(jì)數(shù)，定位操作(開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制)和閉環(huán)控制。S7-300通用型PLC具有如下諸多功能:</p><p>　　(5) 豐富的指令集和功能庫(kù)</p><p>　　包含350多條指令，包括二進(jìn)制邏輯、括號(hào)指令、結(jié)果賦值、存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)、裝載、傳輸、比

81、較、移位、循環(huán)、產(chǎn)生補(bǔ)碼、塊調(diào)用、跳轉(zhuǎn)等，還有定點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算功能，用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。特別是集成了很多標(biāo)準(zhǔn)控制功能塊，如PID，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)程控制。</p><p>　　(6) 高速的指令處理</p><p>　　0. 6-0. 1 p的指令處理時(shí)間完全滿足中等到較低的性能要求。</p><p>　　(7) 方便用戶的參數(shù)賦值</

82、p><p>　　只用一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具就可給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。</p><p>　　(8) 人機(jī)界面(HMI)</p><p>　　方便的人機(jī)界面服務(wù)己經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。</p><p><b>　　(9) 診斷功能</b></p>

83、;<p>　　CPU的智能化的診斷系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時(shí)、模塊更換等等)。</p><p><b>　　(10) 口令保護(hù)</b></p><p>　　多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。</p><p>　　(11) 操作方式選擇開(kāi)關(guān)</

84、p><p>　　操作方式選擇開(kāi)關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，可防止非法刪除或改寫用戶程序。</p><p>　　(12) 功能強(qiáng)大的通訊技術(shù)</p><p>　　SIMATIC S7-300 CPU支持執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器與CPU之間的過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)通訊，以及可編程控制器相互之間的數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　此外，S7-30

85、0系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　綜合前面的分析，本系統(tǒng)包括如下不同性質(zhì)的I/0點(diǎn):30個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，7個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出，13個(gè)模擬量輸入，3個(gè)模擬量輸出。根據(jù)I/0點(diǎn)數(shù)的確定及應(yīng)用場(chǎng)合的區(qū)別，還有配置的裕量要求，本系統(tǒng)配置了如下模塊(單臺(tái)鍋爐)：</p><p>　　(1) 2個(gè)模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*12Bi

86、t)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道：</p><p>　　(2) 1個(gè)模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*RTD)：可提供總數(shù)為8路的熱電阻輸入通道；</p><p>　　(3) 1個(gè)模擬量輸出模塊SM332 (AO 4*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為4路的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道；</p><p>　　(4) 2個(gè)數(shù)字量輸入模塊SM321

87、 (DI 32*24VDC)：可提供總數(shù)為64路的開(kāi)關(guān)量輸入通道；</p><p>　　(5) 2個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322 (DO 16*Rel AC120V/230V)：可提供總數(shù)為32路的開(kāi)關(guān)量輸出通道；</p><p>　　中央處理單元CPU314；總共8個(gè)I/0模塊，加上CPU模塊正好適用一塊機(jī)架(rack0)，具體器件排列如圖2-2：</p><p>　

88、　圖3-3系統(tǒng)PLC配置圖</p><p>　　圖3-4 電氣控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　對(duì)上述各模塊具體介紹如下：</p><p>　　(1) 模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*12Bit)</p><p>　　該模塊的輸入測(cè)量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)，用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，具有12

89、到14位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于各流量、壓力和爐膛溫度的檢測(cè)，將各變送器傳過(guò)來(lái)的兩線制或四線制電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镾7-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)(正常數(shù)值為-27647～+27648)，由于此模擬量輸入模塊占據(jù)的是0導(dǎo)軌上的4槽和5槽，所以根據(jù)SIMATIC S7-300它的I/O地址分配，4槽占用地址（0.0～0.7），5槽占用地址（4.0～4.7）。</p><p>　　該模塊的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，采用積分

90、法轉(zhuǎn)換，可選的積分時(shí)間有：2.5ms, 16.6ms, 20ms和l00ms，對(duì)應(yīng)抑制工頻400Hz, 60Hz, 50Hz和lOHz，按照我國(guó)現(xiàn)有的50Hz供電頻率，此處可選20ms或50Hz。在該模塊中，8個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式A/D轉(zhuǎn)換器，每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測(cè)量類型和測(cè)量范圍，每個(gè)通道組都可選擇診斷及診斷中斷。</p><p>　　模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L

91、+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。另外，根據(jù)使用說(shuō)明將有關(guān)的輸入通道與模塊上的M端或COMP端短接或斷開(kāi)，可以使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能。</p><p>　　(2) 模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*RTD)</p><p>　　該模塊直接接入RTD溫度傳感器，如:Pt100, Pt200, Pt500, Ptl0

92、00, Ni100,Ni120, Ni1000, Cu10等，具有16位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于水箱和省煤器溫度的檢測(cè)。此模擬量輸入塊占據(jù)的是6槽，所以I/O地址為（8.0～8.7）。</p><p>　　該模塊使用4個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，每個(gè)通道組共用1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，可以按通道組任意選擇測(cè)量類型和溫度系數(shù)，每個(gè)通道組都可選擇斷線診斷及診斷中斷。</p><p&

93、gt;　　模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU之間是光電隔離的，整個(gè)模塊可選擇超范圍硬件診斷、掃描周期末硬件診斷及診斷中斷。</p><p>　　(3) 模擬量輸出模塊SM332 (AO 4*12Bit)</p><p>　　該模塊可直接輸入電壓或電流信號(hào)，具有12位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于輸出鼓風(fēng)、引風(fēng)、爐排和給水的調(diào)節(jié)信號(hào)

94、，將S7-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)(正常數(shù)值為一27647～+27648)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器需要的電壓或電流信號(hào)。此模塊占據(jù)的是第7槽，所以I/O地址為（12.0～12.3）。</p><p>　　該模塊的核心部件是D/A轉(zhuǎn)換器，4個(gè)模擬量輸出通道共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，每個(gè)輸出通道均可按需要選擇輸出類型和輸出范圍，以及是否診斷。另外，每個(gè)輸出通道都可設(shè)置一替代值，在CPU處于STOP狀態(tài)時(shí)，以此值作為輸出值。<

95、/p><p>　　模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。</p><p>　　(4) 數(shù)字量輸入模塊SM321 (DI 32*24VDC)</p><p>　　該模塊接受現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)(直流24V供電)，并經(jīng)過(guò)光電隔離和濾波，將其轉(zhuǎn)化為S7-300內(nèi)部信號(hào)電平。該模塊具有32位

96、獨(dú)立的輸入點(diǎn)，每個(gè)輸人點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管(LED)顯示其輸入狀態(tài)，高電平(13～30VDC)時(shí)LED亮。信號(hào)從高到低或從低到高的輸入延時(shí)為1. 2～4. 8ms。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過(guò)光電禍合器隔離。此模塊占據(jù)的是第8和第9兩個(gè)槽位，所以它的I/O地址分別為8槽（16.0～19.2），9槽（20.0～23.2）。</p><p>　　(5) 數(shù)字量輸出模塊SM322 (DO 16*Rel AC120V/2

97、30V)</p><p>　　該模塊的輸出以繼電器的觸點(diǎn)形式輸出，輸出為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出通道中的繼電器觸點(diǎn)閉合，接通外部電路，同時(shí)對(duì)應(yīng)的綠色發(fā)光二極管(LED)亮。這里使用的繼電器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)壽命可達(dá)5200萬(wàn)次(根據(jù)負(fù)載類型和大小有所不同)，如對(duì)于24VDC/0. 5A的感性負(fù)載，開(kāi)關(guān)壽命可達(dá)50萬(wàn)次。該模塊總共有16個(gè)帶隔離的輸出點(diǎn)，8點(diǎn)為一組，可用于AC/DC電磁閥、接觸器、電機(jī)啟動(dòng)器、電機(jī)和指示燈。輸出通

98、道與背板總線及通道之間均有光電隔離。此模塊占據(jù)的是第10，和第11號(hào)槽位，所以他們的I/O地址分別為，10槽（24.0～25.5），11槽（28.0～29.5）。</p><p>　　(6) 中央處理單元CPU314</p><p>　　CPU314可以進(jìn)行高速處理以及中等規(guī)模的I/0配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。其位操作指令時(shí)間小于100ns，具有48KB/16

99、K指令的工作存儲(chǔ)器(應(yīng)用)，1 KB/1 KB的I/O地址區(qū)，2KB的位存儲(chǔ)器，1024個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB), 256個(gè)S7定時(shí)器，256個(gè)S7計(jì)數(shù)器，1K的I/O地址空間，允許256個(gè)模擬量通道，最多可配置4個(gè)機(jī)架(即32個(gè)模板)。</p><p>　　CPU314集成的MPI接口可以與S7-300/400建立4個(gè)靜態(tài)和8個(gè)動(dòng)態(tài)連接，或與編程器、PC, OP建立4個(gè)靜態(tài)連接。對(duì)于靜態(tài)連

100、接，一個(gè)被編程器占用，一個(gè)被OP占用。通過(guò)MPI口，使用“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”可以建立連接16個(gè)CPU的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　利用S7的組態(tài)工具STEP7可設(shè)置MPI站地址、定義最大掃描周期和負(fù)荷，以及自測(cè)試功能，還可定義可保持存儲(chǔ)位、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，定義啟動(dòng)日期、啟動(dòng)時(shí)間和周期作出反應(yīng)。</p><p>　　3.SITOP電源(10A)及其容量計(jì)算</p>

101、<p>　　Siemens的SITOP電源可由AC120/230V供電，輸出2A, 5A, l 0A和20A直流電源，滿足B級(jí)噪音抑制要求。</p><p>　　電源模塊的選擇準(zhǔn)則是其輸出功率必須大于CPU模塊與所有I/O模塊之和，并且要有30%左右的余量，故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)須考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗。表3—1列出了在24V直流負(fù)載電源下，所選用的各種S7-300模塊的電流損耗以及從24V負(fù)載電源

102、吸取的電流。</p><p>　　表 3—1 各模塊電流、容量表</p><p>　　機(jī)架上由CPU314向其它模塊供給直流24V電源，按表3—1可以計(jì)算出這些模塊從S7-300背板總線吸取的電流為：</p><p><b>　　(mA)</b></p><p>　　沒(méi)有超過(guò)CPU314所能轉(zhuǎn)供的電流2A。</p&

103、gt;<p>　　各模塊從24V電源吸取的總電流為： </p><p><b>　　(mA)</b></p><p>　　考慮到現(xiàn)場(chǎng)部分傳感器的供電最大可達(dá)6A，故選用SITOP(l0A) 。</p><p><b>　　4.變頻器</b></p><p>　　變頻器選用富士(FUJI

104、)的FRENIC 5000G11S/Pl1S變頻器，該類變頻器具有動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制，能配合負(fù)載實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地加減速，在0.5Hz時(shí)能輸出200%的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(22KW, 30KW以上時(shí)為180%)，低轉(zhuǎn)速(1Hz)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)很小。另外，其優(yōu)良的環(huán)境兼容性、針對(duì)風(fēng)機(jī)水泵的獨(dú)特的節(jié)能設(shè)計(jì)、較強(qiáng)的保護(hù)功能、豐富的維護(hù)功能、低噪音、方便適用的電氣接口、較高的性價(jià)比，都使其成為首選。</p><p>　　本系統(tǒng)中

105、，爐排變頻器采用FRN 1.5G11S-4型，鼓風(fēng)機(jī)(一次風(fēng)機(jī))變頻器采用FRN 22P11S-4型，引風(fēng)機(jī)變頻器采用FRN 55P11S-4型。</p><p>　　圖3-5 變頻器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　變頻器具有以下的特點(diǎn)適用與控制系統(tǒng)：</p><p>　　(1)具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)距自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能。</p>&l

106、t;p>　　(2)可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率。</p><p>　　(3)能降低電機(jī)運(yùn)行損耗，特別適合負(fù)載頻繁變化的場(chǎng)合。</p><p>　　(4) FRN 22P11S-4變頻器將所有功能分為9個(gè)功能組，功能組內(nèi)分許多主功能，主功能又分為許多子功能。</p><p>　　(5)在多種模式下工作，對(duì)不同的工作模式，程序設(shè)定的項(xiàng)目不盡一致。<

107、;/p><p>　　(6)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p>　　(7)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。</p><p>　　(8)保護(hù)功能完善、維修性能好。</p><p>　　(9)通過(guò)LCD操作裝置，可提高操作性能。</p><p>　　5.所需傳感器選擇和工作原理圖：&

108、lt;/p><p>　　(1) 溫度傳感器工作原理：</p><p>　　溫度測(cè)量電路由電阻R3、R4、R5和熱敏電阻RT組成全橋，由運(yùn)放A1提供給橋路一個(gè)恒壓；根據(jù)所測(cè)溫度的起始點(diǎn)選擇橋路各臂電阻；所側(cè)溫度值由運(yùn)放A2所組成的差動(dòng)放大電路輸出。此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高。</p><p>　　圖3-6 溫度測(cè)量電路</p><p>　?。?）壓力

109、變送器和差壓變送器：</p><p>　　壓力變送器工作原理：</p><p>　　壓力變送器由壓力、壓差測(cè)量電路和變送器電路組成，壓力變送器被測(cè)介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過(guò)隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。 </p><p>　　當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量

110、膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過(guò)振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號(hào)。壓力變送器和絕對(duì)壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。 </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其值被微處理器用來(lái)判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進(jìn)行傳感器線性化。重置測(cè)量范圍。工程單位換算、阻尼、開(kāi)方，傳感器微調(diào)等運(yùn)算，以及診斷和數(shù)

111、字通信。 </p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器把微處理器來(lái)的并經(jīng)校正過(guò)的數(shù)字信號(hào)微調(diào)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在EEPROM內(nèi)，即使斷電也保存完整。 </p><p>　　數(shù)字通信線路為變送器提供一個(gè)與外部設(shè)備(如275型智能通信器或采用HART協(xié)議的控制系統(tǒng))的連接接口。此線路檢測(cè)疊加在4-20mA信號(hào)的數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)回路傳送所需信息。輸出穩(wěn)定的+10V激勵(lì)電壓，壓力變送