资源描述
摘 要随着计算机网络和控制技术，现代变频技术的不断提高，采用先进的控制手段，很容易实现锅炉给水，上煤，炉排，风机等运转的控制，锅炉设备已经广泛应用于现代工业的各个领域。本文研究了将手动锅炉转换为全自动锅炉涉及的各个操作阶段。本文的初始阶段着重于将输入传递到锅炉所需的温度，以便不断保持锅炉中的特定温度。空气预热器和省煤器有助于此过程。本文主要关注锅炉厂各阶段的水位，压力和流量控制。因此，锅炉中的温度被持续监控并且根据发电厂的要求达到恒定温度。所以,需要对锅炉控制系统采用先进的控制技术,不仅能够提高效率,而且能够节能增效,提高安全性,具有很好的市场发展空间和投资收益前景。本次毕设设计还用到了组态软件,监控组态技术是适合我国工业结构转型所需的自动化技术之一,本文的主要方向是控制基于PLC工业锅炉。主要介绍锅炉的概念，系统组成和选择的控制方法。在设计中，主要有煤传输控制，水位控制，蒸汽温度控制和压力控制，实现锅炉的自动控制系统。并且采用组态软件设计监控画面。采用PID控制算法,已经达到优化技术指标,提高经济效益和社会效益,节约能源,保护环境卫生,而且还提高市场竞争能力的作用。关键词：锅炉，PLC，组态软件，自动化，控制，系统ABSTRACTWith the rapid development 0f Chinas economic construction,peoples requirements for energy efficiency are getting higher and higher.With the computer network and control technology,the modem frequency conversion technology is continuously improved,and the control of boiler feed water,coal grate,fan,etc.is easily realized by advanced control means.Boiler equipment has been widely used in various fields of modern industry.In China,most boilers still use instrument and relay control,and even manual operation,can not meet the production needs,Therefore,we need to adopt advanced control technology for the boiler control system,which not only can improve efficiency,but also save energy and increase efficiency ,improve safety,and have a good market development space and investment prospects.This configuration design uses the configuration software.The monitoring configuration technology is one of the automation technologies needed for the transformation of Chinas industrial boiler based on PLC.It mainly introduces the concept of boiler,the system composition and the control method of selection.In the design,there are mainly coal transmission control,water level control,steam temperature control and pressure control to realize the automatic control system of the boiler.And use the configuration software to design the monitoring screen.The use of PID control algorithms has achieved optimization of technical indicators,improve economic and social benefits,save energy,protect environment sanitation,and also enhance the role of market competitiveness.KEY WORDS:boiler，PLC，configuration software，automation， control，system目录第一章 绪论71.1研究背景及研究意义71.2国内外发展现状8国内发展趋势8国外发展趋势91.3研究目的及研究内容101.3.1研究目的101.3.2主要研究内容101.3.3设计总体目标11第二章 锅炉的基本构造及其工作原理112.1概述112.2锅炉的基本构造122.3锅炉的工作原理及工作过程122.3.1锅炉燃料的燃烧过程122.3.2锅炉烟气向水的热传过程142.3.3水的受热与汽化过程14第三章锅炉控制系统143.1蒸汽温度控制系统153.2蒸汽压力控制系统173.3汽泡液位控制系统183.4炉膛负压控制系统183.5串级控制193.6串级控制系统的控制算法20第四章 锅炉自动控制系统的硬件设计234.1总体设计思路234.2系统结构234.3控制器选项244.4 IO地址分配表254.5系统主电路的设计274.6系统控制电路的设计284.7补水泵控制系统294.8给水泵控制系统314.9通信网络配置324.10变频器的选型324.11传感器的选型344.12其它器件的选型34第五章 锅炉自动控制系统的软件设计355.1 PLC控制流程图355.2基于PLC的锅炉自动控制系统设计过程415.3组态软件设计特点425.4锅炉监控系统的软件结构445.5界面设计455.6 PLC控制程序46总结47谢辞47参考文献48第一章 绪论1.1研究背景及研究意义多年来，在这个全球化的世界中，对高质量，高效率和自动化机器的要求不断增加。大容量发电机的投入以及电力系统的不断扩大，对其控制要求越来越高。发电厂需要频繁地进行连续检测和检查。在测量和人工工作涉及的各个阶段存在错误的可能性以及微控制器缺乏少量功能。同时，随着新建及改造工程的进行，生产过程自动控制技术越来越发达。锅炉作为三大输出能量之一，和我们的日常生活有着密切相关的关系。锅炉时一种将化学能转换为热能的装置，在锅炉中，化石燃料的化学能由燃烧转换成热，并且能量被通过传热过程转移到水以产生规定的参数，它被提供给蒸汽涡轮发电机组的蒸汽，热水或热能量。锅炉也各工业企业的供热系统的重要组成部分。1.2国内外发展现状锅炉发展史：早在世纪末期，在英国工业革命的推动下，促使各行各业飞速发展，与此同时，面临着极大的动力需求，尤其是在工业领域开发出圆筒形式的锅炉并得到了广泛的应用，相应的社会生产力在一定程度上呈现出迅猛发展的势头，蒸汽在工业领域的应用比比皆是，为了将相应的生产规模有效扩大，需要对相应的锅炉，针对于其容量以及各方面性能提出更高的要求。截至2006年年底,有543100台锅炉在中国使用，其中包括314700个工业锅炉，219,800家用锅炉，以及8600个电站锅炉。由此可见,工业及生活锅炉占极大的比例。当前形势下的锅炉发展现状，无论是在工业方面，还是在日常生活方面都或多或少存在一定的问题，其具体的形式可以归结为：容量方面相对较小、热效率方面普遍偏低、污染方面相对较为恶劣以及自动化水平不高等。为了克服以上问题,我国锅炉行业加快了技术创新与产品结构调整,工业及生活锅炉的发展趋势逐步趋向于效率提升、结构简化、有效把控燃烧质量以及排放标准等中国的燃煤工业锅炉主要是层燃锅炉炉排，占总数的65以上。这种类型的锅炉的需要在能量效率和环境性能方面得到进一步改善。对于层的锅炉中，原煤主要洗涤和筛分，并且燃烧设备也得到改善。比如,可采用分层给煤和炉前成型给煤耦合,宽煤种炉拱设计,飞灰高温分离与飞灰内循环流化再燃等技术提高层燃锅炉效率,减少污染。国内发展趋势中国是少数几个以煤炭为生产和生活领域主要燃料的国家之一。工业锅炉消耗的煤量超过1/3，以提供制造，供电或采暖通风和空调所需的蒸汽或热水。目前，在年间我国相应的蒸发量始终保持在万吨左右。年前个月仅仅在工业方面相应的蒸发量就已经达到了吨。无论是在生产方面还是生活方面，工业锅炉都占据着重中之重的地位。当前形势下，在我国的工业领域当中，尤其是在化工以及相应的轻纺行业对热能的需求极为强烈，中国燃煤工业锅炉的平均热效率约为60%-70%，比其他国外发达国家低10%-15%.每年约有620万吨烟尘，500万吨SO2，10亿吨二氧化碳和大量氮氧化物被耗尽。燃煤工业锅炉是第二大煤炭污染物，而发电站使用的燃煤锅炉是最主要的。因此，燃煤工业锅炉的节能减排具有非常重要的社会和环境意义。为了确保火力发电行业进行切实有效的转型，从而致使相应的煤耗逐步下降，积极响应我国所提出的节能减排号召，在此过程当中，我国开始着手考虑超临界燃煤发电技术的研发与创新，并将其列入重点科研规划当中，在未来的一段时期内，着重开发超临界形式的锅炉，其具体的参数可以归结为：、;、;相应的机组容量可以归结为：以及两种类型。年，我国工业锅炉的发展前景一片大好。虽然在前几年当中，其发展速率在一定程度上有所下降，但是基于相关下游市场的需求，急需一系列各方面性能相对完善的工业锅炉，在燃烧高效方面、相对节能环保方面等形式的工业锅炉依然拥有相对较为良好的市场前景。以后的工业锅炉市场发展在一定程度上受限于国民经济发展速率以及相应的投资规模程度，除此之外，还受限于我国政府颁布的一系列节能政策以及相应的环保需求。在一些相对较大的城市当中容量相对较小的燃煤锅炉将逐步退出历史舞台，一系列新形式的节能环保锅炉将得到切实有效的长足性发展，譬如燃气、循环流化床锅炉等。国外发展趋势从20世纪50年代起,超临界锅炉就是西方发达国家主要研究的方向。早在年，西方巨头美国就开发出了的超临界实验装置。介质到年为止，正式进入运营的企业高达家。其整体功率将近左右,在此过程中达到以上的机组已经实现了台,机组到当前为止已实现台正式运营,相应的蒸汽参数基本集中于，538摄氏度/ 538摄氏度。自1986年以来，美国电力研究院一直在开发超中超临界燃煤火电机组，其中等负荷为32MPa，593摄氏度/593摄氏度/ 593摄氏度。世纪年代的时候,日本正式投入运行的超临界机组其相应的蒸汽温度在一定程度上实现了由到的提升,相应的蒸汽压力始终维持在左右,其具体的容量形式集中于,东芝、日立、三菱等工业制造企业,均将相应的发展规划归结为以下几个阶段：首先，需要完成的相应参数为,其次,进一步将参数有效提升逐步实现,;最后,逐步达到,。欧洲超临界机组相应的参数主要集中于为,呈现出中等容量形式,即。德国电站共具备台容量大约为，参数为的机组在上世纪末就开始运行了，丹麦电站具体容量大约是，相应的参数为，580/ 580/ 580再热燃煤超临界机组也在上世纪末正式投入运行。其内部冷却水温大约是左右，当相应的排气温度实现，其效率可以达左右，相应的工厂用电率大约是，单位的净效率。高达47，欧蒙开发了相对较为先进的燃煤火电机组，其具体参数为，相应的净效率在一定程度上可达以上。自从前苏联于年成功开发出超临界机组，直到年为止，总共完成台进行相应的投产，有6800万千瓦的总功率，单机300MW，500MW，800MW和1200MW的电力，2315MPa的和蒸汽参数。，摄氏540度/ 540摄氏度。1.3研究目的及研究内容1.3.1研究目的为了能够保证整个系统安全,稳定,快速和经济高效运行,也就是说，整个系统在正常情况下自动地控制，并且不正常的情况，采用自动控制的总体指导思想，并且通过了关键的参数，如水位，蒸汽压力，炉膛负压和自动控制方法之类的。(1)提高锅炉运行的安全性;(2)提高锅炉运行的经济性;(3)改善劳动条件;(4)减少劳动力,提高劳动生产率。1.3.2主要研究内容随着人民生活水平的不断提高,我国工业建设规模的不断扩大,资源和环境的矛盾同趋明显,人们对节能和环保提出了更高的要求。然而，目前在中国运营的多台锅炉有问题，如自动化程度低，控制的，不满意的控制技术，安全性能低的水平，环境污染严重。结合当前情况,本文设计了一套基于PLC 和变频技术的工业锅炉过程控制系统,实现基于PLC锅炉过程控制的智能化,信息化.该控制系统由可编程控制器、锅炉本体,温度变送器、变频器通信、高位水箱,供水槽模拟量检测抽水电机,流量传感器,压力变送器、电气控制柜等组成,采用变频调速技术实现电动机的启动、运行控制。上位机监控软件利用组态软件设计,完成系统启动/停止、锅炉参数设定、报警、实时数据和历史数据查询等功能。下位机采用和利时LK210CPU实现硬件的冗余配置,编程软件设计,完成系统压力、温度信号的 PID 控制、模拟量信号的采集、数据处理等功能,同时接收上位机传输的指令,完成参数设置、风机启/停控制、循环泵控制及其他电机的控制。上位机和下位机通过TCP进行数据通信。该设计在自动控制和节能方面对系统进行了分析。它结合了PLC和变频技术，体现了节能的概念，实现了锅炉的自动控制系统，提高了锅炉自动控制的性能。控制系统不仅稳定可靠，而且还提高了生产自动化水平。本次课题设计科学、功能完善、操作便捷,具有较好的经济和社会效益。1.3.3设计总体目标建立与高性价比和低系统维护成本的自动控制系统。通过完善的软件和硬件的结合，能够保证生产过程的安全性，稳定性，快速性，可靠性和经济运行。（1）按照集中管理,分散控制的原则设计;（2）图形化操作，完美的监控画面，容易适应，容易学习和掌握，操作方便;（3）系统数据处理速度较快,实时性较高;（4）能够满足系统功能冗余要求,提高了系统的可靠性;（5）宽负荷自动调节能力;通过计算机系统控制各个模块，这不仅有利于锅炉及其辅助设备的启停调试，同时也消除了由计算机系统的故障停机现象。第二章 锅炉的基本构造及其工作原理2.1概述锅炉是密闭容器，其中加热水或其他流体。加热或蒸发的流体流出锅炉，可用于各种过程或热应用，包括中央供暖，基于锅炉的发电，烹饪和卫生。锅炉是一种将燃料中的化学能，电能，高温烟气的热能转换成蒸汽中的能量。工业生产和人们的生活提供所需的热能就是锅炉产生的热水或蒸汽。电蒸汽锅炉使用电阻或浸入式加热元件。船上使用的锅炉是船用锅炉。这些锅炉采用水平设计，烟管通过锅炉，蒸汽在锅炉上部蒸发。它作为一个完整的单元交付，绝缘和预装配所有阀门和仪表，燃烧器和控制面板。控制系统旨在实现无人驾驶的发动机室。该系统是全自动的，可与电子控制器和电动/气动执行器配合使用。2.2锅炉的基本构造2.3锅炉的工作原理及工作过程2.3.1锅炉燃料的燃烧过程锅炉燃烧调节可以具体归结为:（1） 关于燃料量的调整：其功效在于确保锅炉内部燃烧所产出的蒸汽在一定程度上与外界负荷呈现出相对平衡的状态。（2） 关于送风量的调整：一旦相应的燃料量存在一定的变化，在此过程当中，融入到熔炉内部的空气也会发生一定的变换，从而切实保证相应的燃料能够实现彻底性燃烧，相应的排气热损失逐步呈现出最小的限度。故可以分析出空气供给量调整的功效在于有效把控燃烧的经济效应。（3） 引风量调节：风量调节的目的是适应的空气体积的空气供给量，并将相应的炉压维持在需求的区间之内。炉内压力大小在一定程度上关乎到具体运行的安全性以及相对经济性，倘若相应的负压力相对较大，大量的冷空气将泄漏到炉中和炉的温度会降低，并且引风机负载和废热损失将增加。相反，如果炉内压力低于大气压力时，烟雾就会发出，不仅会对环境方面造成严重影响，情节严重的话，还会危急相关人员的生命健康以及设备的稳态运行。通过对自动调节系统进行切实有效的配置确保上文提及的几点要求能够妥善实施，可以凭借三个调节器进行有目的性的有效操控，（相应的变量为燃料量，空气供给量及风量），以维持3倍调节的量（单位负载或蒸汽压力，空气过剩率或最佳烟道气的氧含量，炉负压力）。图2.3.1燃烧对象与相应调节量之间的关系具体的燃烧过程可以归结为三个有效调节系统，在一定程度上需要确保各个系统之间进行相互协调，从而实现三项具体形式的调整操作，但是每个调节器各自所需执行的任务还不够明确，通常情况下包括三种类型相互组合的方案，如图所示。呈现出具体的组合形式，最终输出的结果几乎呈现出一致的趋势，相应的区别仅仅在于先后顺序存在一定的差异。图2.3.2燃烧调节相关组合形式示意图2.3.2锅炉烟气向水的热传过程燃烧过程当中往往会伴随着大量热能产出，从而致使炉内温度急剧上升。在炉子周围的墙壁上，有排水沟，通常称为水墙。高温烟气和水冷壁交换强热并将热量传递给管道中的工作流体。然后，烟气通过引风机和烟囱的重力向上流向炉子上方。在烟气出口窗（炉出口）经过防渣管后，垂直布置在蒸汽过热器组中的蛇形管的受热表面被冲洗，使得蒸汽锅中产生的饱和蒸汽被烟道加热。天然气过热。在通过加热装置之后，烟气流经过在上鼓和下鼓之间膨胀的对流管束，并且在管束之间布置折叠壁，使得烟道气在S中横向冲洗。在沿途过程当中可有效实现相应的温度有所下降，最后相应的烟道气得以转入到尾部烟道当中，在此过程中实现节能器以及空气预热器之间的有效热交换以后，锅炉最终呈现相对较低的成本进行相应的温度释放。省煤器实际上是给水预热器。与空气预热器一样，它被放置在锅炉的尾部（低温）烟道中，以降低废气温度并提高锅炉的效率，从而节省燃料。2.3.3水的受热与汽化过程首先是飞过管道烟道中的省煤器加热，然后进入流量管束，由于热量不足，蒸汽 - 水工作介质的密度很大：水冷壁和对流管束位于烟气的高温区域，锅炉中的工作介质处于蒸汽和水的混合状态。位于烟气温度下部的一对被强烈加热，工作介质的密度相对较小，使得致密的工作介质沿着人向下流到下鼓，并且密度小并且向上流动到鼓，形成一盆水。自然循环。另外，为了组织水循环以及分配和分配的需要，通常在炉壁外部放置未加热的下管，使得工作介质被引入水冷壁的下部集管中然后通过上部标题上的苏打水。卷取管将苏打混合物导向滚筒。通过上鼓和安装在鼓中的蒸汽 - 水分离设备的重力分离来分离蒸汽 - 水混合物;蒸汽从上部滚筒的顶部取出，然后进入蒸汽过热器，分离的水仍然会回落到上部滚筒。水域的下半部分。蒸汽锅炉中的水循环还确保与高温烟气相接触的金属加热表面可以冷却而不燃烧，这是锅炉长时间安全可靠运行的必要条件;蒸汽 - 水混合物的分离设备确保蒸汽质量和蒸汽。过热器可靠工作的必要设备。第三章锅炉控制系统图3.1锅炉整体设计3.1关于蒸汽相关的温控系统针对于过热蒸汽温度产生一定影响的因素可以归结为：1，燃料和水进料比（煤与水的比例）不只要改变燃料和进料水的比例保持不变。只要在一定程度上确保一定的煤水之比，相应的直流锅炉能够在任何情况下保证相应的过热蒸汽温度。2，给水温度通常情况下，供水温度在一定程度上不会产生相对较大的变动，但是随着高压热水器产生一定的故障的过程中，在供水温度方面会呈现出有所下降的趋势。针对于直流形式的锅炉来讲，若保持相应的燃料供给不发生一系列变动，相应的供水温度下降的同时，会造成加热反应时长逐步上升，过热现象的产出率有所下降，在此过程当中相应的负荷便呈现出相对下降的趋势。3、过剩空气系数所谓空气系数过剩在一定程度上会对锅炉排烟造成相应的损失。一方面会对相应的对流受热面造成一定的影响，另一方面辐射受热面的吸热比例也会造成一定的影响。一旦该项系数呈现出上升趋势时，会导致相应的排烟损失直线上升以及相应的效率会明显下降，除此之外锅炉水冷壁吸热现象会明显下降，从而致使过热器进口端部也呈现出相对下降的趋势。在此过程中虽然对流过热器的吸热量呈现出有所上升的趋势，但是只要煤水比在一定程度上保持相对恒定，竟然还会对过热器出口温度造成一定的影响，致使其呈现出明显降低的趋势。倘若过剩空气系数逐步下降所产生的现象与之相反。倘若需要确保过热汽温保持恒定状态，就需要针对于煤水比例进行切实有效的调节。4、 火焰中心高度在此过程中火焰中心高度的改变所产生的影响与过剩空气系数改变在一定程度上呈现出相对较为类似的趋势。但是需要注意的是当相应的煤水比例相对不变的形势下，相应的过热蒸汽温度存在小幅下降的趋势。反之，过热蒸汽温度稍有增加。为了保持所述过热蒸汽温度，需要进行重新调整的煤与水的比例。5、 受热面结渣下的煤与水的比率不断调整，当炉壁水渣排渣时相应的过热蒸汽温度会呈现出有所减低的趋势;一旦炉渣存在相对过热的现象或者锅炉内部的灰尘累积过剩，相应的过热蒸汽温度便会呈现出相对较为明显的降低。当前者现象产出时，煤与水的比例在一定程度上可以进行有效调节，反之相应煤与水的比例不能进行随意性的调节，同时确保水冷却壁的温度不超过极限必须被调整煤与水的比率。针对于直流形式的锅炉来讲，当相应的水壁温度低于限制条件下，能够对相应过热蒸汽温度产生一定影响的4种因子可以有效凭借煤与水之间的比例调控实现相应扰动的降低。仅需进行切实有效的煤水比例调控即可实现相对较大的负载调控区间。其内部的过热蒸汽温度在一定程度上可以保持在相对恒定的数值范围之内。该优点是由鼓锅炉不匹配;然而，煤与水的比率的调整只能可靠地自动控制来完成。控制系统的结构框图见图3.1所示。图3.1蒸汽温度控制框图3.2蒸汽压力控制系统所谓的蒸汽压力控制系统具体需要有效把控气泡液体管道当中的压力，并将这一物理量设置为相应的被控量从而实现切实有效的反馈控制。在控制框图当中可以看出该系统的设计能够形成一定的闭环，其中具体的实现方式可以归结为相应的被控对象、压力控制器以及传感器。其中被控的压力数值可以凭借压力传感器进行切实有效的测量，在此过程中可以将其转化为能够进行有效分析的信号形式输出，其中比较装置的功效在于将相应的压力测定值与事先预设的数值进行比对，也就是所谓的做差运算，从而求解出相应的偏差信号。然后相应的压力信号，凭借压力控制器逐步抵达相应的调节机构当中，基于消除偏差的形式进行被测点压力的变更。从而实现能够满足于预定的期望数值。结构框图见图3.2所示图3.2蒸汽压力控制系统3.3汽泡液位控制系统水位变化的干扰主要时蒸汽流和水流。但锅炉自动控制系统的测量反馈是外平衡容器的鼓水位。由于温度和压力的变化，内部和外部水的偏差更大。在水位自动控制系统的基础上难以实现高精度和强抗干扰能力。作为重要的运行参数，自动控制需要锅炉的气泡水位。目前锅炉的水位自动控制大多采用传统的三脉冲PID控制或采用自适应方法，模糊控制规则。在其他条件下，所述的蒸汽流量越大，越低液位，并且较高的供水，较高的液位。相反的是较低的。蒸汽流量是由该行业的需求而定。进料水的主要功能是保持蒸汽水平。因此，我们选择了供水的操作量来控制蒸汽级别，因为系统是稳定的。性和快速性，除了级联控制，还引入了蒸汽流入通道前馈。该系统的前馈 - 反馈级联控制示于图3.3。图3.3汽包液位控制系统结构图3.4炉膛负压控制系统系统通过PID执行模块对引风机风门进行控制从而调节炉膛压力，保持炉膛负压力在设定范围之内，送风机的送风压力变化值作为前馈信号参与到PID的调节当中。基于通入煤气的大小凭借送风机完成相应的送风量自动调整，送风压的变化是依托于调节风门张口大小得以实现的，其中含氧量为PID调节的变量。燃料流量的增加与减少作为PID执行器前馈信号，参与调节送风机入口风门（及引风机入口风门），送风量（引风量）增加量或减少量通过PID运算给出。影响炉膛压力的主要因素是电煤供应，气源和空气量。煤供应和空气供应是由因素如蒸汽温度，压力和蒸汽量来确定。因此，有必要保持在一定范围内的炉压。为了保持相同，只是改变排出空气的量，即，调整排气的空气的量，以实现控制所述炉的压力的目的。此外，由于该系统中，并且由于空气供给量和空气供给量之间的比例关系，在为了提高控制质量和简化控制系统的结构对应的快速性，我们将介绍进料量进料。参加炉内压力的控制。炉负压控制系统使用了前馈级联控制，其结构框图如图所示3.4。图3.4炉膛负压控制系统结构框图3.5串级控制所谓的级联控制系统是基于给定值实施切实有效控制的系统，其本身可以看作是一个整体，相应的主要参数有更高的控制精度。然而，二次电路是一个跟随器系统，该系统需要将次级参数可以准确而迅速地遵循所述主控制器的输出的变化。的初级和次级电路的原理是不同的，并且对于初级和次级参数的相关要求存在一定的差异。有效凭借参数的适当合理配置，能够实现相对较为理想的控制效果。在此过程当中，其主要以及辅助控制器内部各项参数配备方式均涉及到了逐步逼近法，两步调谐方法和一步调整方法。这里是一个两步调谐方法。两步调整方法是使在级联工作状态的系统中，第一步骤是根据单回路控制系统来调整所述子控制器的参数，和所述第二步骤是治疗子电路，其具有被设置为级联控制系统。在一个单一的环完成相应的主控器相关参数调节。在进行串级控制系统切实有效控制的同时，需要确保其过程当中初级以及次级回路当中的时间常数在一定程度上具备相对恰当的匹配关系，通常情况下。其中主电路的占空比是比二次电路的工作周期大得多，并且初级和次级电路之间的动态相关性小。两步整定法的整定步骤如下:（1） 在该生产过程中是稳定的条件下，该系统是在级联操作状态，并且主副控制器是成比例的，在主控制器的比例P被首先放置在100的比例上，然后逐渐增加由大变小。减少辅助控制器的比例P，直到与一个4所述次级回路过渡过程的相称PS：1衰减率获得的，并且所述过渡过程的振荡周期为T.。（2） 在副控制器的比例度P.的条件下,逐步降低主控制器的比例系数,最终实现其相应的过渡过程衰减比呈现出的比例系数,其相应的震荡周期用来表示。（3） 根据提斯和P2所获得的P的值。，T2S，与所选择的控制规则相结合，根据表2-1中衰减曲线的方法的参数的经验公式计算，并且设置初级和次级控制器的值被计算。（4） 始终需要遵循“先副后主”的原则，逐步完成求解结果到相应控制器的配置过程，除此之外还展开了一系列的扰动试验，并对其结果曲线进行了切实有效分析，基于此进行了一定的参数完善，直到控制品质最佳为止。 3.6串级控制系统的控制算法一、 模拟PID控制规律的离散化表3.2 模拟PID控制规律的离散化形式模拟形式离散化形式二、 数字P、PID控制器的差分方程PID控制： （1） （2） （3） （4）P控制 （5）三、 PID控制器的类型1、选用位置型控制 （6）2、 PID位置型控制示意图PID位置算法调节阀 被控对象r（t）c（t）图3.5 PID位置型控制示意图3、位置型PID算法的程序流程1)位置型的递推形式 （7）2)位置型PID算法的程序流程只需在增量型PID算法的程序流程基础上增加一次加运算u(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。计算e(n)计算计算计算+计算计算计算+u（n-1）e(n-1)到e(n-2)e(n)到e(n-1)u(n)到u(n-1)返回图3.6 位置型PID算法的程序流程图第四章 锅炉自动控制系统的硬件设计4.1总体设计思路在本设计中，主要设备有供水水泵，出水阀，锅炉和控制器S7-200。锅炉的水位与水泵的开/关和锅炉的锅炉的出水阀的开/关有关；当水泵开时，水位将上升；当水泵关时，水位将保持。当出水阀门开时水位将下降；当出水阀门关时，水位将保持。需要在监控主机上制作监控系统来实现水位，温度，压力信息的采集，水泵状态和出水阀状态的实时监控，同时能实现在监控主机上的手动/自动切换控制。4.2系统结构本文所提出的系统可以归结为是进行集中控制，具体可以划分成三层，如图4.1所示，呈现出相应的结构框图。图4.1 锅炉控制系统框图管理层:系统内部相应的工控机拟采取选用两台协作的方式实现系统的有效控制，其具体的分工可以归结为主控与辅助控制，也就是所谓的冗余控制系统。通讯的布置凭借多点形式的接口完成与完成有效通讯，最终实现集中监控与调度切实有效的远程操控，在此过程当中，相关人员可以凭借电脑进行实时观察锅炉具体运行状况，除此之外还能对相应的设备进行各种形式的参数配置与操作，在具体运转的过程当中，会额外产出一系列的信息数据，这些数据可以在相应的信息数据库当中进行有效保存，以便后期的查阅与参考，必要的时候还可以进行打印输出。现场控制层:拟采取德国西门子旗下的产品系列下的，具体实现形式可以归结为凭借多点接口与计算机进行切实有效的通讯，从而接收来自于上层的各项控制指令。与相应的变频器进行的通讯是基于来实现的，在此过程当中可以进行引风机、鼓风机、各种泵体等的通断控制，只要电机已经完成相应的启动工作，即使相应的与上位机呈现出一定的通讯障碍问题，系统内部也能保持稳定运转。场数据采集与传输层：该部分的控制形式在一定程度上可以称之为分布形式，其具体的功效在于进行现场各类数据信息的采集与汇总，并未随后的传送做好一定的基础性准备，具体涵盖了锅炉出口位置的压力及温度、炉内温及压力。鼓压力、总返回压力等。发射机转换所收集的物理量，如温度和压力到电压或电流信号，并且将它们传送到用于数据处理的可编程控制器。4.3控制器选项拟采取德国西门子旗下的产品系列下的。一、关于系统配置基于锅炉现场的各方面实际需求，并对其加以分析，结合各种形式的所呈现出的运算效果，综合选取德国西门子旗下的产品系列下的，其中相应的模块具体选取。 系列的在一定程度上能够实现模块化设计，可以根据具体的需求形式进行模块的扩展，具备一定的可兼容性。系统组成:(1)电源模块：在此过程当中，确保系列的能够稳态运行，需要引入两种形式的电源，具体分别为直流以及交流，在系统输出方面存在相应的两种形式可供选取，即晶体管以继电器形式，可以有效凭借电缆进行各个模块的衔接。(2)中央处理单元：该型号的内部集成涵盖了路输入点/路输出点，点总数多大余个，与进行有效比对，相应的储存容量方面足足有一倍的提升，可达，除此之外还拥有个通信端口，呈现出校对较强的通信能力。完全适用于中小型控制系统的设计。（3）扩展模块：如果IO点的数目是不够的，所述IO扩展模块必须被添加到补充IO点。该机采用个当作相应的数字形式的扩展。与此同时采取以及进行相应的模拟形式的扩展。图4.3 各个模块之间连接示意图4.4 地址分配表输入、输出点在一定程度上需要基于具体的控制形式以及功能实现需求进行切实有效的规划与确定。（1） 的开关形式的输入方面可以归结为：系统的启动与停止按钮，电机启动与停止按钮等等，除此之外，需要注意的是输入端口还需要一定的过热保护装置，需要用到热继电器的常开触点。如表4.1所示，呈现出相应的开关输入部分地址分配形式。 （2） 相应输出端口的功效在于故障显示。如4.2所示，呈现出相应的开关输出部分地址分配。 （3）模拟形式的相关输入输出点的具体分配形式 4.5系统主电路的设计基于各种功能的实现需求，针对于风扇以及循环泵拟采取变频启动以及调速的方式，众所周知，逆变器本身就具备一定的过压、流以及过载保护功效，但是针对于相应通电以及运转频率相对较高的泵体马达来讲，单凭逆变器自身的保护是远远不能达到预期目标的，在此过程当中仍需引入一定的热继电器进行所谓的过载以及过流保护。图4.4 主回路总体示意图4.6系统控制电路的设计进行相关控制电路设计过程当中，首要任务就是去分析电流以及高功率之间的有效隔离。在此过程当中，电机的任何动作形式以及接触器的触动方式均可凭借进行所谓的逻辑编程来实现。作为工控机来讲价格相对较为昂贵，必须对其进行切实有效的保护措施，这就需要意识到不能将其输出口直接与相应的交流接触器进行接通，需要引入一定的中间继电器进行衔接。引入其中间继电器的功效在于实现强电与弱电之间切实有效的隔离，在一定程度上呈现出系统保护的功效，不仅能够将其寿命周期有效提升，还能有效提升相应的稳定性能。清晰地呈现出系统实时的运行状况在一定程度上是控制电路设计的重中之重环节，具体可通过相应的指示灯进行相关的提示，有效凭借输出端中间继电器的常开触点进行相应的通断，即可上实现相应指示灯的控制，从而对当前的运行状况加以指示，基于这种方式可有效降低输出口的占用率，如图4.4所示，呈现出具体的主回路路示意图。倘若进行手动控制，第一步需要打开,实现相应电机的启动运行，再依次点击启动按钮，对应的接触器实现闭合并进行自锁，这样一来电机就得以启动运转,运转指示灯同时也会被点亮。一旦实现相应的闭合时，中间继电器也就随之接通，除此之外变频器也会相应接通，同时变频器便会得到开启。一旦变频器呈现出故障输出时，相应的警报发出声响，相应的报警提示灯便会点亮。当点击复位按钮以后，相应的中间继电器便会完成接通，常闭触点便会得以释放，最终警报得以消除，再点击按钮，相应的变频器以及电机均会停止运转停止运行。当需要进行自动控制时，仅需打开，凭借已编制好的内部编程，即可在一定程度上实现电机的自动控制。图4.5 控制回路示意图4.7补水泵控制系统图4.6 补水泵运转方案示意图其实在正常运转过程当中，各个电机的运转电流都会达到近百安培，甚至会更高，在一定程度上可以采取引入两个互感器以及电流表的方式，进行当前形势下实时运转电流的显示工作，需要注意的是必须接入电机与电源之间。如图4.7所示，呈现出相应的电流互感器的接线形式，其中一个电流表位于控制柜内部，另一个需要放置在相应的操作平台当中，便于在操作当中进行切实有效的观测。图4.7 关于电流互感器的接线方式有两组化妆泵和1和2化妆泵配备逆变器。当逆变器控制启动后，1补偿泵仍无法满足需求，让在电源频率的1补偿泵工作，并开始在同一时间的2补偿泵。电动机的功率频率的操作和频率转换操作是由接触器QA1，QA2，QA3，及QA4分别控制。在图4.8，VVF表示反相器。图4.8关于补水泵的电气原理图4.8给水泵控制系统如图4.8所示，呈现出补水泵具体运转形式，相应的电机在定频以及变频方式下运转分别凭借以及来实现，如图4.9所示，呈现出给水泵原理图，其中所代表的的是相应的变频器。图4.9 关于给水泵的电气原理图如图所示，具体代表“集中/手动”双档切换开关。一旦其处于相应的“集中”档位时，凭借进行相应给水泵的运转控制；当处于“手动”档位时，即可实现手动进行相应供水操作。在此过程当中集中与手动运行相互之间呈现出互锁形式。其中、分别表示高、低警报形式。图4.10 电气控制示意图4.9通信网络配置在进行相应的网络配置过程当中，相应的上位机拟采用研华旗下型号为的工控机，从而实现冗余控制，各自都必须配备一块西门子旗下的多点控制卡，其型号为，凭借进行与进行实时通讯。相应的下位机选取德国西门子旗下的产品系列下的，其中相应的模块具体选取，其具备一定的接口，搭载通讯模块，凭借总线实现台三菱旗下的变频器产品的相关通讯。在本文所提出的控制系统中，有效凭借型号为的逆变器完成相应的通信，该通信协议可以相应设置成协议，根据该逆变器的通信协议，该数据消息被设置在PLC程序中，所述逆变器的频率被设定，并且参数，如电压、频率以及电压等可以实现相应的被读取。4.10变频器的选型所谓的变频器也就是人们常说的交流变换器，其可基于电压以频率相对恒定的形式在一定程度上完成电压以及频率可调的转换。相应的逆变器与外部接之间的触点可以有效归结为：其一代表主电路终端，具体涵盖了工频网格相应的输入端，相应的频率以及相对较为连续可调电压输出。其二代表控制端子，具体涵盖了变频器运行过程当中的外部信号，变频器以及相应调速器工作状况形式指示端子。其三代表操作面板，具体涵盖了显示器以及相应的外设键盘。一、变频器频率范围的设定1，基频以及频率峰值所谓变频器的基频也就是人们常说的电机额定频率，当相应的频率信号实现为最大值情况下，所对应的频率称值为峰值频率，在一定程度上保持上升周期相对一致，相应的峰值频率限定了其输出频率的变化速率。2，上限以及下限频率相应的上限以及下限频率在一定程度上受限于系统当中逆变器的运转区间，再有就是其尺寸的大小需要基于实际的运转条件来进行切实有效的配置。二、变频器型号选取及性能基于本课题所需实现的预期功能与目标，再有效结合电机额定运行功率，最终拟选取三菱旗下的产品。 逆变器功率频率切换和多泵循环操作。 4.11传感器的相关选型一、关于温度传感器的相关选型1.温度传感器本文所设计的系统，拟采用镍铬-镍硅热电偶。其具体的分度号可以归结为。其相应的正极材料为镍铬合金，负极材料形式为镍硅。具体测温区间可达。在一定程度上呈现出相对较宽的测温区间，其中热电动势以及温度之间呈现出相对线性的关系，其在成本方面相对较为经济可行。其不足之处在于其稳定性与相应的型或型热电偶插进行比较，其呈现出的效果相对较差，除此之外，负极材料呈现出一定的导磁性。在运用其进行测温过程当中，需要注意的是，仅仅在冷端温度保持不变情况下，热端所呈现出的电动势才是相应的单值函数。其内部的分度表是基于冷端为零状况下进行标定的，必须将其冷端有效控制在零度，热端才能相应呈现出相对较为准确的温度数值，通常情况下都需要引入一定的补偿措施。如图所示，呈现出电桥补偿接线的具体形式。图4.11 电桥补偿法连接电路二、压力传感器的选型本文所设计的控制系统涉及到了型号为的压力传感器。系列的产品在一定程度上选取当作相应的敏感元件，集成度相对较高，可以相应的电子电路封装为一体。可以实现的输出范围可达，形式的标准信号，非常适用于当今时代的工控系统。其结构外观呈现出圆柱形，机构相对较为紧凑而且动作灵敏，操作便捷可靠。三、液位传感器的选型本文所设计的控制系统拟选取光电传感器，其内部具备红外以及相应的光接收器。所发射出的光能够抵达顶部的棱镜，一旦不存在任何液体，所发射出的光可凭借棱镜返回到接受器。反之一旦存在液体侵入棱镜以后，相应的光会发生一定的折射，仅仅存在微量的光能够返回到接受器。基于这一原理进行相应的动作，并控制相应预警信号的发出。4.12其它相关器件的选型1.引风机前面提到的型号的锅炉风机离心草案是与设计，以满足各种煤素质工业锅炉的需要，并配备有烟和除尘装置（1?20吨）90.5的最大全压效率的锅炉。风扇，其中所述进气条件是等价的，两相适配器的性能都可以使用，需要注意的温度峰值不得高于。一旦高于，可以选取我们旗下的专用形式的高温引风机。其风扇具备相对较高耐磨性以及强度，寿命周期也相对较为持久。基于当前的形势，工业锅炉的形式呈现出多样化，这就对相应的引风机提出更高的要求，尤其是在风量以及相应的风压方面，为了使各项需求得以满足，相应的风扇集中采取三角胶带传输，不仅能够有效凭借机器的不同的速度，以满足各种类型的灰尘收集器的要求降低风扇系列和机号在同吨位的锅炉。用户友好的单元可以根据实际情况，以获得期望的空气量和风压改变主轴速度。2.鼓风机1)基于市面上的各种形式的需求，逐步开发出类型的煤气增压透平离心鼓风机,其本质可以算得上是国家级别的专利产品。其具体的特性可以归结为：噪音相对较低，振动相对较小，运行稳定可靠。其进行顺时针旋转过程当中，相应的出射角度分别为，。用户可基于实际管网分布状况进行切实有效选取。只有180离开比原来d式涡轮风扇。灵活。 2）本机在工厂方面呈现出相对匹配性，譬如矿山煤气、相应的转炉气体回收利用、氨气、沼气等和其他气体紧和严格的气体运输的气化;还可适用于化工造气炉所进行的鼓风操作。3)结构特征：所谓的叶轮在一定程度上可以称之为风机整体的心脏,采取质量以及强度相对较为良好的合金钢加工焊接成型,除此之外还进行了一定的热处理实现相应应力的消除,完成相应的经静、动平衡校正具体实际精度可实现级。叶轮轴盘孔采取圆锥孔的形式，在拆卸方面相对较为便捷。第五章 锅炉自动控制系统的软件设计5.1 PLC控制流程图1、主程序设计如图所示，呈现出主程序结构示意图。可以看出相应的主程序需凭借循环组织块来完成。图5.1主程序结构循环组织块在一定程度上能够有效实现锅炉系统控制，其具体可以归结为电机启/停、模拟量、循环泵以及通信处理等模块构成。通过锅炉系统的控制可以确定内部各个电机的逆变器的频率;可以将相应的模拟量实现错误浮点数的转化;在循环泵控制过程当中首先需要完成电动机起动/停止控制，并在循环泵系统参数设置;通信处理执行PLC和变频器实现切实有效的通讯工作，与此同时逐步实现相应的频率配置，并进行一系列的参数收集。2.子程序设计(l)锅炉系统控制这部分的主要功效在于实现整体的控制权把控。出口水温和炉负压被设置，并且所述水的温度和炉内的负压由PID计算稳定，以明确电机当前形势下的转速状况。如图5.2所示，呈现出这部分所需进行的相应步骤与流程。图5.2 系统控制设计流程框图(2)电机启/停控制各种形式的电机启停都可以通过自动以及手动两种形式进行有效操控。如图所示，呈现出引风机启/停控制梯形图程序，其他各个电机启停控制与之类似，此处不再进行相关赘述。图5.3关于电机启/停流程框图(3)模拟量输入这个模块主要负责接收来自于外部的模拟信号，并将其有效转化为标准咒位浮点数。如图所示，呈现出相应的流程框图。图5.4 关于模拟量相关输入流程框图(4) 循环泵控制该部分程序的功效在于确保泵体能够按照预期要求有效循环运行，所述频率转换器的频率设置，并且水排出压力的PID控制泵电机的起动/停止控制。该系统最初确定的启动循环泵根据所述水排出压力的设定值，凭借压力的方式进行相应逆变器内部频率的有效调节，从而确保排水压力呈现出相对稳定的趋势，如图5.5所示，呈现出具体流程框图。图5.5 关于循环泵相关控制流程框图(5) 通信处理其主要功效在于实现与变频器之间的双向有效通信,在此过程当中还涵盖了逆变器相应的频率配置，读取频率，电压，电流，功率和逆变器的其它参数。如图6.6所示，呈现出相应的控制流程。图5.6 关于通信程序设计流程框图图5.7 关于设计流程框图(6) 水位控制 基于所需实现的功能与需求，锅炉水位控制需要引入相应的模拟信号输入，需要凭借一个模拟输出去控制相应的变频器，上下限警报需要引入两个数字量输出，在实际运行当中还要实现“集中/手动”有效切换。也就是说凭借手动形式进行相关调试工作，实际运行凭借来有效操。图5.8 关于锅炉水位调控流程框图5.2基于PLC的锅炉自动控制系统设计过程本文所提出的控制系统能够及时，有效地控制燃油供给、燃烧以及相应热水循环系统，与此同时基于这些相关的控制信号以及相应的控制点的热水锅炉机组控制系统，从而确保系统可以判断是否气体泄漏。为了防止安全事故的发生，水可以当水的量不足，并且可以监控锅炉水位，以保证锅炉不会被意外地水位过高或过低造成的时间来补充。锅炉压力进行监视，以防止过压锅炉。除此之外还需对内部水温进行实时监测，确保其不高于预期所设定的数值，从而切实有效保
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