鍋爐控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　鍋爐控制系統(tǒng)</b></p><p>　　學(xué)院（系）： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： &l

2、t;/p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及人們生活水平的不斷提高，對城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了越來越高的要求。結(jié)合現(xiàn)狀,本論文供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計了一套基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)。

3、</p><p>　　該控制系統(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)，以西門子S7-300可編程控制器為下位機(jī)，系統(tǒng)通過變頻器控制電動機(jī)的啟動、運行和調(diào)速。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用三維力控PCAuto3.6設(shè)計，主要完成系統(tǒng)操作界面設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)啟/?？刂?、參數(shù)設(shè)定、報警聯(lián)動、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。下位機(jī)控制程序采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計，主要完成模擬量信號的處理，溫度和壓力信號的PID控制等功能，并接收上位機(jī)的控制指

4、令以完成風(fēng)機(jī)啟/?？刂?、參數(shù)設(shè)定、循環(huán)泵控制和其余電動機(jī)的控制。</p><p>　　本文設(shè)計的變頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的自動控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。采用鍋爐的計算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源，促進(jìn)環(huán)保，而且可以提高生產(chǎn)自動化水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 鍋爐控制;變頻調(diào)速技術(shù);PLC;組態(tài)軟件</p><p>

5、<b>　　Abstract</b></p><p>　　Along with social economy's swift development, the urban construction scale's unceasing expansion, as well as the people living standard's unceasing enhance

6、ment, set more and more high request to the city life heating's user quantity and the heating quality. The union present situation, the present paper heating boiler supervisory system, has designed a set based on PLC

7、 and the frequency conversion velocity modulation technology heating boiler control system.</p><p>　　This control system takes the superior machine by two industry cybertrons, west of family household S7-300

8、 programmable controller for lower position machine, system through frequency changer control motor's start, movement and velocity modulation. The superior machine monitoring software uses the three dimensional stren

9、gth to control the PCAuto3.6 design, mainly completes the system operation contact surface design, realizes the system to open/stops functions and so on control, parameter hypoth</p><p>　　This article design

10、s the frequency conversion control system has realized the boiler combustion process automatic control, the systems operation is stable, is reliable. Uses boiler's computer control and the frequency conversion contro

11、l not only may save the energy greatly, the promotion environmental protection, moreover may raise the production automation level, has the remarkable economic efficiency and the social efficiency.</p><p>　　

12、Key word: Boiler control; Frequency conversion velocity modulation technology; PLC; Configuration software</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　A

13、bstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1項目背景及課題的研究意義1</p><p>　　1.2供暖鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3本文

14、所做工作3</p><p>　　第二章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用4</p><p>　　2.1變頻調(diào)速基本原理4</p><p>　　2.2變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用4</p><p>　　2.3變頻調(diào)速節(jié)能分析5</p><p>　　第三章 鍋爐控制系統(tǒng)原理7</p><p&

15、gt;<b>　　3.1引言7</b></p><p>　　3.1.1偏差控制方式7</p><p>　　3.1.2 PID控制方式8</p><p>　　3.2循環(huán)流量控制10</p><p>　　3.3燃燒過程控制11</p><p>　　第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計12</

16、p><p>　　4.1系統(tǒng)功能分析12</p><p>　　4.2系統(tǒng)方案設(shè)計12</p><p>　　4.2.1總體設(shè)計思路12</p><p>　　4.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4.3系統(tǒng)硬件配置14</p><p>　　第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計16</p&

17、gt;<p>　　5.1系統(tǒng)主電路的設(shè)計16</p><p>　　5.2系統(tǒng)控制電路的設(shè)計17</p><p>　　5.3系統(tǒng)主要元器件的選擇20</p><p>　　5.3.1 PLC的選型20</p><p>　　5.3.2通信網(wǎng)絡(luò)配置25</p><p>　　5.3.3變頻器的選型25&

18、lt;/p><p>　　5.3.4傳感器的選型28</p><p>　　5.3.5其他主要元器件的選擇28</p><p>　　第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計29</p><p>　　6.1 S7-300系列PLC簡介29</p><p>　　6.1.1 S7-300編程方式簡介29</p><p>

19、;　　6.1.2 S7-300 PLC的存儲區(qū)30</p><p>　　6.2PLC控制程序設(shè)計31</p><p>　　6.2.1 PLC控制流程圖32</p><p>　　6.2.2 PLC控制程序36</p><p>　　第七章 監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計38</p><p>　　7.1組態(tài)軟件設(shè)計特點38&l

20、t;/p><p>　　7.2項目組態(tài)39</p><p>　　7.2.1開發(fā)平臺和運行環(huán)境39</p><p>　　7.2.2項目結(jié)構(gòu)39</p><p>　　7.2.3項目任務(wù)41</p><p>　　7.3界面設(shè)計42</p><p>　　7.4報警記錄44</p>&

21、lt;p><b>　　結(jié)論46</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p><b>　　附錄148</b></p><p><b>　　附錄249</b></p><p><b>　　外文文獻(xiàn)翻譯53

22、</b></p><p><b>　　致謝83</b></p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　項目背景及課題的研究意義</p><p>　　隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，我國北方地區(qū)冬季城市集中供暖成為城市現(xiàn)代化必然采取的步驟。而供暖面積的不斷擴(kuò)大，使如何科學(xué)有

23、效地控制和管理供暖系統(tǒng)，提高供暖的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，成為急需解決的重要課題。在供暖系統(tǒng)中，鍋爐房供暖所占比例很大，據(jù)對我國北方地區(qū)29個大中城市近3.5億平方米的供暖調(diào)查，鍋爐供暖占84%，熱力供暖占12%，其他供暖占4%。在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)，集中熱力供暖是發(fā)展趨勢，但無法取代鍋爐供暖的主流地位。鍋爐是消耗能源、產(chǎn)生大氣污染、事關(guān)生產(chǎn)與生活和安全的重要設(shè)備，它在國民經(jīng)濟(jì)整個能源消耗中占有相當(dāng)大的比重。目前我國供暖鍋爐以燃煤鏈條鍋爐為

24、主，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，而且鍋爐房管理水平不高，一直沿用間斷運行方式，鍋爐技術(shù)含量低，鍋爐的自動化控制技術(shù)落后，造成了嚴(yán)重的能源浪費和環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計，我國目前擁有工業(yè)鍋爐50萬臺，每年消耗的燃煤占全國原煤產(chǎn)量的三分之一，約4億噸。鍋爐每年排放煙塵約620萬噸，約510萬噸，此外還有大量的N02等有害氣體，成為我國大氣煤煙型污染的主要來源之一，尤其是燃煤排放的CO，氣體所引起的溫室效應(yīng)，早己引起國際關(guān)注。</p>&l

25、t;p>　　本系統(tǒng)供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，主要由進(jìn)口變頻器、可編程控制器、壓力變送器、溫度變送器和泵房機(jī)組以及電氣控制柜等組成。其中泵房機(jī)組包括：1#引風(fēng)機(jī)為90 kw，變頻啟動和調(diào)速；2#鼓風(fēng)機(jī)37kw，變頻啟動和調(diào)速；3#、4#循環(huán)水電機(jī)為75 kw，變頻啟動和調(diào)速；其余電動機(jī)10臺，均為直接啟動，功率為5kw，工頻運行。</p><p>　　本設(shè)計是供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計了一套基于PLC和變頻調(diào)速技

26、術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、壓力變送器、溫度變送器和泵房組、工控機(jī)以及電氣控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)通過變頻器控制電動機(jī)的啟動、運行和調(diào)速。由于供暖鍋爐系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，采用交流變頻調(diào)速控制風(fēng)機(jī)、水泵流量代替?zhèn)鹘y(tǒng)閥門、擋板控制流量，可以大大節(jié)省該類負(fù)載的驅(qū)動電機(jī)的耗電量，.達(dá)到節(jié)能的目的，如果普遍采用交流變頻調(diào)速，平均節(jié)電率在30%左右。用變頻器啟動風(fēng)機(jī)、水泵等電

27、動機(jī)，由于變頻器內(nèi)部具有矢量轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，保證了電機(jī)良好的啟動性能，實現(xiàn)電機(jī)軟啟動，有效地限制了電機(jī)的啟動電流，明顯降低電機(jī)啟動噪聲。同時，電機(jī)的軟啟動避免了頻繁的工頻啟動對風(fēng)機(jī)、水泵等大電機(jī)的沖擊，有效地保護(hù)設(shè)備，延長設(shè)備使用壽命。</p><p>　　鍋爐的計算機(jī)控制使鍋爐始終處于最佳工作狀態(tài)，提高了鍋爐的運行效率和燃煤的燃燒效果，不僅節(jié)約燃煤，也減少了煙塵和有害氣體的排放，具有較好的環(huán)保效果。同時，計算機(jī)控

28、制系統(tǒng)通過各種傳感器檢測鍋爐溫度、壓力、流量等參數(shù)，傳送至微機(jī)和儀表盤，并實現(xiàn)溫度和壓力等參數(shù)的自動控制，工人在計算機(jī)控制室就可以全面了解鍋爐房各部分的運行情況，大大改善了工人的工作條件，提高了自動化程度和管理水平。</p><p>　　因此 ，采用鍋爐的計算機(jī)控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源，促進(jìn)環(huán)保而且可以提高生產(chǎn)自動化水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。</p><p>　　供暖鍋爐

29、控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)前，節(jié)能與環(huán)保已成為人類社會面臨的兩大課題。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重，而且鍋爐設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，進(jìn)一步加重了環(huán)境污染的程度。在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，石油和天然氣已成為第一能源，占能源消費的60%左右，燃油和燃?xì)忮仩t的已逐步取代燃煤鍋爐，對風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的變頻控制已相當(dāng)成熟自2

30、0世紀(jì)90年代以來，隨著超大型可編程控制器的出現(xiàn)和模糊控制、自適應(yīng)控制等智能控制算法的發(fā)展以及智能控制器的應(yīng)用，鍋爐控制水平大大提高，已實現(xiàn)優(yōu)化控制國內(nèi)對鍋爐控制的研究起步較晚，始于80年代初期。國內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司等，但仍然存在一些問題:</p><p>　　1、 大多數(shù)現(xiàn)有的鍋爐控制系統(tǒng)可控制的主要還是開關(guān)量設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制。不能對它們精確連續(xù)調(diào)

31、節(jié)，使控制手段單，控制精度低。</p><p>　　2、 鍋爐控制系統(tǒng)的控制方案不夠合理，鍋爐控制器(計算機(jī)或可編程控制器)一旦出現(xiàn)故障，只能采取系統(tǒng)斷電處理，進(jìn)行人工操作。若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時，溫度、壓力等參數(shù)就無法達(dá)到設(shè)定值。</p><p>　　3、 我國自70年代末開始，鍋爐的微機(jī)控制逐漸成熟起來，但主要實現(xiàn)儀表顯示、報表打印等功能，并未實現(xiàn)鍋爐自動控制，下

32、位機(jī)主要以單片機(jī)為主，控制水平有限，可靠性不夠高。</p><p><b>　　本文所做工作</b></p><p>　　針對目前供暖鍋爐控制的現(xiàn)狀，本文主要做了以下工作:</p><p>　　1、 提出系統(tǒng)控制方案。本文針對供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。本文提出對鍋爐供暖系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和水泵等通過變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)

33、的轉(zhuǎn)速，節(jié)省了大量的電能。本系統(tǒng)中豐位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計算機(jī)，對鍋爐控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控管理，下位機(jī)采用西門子公司S7-300可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。鍵技術(shù)，本系統(tǒng)的主要設(shè)計任務(wù)是鍋爐系統(tǒng)的變頻改造，因此本文詳述變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐控制中的應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是關(guān)，并分析變頻調(diào)速應(yīng)用在鍋爐供暖系統(tǒng)帶來的節(jié)能效果。</p><p>　　2、本系統(tǒng)的主要設(shè)

34、計任務(wù)是鍋爐系統(tǒng)的變頻改造，變頻調(diào)速技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，因此本文詳述變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐控制中的應(yīng)用，并分析變頻調(diào)速應(yīng)用在鍋爐供暖系統(tǒng)帶來的節(jié)能效果。</p><p>　　3、 闡述供暖鍋爐控制的控制原理，提出供暖鍋爐系統(tǒng)的控制模型。簡要介紹PID控制算法，并運用PID控制方式進(jìn)行系統(tǒng)的補水控制、循環(huán)流量控制、燃燒過程控制以及爐膛負(fù)壓控制。</p><p>　　4、 鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計。本文

35、討論了鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計日標(biāo)、功能分析和控制方案。并詳細(xì)介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和通訊配置口。</p><p>　　5、 下位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定PLC的選型以及模塊的選擇;討論PLC與上位機(jī)之間、PLC與變頻器之間的通訊配置，制定通信協(xié)議;設(shè)計PLC控制程序，給出主程序、基礎(chǔ)功能塊和各子程序的設(shè)計流程圖和部分梯形圖程序。</p><p>　　6、 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)

36、軟件設(shè)計。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理，本文選用三維力控PCAuto3.6設(shè)計，根據(jù)用戶提出的要求完成了操作界面及控制程序、實現(xiàn)超溫超壓報警聯(lián)動、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。</p><p>　　第二章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用</p><p>　　2.1變頻調(diào)速基本原理</p><p>　　目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)己經(jīng)發(fā)展為

37、一項成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，己日趨完善，能夠適應(yīng)較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，且能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備異步電動機(jī)調(diào)速的要求。變頻 調(diào) 速 技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：</p><p><b>　　其中表示電機(jī)轉(zhuǎn)速;</b></p><p>　　為電動機(jī)工作電源頻率;<

38、/p><p><b>　　為電機(jī)轉(zhuǎn)差率;</b></p><p><b>　　為電機(jī)磁極對數(shù)。</b></p><p>　　通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交一直一交電源變換技術(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。</p><p>　　2.2

39、變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　由于變頻調(diào)速可以實現(xiàn)電機(jī)無級調(diào)速，具有異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速無可比擬的優(yōu)越性，在鍋爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速在供熱鍋爐系統(tǒng)中主要應(yīng)用在風(fēng)機(jī)調(diào)速和水泵調(diào)速。</p><p>　　通常在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，根據(jù)生產(chǎn)需要對風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)用戶要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控

40、對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費用高居不下。</p><p>　　在供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補水泵等水泵類設(shè)備，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，

41、不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞，還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)。</p><p>　　目前，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運行，存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn)</p><p>　　泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。</p>&

42、lt;p>　　近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對供暖質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器〔簡稱變頻器)易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點，因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。用變頻器來對異步交流電動機(jī)調(diào)速，是八十年代末迅速發(fā)展成熟的一項高新技術(shù)。它的優(yōu)點是:調(diào)速的機(jī)械特性好，調(diào)速范圍廣，調(diào)整特性曲線平滑，可以實現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)的調(diào)速，尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時，可獲得顯著的節(jié)能效

43、果。</p><p>　　2.3變頻調(diào)速節(jié)能分析</p><p>　　變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。本節(jié)將以風(fēng)機(jī)節(jié)能為例，詳細(xì)分析其節(jié)能效果。水泵的節(jié)能分析類似。</p><p>　　由流體力學(xué)的基本定律可知:風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速與流量，壓力以及軸功率具有如下關(guān)系: </p><p>

44、　　即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。</p><p>　　圖2-1給出了風(fēng)機(jī)中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速二種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量關(guān)系及功率-風(fēng)量關(guān)系。其中，曲線1是風(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下的曲線，曲線2是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的曲線，曲線3是風(fēng)門開度最大時的曲線，曲線4是風(fēng)機(jī)在某一較小開度下的曲線可以看出當(dāng)實阮工況風(fēng)量由下降到時，如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的條件調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，則工況點沿曲線

45、1由點移到點;如果在風(fēng)門開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則工況點沿曲線3由點移到點。顯然，點與點的風(fēng)量相同，但點的壓力要比點壓力小得多。因此，風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運行方式下，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。</p><p>　　壓力 4 功率</p><p>　　3 </p><p>　　2

46、 1 6</p><p><b>　　5</b></p><p>　　0 風(fēng)量 0 風(fēng)量</p><p>　　圖2-1變頻調(diào)速在風(fēng)機(jī)中的節(jié)能分析</p><p>　　曲線5為變頻控制方式下的曲線，曲線6為風(fēng)門調(diào)節(jié)方式下的曲線

47、。可以看出，在相同的風(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗公式表示:</p><p>　　其中為風(fēng)機(jī)運行時實際風(fēng)量；</p><p>　　為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運行在額定轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量；</p><p>　　為風(fēng)門開度為最大，且電機(jī)運行在額定轉(zhuǎn)速時的功率。</p><p>　　假設(shè)有一臺lO的熱水鍋爐:</p&

48、gt;<p>　　引風(fēng)機(jī):55，鼓風(fēng)機(jī):22，共7</p><p>　　則由變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比較可知:</p><p>　　80%風(fēng)量時每小時節(jié)能</p><p><b>　　=28.366</b></p><p>　　60%風(fēng)量時每小時節(jié)能</p><p><b>

49、　　=41.888</b></p><p>　　如果按全年運行7000小時計算，其中80%風(fēng)量運行5000小時:60%風(fēng)量運行2000小時，則全年節(jié)能</p><p>　　由此可見，其節(jié)能效果非常顯著。</p><p>　　目前，變頻調(diào)速技術(shù)己逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識和接受，隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，它必將得到更加廣泛的應(yīng)用，也必將為認(rèn)識和接受它的企業(yè)帶

50、來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　第三章 鍋爐控制系統(tǒng)原理</p><p><b>　　3.1引言</b></p><p>　　現(xiàn)有的供暖鍋爐由蒸汽鍋爐改造而成的常壓熱水鍋爐，常壓鍋爐使用安全，對原材料的要求比蒸汽鍋爐低，無需控制蒸汽壓力，控制精度要求相對要低。目前國內(nèi)外對蒸汽鍋爐控制的研究己經(jīng)比較成熟，鍋爐控制數(shù)學(xué)模型基本定型，而供暖鍋

51、爐控制相對簡單，對其研究不夠重視。本文以火力發(fā)電廠蒸汽鍋爐的控制模型為參考，提出供暖鍋爐的控制模型。供暖鍋爐控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，其控制的目標(biāo)是控制鍋爐燃燒過程中的出水溫度、回水溫度、出水壓力、回水壓力、爐膛負(fù)壓等參數(shù)，使鍋爐燃燒工況良好，保證設(shè)備運行安全，滿足用戶的供熱要求。</p><p>　　在供暖期間，系統(tǒng)根據(jù)室外溫度的變化分時段控制鍋爐的出水溫度和系統(tǒng)回水溫度。在室外溫度較低的時段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定

52、值較低，在室外溫度較高的時段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定值較高，進(jìn)而調(diào)節(jié)出水供熱量。在某一時段內(nèi)，則通過調(diào)節(jié)熱水循環(huán)流量對出水供熱量進(jìn)行微調(diào)。</p><p>　　鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)主要靠燃燒控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，而系統(tǒng)回水溫度的調(diào)節(jié)主要靠熱水循環(huán)流量來調(diào)節(jié)，出水壓力和回水壓力的大小由循環(huán)泵和補水泵的狀態(tài)來決定。調(diào)節(jié)溫度和壓力等參數(shù)時，采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的開關(guān)量輸出，PID控制方式應(yīng)

53、用于系統(tǒng)的模擬量輸出。</p><p>　　3.1.1 偏差控制方式</p><p>　　偏差控制是指當(dāng)熱工參數(shù)實際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)某些量來減小偏差，直至實際采集值等于用戶設(shè)定值為止。但這只是一種理想設(shè)計，在實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實際采集值不可能等于用戶設(shè)定值。因此，引入“回差”的概念，即給用戶設(shè)定值一個可以接受的范圍，在此范圍內(nèi)都可認(rèn)為達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定

54、值。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為，溫控回差為，則當(dāng)出水溫度滿足式(3-1)時即可。</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　3.1.2 PID控制方式</p><p>　　偏差控制只能輸出開關(guān)量信號，對于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備，則需要過程控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律-PID控制方式。PID控制，即按偏差的比例(P)、積分(1)、

55、微分(D)控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時，都能得到滿意的結(jié)果。PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中，以克服時間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標(biāo)。</p><p>　　+

56、 </p><p><b>　　-</b></p><p>　　圖3-1 PID控制系統(tǒng)</p><p>　　1、 PID控制器的基本形式</p><p>　　PID控制分兩種基本形式，即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器。模擬PID控制器如圖3-1所示，理想控制規(guī)律為</p&

57、gt;<p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中，為比例增益，與比例帶成倒數(shù)關(guān)系，即，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)，為控制量，為偏差。</p><p>　　比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除靜態(tài)誤差，過大，可能會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作屏就不斷地積累，輸出控制量以消除靜

58、態(tài)誤差，因而，只要有足夠的時間積分作用將能完全消除誤差，但調(diào)節(jié)動作緩慢；微分控制加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。</p><p>　　在計算機(jī)控制系統(tǒng)中減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期足夠短時，用求和代替積分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠蹋缡剑?-3）所示。</p><p><b>　?。?/p>

59、3-3）</b></p><p>　　增量型的控制方程為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　其中稱為比例增益；</b></p><p><b>　　稱為積分系數(shù)；</b></p><p><b

60、>　　稱為微分系數(shù)。</b></p><p>　　以上是PID控制的理論控制方程，但在實際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點，做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。</p><p>　　2、 PID控制器的改進(jìn)</p><p>　　計算機(jī)控制是一種比較準(zhǔn)確的控制方式，只要系統(tǒng)偏差存在且大于傳感器的精度范圍，計算機(jī)就不斷進(jìn)行控制量增量的計算，并輸出相應(yīng)的控制信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變執(zhí)

61、行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，這樣容易產(chǎn)生某些動作過于頻繁而引起振蕩。為避免控制動作過于頻繁以消除振蕩，在實際工程應(yīng)用中，通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個死區(qū)環(huán)節(jié)，相應(yīng)的算式為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　其中: 為人為設(shè)定的一個死區(qū)，是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象由試驗確定。太小，使調(diào)節(jié)過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定控制量的目的；太大，則系

62、統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后。在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，為避免風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變，可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個死區(qū)，如，1℃。</p><p>　　在鍋爐控制系統(tǒng)中，當(dāng)啟動/停止電機(jī)或大幅度改變溫度、壓力等設(shè)定值時，由于短時間內(nèi)產(chǎn)生很大的偏差，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象，以致造成很大的超調(diào)和長時間的振蕩。為克服這個缺點，可采用積分分離的方法，即偏差較大時，取消積分作用;當(dāng)偏差較小時才將積分作用投入。亦即：</p&

63、gt;<p>　　當(dāng)時，采用PD控制:</p><p>　　當(dāng)時，采用PID控制。</p><p>　　積分分離閥值應(yīng)根據(jù)具體對象及控制要求確定。例如出水溫度的控</p><p>　　制，可以選定為5℃或10℃等，依據(jù)控制精度要求而定。</p><p>　　綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死

64、區(qū)設(shè)定和積分分離兩項改進(jìn)措施，以達(dá)到穩(wěn)定控制溫度和壓力等信號的目的。</p><p>　　3、經(jīng)驗湊試法整定P舊參數(shù)</p><p>　　PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù)K,、積分時間界和微分時間幾等參數(shù)。</p><p>　　增大比例系數(shù)一般會加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于消除靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。<

65、;/p><p>　　增大積分時間常數(shù),相當(dāng)于減小積分系數(shù)，積分作用減弱，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢。</p><p>　　增大微分時間常數(shù)有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。</p><p>　　在湊試時，可參考3個參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實行先比例，后積分，再微分的整定步驟。</p>&

66、lt;p>　　(1)首先整定比例卻分。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有消除靜差或靜差己小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。</p><p>　　(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時首先置積分時間T,為一較大值并將經(jīng)第夕步整定得到的比例系數(shù)，略為減小(如縮小為原

67、值的0.8倍)，然后減小積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時間,，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。</p><p>　　(3)若使用比例積分調(diào)節(jié)器(PI控制器)消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成完整的PID控制器。在整定時，可先置微分時間為零。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，逐步

68、湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。</p><p><b>　　3.2循環(huán)流量控制</b></p><p>　　鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的一個任務(wù)是通過循環(huán)泵將出水缸內(nèi)的熱水輸送到用戶供熱管道，并回到回水缸。循環(huán)流量控制同樣采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定出水壓力范圍，當(dāng)出水壓力實際值不在設(shè)定范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)流量，直到出水壓力達(dá)到要求為止。PID控制在偏差

69、控制的基礎(chǔ)上對出水壓力進(jìn)行微調(diào)，其原理如圖3-3所示。循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水壓力的實時數(shù)據(jù)，通過PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近。其控制采用前述改進(jìn)PID控制算法與參數(shù)整定方法。</p><p>　　設(shè)定值 出水壓力</p><p>　　圖3-3循環(huán)流量PID控制原理圖&

70、lt;/p><p><b>　　3.3燃燒過程控制</b></p><p>　　供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時，也會影響到其他被調(diào)量。</p><p>　　鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需要，同

71、時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點:</p><p>　　(1)穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量(負(fù)荷)的變化相關(guān)，以出水溫度為信號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致。同時測量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過低則適當(dāng)加大給煤量，反之則適當(dāng)減少給煤量;若爐膛溫度過高則適當(dāng)減少給煤量，反之則適當(dāng)加大給煤量。</p>

72、<p>　　(2)保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。對于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最佳燃燒狀態(tài)。開始運行時，可根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定風(fēng)煤比，使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時根據(jù)出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制，然后通過測量煙氣含氧量，運用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒。</p><p>　　(3)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與

73、鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安全。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對引風(fēng)量進(jìn)行前饋控制。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測量爐膛負(fù)壓，運行PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　第四章 鍋爐控制系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p><b&

74、gt;　　4.1系統(tǒng)功能分析</b></p><p>　　本系統(tǒng)供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，主要由進(jìn)口變頻器、可編程控制器、壓力變送器、溫度變送器和泵房機(jī)組以及電氣控制柜等組成。根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)具有以下功能：</p><p>　　(1)手動/自動控制</p><p>　　電動機(jī)起?？刂埔缶哂凶詣雍褪謩觾煞N功能。通過工控機(jī)和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)、

75、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)泵和補水泵實現(xiàn)控制。工作泵出現(xiàn)故障后自動切換到備用泵。</p><p><b>　　(2)過溫超過報警</b></p><p>　　按要求，鍋爐控制系統(tǒng)必須包含超溫超壓報警功能，當(dāng)系統(tǒng)中的溫度、壓力等信號超過上下限時，必須提示報警信息，對某些重要參數(shù)，還設(shè)置了報警聯(lián)動功能，即超限時停爐或停泵處理。</p><p><

76、b>　　(3)監(jiān)控設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)用戶需求，人機(jī)界面及故障報警功能，計算機(jī)還可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報表，供隨時查詢和打印參數(shù)變化實時趨勢圖和歷史趨勢圖、報警記錄和數(shù)據(jù)記錄報表等。</p><p><b>　　(4)系統(tǒng)性能指標(biāo)</b></p><p>　?、俪鏊疁囟纫?0℃</p><

77、;p>　?、诨厮疁囟纫?0℃</p><p>　?、鄢隹趬毫?0Pa</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)方案設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1總體設(shè)計思路</p><p>　　本文針對供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。鍋爐供暖系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速

78、，通過工控機(jī)和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)水泵實現(xiàn)控制。控制系統(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)，以西門子S7-300可編程控制器為下位機(jī)。上位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計算機(jī)，通過監(jiān)控軟件完成人機(jī)界面及故障報警功能，下位機(jī)采用西門子公司S7-300可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。</p><p><b>　　4.2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)<

79、;/b></p><p>　　本系統(tǒng)屬于熱水鍋爐供暖系統(tǒng)，主要通過熱水循環(huán)給用戶供暖，一般分為燃燒控制系統(tǒng)、循環(huán)泵控制系統(tǒng)和補水泵控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-l所示:</p><p>　　圖4-1 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　管理層: 系統(tǒng)采用兩臺工控機(jī)作為上位機(jī)，其中一臺作為主控機(jī)，另一臺為輔控機(jī)，構(gòu)成雙機(jī)冗余

80、系統(tǒng)。通過MPI多點接口與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)對鍋爐的遠(yuǎn)程控制。操作人員也隨時可以通過計算機(jī)，了解現(xiàn)場每臺鍋爐的運行狀況，并對風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟?？刂坪蛥?shù)設(shè)定。另一方面，關(guān)于鍋爐運行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲在計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。在需要的時候，可以在計算機(jī)顯示器上顯示，或由打印機(jī)打印出來。</p><p>　　現(xiàn)場控制層: 該層以西門子S7-300系列可編程

81、控制器為核心，一方面通過MPI多點接口與上位機(jī)通訊，接收上位機(jī)管理層的控制命令。另一方面運用RS-485總線與各變頻器進(jìn)行通信，分別對鼓、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)泵和補水泵等進(jìn)行啟?？刂坪碗姍C(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，一旦電機(jī)啟動完畢，即使PLC與上位機(jī)通訊故障，系統(tǒng)仍能正常運行。</p><p>　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層: 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度

82、、出水壓力、鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。</p><p><b>　　4.3系統(tǒng)硬件配置</b></p><p><b>　　(1)主機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　采用兩臺工業(yè)控制計算機(jī)，其

83、中一臺為主控機(jī)，另一臺為輔控機(jī)，分別安裝于主控室和輔控室，構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)用三維力控組態(tài)軟件PCAuto3.6，力控是運行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種監(jiān)控組態(tài)軟件。使用力控用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p><b>　　(2)可編程控制器</b></p><p>　　本系統(tǒng)選用西門子公司S7-

84、300系列可編程控制器，S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等控制要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能I/O擴(kuò)展模塊(包括信號模塊SM、通信處理器CP、接口模塊IM等)，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。</p><p><b>　　

85、(3)儀表設(shè)備</b></p><p>　　為了提高儀表的抗干擾能力，選用DDZ-III型儀表，儀表輸出為4-20mA電流，保證系統(tǒng)的可靠性。儀表主要包括:溫度變送器、流量變送器、壓力變送器、液位變送器、微壓變送器、含氧量變送器等。</p><p><b>　　(4)變頻控制室</b></p><p>　　包括電源控制柜、鍋爐變頻控

86、制柜、循環(huán)泵變頻控制柜。變頻器全部采用日本三菱公司FR系列低噪聲、高性能、多功能變頻器，根據(jù)電機(jī)功率選擇不同的型號?？刂乒駜?nèi)配置各種型號大小的斷路器、接觸器(施耐德)、繼電器等低壓電器設(shè)備，以完成電機(jī)的啟、停控制。</p><p>　　第五章 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　5.1系統(tǒng)主電路的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的要求，本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵

87、采用變頻啟動和調(diào)速。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，雖然變頻器本身就有欠壓、過壓，過流、過載等保護(hù)功能，但是對于有工頻運行的水泵電動機(jī)，還需要在工頻電源下面接入相應(yīng)的熱繼電器，來實現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)。</p><p>　　圖5-1控制系統(tǒng)的主回路</p><p>　　本系統(tǒng)采用4臺變頻器連接4臺電動機(jī)，其中1號變頻器控制引風(fēng)電機(jī)，功率為90K

88、W，變頻工作方式，電機(jī)通過一個接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)，2號變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)，功率為37KW，變頻工作方式，電機(jī)通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。3號變頻器控制一臺循環(huán)泵，4號變頻器控制一臺循環(huán)泵，功率都為75KW，一臺作為備用，均采用變頻工作方式。補水泵，爐排電機(jī)等采用工頻運行方式，功率為5KW。</p><p>　　變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過隔離開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(

89、U. V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上，如圖5-1所示。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈KM1、KM2、KM3帶電并保持，從而使接觸器KM1、KM2、KM3動作，1#變頻器、3#變頻器接通電源，電動機(jī)變頻運行。</p><p>　　5.2系統(tǒng)控制電路的設(shè)計</p><p>　　在控制電路的設(shè)計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、接觸器的動作，

90、都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)動作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實現(xiàn)系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)要實現(xiàn)手動自動、欠壓、過壓保護(hù)，電機(jī)的故障指示，變頻器的故障指示以及報警輸出，模擬量的輸入、輸出模塊。 </p><p>　　控制電路中

91、還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)的工作狀態(tài)。其控制電路圖如圖5-2所示。</p><p>　　引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制電路如圖2-1所示。手動控制時，首先扳動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1,使電動機(jī)啟動時，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1吸合并自保，電動機(jī)啟動,運行指示燈HL1亮。

92、當(dāng)接觸器KM1吸合時，中間繼電器KA1接通，變頻器STF接通，變頻器啟動。當(dāng)變頻器故障輸出時，開始報警HA1鈴響，報警指示燈亮。按下復(fù)位按鈕SB3，中間繼電器KA2接通，常閉觸頭KA2打開，解除報警，變頻器停止運行。使電動機(jī)停止時，按下按鈕SB2，接觸器線圈失電，主觸頭KM1打開，電動機(jī)停止。</p><p>　　自動控制時，扳動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1，通過PLC編程控制，來完成電動機(jī)的自動控制。</p>

93、<p>　　圖5-2 控制系統(tǒng)的控制回路</p><p>　　5.3系統(tǒng)主要元器件的選擇</p><p>　　5.3.1 PLC的選型</p><p><b>　　一、PLC系統(tǒng)配置</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求，統(tǒng)計出本系統(tǒng)對主PLC的I/O總能力要求為:開關(guān)量輸入64點，開關(guān)量輸出32點，模

94、擬量輸入8通道。綜合考慮系統(tǒng)對PLC運算能力的要求等因素，選用西門子的S7-300系列PLC，CPU模塊選用CPU315-2DP。具體配置如圖5-4所示:</p><p><b>　　圖5-4 配置圖</b></p><p>　　S7- 300系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各個單獨的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。</p><p>&l

95、t;b>　　系統(tǒng)組成:</b></p><p>　　(l)電源負(fù)載模塊(PS307)：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230VAC電源，輸出24VD，它與CPU模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線誰接。</p><p>　　(2)中央處理單元(CPU315-2DP)：集成128KRAM，用MMC存儲卡最大可擴(kuò)展到8MB；對二進(jìn)制何浮點運算

96、具有較高的處理性能；可用于大規(guī)模的I/O配置；集成有PROFIBUS-DP接口；CPU模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)外，還為S7-300背板總線提供5V直流電源，并通過MPI多點接口與其他中央處理器或編程裝置通信。</p><p>　　(3)接口模塊(IM360)：用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個信號模塊或通信處理器時，可通過IM360擴(kuò)展1個機(jī)架，最長1

97、米，每個機(jī)架上可以插入8個模塊，電源也是由此擴(kuò)展提供。</p><p>　　(4)信號模塊(SM)：使不同的過程信號電平和57-300的內(nèi)部信號電平相匹配，主要數(shù)字量輸入模塊SM321、數(shù)字量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332等。每個信號模塊都配有自編碼的螺緊型前連接器，外部過程信號可方便地連在信號模塊的前連接器上。特別指出的是模擬量輸入模塊獨具特色，它可以接入熱電偶、熱電阻、

98、4-20mA電流、0-10V電壓等18種不同的信號，輸入量程范圍很寬。</p><p>　　(5)通訊處理器(CP340)：西門子公司實現(xiàn)點到點串口通信的低成本解決方案口：RS232C(V24)；20mA(TTY)；RS422/485(X.27)。固化有3964(R)協(xié)議和ACSII協(xié)議兩個標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。</p><p>　　二、PLC的I/O分配表</p><p>

99、;　　PLC輸入、輸出點數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。</p><p>　?。?）PLC的開關(guān)輸入端口包括系統(tǒng)的啟動、停止按鈕，電機(jī)啟動、停止按鈕，手動/自動按鈕、變頻器故障及檢修復(fù)位、以及變頻器工頻、變頻運行信號，另外PLC輸入端口還包括電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。其開關(guān)輸入端口的分配如表5-5所示。</p><p>　　表5-

100、5 開關(guān)量輸入分配表</p><p>　?。?）PLC的輸出端口包括各種故障指示以及變頻器故障給PLC的信號，PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護(hù)PLC設(shè)備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴(kuò)展提供方便。開關(guān)輸出端口的分配表如5-6所示。</p><p>　　表5-6 開關(guān)量輸出分配表</p&

101、gt;<p>　　(3)模擬量輸入輸出點的分配表</p><p>　　表5-7 模擬量輸入分配表</p><p>　　表5-8 模擬量輸出分配表</p><p>　　5.3.2通信網(wǎng)絡(luò)配置</p><p>　　在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置中，圖中上位機(jī)采用兩臺研華工控機(jī)IPC610，構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)，每臺工控機(jī)配置一塊西門子CP5611MP

102、I多點接口通訊卡，通過MPI接口與下位機(jī)S7-300進(jìn)行通訊。</p><p>　　下位機(jī)采用S7-300系列PLC，CPU315一2DP，內(nèi)部集成有MPI接口，用于與上位機(jī)全局通訊、PLC在線編程。配置CP340RS一422/485通訊模塊，通過RS一485總線傳輸接口與4臺三菱變頻器進(jìn)行通訊。</p><p>　　本系統(tǒng)中S7-300通過CP340與1-4#變頻器之間的通信，設(shè)置CP3

103、40參數(shù)，通信協(xié)議設(shè)置為ASCll協(xié)議，選擇自由信息報文格式，波特率9.6bps。然后按照變頻器通信協(xié)議在PLC程序中組建發(fā)送數(shù)據(jù)報文，設(shè)定變頻器頻率，讀取變頻器頻率、電流、電壓、功率等參數(shù)。</p><p>　　5.3.3變頻器的選型</p><p>　　變頻器是把電壓，頻率固定的交流電變換成電壓，頻率分別可調(diào)的交流電的變換器。變頻調(diào)速器與外界的聯(lián)系點基本上分三部分：一是主電路接線端，包

104、括工頻電網(wǎng)的輸入端（R，S，T），接電機(jī)的頻率，電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信號控制變頻調(diào)速器工作的端子，變頻帶調(diào)速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機(jī)或其他變頻的通訊接口。三是操作面板包括液晶顯示屏和鍵盤。</p><p>　　一、變頻器頻率范圍的設(shè)定</p><p>　　1、基本頻率與最高頻率</p><p>　　電動機(jī)的額定頻率稱為變

105、頻器的基本頻率，當(dāng)頻率給定信號為最大值時，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時間一定的情況下，最高頻率決定了變頻器輸出頻率的變化速度。</p><p>　　2、上限頻率與下限頻率</p><p>　　上限頻率與下限頻率是調(diào)速控制系統(tǒng)所要求變頻器的工作范圍，它們的大小應(yīng)根據(jù)實際工作情況設(shè)定。</p><p><b>　　二、變頻器及其型號</b&g

106、t;</p><p>　　根據(jù)設(shè)計題目要求，按照電動機(jī)的額定功率，最大使用電機(jī)容量，本設(shè)計選用三菱FR-F540(L)-S</p><p>　　FR-F540L-S系列變頻器節(jié)能型、一般負(fù)載適用　FR－F500（L）1、功率范圍：75～900KW　（3相380V，F(xiàn)R－F540（L）系列）2．采用最佳勵磁控制方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行。3．內(nèi)置PID，變頻器/工頻切換和可以實現(xiàn)多泵循環(huán)

107、運行功能。4．柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。5．內(nèi)置RS485通信口。6．75KW以上隨機(jī)帶DC電抗器</p><p><b>　　技術(shù)規(guī)格：</b></p><p>　　本設(shè)計所所選變頻器的型號：</p><p>　　5.3.4傳感器的選型</p><p>　　一、壓力傳感器的選型</p><

108、p>　　本設(shè)計中采用CYB-20S普通型壓力傳感器。CYB-20S系列壓力變送器使用CYB-10S壓力傳感器為敏感元件,和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出為4～20mA、0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號, 適合工業(yè)自動化系統(tǒng)配套。CYB-20S為圓柱型全不銹鋼結(jié)構(gòu)，體積小，零點和靈敏度可從外部直接調(diào)整，使用方便。</p><p>　　二、液位傳感器的選型</p><p>　　本設(shè)計采用光電傳感器OPG-

109、01，該光電傳感器包含一個紅外LED和光接收器。從LED的光直接到達(dá)傳感器頂端的棱鏡，當(dāng)沒有液體存在時，LED中的光在棱鏡中被反射到接受器。當(dāng)上升的液體侵入棱鏡時，光被折射到液體中，只有少許或無光到達(dá)接受器。感應(yīng)這個變化，接受器開動了單元中的電動開關(guān)，外部報警或控制電路從而工作。</p><p>　　5.3.5其他主要元器件的選擇</p><p>　　1、根據(jù)題目設(shè)計依據(jù)，主要參數(shù)計算。&

110、lt;/p><p><b>　　額定電流的計算：</b></p><p>　　90KW引風(fēng)機(jī)的額定電流：(A)</p><p>　　37KW鼓風(fēng)機(jī)的額定電流：(A)</p><p>　　75KW循環(huán)泵的額定電流：(A)</p><p>　　5KW工頻電動機(jī)的額定電流：(A)</p>&l

111、t;p>　　2、選擇電器元件，編制電器原理圖元件明細(xì)表，見表附錄1。</p><p>　　第六章系統(tǒng)軟件的設(shè)計</p><p>　　6.1 S7-300系列PLC簡介</p><p>　　6.1.1S7-300編程方式簡介</p><p>　　S7-300的編程語言是STEP7，STEP7繼承了STEPS語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的優(yōu)點，用文件

112、塊的形式管理用戶程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)。如果這些文件塊是子程序，可以通過調(diào)用語句，將他們組成結(jié)構(gòu)化用戶程序。這樣，PLC的程序組織明確，結(jié)構(gòu)清晰，易于修改。</p><p>　　STEP7支持的編程語言非常豐富，有LAD(梯形圖)、STL以語句表)、SCL(標(biāo)準(zhǔn)控制語言)、FBD(功能塊圖)、GRAPH(順序控制)、HiGraph(狀態(tài)圖)、CFC(連續(xù)功能圖)等，用戶可以選擇一種編程，如果需要，也可以混合幾種

113、語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的編程大大簡化，對用戶來說，開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改程序極為方便。本系統(tǒng)中主要采用LAD(梯形圖)和STL(語句表)兩種語言編程。LAD(梯形圖)語言最接近于繼電器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具