【正文】 非常重要的作用，同樣我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中也利用計(jì)算機(jī)軟件的作用，第八章詳細(xì)介紹了工業(yè)組態(tài)軟件 GENIE軟件，及組態(tài)的過程。也就是利用一個(gè)測煙道中的氧含量的傳感器（氧化鋯）隨時(shí)測的氧含量，信號(hào)在計(jì)算機(jī)處理后 ，利用一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)空氣和燃?xì)獾牧髁?，同時(shí)在這之間我們加入了一個(gè)前饋控制系統(tǒng)，即在燃料的流量和計(jì)算機(jī)之間，把燃料的流量通過前饋信號(hào)提前進(jìn)入計(jì)算機(jī)，從而通過計(jì)算機(jī)總的模塊的控制而去調(diào)節(jié)空氣的流量，使得空氣和燃?xì)庵g維持在最佳的搭配量。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展人們開始利用各種先進(jìn)的儀器和技術(shù)組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來代替人工復(fù)雜的控制操作，直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)（ Direct Control），便是其中之一。直接數(shù)字控制 DDC系統(tǒng)，它是工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中用的最廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式，在這類系統(tǒng)中的計(jì) 算機(jī)，除了經(jīng)過輸入通道對(duì)多個(gè)工業(yè)過程參數(shù)進(jìn)行巡回檢測采集外，它還代替了模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)氣，按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)則進(jìn)行調(diào)解運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)開始之初，我們翻閱了大量的相關(guān)資料，在熱力公司進(jìn)行了參觀，對(duì)鍋爐的整體構(gòu)造以及鍋爐的控制形式有了一個(gè)初步的模型。 整個(gè)報(bào)告共分為八個(gè)部分，對(duì)工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC控制系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的敘述。于是在圓筒型鍋爐的基礎(chǔ)上，從增加受熱面積入手，對(duì)鍋爐驚醒了一系列的研究和技術(shù)改造，從而使鍋爐得到迅速的發(fā)展。 本課題的提出與課題任務(wù) 正是由于鍋爐應(yīng)用日益廣泛，所以我們這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題就定為設(shè)計(jì)一套完善的模擬鍋爐控制系統(tǒng)，即：工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng)。 顯示及報(bào)警功能。起初現(xiàn)在鍋筒內(nèi)折射一個(gè)火，筒 ，也成爐膽，即單火筒鍋爐。其共同的特點(diǎn)是：煙氣在火筒或煙管內(nèi)流動(dòng)放熱，低溫工質(zhì) —— 水，則在火筒式煙管外側(cè)吸熱，升溫和汽化。串熱效率較差，排煙溫度較高，熱效率低。因此有的結(jié)構(gòu)類型至今還被使用。它的特點(diǎn)使煙氣在管外沖刷流動(dòng)而放出熱量，氣體在管內(nèi)流動(dòng)而吸熱和蒸發(fā)。 鍋爐微機(jī) DDC 控制的意義以及目的 鍋爐式鍋名經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。 通常，我們把用于動(dòng)力，發(fā)電方面的鍋爐稱之為動(dòng)力鍋爐，把用于工業(yè)及采暖方面的鍋爐成為供熱鍋爐，又稱工業(yè)鍋爐。從量大，面廣這一角度來說，除電 力以外的各行業(yè)中，主要運(yùn)行的始終是小型低壓鍋爐。此外，是鍋爐能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定輸出及運(yùn)行效率 ，安全可靠的供熱等課題，所以我們利用微機(jī)控制，設(shè)計(jì)出一整套比較合理的鍋爐運(yùn)行設(shè)備。它通過煤、 油或天然汽等燃料的燃燒過程釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，把水變成蒸氣或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。 爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。） 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。用它將鍋爐中的煙 氣連續(xù)排出。 空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的換熱器。 除灰除塵設(shè)備 :是收集鍋爐灰 渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場地的設(shè)備。 鍋爐的工作原理及過程 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：燃料的燃燒過程 、水的汽化過程、煙氣向水的傳熱過程。 水的汽化過程 水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水循環(huán)和水分離過程。此外，為了阻止水循環(huán)和進(jìn)行疏導(dǎo)分配的需要，而筒鍋上集箱上的汽水混合物導(dǎo)入爐墻外的不受熱地上鍋筒。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不 被燒壞，是鍋爐能長期安全運(yùn)行的必要條件。繼而煙棋手引風(fēng)機(jī)，煙囪的引力爾向爐膛上方流動(dòng)。省煤器實(shí)際上同給水預(yù)熱氣和空設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 9 氣預(yù)熱器一樣，斗設(shè)置在鍋爐尾部（低溫）煙道，以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了燃料。通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（ 10～ 80Pa）。提高熱效率 ，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。微機(jī)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。 PLC編程簡單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺(tái) PLC 進(jìn)行同位鏈接及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái) PLC構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，但是價(jià)格較高，如果是控制單臺(tái)，資源不能充分利用，多臺(tái)鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。 鍋爐控制系統(tǒng)，一般有燃燒、水位等控制系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽 包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。同時(shí)，該技術(shù)也在不斷完善和提高，在進(jìn)一步降低造價(jià)及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做。 簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，尤其適用于被控對(duì)象時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較小，負(fù)荷和干擾變化比較平緩，或者對(duì)被控變量要求不太高的場合。有多個(gè)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，還要考慮各個(gè)控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響，并按可能使每個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)其它控制系統(tǒng)的影響為最小的原則來建立各個(gè)控制系統(tǒng)。 GC（ S）， GV（ S）， GM（ S）分別是控制器、執(zhí)行器 、被控對(duì)象、測量變送單元的傳遞函數(shù)。 HM HM2分別為主，副被控變量的檢測變送單元。換句話說，在任意給定時(shí)刻，只能有一個(gè)獨(dú)立的設(shè)定值，這就是主設(shè)定值 R1。 ② 改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。 ① 用于時(shí)滯大的對(duì)象。最大偏差仍能縮小到 1/3~1/5，因此，必須十分重視串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。 c. 應(yīng)考慮工藝上的合理性。 ④ 控制器防止積分飽和的措施。 所謂可測，主要是指擾動(dòng)可直接測量，也不排斥可間接測量的，擾動(dòng)不可測量，前饋無法實(shí)施。 ② 前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對(duì)象特性決定的。 ② 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋?zhàn)饔孟喑?。由于?duì)前饋控制精度的要求降低，為工程上實(shí)現(xiàn)較簡單的控制創(chuàng)造了條件。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 15 圖 前饋 反 饋控制系統(tǒng)方框圖 在實(shí)際工作中，如果對(duì)象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過程對(duì)被控參數(shù)的控制精 度 要 求 又 很 高 ， 這 時(shí) 則 可 采 用 前 饋 — 串 級(jí) 控 制 （ 如 圖 ）。 另外，在控制過程中，我們還利用前饋控制過程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償過程的曲線如下圖所示。 圖 直接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 17 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 (圖 ),先由測量變送器測取工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù) ,經(jīng)過輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào) ,計(jì)算機(jī)根據(jù)確定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算 ,并發(fā)出信號(hào) ,再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器 . DDC系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制 ,而且通過采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制 .另外 ,DDC系統(tǒng)只要改變程 序還能實(shí)現(xiàn)串級(jí) ,前饋等復(fù)雜的控制 ,直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的 PLD(比例、積分、微分 )調(diào)節(jié) ,也可實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)的調(diào)節(jié)規(guī)律 ,調(diào)節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件 .不同的是硬件部分除按需適當(dāng)增減通道的數(shù)量外 ,一般不需作大的變動(dòng) ,所以使用比較靈活 ,DDC系統(tǒng)是一個(gè)“在線”的時(shí)實(shí)的半環(huán)控制系統(tǒng)。隨著控制理論和微機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的 DDC系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大 ,相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn) .根據(jù)控制對(duì)象的不同 ,目前的微機(jī) DDC控制方式 ,有簡單 ,有復(fù)雜 ,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關(guān)控制 ,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期的 PID控制范圍 ,盡管如此 ,PID控制的一些基本理論仍然是分析 DDC系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎(chǔ) ,PID控制規(guī)律仍然在相當(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場使用并能得到較為滿意的效果 ,所以直到現(xiàn)在 ,PID仍是一中最基本 的控制規(guī)律 . 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的提高 ,較簡單的單回路參量的 PID 閉環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機(jī) DDC系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級(jí)控制、比值控設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 18制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。輸送至爐排執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)，通過變頻器來改變進(jìn)入鍋爐的燃料量，輸送至給水執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變給水調(diào)節(jié)閥門的位置，從而改變進(jìn)入鍋爐的給水量，輸送至送風(fēng) 至送風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或變頻調(diào)速裝置）改變送風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開度（調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速），從而改變進(jìn)入鍋爐的送風(fēng)量，輸送至引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻調(diào)速電機(jī)）的調(diào)節(jié)信號(hào)通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻調(diào)速電機(jī)）改變引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)板或碟閥（調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速），從而改變鍋爐輸出的煙汽流量，使?fàn)t膛煙壓保持相應(yīng)的負(fù)值。它的主要作用是當(dāng)爐子負(fù)荷變化，以維持爐溫在給定值上，而且使燃燒工況始終處于低過剩設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 19 空氣系數(shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況。 ② 負(fù)荷在正常范圍波動(dòng)時(shí)： 1） 當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐溫下降，主控制信號(hào) I0增加（記為 I0′），此時(shí) I0′通過 HSE1，但不通過 LSE1，此時(shí)通過 LSE1的信號(hào)為（ FA/F6K5+K1），由于空氣流量信號(hào) FA尚未增加，所以燃料量暫時(shí)還不能增加。設(shè)置 HSE1對(duì)負(fù)荷正常波動(dòng)范圍不起限制作用。當(dāng)燃料流量減少后，（此時(shí)燃料流量為 FF″），使（ FF″ K3）小于 I0″，I0″通過 HSE2加到 FIC2，此時(shí)才是空氣流量相應(yīng)地減少，可見設(shè)置 HSE2 是保證附和減少時(shí)，燃料先行減量，而后空氣再減量，這是為了在減量過程中避免煙囪冒黑煙。增設(shè)了 LSE2 模塊和完成 +K4 運(yùn)算模塊，就能限制先行提量過度，因?yàn)椋?I0大增，結(jié)果使 I0大于 K4FF， LSE2模塊阻止了通過 I0，使I0信號(hào)加到 FIC2 上，從而限制了空氣量的增大。 雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，有較好的爐溫控制品質(zhì)，而且負(fù)荷增、減時(shí)，都能防止煙囪冒黑煙，當(dāng)負(fù)荷大幅度變化時(shí)，也能防止空氣大量過剩，α值過大。 3）爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 用引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以爐膛負(fù)壓作為調(diào)節(jié)量，送風(fēng)變化為前饋，當(dāng)送風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷量改變時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而將鍋爐爐膛負(fù)壓控制在額定值。其輸入變量與輸出變量之間存在著相互關(guān)聯(lián)。 首先是對(duì)鍋爐負(fù)壓的控制，因?yàn)殄仩t控制系統(tǒng)，必須保證爐膛負(fù)壓恒定。 其次，是燃燒過程的控制，因?yàn)槿細(xì)饬渴请S負(fù)荷而變化的，有因?yàn)榭紤]到煙到中過?？諝饬浚?dāng)過?？諝饬窟^大時(shí)，需要使燃?xì)夂涂諝獾牧壳‘?dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)到節(jié)能降耗的目的。鼓風(fēng)量的變化產(chǎn)生不同的風(fēng)煤比和相應(yīng)的燃燒狀況，表現(xiàn)出不同的爐膛溫度，并決定爐膛損失的大小，直接決定著鍋爐 能否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。爐膛負(fù)壓為一定的數(shù)值，且當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷穩(wěn)定不變時(shí)，則應(yīng)保持燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量穩(wěn)定不變，并迅速消除它們的各自的擾動(dòng)量的作用。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 22第六章 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng)的硬件選型 傳感器的選型 傳感器是一種能將與待測量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。例 如彈性膜盒的輸出響應(yīng)是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠(yuǎn)距離傳送。 由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。 傳感器的分類： 傳感器按照不同的技術(shù)特點(diǎn)可分為以下幾種： ① 電傳送、氣傳送及光傳送。 ⑤ 接觸式及非接觸式。銅電阻具有較大的溫度系數(shù)，材料容易提純，銅設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 23 電阻的阻值與溫度之間呈線形關(guān)系，銅的價(jià)格比較便宜，所以銅電阻在工業(yè)上得到廣泛運(yùn)用。鉑電阻式的結(jié)構(gòu)如圖（ ）所示。 4） 、在溫度范圍內(nèi)都具有穩(wěn)定的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 工業(yè)上測溫我們通常用鉑電阻作為敏感元件，測量電路用的較多的是電橋電路。 ),( 0tte A),( 0tte Bt AB )(te AB 0t )( 0te AB圖 6 . 3 熱 電 偶 回 路 當(dāng) A和 B兩種不同的 材料的導(dǎo)體接觸時(shí) ,由于兩著內(nèi)部單位體積的自由電子數(shù)目不同 (即電子密度 ),因此 ,電子在兩個(gè)方向上的擴(kuò)散的速度就不一樣 .現(xiàn)假設(shè) ,當(dāng)導(dǎo)體 A擴(kuò)散到導(dǎo)體 B的電子數(shù)目要比導(dǎo)體 B擴(kuò)散到導(dǎo)體 A的電子數(shù)目大 .所以 ,導(dǎo)體 A失去電子帶正電荷 ,導(dǎo)體 B 得到電子而帶負(fù)電荷 .于是 ,在 A、 B 兩導(dǎo)體的接觸界面上便形成了一個(gè)有 A到 B的電場。接觸電動(dòng)勢的大小與導(dǎo)體的材料、接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的直徑、長度及幾何形狀無關(guān)，對(duì)與溫度分別為 t和 0t 的兩接點(diǎn)，可得到下列接觸電動(dòng)勢公式： 000 )()(BtAtABBtAtAB UUte UUte ?? ?? 式 () 式中，