【正文】 低，直到降到安全范圍內后又迅速關閉安全閥。 圖 蒸汽溫度控制系統(tǒng)結構框圖 蒸汽壓力控制系統(tǒng) 如果過來內壓力過低，將會降低蒸汽質量；反之，如果鍋爐內壓力過高，有可能導致爆炸等安全事故的發(fā)生。 蒸汽溫度控制系統(tǒng) 因為鍋爐的運行環(huán)境不可能是理想的狀態(tài)，蒸汽的溫度總是會受到某些干擾的影響，所以必學對蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內得到溫度相對恒定的蒸汽。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。 難點分析 由于調節(jié)量是汽包水位，而調節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調節(jié)，使汽包內部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內，雖然鍋爐汽包水位對蒸汽流量和給水華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 共 61 頁 流量變化的響應呈積極特性，但是在負荷 (蒸汽流量 )急劇增加時，表現(xiàn)卻類似逆響應特性，即所謂的虛假水位。 (3)保持鍋爐負壓恒定。沿途逐漸降低溫度的煙氣最后進入尾部煙道，與省煤器和空氣預熱器內的工質進行熱交換后，以經(jīng)濟的較低的煙溫排出鍋爐。高溫煙氣與水冷壁進行強烈的輻射換熱，將熱量傳給管內工質水。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進入蒸汽過熱氣，而分離下來的水仍回到上鍋筒 的 下半部的水中。鍋爐工作時 氣鍋的工作介質是處于汽包 汽水分界面 除 塵 器 鍋爐引風機 鼓風機 煙囪 給水開關 鍋爐給水泵 省煤器 燃油開關 排汽閥 鍋爐給油泵 排水開關 補水箱 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設計 第 4 頁 共 61 頁 飽和狀態(tài)的汽水混合物。燃料一面燃燒，一面向后移動，燃料所需要的空氣是由風機送入爐排腹中風倉后，向上穿過爐排到達燃料層，進行燃料反應形成高溫煙氣。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能最有效地轉變?yōu)檎羝臒崮堋? 除灰除塵設備：是收集鍋爐灰渣并運往儲灰場地的設備。 空氣預熱器：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空氣，是一個換熱器。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。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。） 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護爐壁的作用。 爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設備。圖 為簡單鍋爐的大體組成部分。要設計一套完整的、性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先就必須了解一般燃燒鍋爐的基本構造和燃燒過 程?，F(xiàn)代 PLC 集成度高、功能強、抗干擾能力強、組態(tài)靈活、工作穩(wěn)定。目前，大多數(shù)鍋爐都是人工控制的，或簡單的儀表單回路調節(jié)系統(tǒng)，燃料浪費很大。鍋爐作為一個設備總體，有許多被控制量與控制量，許多參數(shù)之間明顯地存在著復雜的關系。在傳統(tǒng)工業(yè)的現(xiàn)代化改造中發(fā)揮著越來越重要的作用。 鍋爐的基本構造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽或熱水的熱交換設備。 鍋爐的主要設備包括氣鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省煤器、燃燒設備、引風設備、送風設備、給水設備、空氣預熱器、水處理設備、燃料供給設備以及除灰除塵設備等。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達到規(guī)定的數(shù)值。 過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽的換熱器。同時，由于提高了進入氣包的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應力，從而延長了汽包的使用壽命。 送風設備：包括有鼓風機和分道組成。省煤器出口煙溫度高，裝上空 氣預熱器后，可以進一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機組的效率。 此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設安全閥、水位表、高低水位報警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等，還有用來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運行的經(jīng)濟性，本設計由 于篇幅其間，則就不必考慮這些問題了。因此，近代鍋爐亦稱為蒸汽發(fā)生器。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗，（若是燃氣式鍋爐就沒有這一部分了）這整個過程稱為燃燒過程。位于煙溫較低區(qū)段的對流灌束，因受熱較弱，汽水工質的容量較大，而位于煙溫較高區(qū)段的對流管束，因受熱強烈，相應的汽水工質的容量較小，從而量大的工質則向上流入下鍋筒，而容量小的工質則向上流入上鍋筒，形成了鍋水的自然循環(huán)。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫煙氣相接觸的金屬受熱面的以冷卻而不被 燒壞，是鍋爐能長期安全運行的必要條件。繼而煙氣受引風機和煙囪的引力而向爐膛上方流動。省煤器實際上同給水預熱器和空氣預熱器一樣，都設置在鍋爐尾部（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。通常我們是爐膛負壓保持在微負壓（ 10～ 80Pa）。造成這一原因是由于負荷增 加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設計 第 6 頁 共 61 頁 第二章 總體設計方案 鍋爐系統(tǒng)是一個復雜的多變量耦合系統(tǒng)。影響蒸汽溫度的主要因素是給 油 量以及空 氣與給油量 比，所以我們采用了串級比值控制系統(tǒng)分別控制給 油 量以及給風量。所以必須保證鍋爐的壓力處于一個適中的范圍內，即必須對鍋爐壓力加以控制。其中安全壓力控制系統(tǒng)采用串級控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)是一個綜合的控制系統(tǒng)，從某種意義上講，可以將其歸入分程控制系統(tǒng)一類，其結構框圖見圖 所示。 蒸汽壓力 控制器 蒸汽流量 控制器 蒸汽流量 調節(jié)器 蒸汽流量 執(zhí)行器 蒸汽流量 蒸汽壓力 蒸汽流量檢測 、 變送器 蒸汽壓力檢測 、 變送器 安全閥 蒸汽壓力 設定值 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設計 第 8 頁 共 61 頁 圖 汽包液位控制系統(tǒng)結構框圖 爐膛負壓控制系統(tǒng) 如果爐膛負壓太大，甚至為正，則爐膛內煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設備和操作人員的安全；反之，爐膛負壓過小，會使冷空氣漏進爐膛內，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。爐膛負壓控制系統(tǒng)采用了前饋串級控制，其結構框圖見圖 所示。報警系統(tǒng)就是當相應的實測值低于（或高于）其相應的下限（或上限）值時給出相應的下（上）限報警，這些功能均由軟件完成，與此同時，控制系統(tǒng)還會做出相應的反應，使相應的變量值進入相應的極限范圍，然后撤銷相應的報警提示。 溫度傳感器 我們經(jīng)過充分考慮決定選用鎳鉻 — 鎳硅熱電偶。其特點是測溫范圍很寬，熱電動勢與溫度關系近似線性，熱電動勢大及價格地低。這樣我們就需要進行一些補償措施。 4) 電橋補償法。 陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。精巧的結構，簡單的調校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。 是針對化工工業(yè)中強腐蝕性的酸性液體而特制，殼體采用聚四氟乙烯材料制成，采用特種氟膠電纜及專門的密封技術進行電氣連接，既保證了傳感器的水密性、耐腐蝕性，又使得參考壓力腔與環(huán)境壓力相通，從而保證了測量的高精度和高穩(wěn)定性。變頻調速器作為該技術的主要應用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術更新，己日趨完善，能夠適應較為惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，目能提供較為完善的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設備異步電動機調速的要求。 p—— 電動機的磁極對數(shù) 。通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 61 頁 圖 變頻器種類 (1)交 —— 直 —— 交變頻器 它是由三個環(huán)節(jié)組成 :可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{的直流電 。 (2)變頻器的壓力反饋信號 AI2 口 —— 接遠傳壓力表的反饋信號。 (3)R03:為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運行指示。 變頻器和 PLC 的聯(lián)系，是靠硬件電器來聯(lián)接的，具體參數(shù)的聯(lián)系都是與上位機的通訊來實現(xiàn)的，選用的 s7200PLC 和 Acs601 變頻器均有內置的 Rs485 接口。 Siemens 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。 此外，為了方便的將溫度、液位、壓力信號、電機頻率信號和同相比較信號傳輸給PLC。 輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成了 A/D 的轉換，標準輸入信號能夠轉換成一個字長 (16bit)的數(shù)字信號 。如此 PLC 總共有 56 個數(shù)字信號輸入， 48 個數(shù)字信號輸出，以及 4 個模擬輸入信號， 5個模擬輸出信號。 為了保護 PLC 設備， 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或者閥門的動作。 給水泵控制系統(tǒng) 在硬件系統(tǒng)設計中，采用 2臺變頻器，其中 1 給水泵電機有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的接通，空氣開關的容量依據(jù)電機的額定電華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 共 61 頁 流來確定。當 1給水泵采用變頻控制啟動后仍不能滿足要求時，讓 1給水泵工作于工頻同時啟動 2給水泵， 2給水泵采用變頻控制。 給油泵有兩臺， 1, 2。 圖 給油泵系統(tǒng)電氣控制圖 引風機控制系統(tǒng) 在硬件系統(tǒng)設計中，采用 2臺變頻器，其中 1 引風機電機有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的接通，空氣開關的容量依據(jù)電機的額定電3變頻器 QF4 FR4 KM4 M 3~ 4變頻器 QF6 FR6 KM6 M 3~ QF5 KM5 1給油泵 2給油泵 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 共 61 頁 流來確定。當 1引風機采用變頻控制啟動后仍不能滿足要求時，讓 1引風機工作于工頻同時啟動 2引風機， 2引風機采用變頻控制。 鼓風機有兩臺， 1, 2。 圖 引風機系統(tǒng)電氣控制圖 CPU 及擴展模塊端子的接線 7變頻器 QF10 FR10 KM10 M 3~ 8變頻器 QF12 FR12 KM12 M 3~ QF11 KM11 1鼓風機 2鼓風機 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 共 61 頁 CPU226 及擴展模塊的供電 供電分為輸入部分供電和輸出部分供電 ，輸入部分為直流供電（ 24V），輸出部分為交流供電（ 220V）。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 共 61 頁 圖 EM223 輸入端接線 基于 S7200PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)的設計 第 26 頁 共 61 頁 圖 EM223 輸出端接線 2EM223 的端子接線 2EM223 的端子接線圖如圖 EM223 輸入端接線和圖 EM223 輸出端接線。輸入端接線如圖 EM232 輸入端接線。系統(tǒng)程序為用戶程序的開發(fā)提供運行平臺，同時。主程序結構框圖如圖 。給水泵控制程序的設計流程圖如圖 所示。給油泵