【正文】 有 模擬量輸入、輸出模塊及其它各種多功能模塊，使完成系統(tǒng)設計的各項功能已不成問題。對于設備運行控制可實現(xiàn)集中操作、故障分散設計手段，且其運行狀態(tài)配以報警畫面及聲光提示，更有利于生產(chǎn)設備的安全運行。尤其是產(chǎn)品產(chǎn)量及能耗指標的準確性、經(jīng)濟性一直是國內(nèi)外工程技術人員和科研人員關注熱點。32 VI 1 第 1 章 系統(tǒng)的總體設計 設備 的選擇 控制設備方面以往的單元組合儀表及計算機集中控制方式 （ 如 DDC， SPC 等 ）已被淘汰，目前國內(nèi)外大多采用商品化的分布式計算機控制系統(tǒng) （ DCS） 與可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計算機控制系統(tǒng)。 155 第 5 章 監(jiān)控軟件 及組態(tài)設計 144 CV 幅值和速率極限 9 系列 9030 PLC 系統(tǒng)配置 4 工藝流程 2 第 2 章 鍋爐汽包水位的設計 III 第 1 章 系統(tǒng)的總體設計 控制設備方面以往的單元組合儀表及計算機集中控制方式（如 DDC， SPC等）已被淘汰，目前國內(nèi)外大多采用商品化的分布式計算機控制系統(tǒng)（ DCS）與可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controllers， PLC）計算機控制系統(tǒng) [13]。這些裝置的優(yōu)點是可靠性高、功能強、組態(tài)靈活，代表著 IV 自動控制領域的發(fā)展方向，缺點是不適合我國工業(yè)鍋爐實際情況，成本很高。 蒸汽鍋爐是用于滿足生產(chǎn)規(guī)模擴大和民用供熱的工業(yè)鍋爐，其操作和控制從人工及儀表進入了微機時代 [7]。 鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)生擾動的情況下，控制器采用 PID 控制策略 [3]，提高了系統(tǒng)在惡劣情況下的抗干擾能力和控制系統(tǒng)的魯棒性能，保證了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的必要條件。鍋爐汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多，結果使過熱器受熱面結垢而導致過熱器燒壞，同時會使過熱蒸汽汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性；汽包水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，當負荷很大時，水的汽化速度很快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時有效控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導致鍋爐被燒壞或爆炸；在燃料量不變的 情況下，蒸汽流量突然增加，導致汽包內(nèi)壓力驟然下降，汽包內(nèi)水沸騰加劇，氣泡增多，將水位抬高，導致虛假的水位上升。 本鍋爐 汽包 自控設計選用的美國 GE Fanuc 自動化公司的 90TM30 系列 PLC可編程序控制 器作為過程輸入輸出通道，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測及輸出控制； 操作站 采用美國 GE Fanuc自動化公司 的自動化監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 版本 （ 300 點 ） ，進行操作站的組態(tài)設計，現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測及輸出控制，實現(xiàn)了對鍋爐汽包水位的控制。 畢業(yè) 論文 基于 PLC 實現(xiàn)的鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)設計 Design of Boilers Based on Series PLC 學 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導 教 師： 完 成 日 期： I 摘 要 在鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)中 ， 水位是一個很重要的控制參數(shù) ， 它間接地反映了鍋爐負荷和給水的平衡關系。 用 GE9030 PLC來 實現(xiàn)鍋爐汽包 水位 監(jiān)控，可以提高鍋爐的自動化控制水平 ， 維持汽包水位在給定范圍內(nèi) ， 保證了鍋爐安全運行 ， 降低工作人員的勞動強度 ， 取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。即假水位現(xiàn)象同時高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而鍋筒的體積相對來說較小，所以鍋爐水位控制顯得非常重要 [12]。 鍋爐汽包水 位控制的任務是控制給水流量，使其與蒸發(fā)量保持平衡，維持鍋筒內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。在鍋爐水位控制系統(tǒng)中，將 PID 算法融于 PLC 控制系統(tǒng)，取得了良好的控制效果。微機監(jiān)控裝置經(jīng)歷了以下幾個階段：單板機、單片機、一般微機配工業(yè)接口板、工控機、可編程調節(jié)器、 DCS集中分散型系統(tǒng)及 PLC計算機控制系統(tǒng)，其發(fā)展過程體現(xiàn)了設備檔次由低到高，由通用微機設備到工業(yè)專用設備，由自制設備到產(chǎn)品化標準設備的演 變過程。 先進控制策略的發(fā)展主要向預先控制、自適應控制、智能控制、模擬控制等方面發(fā)展。其控制對象方面：受約束的 MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)，控制目標考慮操作條件的最優(yōu)化。 4 自控模型 133 控制算法 144 PID 調節(jié)器 PLC 編程 222 CIMPLICITY HMI 運行環(huán)境 24 調節(jié)器組態(tài)設計 288 附錄 1 29 2其控制對象方面：受約束的 MIMO（ 多輸入多輸出 ） 系統(tǒng)，控制目標考慮操作條件的最優(yōu)化。合理地原材料消耗及實時性的準確匯總、科學的報表統(tǒng)計，它關系到生產(chǎn)管理、成本核算、提高經(jīng)濟效益大問題 。它是分布式計算機控制系統(tǒng) （ DCS） 和可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計算機 控制系統(tǒng)的性能及特點的具體體現(xiàn)，是目前國內(nèi)外普遍采用的先進的手段。同時，系統(tǒng)監(jiān)控軟件如也選擇統(tǒng)一廠家的 ， 將使系統(tǒng)軟件和硬件設備有機結合，可保證系統(tǒng)運行可靠性、穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)下位機采用美國 GE Fanuc自動化公司的 系列 90TM30 PLC可編程序控制器實現(xiàn)對現(xiàn)場設備生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。 鍋爐汽包水位 的 單沖量控制系統(tǒng)：這里指的單沖量 即 汽包水位，這種控制系統(tǒng)是典型的單回路控制系統(tǒng)。 鍋爐汽包水位的雙沖量控制系統(tǒng)：在汽包水位控制中 ， 最主要的擾動是負荷 的變化。這里的前饋系統(tǒng)就僅為靜態(tài)的前饋，若需要 考慮 兩條通道在動態(tài)上的差異，需加入動態(tài)補償環(huán)節(jié)。在此設計中也采用三沖量水位控制調節(jié)系統(tǒng)。 （ 2） 水位過低 ，水量較少 ， 當負荷較大時 ， 水的 汽化速度快 ， 如不及時控制 ， 汽包內(nèi)水會全部汽化 ，導致水冷壁燒壞 ， 甚至爆炸 。 三沖量調節(jié)系統(tǒng) ， 即前饋 串級復合控制系統(tǒng) ， 它的設計思想是 ： 以鍋爐汽包水位測量信號作為主控制信號 ， 構成主調節(jié)回路 ， 以蒸汽流量信號作為前饋信號 ， 構成前饋調節(jié)回路 ， 總給水流 量作為串級信號 ， 構成副調節(jié)回路 ， 由主調節(jié)回路、前饋調節(jié)回路、副調節(jié)回路來共同構成鍋爐汽包水位串級三沖量自動控制系統(tǒng) 。 控制系統(tǒng)硬件部分包括小型工作站 （ 上位工控計算機 ） 、 GE Fanuc 90TM30 系列 PLC可編程序控制器構成的下位機、外部設備、過程輸入輸出通道、現(xiàn)場工業(yè)自動化儀表以及供電系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)共有壓力、流量、液位和溫度信號64 個，其中 46 個壓力、流量及液位信號經(jīng)現(xiàn)場變送器轉換為 4～ 20mADC 標準信號后接入 控制柜， 18 個溫度信號分別由熱電偶、熱電阻測出接入控制柜 ； 5 個 4～ 20mADC 輸出信號用于控制調節(jié)閥或變頻調速器等執(zhí)行機構 ， 以構成自動調節(jié)系統(tǒng) ； 16 個繼電器接點開關量輸入用于檢測現(xiàn)場設備運行狀態(tài)， 16 個繼電器接點開關量輸出用于現(xiàn)場設備的連鎖控制。 并 掛接 Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫軟件生成數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)能源計量管理。 功能模塊 1。 飽和蒸汽壓力補償模塊。 從表面上看 ， 該子程序模塊是構造一個加法器 ， 但其本質上是 編制 C2起著靜態(tài)前饋控制器的作用 ， 因鍋爐生產(chǎn)的飽和蒸汽僅用作熱劑 ， 為保護鍋爐其給水流量電動調節(jié)閥應采用電關閥為宜 ， 且汽包水位調節(jié)器（ LICA101） 為正作用 ， 因此 C2應為負值。 PID ISA方塊圖如圖 24所示。 9 第 3 章 系列 GE9030 PLC 系列 GE9030 PLC特點 （ 1） 最具競爭力 系列 90TM30 PLC 是 GE Fanuc 系列 9030 可編程序控制器家族的一員，提供最先進的編程特性，易于組態(tài)，便于安裝，獨有的創(chuàng)新結構開辟了一條最經(jīng)濟的工業(yè)控制途徑。另外系列 90TM30 PLC 有功能很強的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊 ，高速計數(shù)器模塊， BASIC 和 C 語言協(xié)處理器模塊及 Genius 通訊模塊。 NATURAL LANGUAGE STATE LOGIC CONTROL 為那些在系列 90TM30 編程方面沒有經(jīng)驗的用戶提供了新的編程方式。該系列 PLC 模塊具有成本低、性能高、安全性好、易于組態(tài)、便于安裝等特點，它的 CPU 具有十分強大的功能，如內(nèi)裝 PID，結構化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能方便地完成各種復雜的操作。 GE9030 PLC 安裝結構如圖 41 所示， 各模塊型號及設備組態(tài)如表 32 所列。 第 4 章 PID 控制算法及 PLC 編程 PID控制算法 在計算機控制系統(tǒng)中， PLC 的 CPU 模塊 相當于常規(guī)控制系統(tǒng)中的控制器，它對過程變量的實測值和設定值之間的誤差信號進行運算 ， 稱為控制算法或控制法則。 汽包水位 PID 調節(jié)器、給水流量 PID 調節(jié)器子程序模塊：采用增強型 CPU360 模板 ，CPU 內(nèi)裝 PID 標準的 ISA PID 算法 （ PID ISA） ，通過編程實現(xiàn)。該 PID 運算可限制輸出控制變量的幅值和變化速率。 CV 輸出然后與 CV 上、下箝位值對比。 如果模塊處于 Automatic 模式，則最終 CV 置于 Manual Command%Ref+13。 Series 90 PID 功能模塊可對比過程變量反饋 （ RVF）和期望過程設置 （ desired process Set Point） 并以誤差為準進行控制變量輸出更新。例如： LICA101 調節(jié)器功能模塊編程圖如圖 42 所示。 PV 和 CV值可從 32020 或 0 至匹配的模擬換算值 32020，或從 0 至 10000，顯示變量為 %至 %PV 和 CV 值可有不同的定標，此時換算因子已包含在 PID 增益當中。置位用 PV值， PID 調節(jié)輸出 CV，使 PV與 SP 匹配。 UP 當 UP 接通時，如果處于手動狀態(tài)，則 CV 輸出值可上調。 OK 如果當功能模塊正確無誤地執(zhí)行時，則 OK 輸出便接通。這些參數(shù)必須在調用模塊之前設置好。例如，如果 RefArray從 %R100 開始，則 %R113即為手動命令 ，用于設置控制變量 （ CV） 和手動方式的積分功能。由 PLC 設置 不可組態(tài) %Ref+0016 內(nèi) CV N/A。由 PLC 設置 不可組態(tài) %Ref+0020 %Ref+0021 內(nèi)部項存貯 N/A。由 PLC 設置 不可組態(tài) %Ref+0027 的低范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0028 的高范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0029 %Ref+0039 留作內(nèi)部使用 N/A 值 不可組態(tài) RefArray數(shù)組應為 90TM30 PLC 上的 %R 寄存器。用戶可用 0 作為多數(shù)缺少值，但不包括 CV 上限幅值， PID模塊的操作 CV 上限幅值應大于 CV 下限幅值。 該模塊即把當前 PLC 逝去時鐘與上次貯存在內(nèi)部 RefArray 的 PID 解答時間進行比較。 如果定義了一個正最小轉動時間 （ Minimum Slew Time） ，則可用來限制 CV 輸出的修改速率。該參數(shù)是操作員接口設備所定義的一個無符號整數(shù)，可為 PLC 提供一個公用標志若操作邏輯由 Logic master 9030/30/Micro 軟件監(jiān)控，則回路數(shù)可在模塊地址下加以顯示。如，以 10 為 100ms 采樣周期。切記， 9030 不會使用低于 10ms 的應答時間。 死區(qū) （ +/） （ 03/04） INT 值定義 PV 值的上、下死區(qū)限。 43 PID 組態(tài)參數(shù)詳細說明 （ 續(xù) ） 數(shù)據(jù)項 說 明 比例增益 Kp（ 05） 即 INT 數(shù)，在 ISA版中稱為控制器增益， Kp 用于確定 CV 值