【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(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能已不成問(wèn)題。對(duì)于設(shè)備運(yùn)行控制可實(shí)現(xiàn)集中操作、故障分散設(shè)計(jì)手段，且其運(yùn)行狀態(tài)配以報(bào)警畫面及聲光提示，更有利于生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行。尤其是產(chǎn)品產(chǎn)量及能耗指標(biāo)的準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性一直是國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和科研人員關(guān)注熱點(diǎn)。32 VI 1 第 1 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)備 的選擇 控制設(shè)備方面以往的單元組合儀表及計(jì)算機(jī)集中控制方式 （ 如 DDC， SPC 等 ）已被淘汰，目前國(guó)內(nèi)外大多采用商品化的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （ DCS） 與可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 155 第 5 章 監(jiān)控軟件 及組態(tài)設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) III 第 1 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 控制設(shè)備方面以往的單元組合儀表及計(jì)算機(jī)集中控制方式（如 DDC， SPC等）已被淘汰，目前國(guó)內(nèi)外大多采用商品化的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ DCS）與可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controllers， PLC）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [13]。這些裝置的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、功能強(qiáng)、組態(tài)靈活，代表著 IV 自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展方向，缺點(diǎn)是不適合我國(guó)工業(yè)鍋爐實(shí)際情況，成本很高。 蒸汽鍋爐是用于滿足生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)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(jìn)入了微機(jī)時(shí)代 [7]。 鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)生擾動(dòng)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(guò)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(yùn)行的必要條件。鍋爐汽包水位過(guò)高，會(huì)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(guò)多，結(jié)果使過(guò)熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過(guò)熱器燒壞，同時(shí)會(huì)使過(guò)熱蒸汽汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性；汽包水位過(guò)低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，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(shí)有效控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致虛假的水位上升。 本鍋爐 汽包 自控設(shè)計(jì)選用的美國(guó) GE Fanuc 自動(dòng)化公司的 90TM30 系列 PLC可編程序控制 器作為過(guò)程輸入輸出通道，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)及輸出控制； 操作站 采用美國(guó) GE Fanuc自動(dòng)化公司 的自動(dòng)化監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 版本 （ 300 點(diǎn) ） ，進(jìn)行操作站的組態(tài)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)及輸出控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐汽包水位的控制。 畢業(yè) 論文 基于 PLC 實(shí)現(xiàn)的鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Boilers Based on Series PLC 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 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(gè)很重要的控制參數(shù) ， 它間接地反映了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。 用 GE9030 PLC來(lái) 實(shí)現(xiàn)鍋爐汽包 水位 監(jiān)控，可以提高鍋爐的自動(dòng)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(yùn)行 ， 降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。即假水位現(xiàn)象同時(shí)高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而鍋筒的體積相對(duì)來(lái)說(shuō)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(wù)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(jī)監(jiān)控裝置經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：?jiǎn)伟鍣C(jī)、單片機(jī)、一般微機(jī)配工業(yè)接口板、工控機(jī)、可編程調(diào)節(jié)器、 DCS集中分散型系統(tǒng)及 PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其發(fā)展過(guò)程體現(xiàn)了設(shè)備檔次由低到高，由通用微機(jī)設(shè)備到工業(yè)專用設(shè)備，由自制設(shè)備到產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的演 變過(guò)程。 先進(jìn)控制策略的發(fā)展主要向預(yù)先控制、自適應(yīng)控制、智能控制、模擬控制等方面發(fā)展。其控制對(duì)象方面：受約束的 MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)，控制目標(biāo)考慮操作條件的最優(yōu)化。 4 自控模型 133 控制算法 144 PID 調(diào)節(jié)器 PLC 編程 222 CIMPLICITY HMI 運(yùn)行環(huán)境 24 調(diào)節(jié)器組態(tài)設(shè)計(jì) 288 附錄 1 29 2其控制對(duì)象方面：受約束的 MIMO（ 多輸入多輸出 ） 系統(tǒng)，控制目標(biāo)考慮操作條件的最優(yōu)化。合理地原材料消耗及實(shí)時(shí)性的準(zhǔn)確匯總、科學(xué)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)，它關(guān)系到生產(chǎn)管理、成本核算、提高經(jīng)濟(jì)效益大問(wèn)題 。它是分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) （ DCS） 和可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controllers， PLC） 計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)的性能及特點(diǎn)的具體體現(xiàn)，是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的先進(jìn)的手段。同時(shí)，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(shè)備有機(jī)結(jié)合，可保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)下位機(jī)采用美國(guó) GE Fanuc自動(dòng)化公司的 系列 90TM30 PLC可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)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(dòng)是負(fù)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(dòng)態(tài)上的差異，需加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。在此設(shè)計(jì)中也采用三沖量水位控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 （ 2） 水位過(guò)低 ，水量較少 ， 當(dāng)負(fù)荷較大時(shí) ， 水的 汽化速度快 ， 如不及時(shí)控制 ， 汽包內(nèi)水會(huì)全部汽化 ，導(dǎo)致水冷壁燒壞 ， 甚至爆炸 。 三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 即前饋 串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng) ， 它的設(shè)計(jì)思想是 ： 以鍋爐汽包水位測(cè)量信號(hào)作為主控制信號(hào) ， 構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路 ， 以蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào) ， 構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路 ， 總給水流 量作為串級(jí)信號(hào) ， 構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路 ， 由主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路、副調(diào)節(jié)回路來(lái)共同構(gòu)成鍋爐汽包水位串級(jí)三沖量自動(dòng)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(jì)算機(jī) ） 、 GE Fanuc 90TM30 系列 PLC可編程序控制器構(gòu)成的下位機(jī)、外部設(shè)備、過(guò)程輸入輸出通道、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)自動(dòng)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(hào)64 個(gè)，其中 46 個(gè)壓力、流量及液位信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)變送器轉(zhuǎn)換為 4～ 20mADC 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后接入 控制柜， 18 個(gè)溫度信號(hào)分別由熱電偶、熱電阻測(cè)出接入控制柜 ； 5 個(gè) 4～ 20mADC 輸出信號(hào)用于控制調(diào)節(jié)閥或變頻調(diào)速器等執(zhí)行機(jī)構(gòu) ， 以構(gòu)成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ； 16 個(gè)繼電器接點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)， 16 個(gè)繼電器接點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連鎖控制。 并 掛接 Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫(kù)軟件生成數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量管理。 功能模塊 1。 飽和蒸汽壓力補(bǔ)償模塊。 從表面上看 ， 該子程序模塊是構(gòu)造一個(gè)加法器 ， 但其本質(zhì)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(hù)鍋爐其給水流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用電關(guān)閥為宜 ， 且汽包水位調(diào)節(jié)器（ LICA101） 為正作用 ， 因此 C2應(yīng)為負(fù)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(diǎn) （ 1） 最具競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)的編程特性，易于組態(tài)，便于安裝，獨(dú)有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了一條最經(jīng)濟(jì)的工業(yè)控制途徑。另外系列 90TM30 PLC 有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊 ，高速計(jì)數(shù)器模塊， BASIC 和 C 語(yǔ)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(méi)有經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)，它的 CPU 具有十分強(qiáng)大的功能，如內(nèi)裝 PID，結(jié)構(gòu)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(fù)雜的操作。 GE9030 PLC 安裝結(jié)構(gòu)如圖 41 所示， 各模塊型號(hào)及設(shè)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， PLC 的 CPU 模塊 相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的控制器，它對(duì)過(guò)程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定值之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 稱為控制算法或控制法則。 汽包水位 PID 調(diào)節(jié)器、給水流量 PID 調(diào)節(jié)器子程序模塊：采用增強(qiáng)型 CPU360 模板 ，CPU 內(nèi)裝 PID 標(biāo)準(zhǔn)的 ISA PID 算法 （ PID ISA） ，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。該 PID 運(yùn)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(duì)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(duì)比過(guò)程變量反饋 （ RVF）和期望過(guò)程設(shè)置 （ desired process Set Point） 并以誤差為準(zhǔn)進(jìn)行控制變量輸出更新。例如： LICA101 調(diào)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(biāo)，此時(shí)換算因子已包含在 PID 增益當(dāng)中。置位用 PV值， PID 調(diào)節(jié)輸出 CV，使 PV與 SP 匹配。 UP 當(dāng) UP 接通時(shí)，如果處于手動(dòng)狀態(tài)，則 CV 輸出值可上調(diào)。 OK 如果當(dāng)功能模塊正確無(wú)誤地執(zhí)行時(shí)，則 OK 輸出便接通。這些參數(shù)必須在調(diào)用模塊之前設(shè)置好。例如，如果 RefArray從 %R100 開(kāi)始，則 %R113即為手動(dòng)命令 ，用于設(shè)置控制變量 （ CV） 和手動(dòng)方式的積分功能。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0016 內(nèi) CV N/A。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0020 %Ref+0021 內(nèi)部項(xiàng)存貯 N/A。由 PLC 設(shè)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(yīng)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(yīng)大于 CV 下限幅值。 該模塊即把當(dāng)前 PLC 逝去時(shí)鐘與上次貯存在內(nèi)部 RefArray 的 PID 解答時(shí)間進(jìn)行比較。 如果定義了一個(gè)正最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 （ Minimum Slew Time） ，則可用來(lái)限制 CV 輸出的修改速率。該參數(shù)是操作員接口設(shè)備所定義的一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)，可為 PLC 提供一個(gè)公用標(biāo)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(huì)使用低于 10ms 的應(yīng)答時(shí)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(xì)說(shuō)明 （ 續(xù) ） 數(shù)據(jù)項(xiàng) 說(shuō) 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