【正文】 he PLC control technology. To raise its bustion efficiency, save primary energy sources and reduce the environment pollution, this paper uses modern puter technology to optimize the control of boilers, which has great impact on the socioeconomic and environment quality. Through the study on the each part of control requirements bined with the references and lots of documentation, it designs an automatic control system of boilers that can be implemented on boiler for centralized monitoring, control and management. It intensively reflects on the control of boiler burning, the control of water level and bubbles, the control of superheated steam temperature and the design of safety inspection system. The design uses S7300 PLC as the core controller. At the same time, it applies distributed control of boilers, bined with the inverter technology, sensors and measurement technique and Ether technique to all the devices as a whole. And set up a good munication with other operating equipment. Through STEP 7 programming software for upper puter software programming . It constitutes a true time monitoring and control system of boilers. Key words: boilers。隨著時(shí)代的推進(jìn)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速崛起，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)被運(yùn)用到社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，因此也衍生了許多工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 本課 題 的內(nèi)容 和 意義 鍋爐作為我國(guó)最重要的能源轉(zhuǎn)換之一，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活都有著很大程度的影響，直接體現(xiàn)在我國(guó)南方的火力發(fā)電廠和北方供熱采暖系統(tǒng)中。本課題的要求是通過(guò)使用 PLC 來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐的全程運(yùn)作，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)鍋爐控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，再依靠 PLC 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的控制系統(tǒng)。老式的手動(dòng)控制方式不但在操作性方面不夠便捷人性化，而且在鍋爐運(yùn)行時(shí)會(huì)持續(xù)高的能耗，轉(zhuǎn)化效率極低，此外在監(jiān)測(cè)的方法上，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制不夠完善，往往會(huì)使整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行在安全隱患中。從全球來(lái)看，國(guó)內(nèi)的控制技術(shù)落后于國(guó)外，國(guó)外的控制技術(shù)先進(jìn)，其自動(dòng)化控制程度相當(dāng)完善，而國(guó)內(nèi)的鍋爐控制單元大全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 多采用常規(guī)的控制儀表，和世界的先進(jìn)水平相差較大。 從安全性方 面上講，鍋爐控制系統(tǒng)的各個(gè)部分能夠單獨(dú)控制，但又相互聯(lián)系，遇到緊急故障時(shí)可以單獨(dú)停止以保證現(xiàn)場(chǎng)的操作人員的安全。并根據(jù)課題要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件控制系統(tǒng) ,采用相應(yīng)編程軟件在 PLC中編寫(xiě)出能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的梯形圖程序。它由本體、附屬設(shè)備及附件儀表組成。 汽水系統(tǒng)的作用是有效吸收燃料放出的熱量，將水加熱成為水蒸汽。它由爐膛、煙道、燃燒器、空氣預(yù)熱器等組成。爐膛四周內(nèi)壁布置著許多水冷壁，爐膛上方布置著過(guò)熱器等受熱面。 鍋爐水位控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐汽包水位控制 要求 汽包水位在鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中起著 十分重要的 作用，決定著鍋爐的工作質(zhì)量。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 鍋爐汽包水位控制 方案設(shè)計(jì) 對(duì)于汽包水位的控制一般有單沖量、雙沖量和三沖量三種控制方案 。 鍋爐燃燒過(guò)程中的主要控制任務(wù)是給煤控制、給風(fēng)控制和爐膛負(fù)壓控制。 如圖 所示，當(dāng)給煤量 M 突然改變時(shí)，煤粉由加入到燃燒發(fā)出熱量有一定延遲，液體吸熱變?yōu)闅怏w有需要一段時(shí)間，故在煤粉加入后的一段時(shí)間內(nèi)，主蒸汽壓力 Pm 不會(huì)馬上上升，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才會(huì)開(kāi)始上升。 主蒸汽壓力 調(diào)節(jié)器給煤量調(diào)節(jié)器給煤量變頻器給煤機(jī) 爐膛給煤量變送器主蒸汽變送器 給煤量預(yù)設(shè)值主蒸汽壓力 預(yù)設(shè)值主蒸汽 壓力 圖 主蒸汽壓力控制方案圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 送風(fēng)控制方案設(shè)計(jì) 送風(fēng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)是維持系統(tǒng)風(fēng)煤比處于規(guī)定范圍以保證煤粉燃燒的經(jīng)濟(jì)性。燃燒過(guò)程中，如果 α過(guò)小，煤粉無(wú)法完全燃燒，產(chǎn)生大量的一氧化碳，造成環(huán)境污染；反之，當(dāng) α過(guò)大時(shí)，高溫燃燒產(chǎn)生煙氣會(huì)帶走過(guò)多熱量，產(chǎn)生大量 N0x，同樣引起環(huán)境污染。主回路用來(lái)進(jìn)行煙氧量校正調(diào)節(jié)，起細(xì)調(diào)作用。 爐膛頂部的煙氣壓力 即為爐膛負(fù)壓 。 引風(fēng)控制裝置 擋板調(diào)節(jié)閥爐膛爐膛負(fù)壓變送器+引風(fēng)量調(diào)節(jié)器送風(fēng)量調(diào)節(jié)器爐膛負(fù)壓 預(yù)設(shè)值 爐膛負(fù)壓 圖 引風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案圖 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制方案設(shè)計(jì) 過(guò)熱蒸汽溫度控制方案要求 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在 規(guī)定 范圍內(nèi)，并 保證過(guò)熱器管壁溫度 始終處在安全值 。 過(guò)熱蒸汽減溫器的安裝設(shè)計(jì) 為了保護(hù)過(guò)熱器、提高蒸汽溫度調(diào)節(jié)的靈敏性，過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)都采用前后兩個(gè)噴水減溫器。相較 于單一控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，優(yōu)勢(shì)明顯。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 3 鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本次課題的控制系統(tǒng)中，參與運(yùn)作的主要設(shè)備器件有電動(dòng)機(jī)、變頻器、調(diào)節(jié)變送 器、調(diào)節(jié)閥、直流電源、 PLC。 以常見(jiàn)工業(yè)鍋爐的蒸發(fā)量為 35t/h，汽包壓力 ，管道直徑為 50mm 為例，電機(jī)的正常工作功率 大約為： KwssmkgP 95100003600 ?? ????? （ ） 由估算結(jié)果可以選定 110Kw 的三相異步電動(dòng)機(jī)即可滿(mǎn)足上產(chǎn)要求。變頻器的調(diào)節(jié)范圍廣，且調(diào)整特性曲線(xiàn)光滑穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，精度、可靠性、效率都更高，操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保。 3. 變送器 變送器 （ Transmitter） 就是把 傳感器輸出 的 信號(hào)轉(zhuǎn) 化成能 被 控制設(shè)備接收的數(shù)字 信號(hào)的一種信號(hào)轉(zhuǎn)化元件，它可以把 傳感器 的 非電量 輸入變 成電 流或電壓 信號(hào) ， 同時(shí) 將這些電信號(hào)放大后傳送給控制和監(jiān)測(cè)設(shè)備 。 變送器把非電量信號(hào) 轉(zhuǎn) 化 成電 信號(hào)的同時(shí)，還能將其 放大 ， 這就是變送器優(yōu)于傳感器的地方。 根據(jù)傳動(dòng)能源的不同，調(diào)節(jié)閥可以分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥三 類(lèi)。它能夠有效調(diào)節(jié)給煤量與空氣的流量，在其對(duì)數(shù)流量特性控制下，當(dāng)閥體小開(kāi)度時(shí)，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小，控制比較穩(wěn)定；當(dāng)大開(kāi)度時(shí)，其放大系數(shù)增大，控制效果更明顯更靈敏。 具體產(chǎn)品規(guī)格如下： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 表 32 Scheider ABL2REM24045H 詳細(xì)參數(shù) 參數(shù) 相關(guān)內(nèi)容 參數(shù) 相關(guān) 品牌： 型號(hào)： 調(diào)制方式： 晶體管連接方式： 類(lèi)型： Schneider/施耐德 ABL2REM24045H 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)式 半橋式 AC/DC 電源 輸入電壓： 輸出電流： 輸出電壓： 輸出功率： 工作效率： 220V 24V 100W 100% 6. PLC 本次設(shè)計(jì)采用的是西門(mén)子公司的 S7300 PLC 為核心控制器。當(dāng)電氣 設(shè) 備在 自身出現(xiàn)故障時(shí) 會(huì)使回路電 流 過(guò)大， 此時(shí) 熔斷器動(dòng)作，及時(shí)切斷回路， 保證供電回路和電動(dòng)機(jī)的安全 。 （ 1）在給水控制上，采用電動(dòng)機(jī)控制給水，并準(zhǔn)備故障備用電機(jī)一臺(tái)。 其 I/O 點(diǎn)需求配置如下表 36 所示： 表 36 過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)配置表 序號(hào) 控制內(nèi)容 類(lèi)型 數(shù)量 對(duì)應(yīng)值輸入 1 2 3 4 過(guò)熱蒸汽流量 過(guò)熱蒸汽溫度 Ⅰ 過(guò)熱蒸汽溫度 Ⅱ 減溫水調(diào)節(jié)閥 AI AI AI AO 1 1 1 1 流量傳感器 溫度傳感器 溫度傳感器 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 根據(jù)上述各部分控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)需求配置可知，整個(gè)控制系統(tǒng)需要的數(shù)字量輸入 /輸出（ DI/DO）點(diǎn)為 21/9，模 擬量輸入 /輸出（ AI/AO）點(diǎn)為 13/6。 （ 2）模擬量輸入模塊選用 SM331 AI8 12Bit，訂貨號(hào)： 6ES7 3317KF02OABO。電流輸出為兩線(xiàn)制；電壓輸出可以是兩線(xiàn)制，亦可四線(xiàn)制。如下表 37 所示： 表 37 對(duì)應(yīng)各模塊排布表 插槽 模塊 訂貨號(hào) I 地址 Q 地址 1 2 X2 3 4 5 6 PS 307 5A CPU 314C2 DP DP DI24/DO16 AI5/AO2 Count Position AI8 12Bit AO4 12Bit FM 355 S PID Control 6ES7 3146CF02OABO 6ES7 3317KF02OABO 6ES7 3325HD01OABO 6ES7 3551VH10OABO 124~126 752~761 768~783 784~799 256~271 304~319 124~125 752~755 768~783 784~799 272~279 304~319 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 I/O 地址分配表 根據(jù)已經(jīng)確定的所需輸入 /輸出點(diǎn)，以及其對(duì)應(yīng)的數(shù)量和類(lèi)型，確定 CPU、 SM33SM332 的 I/O 地址分配如下，為程序的編寫(xiě)打好基礎(chǔ)。 為了體現(xiàn)本課題所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的性能，利用 MATLAB 軟件建立對(duì)應(yīng)的傳遞曲線(xiàn)與仿真圖。 ABB 變頻器在給定 380V 三相交流電下的輸出頻率為 50Hz，輸出電流 5~20mA。 傳遞函數(shù)表達(dá)式如下： SSGp )( ?? () 仿真結(jié)果如圖 42 所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 7S t e p R e s p o n s et / s ( s e c )Amplitude 圖 42 鍋爐給水控 制回路仿真圖 從仿真波形圖可以看出響應(yīng)時(shí)間很短，閉環(huán)回路的增益也符合要求，給水流量調(diào)節(jié)控制器在迅速調(diào)節(jié)給水量從而消除給水的滯后性。且副回路的輸入即為主回路的輸出。 煙氧量由送風(fēng)量來(lái)控制調(diào)節(jié)，并保持煙氧量處于的穩(wěn)定，送風(fēng)量控制回路作為副回路是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行時(shí)，比值系數(shù)為 ，反饋系數(shù)為 。 引風(fēng)控制系統(tǒng)整定與仿真 根據(jù)引風(fēng)控制方案圖，爐膛負(fù)壓控制回路控制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 4D Y (s) K NP Y 0 P Y 圖 爐膛負(fù)壓控制主回 路控制框圖 其中： DY(s)為引風(fēng)量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)； KN 為調(diào)節(jié)閥傳遞系數(shù)； P4 為送風(fēng)量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。因此送風(fēng)控制回路的傳遞函數(shù) DO4(s)如下： SSD O 8)(4 ?? () 根據(jù)副回路的傳遞函數(shù)可知該回路時(shí)間滯后較小，可以將它等