【正文】 中偏置單元的選擇與系統(tǒng)的響應(yīng)速度和節(jié)能效果有關(guān)，因此需要對(duì)其合理賦值。 本章小結(jié) 本章通過(guò)工業(yè) 控制 系統(tǒng) 的需求和節(jié)能的目的， 簡(jiǎn)單介紹了幾種控制系統(tǒng)的構(gòu)造和組成， 簡(jiǎn)單分析了鍋爐燃燒的各個(gè) 子系統(tǒng)， 通過(guò)前饋串級(jí)的控制方式對(duì)爐膛的壓力進(jìn)行了控制，保證了生產(chǎn)的安全，又 通過(guò)幾種控制系統(tǒng)的分析和比較 ，最終選擇了交叉限幅燃燒控制作為本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)， 保證 了升負(fù)荷時(shí)先增加風(fēng)量在增加燃料量，和減負(fù)荷時(shí)先減小燃料量，克服了系統(tǒng)使用燃料特性不同所帶來(lái)的控制誤差，保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。 WinCC 組態(tài)軟件包括五個(gè)功能模塊，即通訊組態(tài)、變量組態(tài)、控制組態(tài)、圖形組態(tài)和報(bào)表組態(tài)。 WinCC 因其具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想而具有廣闊的應(yīng)用前景。 WinCC 的控制模塊 1． 計(jì)算機(jī) 在該處用戶可組態(tài)該 WinCC 項(xiàng)目的開(kāi)始畫(huà)面，設(shè)置運(yùn)行環(huán)境、光標(biāo)和 安全特性等。 3． 結(jié)構(gòu)變量 結(jié)構(gòu)變量是特殊的變量，它含有不同數(shù)據(jù)類型的元素。 4． 圖形編輯器 所有的 WinCC 運(yùn)行應(yīng)用都集中在該編輯器生成的可視界面中。用戶在組態(tài)模式中用各種工具和對(duì)象生成圖形畫(huà)面，用變量標(biāo)簽、 C 腳本以及其它方法對(duì)應(yīng)于過(guò)程數(shù)據(jù)變化定義圖形的行為。報(bào)警記錄運(yùn)行 (報(bào)警記錄 RT)用于獲取消息和接 收確認(rèn)。報(bào)警信息可存于硬盤(pán)的報(bào)警檔案中，還可以用表格的形式顯示于監(jiān)控畫(huà)面上。位報(bào)警根據(jù)標(biāo)簽指定位的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息，可用于對(duì)開(kāi)關(guān)量的判斷。 5． 報(bào)警記錄 報(bào)警記錄編輯器用于歸檔和獲取消息，具有從過(guò)程接收消息并準(zhǔn)備、顯示、確認(rèn)和歸檔等功能。根據(jù)對(duì)象相關(guān)設(shè)計(jì)原則，圖形編輯器中的對(duì)象使用屬性和事件做為用戶和過(guò)程數(shù)據(jù)的接口。在生成某一結(jié)構(gòu)變量后，即可簡(jiǎn)單地按照通常的方式，在數(shù)據(jù)類型的下拉式菜單中選擇該變量作為新的數(shù)據(jù)類型。通過(guò)它， WinCC 可以將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)讀入上位機(jī)以圖形方式顯示出來(lái)，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 25 也可以將上位機(jī)的命令傳送到 PLC 中 。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。 WinCC 監(jiān)控軟件與 STEP7 集成，監(jiān)控畫(huà)面和 PLC 中的變量連接，操作人員能夠切換各監(jiān)控畫(huà)面 ，對(duì)動(dòng)態(tài)配料過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。 WinCC 軟件是一套功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件，能夠用于多種用途 的控制系統(tǒng)，同時(shí)提供嵌入式 C 語(yǔ)言編程，用戶可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)特殊的功能。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 23 2).可以補(bǔ)償空氣流量和燃料流量的特性差異，比如當(dāng)升負(fù)荷時(shí)可以多增加些空氣，當(dāng)減負(fù)荷時(shí)可以多減少一些燃料，這樣不僅可以 使燃料和空氣流量變化速度相協(xié)調(diào)，而且可以解決燃料調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過(guò)快導(dǎo)致系統(tǒng)不完全燃燒造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問(wèn)題。 所以在實(shí)際工程中往往將其作為測(cè)量顯示、數(shù)值校正的用具，而不將其作為直接控制系統(tǒng)的單元來(lái)使用。 2).取氣裝置設(shè)計(jì)不合理，常常因?yàn)槿〔坏秸鎸?shí)的樣氣而導(dǎo)致檢測(cè)失敗 。 (2).一旦空氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障使 Fa 降為 0，那么燃料流量也自動(dòng)降為 0，確保燃燒安全。這樣也同時(shí)完成了升負(fù)荷時(shí)候現(xiàn)增加空氣流量后增加燃料流量的的控制思想，也克服了空氣和燃料的特性差異。 它的控制原理是： 在燃料流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A， 與根據(jù)空氣流量 Fa算出的所需燃料量加上偏置 a1 得到的信號(hào) B=Fa/r+Fa a1%， 相比較由低值選擇器 LS 來(lái)選通 A， B 之一作為燃料調(diào)節(jié)器 Ffc 的給定值 Sf。 所以，對(duì)于上述問(wèn)題，必須改善空氣和燃料之間的動(dòng)態(tài)配比。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下： 空 氣 流 量 控 制 器燃 料 流 量 控 制 器執(zhí) 行 器執(zhí) 行 器爐膛壓 力 控 制 器KT空 燃比s p變 送 器空 氣 閥變 送 器燃 料 閥變 送 器圖 串級(jí)比值控制系統(tǒng)方框圖 但是該控制系統(tǒng)還是不能滿足工藝的 需求，鍋爐在燃料燃燒過(guò)程中，不僅要內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 20 保證穩(wěn)態(tài)情況之下剩余空氣系數(shù) U 一定，更重要的是在外部需求增加，鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，保證剩余空氣系數(shù)系數(shù) U 在合理的變化范圍內(nèi)，但是事實(shí)上，由于空氣流動(dòng)管特性與燃料流動(dòng)管特性的差異，燃燒器特性的變化，測(cè)量存在的誤差等因素的存在，這套方案即使在穩(wěn)態(tài)的情況之下，空氣和燃料量的配比關(guān)系也很難得到保證。 串級(jí)控 制系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)： 1).可以改善對(duì)象的控制特性，提高系統(tǒng)的工作效率。 其中空燃比 K 與剩余空氣系數(shù) U 的關(guān)系為： K=β U (22) 它們的定義分別為： U=實(shí)際空氣量 /理論空氣量， β 是量程修正系數(shù)： 它的定義為 A0 乘以最大燃料量、最大空氣量的比值。鍋爐燃燒工況的好壞，不但直接影響鍋爐本身的運(yùn)行工況和參數(shù)變化，而且對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)有著極大的影響。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 18 第三章 空燃比控 制 方案的確定 概述 燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎?汽熱能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了電力生產(chǎn)的工藝和鍋爐的概念和 鍋爐燃燒 的工藝 ， 通過(guò) 對(duì) 鍋內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 17 爐燃燒 控制 系統(tǒng) 整體的分析和 對(duì)它的各個(gè)子系統(tǒng)的分析 ， 了解到空 燃比控制系統(tǒng)相對(duì)于其它控制子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更加重要，更能體現(xiàn)燃燒經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)的控制手段，所以 對(duì)于本設(shè)計(jì)主要分析的空燃比控制系統(tǒng)將在下一章做詳細(xì)的分析。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路 (通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。采用孔板測(cè)量流量，精度和使用狀況都比較理想。只要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)加工的節(jié)流式流量計(jì)，不需要進(jìn)行標(biāo)定，也能在己知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量。在流體進(jìn)入節(jié)流件前、后的管壁附近形成渦流，流體微團(tuán)不僅有橫向脈動(dòng)，而且還有逆向運(yùn)動(dòng)，是一種非常復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)，所以孔板的壓力損失較高，就是由這些渦流能量耗散造成的。在收縮處，流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓差。本章主要就溫度、壓力和流量的檢測(cè)原理、傳感器的選型及檢測(cè)方式做詳細(xì)描述。 燃 料 流 量 傳 感 器PLC上 位 機(jī)轉(zhuǎn) 向 閥執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)蒸 汽 壓 力 傳 感 器空 氣 流 量 傳 感 器 圖 系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由上位工控機(jī)的監(jiān)控部分、 PLC 系統(tǒng)，信號(hào)檢測(cè)部分及 執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成，其中工控機(jī)和 PLC 采用 PROFIBUSDP 工 業(yè) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。 整體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)鍋爐燃燒自動(dòng) 控制系統(tǒng) 的目的是控制燃燒過(guò)程 ， 使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對(duì)鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求 ， 同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)蒸汽壓力 下降到某一下限值。 P1C、 P3C 都是反作用調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥。爐壓過(guò)低時(shí) ,會(huì)吸入大量的冷風(fēng) ,增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失 。隨著 空氣過(guò)剩系數(shù) U 從 開(kāi)始增加時(shí)，燃燒所需之外多余的空氣被加熱后從煙囪排出，因此熱損失隨 U 的增加而增大，熱效率 開(kāi)始減小時(shí)，由于燃燒所需空氣不足，燃料燃燒不充分，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 11 一方面要冒黑煙污染環(huán)境，另一方面是熱損失增大，從而熱效率也逐漸降低。 控制系統(tǒng) 的控制目的 下面通過(guò)對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù) U 與節(jié)能關(guān)系的分析來(lái)說(shuō)明 風(fēng)燃比 控制系統(tǒng)所要達(dá)到的目的，對(duì)于具體的控制方案將在第三章給出。因此，燃燒控制系統(tǒng)是一個(gè)較大的綜合控制系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)綜合控制，才能保證鍋爐正確響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的要求和自身的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。爐膛壓力的高低也關(guān)系著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?？刂扑惋L(fēng)量也是為了實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行 ， 若風(fēng)量相對(duì)于燃料量太少的話 ， 亦可能導(dǎo)致熄火事故。在汽輪機(jī)跟隨方式下，燃燒系統(tǒng)主要是保證機(jī)組 實(shí)發(fā)功率等于負(fù)荷要求值；在鍋爐跟隨方式下，主要是保證主蒸汽的壓力等于給定值；在協(xié)調(diào)方式下，兩個(gè)參數(shù)都要兼顧。從鍋爐形式看，有 U 型布置、塔形布置形式、 W 型火焰布置形式。從循環(huán)方式看，主要有四種形式：自然循環(huán)、控制循環(huán)、復(fù)合循環(huán)或低倍率循環(huán)方式。在傳熱過(guò)程中，煙氣溫度不斷降低，經(jīng)除塵后，最后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪，排入大氣。其過(guò)程是：給水由給水泵打入省煤器以后，逐漸吸熱，溫度升高的給水進(jìn)入汽包，經(jīng)由下降管進(jìn)入水冷壁中循環(huán)吸熱，并蒸發(fā)為飽和蒸汽 ；飽和蒸汽在汽包中經(jīng)分離、清洗后，引入過(guò)熱器，逐漸過(guò)熱到規(guī)定溫度，成為合格的過(guò)熱蒸汽，然后送往汽輪機(jī)；過(guò)熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹做功后，汽溫、汽壓均下降，在高壓缸出口由導(dǎo)管將蒸汽引入鍋爐再熱器中第二次過(guò)熱為高溫再熱蒸汽，然后再送往汽輪機(jī)中、高壓缸中繼續(xù)做功。在眾多發(fā)電形式中火力發(fā)電仍是我國(guó)主要的發(fā)電形式約占 70%— 80%。下圖所示是火力發(fā)電基本工藝流程：首先由黃河水來(lái)的水經(jīng)水處理車間處理后由給水泵經(jīng)省煤器送往鍋爐，加熱到一定溫度的過(guò)熱蒸汽后送往汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 本章小結(jié) 本章闡述了論文的研究的課題的意義，簡(jiǎn)單介紹了 SIEMENS 工業(yè)控制系統(tǒng)，WinCC 上位機(jī) 組態(tài) 軟件 和 PLC 技術(shù)， 敘述了 西門(mén)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的背景知識(shí)。 上述的現(xiàn)代控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本?？梢韵嘈?，PLC 將繼續(xù)向開(kāi)放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè) PC 的控制系統(tǒng) 。但在最近幾年，微型 PLC(小于 32 I/O)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 6 已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。 PLC 控制系統(tǒng)提供接口連入工業(yè)以太網(wǎng)、因特網(wǎng)形成了更為復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，但卻更為開(kāi)放和有效。應(yīng)用上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件為用戶提供了直觀的界面，使用戶對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)有更佳理解，更有效的使用、控制整個(gè)系統(tǒng)。隨著通信、電子業(yè)的進(jìn)一步的發(fā)展將更好的進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。這樣的系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，操作更加簡(jiǎn)化。 PROFIBUS 總線適用于工廠自 動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化以及交通、發(fā)電輸配電等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)方式相比有更強(qiáng)的功能和更高的靈活性。擁有規(guī)范的主一主通信協(xié)議以及設(shè)備的連接方式，保證不同廠商此規(guī)范設(shè)備的產(chǎn)品兼容性。 西門(mén)子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介 本研究針對(duì)的是 WINCC 組態(tài)軟 件及 SIMATIC PLC 都是西門(mén)子公司的產(chǎn)品。 (3)編程方便，易于使用。 PLC 軟件上與硬件發(fā)展相似， PLC 的軟件業(yè)取得了巨大的進(jìn)展，大大強(qiáng)化了 PLC 的功能 : PLC 引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，并且根?jù)國(guó)際電器工程委員會(huì)的IEC611313 的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言 ； 小型 PLC 也提供強(qiáng)大的編程指令，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域 ； 高級(jí)語(yǔ)言，如 BASIC， C 在某些控制器模塊中己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，在與外部通信和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性 ； 梯形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的工能塊指令，可以使用戶用簡(jiǎn)單的編程方法實(shí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 4 現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能 ； 診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)功能也從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制器的故障診斷擴(kuò)大到對(duì)所控制的機(jī)器和設(shè)備的診斷 ； 浮點(diǎn)算數(shù)可以進(jìn)行控 制應(yīng)用在計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)等所設(shè)計(jì)的復(fù)雜計(jì)算 ； 數(shù)據(jù)處理指令的到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取的復(fù)雜控制，數(shù)據(jù)采集與處理功能。過(guò) 去， PLC 使用與離散過(guò)程控制，如開(kāi)關(guān)、順序運(yùn)動(dòng)執(zhí)行等場(chǎng)所，但隨著 PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大， PLC 也開(kāi)始進(jìn)入過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。這些早期的控制器滿足了最初的要求，并且打開(kāi)了新的控制技術(shù)發(fā)展得大門(mén)。該設(shè)計(jì)規(guī)格需要固態(tài)系統(tǒng)和電腦技術(shù)，并要求能夠 在工業(yè)環(huán)境中生存，也能夠方便地編程，并且可以重復(fù)使用。如果配置增加可能會(huì)包括一個(gè)操作員界面、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通信模塊、軟件以及一些 可選的特殊功能模塊。通過(guò) PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線連接還可以達(dá) 到 TIA 全集成自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn) ，下面將簡(jiǎn)要介紹一下相關(guān)技術(shù)背景。這樣，現(xiàn)場(chǎng)總線成為當(dāng)今 3C(Computer、 Control、 Communication)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)，也是過(guò)程控制技術(shù)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2 自動(dòng)化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的交匯點(diǎn)，而且是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的集中體現(xiàn)，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到現(xiàn)場(chǎng)的必然結(jié)果。 電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展又給自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)帶來(lái)了深刻的變革。它采用集中管理，分散控制的方法，有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷。采用 單片機(jī)、 PLC 或微機(jī)作為控制器傳輸數(shù)字信號(hào)，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低的缺陷，提高了系統(tǒng)抗干擾能力易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制計(jì)算和判斷。氣動(dòng)控制系統(tǒng)一直沿用到 20 世紀(jì) 60 年代才結(jié)束其主導(dǎo)地位，而目前在類似防爆等特殊場(chǎng)合下仍發(fā)揮著不可替代的作用。 下位機(jī) 采用 Step7 編程軟件，將復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)分解為獨(dú)立的功能塊， 方便了主程序的調(diào)用，也方便了程序的修改 。但在我們國(guó)家，除了一些大中型鍋爐采用了先進(jìn)的控制技術(shù)外，絕大多數(shù)