【正文】 、輻射和對流、對流，主要以輻射為主。 按容量大小可分為：小型鍋爐、中型鍋爐和大型鍋爐。 按燃燒方式分為：沸騰爐、層燃爐和室式爐。 安全附件包括溫度計、水位計、調(diào)節(jié)閥 和壓力表等。 由于自然通風只能克服較小流動阻力，而電廠鍋爐的流動阻力很大，所以電廠鍋爐常采用機械通風。 通風方式：包括自然通風和機械通風。分為旋流燃燒器和直流燃燒器。 爐子是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，將燃料的化學能轉(zhuǎn)換成汽包內(nèi)水分蒸發(fā)的熱能。汽水系統(tǒng)由預(yù)熱設(shè)備（省煤器） 、汽化設(shè)備（由汽包、水冷壁、聯(lián)箱、下降管和連接管組成）和過熱設(shè) 備 （過熱器和再熱器）組成。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 3 第二章 火電廠鍋爐生產(chǎn)工藝 火電廠包括三大系統(tǒng)，分別是燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。 自 上世紀 80年代至 90年代中期 開始 ， PLC得到了 飛 速發(fā)展，在這時期， PLC在模擬量處理、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò) 等方面的 能力得到 了 大 大 提高 。 在我國除了少數(shù)鍋爐采用了先進的控 制技術(shù)，大本分鍋爐還停留在使用儀表和繼電器進行控制，因此鍋爐控制系統(tǒng)的改造具有良好的市場發(fā)展空間和投資前景，值得廣泛關(guān)注。 水質(zhì)不達標，結(jié)水垢嚴重，影響效率。且在用鍋爐大多為使用年限較長的老舊鍋爐，污染重，效率低，節(jié)能潛力巨大。又如對燃煤鍋爐 設(shè)備 進行改進，實行自動控制， 即 在不需人工干預(yù)的情況下，隨時調(diào)整給水量、送風量及引風量、燃料量維持水位、蒸汽溫度 、蒸汽壓力及 爐膛 負壓的恒定，就有 希望 將鍋爐的熱效率提高 5％以上。在千余家鍋爐企業(yè)中具有自行設(shè)計能力的廠家僅百家左右，許多小型企業(yè)存在很多問題、步履維艱，從而轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉。 關(guān)鍵詞： 鍋爐； PLC；組態(tài)王 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） III The Boiler Control System of Thermal Power Plant Based on PLC Abstract The boiler of thermal power plant is the necessary power equipment during the industrial production, boiler system security, stability and efficient operation of power plants is an important task. But boiler thermal efficiency is low。 內(nèi)蒙古科技大學 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 題 目： 基于 PLC 的火電廠 鍋爐控制 系統(tǒng) 設(shè)計 學生姓名： 學 號： 0967112311 專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班 級：測控 093 班 指導(dǎo)教師： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） II 基于 PLC 的火電廠鍋爐控制系統(tǒng) 設(shè)計 摘 要 火電廠鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過程的必要動力設(shè)備，鍋爐系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行是火電廠的重要任務(wù)。最后利用 人機交互界面，實現(xiàn)了密碼登陸，畫面動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)報表的預(yù)覽、打印、保存、刷新和調(diào)入查詢，曲線的更新，畫面報警等功能 ， 可達到 鍋爐控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運行。 由于鍋爐制造廠家太多，導(dǎo)致產(chǎn)品雷同率太大，沒有形成規(guī)模生產(chǎn)。據(jù) 相關(guān)資料統(tǒng)計一臺 10T／ h 的 工業(yè) 鍋爐，效率 如果 能提高 1％，每年 大約 就 可以 省煤 200噸，經(jīng)濟效益是 非常 明顯的。 目前我國在用燃煤鍋爐的煤炭消耗約占煤炭消耗總量的四分之一。 煤質(zhì)不穩(wěn)定，影響鍋爐出力。 節(jié)能監(jiān)管不到位。本文主要介紹 火電廠中基于 PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)控制器采用西門子公司的 S7200，上位機采用研華工業(yè)計算機，在組態(tài)王畫面上對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控、保證各個變量在控制要求內(nèi)，使生產(chǎn)安全、高效運行。 PLC在自動控制 尤其 是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來， 必將 是無法取代 的。 汽鍋是鍋爐的汽水系統(tǒng)，高溫煙氣經(jīng)過受熱面，將熱量傳遞給汽包內(nèi)的溫度較低的水，水被加熱沸騰、汽化蒸發(fā)。 過熱器作用：將飽和蒸汽變成能夠滿足工藝要求的過熱蒸汽。 （ 1）燃燒設(shè) 備 燃燒器作用：將一次風（攜帶煤粉）和二次風（助燃）送進爐膛，組織具有一定結(jié)構(gòu)的氣流使煤粉穩(wěn)定、迅速著火，使空氣和煤粉合理混合，保證煤粉的完全燃燒。 （ 2）風煙系統(tǒng) 通風的任務(wù)：提供鍋爐燃燒需要的空氣并把燃燒產(chǎn)生的煙氣排出，保證正常燃燒。目前主要有三種通風方式即負壓通風、平衡通風和正壓通風。 空氣預(yù)熱器的作用：降低煙氣溫度、節(jié)省燃料，改善燃燒條件、降低燃燒損失，節(jié)約金屬、降低造價。 按照功能分為：開水鍋爐、蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、熱風鍋爐和導(dǎo)熱油鍋爐。 按出口蒸汽壓力分為：低壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力和超超臨界壓力。 鍋爐的工藝流程簡介 鍋爐的工作過程包括燃料燃燒過程、爐與汽包的傳熱過程、水的加熱蒸發(fā)過程。 圖 汽包系統(tǒng)流程圖 爐子的 工作過程：原煤經(jīng)磨煤機后變成煤粉，外界冷的空氣由送風機送入空氣管道，經(jīng)空氣預(yù)熱器后成為熱空氣，在制粉過程中需要一部分熱空氣對煤進行干燥處理，其余熱空氣直接與煤粉成一定比例進入爐膛參與燃燒。 （ 1） 鍋爐的經(jīng)濟性指標 1． 受熱面的蒸發(fā)率：每平方米受熱面一小時生產(chǎn)的蒸汽量，單位 Kg/m2 （ 2） 鍋爐的安全性指標 鍋爐連續(xù)運行的小時數(shù)：鍋爐兩次被迫停止運行的時間間隔。 與單片機和虛擬儀器相比， PLC 不僅可靠性和自動化程度高，抗干擾能力強，而且程序設(shè)計簡單、維護方便，除了能夠完成簡單的邏輯控制，還可以通過功能模塊和功能指令完成復(fù)雜的模擬量控制，對操作人員的要求較低，應(yīng)用在控制要求較高的大中型設(shè)備中。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 上 位 機P L C爐 排 變 頻 器 引 風 變 頻 器 給 水 變 頻 器 鼓 風 變 頻 器爐 排 電 機 鼓 風 電 機水 泵 電 機引 鳳 電 機A / D轉(zhuǎn) 換爐 膛 壓 力過 熱 器 溫 度汽 包 水 位爐 膛 溫 度 圖 鍋爐控制系統(tǒng)原理圖 鍋爐控制過程 鍋爐控制過程主要包括爐膛溫度控制、汽包水位控制、爐膛壓力控制、過熱器溫度控制。 過熱器溫度控制系統(tǒng)：使過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，滿足生產(chǎn)工藝的要求[3]。 爐 膛 溫 度調(diào) 節(jié) 器煤 粉 流 量調(diào) 節(jié) 器煤 粉 流 量調(diào) 節(jié) 閥煤 粉 管 道 爐 膛 空 氣 流 量變 送 器K空 氣 流 量調(diào) 節(jié) 器煤 氣 流 量變 送 器爐 膛 溫 度變 送 器空 氣 管 道空 氣 流 量調(diào) 節(jié) 閥設(shè) 定 溫 度 T實 際測 量溫 度值 圖 爐溫控制系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)以爐膛溫度控制和煤粉流量控制構(gòu)成串級回路，其中的溫度控制為主環(huán)，煤粉流量控制為副環(huán)，爐膛實際測得的溫度作為反饋信號與設(shè)定值進行較得出偏差，溫度調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號對煤粉流量進行控制，這樣外環(huán)溫控回路 根據(jù)爐溫進行調(diào)節(jié)，內(nèi)環(huán)可以快速相應(yīng)溫度變化，實現(xiàn)對爐溫的精確控制。蒸汽用量突然加大時，蒸汽壓力會瞬間下降，水 沸騰加劇，汽包水的表面和底部汽泡量會迅速增加，由于汽包的體積比水的體積大很多倍，會出現(xiàn)汽包水位升高的假象。該系統(tǒng)的控制框圖如圖 所示。 主調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定值和反饋信號的偏差產(chǎn)生動作，而副回路抗干擾能力很強，可以及時克服來自水流量方面的干擾，從而提高液位控制精度，通常情況下蒸汽信號和水流量信號作用相反，當出現(xiàn)假水位情況，蒸汽信號會起到補償作用，從而保證液位穩(wěn)定在內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 允許的變化范圍內(nèi)。對過熱器的要求有質(zhì)與量兩個方面：質(zhì)包括壓力和溫度參數(shù)及潔凈度，量指流量?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖 所示。對爐壓的控制采用 前饋 反饋 控制如圖 所示。 2． 由于反饋回路的存在，降低了對前饋控制模型的要求，為工程上實現(xiàn)比較簡單 的通用模型創(chuàng)造了條件。 溫度是生產(chǎn)過程中較為常見的參數(shù)之一，保持溫度在一定范圍內(nèi)也是進行安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)的重要任務(wù)之一，溫度檢測元件按照與被測介質(zhì)的接觸方式可以分為接觸式和非接觸式。 常用的溫度檢測儀表如表 。流量檢測一般有體積流量檢測和質(zhì)量流量檢測兩種方法，體積流量檢測包括容積法和速度法，容積法是用單位時間內(nèi)排出流動介質(zhì)的固定容積數(shù)來計算流量。基于這種檢測方法 的儀表有差壓式流量計、轉(zhuǎn)子式流量計 和 超聲波式流量計等。 節(jié) 流 裝 置q v P 1 p 2引 壓 導(dǎo) 管P 1 p 2差 壓 變 送 器I o 圖 差壓式流量計組成框圖 差壓式流量計的檢測原理是：當流動 介質(zhì)經(jīng)過節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置前后會產(chǎn)生壓力差，通過壓力差可得被測介質(zhì)的流量。為了使變送器輸出的電信號與流量成正比例關(guān)系，必須加一個開方器 [9]。 （ 2） 差壓水位計：將變動水位與恒定水位的差壓值轉(zhuǎn)換成水位值，再通過差壓 變送器轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電信號。它克服了汽包的壓力的變化對測量的影響，一般用于鍋爐的啟停和參數(shù)變化過程中。差壓式水位計適用于系統(tǒng)穩(wěn)定運行時參數(shù)的顯示，電極式水位計一般應(yīng)用在鍋爐變參數(shù)運行過程中，精度很高。 根據(jù)要求我們選擇 LUGB99 型渦街 流量計 ，它 是一種新型振動式 流量計 ，具有壓損小、準確度高 、 性能穩(wěn)定、測量范圍廣等優(yōu)點 ，主要 應(yīng)用于管道中蒸汽、汽體和液體介質(zhì)流量的測量。 LUGB99 型 流量計 不僅可以 檢測液體流量 還可以 檢測蒸汽流量， 所以在本設(shè)計中我們也選擇它對蒸汽流量進行檢測 。常見的電氣式壓力檢測儀表有壓電式壓力檢測儀表和電阻式壓力檢測儀表。 執(zhí)行機構(gòu)包括液動執(zhí)行機構(gòu)、電動執(zhí)行機構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 18 調(diào)節(jié)機構(gòu)在執(zhí)行機構(gòu)輸出力矩作用下，阻力系數(shù)發(fā)生改變，從而改變被控介質(zhì)流量，達到調(diào)節(jié)工藝變量的目標。 2．氣開、氣閉形式的選擇 由于執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機構(gòu)有正裝、反裝兩種形式，執(zhí)行機構(gòu)有正和反兩種作用方式，通過四種組合方式可以實現(xiàn)執(zhí)行器氣開和氣關(guān)調(diào)節(jié)。對于爐膛而言，當信號中斷時，應(yīng)該保證煤粉和空氣閥門全部關(guān)閉，使鍋爐不會因高溫而發(fā)生事故，所以煤粉和空氣選擇氣開式執(zhí)行器。 具有及時迅速，存在余差等特點。 控制規(guī)律選擇的一般原則： （ 1） 廣義控制通道時間較長時需要引入微分調(diào)節(jié)。不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時選用 PI 調(diào)節(jié)。爐壓調(diào)節(jié)器采用反作用 調(diào)節(jié) 方式，過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器采用 反作用調(diào)節(jié)方式。 另外在 EM235 擴展模塊中， D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換器位數(shù)都是 12 位，模擬量的輸出和輸入有很多種量程，如 0～ 20mA， 0～ 10V， 0～ 100mV， 0～ 5V，等等，并且有 0～ 10D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換單元 [15]， 如圖 所示。 （ 2） 輸入 /輸出性質(zhì)及點數(shù)要求。 CPU224 不僅具有 2560 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，而且還有 4096 字節(jié)的程序存儲器，可滿足設(shè)計要求 [16]。 根據(jù)控制要求，確定輸入、輸出設(shè)備。 調(diào)試即對模擬調(diào)試過的程序進行在線調(diào)試 。 接 P L C 轉(zhuǎn) 速輸 出2 0 92 0 7A I1A G N DA G N DA O 1A G N D+ 2 4 VD C O M 1D I1D C O M 2R O 1 CA O 1 A2367891 01 11 61 71 82 0 5S A 4 1S A 4 32 1 114 9變 頻 器 轉(zhuǎn)速 輸 出1 9 71 9 92 0 12 0 3報 警 輸 出 圖 變頻器接線圖 Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言 ，通過此協(xié)議，控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）和其他設(shè)備之間可以通信 。 控制器 能設(shè)置為兩種傳 輸模式（ ASCII或 RTU）中的任何一種在標準的 Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 24 S7200 系列 PLC 核心是 CPU224， 還具有 EM23 EM23 EM235 三種規(guī)格的模擬量輸出輸入模塊。具有語法檢查功能，方便進行梯形圖編寫程序的修改，還具有文檔管理和加密等功能 [21]， 編程主界面如圖 所示。 系統(tǒng)主流程圖如圖 所示。判斷爐壓是否設(shè)定，若已經(jīng)設(shè)定則進入 PID 調(diào)解，沒有設(shè)定則對其進行設(shè)定，如果采用手動方式運行，則直接啟動引風機、鼓風機和爐排，無故障后判斷運行是否正 常，正常則進行內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 29 PID 調(diào)節(jié)，不正常立刻停止運行 [23]。 通信控制流程設(shè)計過程中， S7200CPU 從通訊端口 0 接受字符串，使用 RCV（接收）指令和接收完成中斷接收數(shù)據(jù)，以自定義協(xié)議來實現(xiàn)計