【正文】 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄 I 35 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄 I 36 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 附錄 I 37 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 致謝 38 致 謝 歷經(jīng)兩個多月 的 時間，在老師和同學(xué)的幫助下，我的畢業(yè)論文終于順利地完成了。在此，我再說一 聲 謝謝！謝謝大家?。?！ 由于設(shè)計經(jīng)驗的缺乏，論文中難免出現(xiàn)一些錯誤，希望各位老師批評指正。本文通過設(shè)計的四個調(diào)節(jié)回路，熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機后壓力（泄放）調(diào)節(jié)，運用 PID 調(diào)節(jié)和 PLC 控制，對涉及到煤氣加壓過程中的流量、壓力、溫度等各參數(shù)進行了調(diào)節(jié)，達到了控制目的，取得了良好的效果。 由 PLC 控制煤攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢 27 氣加壓風(fēng)機轉(zhuǎn)速，增加熱值儀設(shè)備，采用串級比例調(diào)節(jié)高爐、焦?fàn)t煤氣配比。 改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢 為滿足加壓機系統(tǒng)控制要求，克服現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足，采用 PLC 系統(tǒng)對原檢測控制系統(tǒng)進行改造。由于動作快，能夠使壓力迅速降下來，保證了用戶氣源壓力的穩(wěn)定，避免了加壓機出現(xiàn)踹振的問題。另外，加壓站都安裝有變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器 的頻率使得加壓機的轉(zhuǎn)速改變，從而達到調(diào)節(jié)壓力的目的，最終使混合煤氣的壓力符合用戶的要求。因此 ，在本系統(tǒng)中專門設(shè)置了閥門控制器，模擬了閥門的流量特性曲線，在不同的閥門開度范圍里，用不同的參數(shù)來修正控制量的數(shù)值。另外，兩臺電動調(diào)節(jié)閥為蝶閥，可以手動或自動調(diào)節(jié)，增強了調(diào)節(jié)的靈活性和準(zhǔn)確度。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示： R=ρL / S 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 19 式中： ρ —— 金屬導(dǎo) 體的電阻率（ Ω 。 電阻溫度檢測器精度高、性能穩(wěn)定、配置多樣化，但不耐高溫，價格偏貴。 高過載能力，內(nèi)置制動單元。 變頻器、電機過熱保護。 柔性 PWM,實現(xiàn)更低噪音運行。 變頻器有很多種類，根據(jù)系統(tǒng)需要，選擇風(fēng)機水泵類變頻器系列 西門子 G150系列。如圖所示。它具有使用可靠性高、維修方便、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。 （ 3）軸承型式：滑動軸承、強制潤滑。 轉(zhuǎn)子由主軸、四級葉輪、軸套等組成。 綜上所述，我們選擇 CPU 224， EM235 模擬量輸入和 EM235 模擬量輸出。 PLC 的選型 I/O 口地址的分配 （ 1）輸入輸出信號的分析 根據(jù)上述設(shè)計方案，本次設(shè)計的模擬量輸入信號：高爐煤氣的流量、焦?fàn)t煤氣的流量、混合煤氣的溫度、混合煤氣的壓力、 CO 的濃度。 蝶閥的設(shè)計 由于混合煤氣加壓過程復(fù)雜、氣源壓力波動范圍大、加壓機轉(zhuǎn)速的改變、蝶閥開度的調(diào)節(jié)都將影響煤氣的壓力 。我們把其值設(shè)定的比壓力變頻調(diào)節(jié)的值稍高一些，為 14Kpa。 PID 調(diào)節(jié)是比例、微分、積分調(diào)節(jié)的縮寫，其廣泛應(yīng)用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中。 混壓調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)混壓調(diào)節(jié)回路時，由于我們設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)值，如果壓力值過高或過低，通過變送器的檢測，繼而使調(diào)節(jié)器動作，通過控制 閥門的開度，來保證壓力的穩(wěn)定，另一方面壓力變送器又將檢測結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，從而達到對壓力的調(diào)節(jié)，最終使混合煤氣的加壓壓力達到一個穩(wěn)定的值。通過串級熱值調(diào)節(jié)回路的控制，最終使高、焦煤氣的配比達到規(guī)定的值。 熱值調(diào)節(jié)回路如圖 所示： 圖 熱值調(diào)節(jié)原理框圖 該控制原理能達到三個效果：第一，使焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量適中，不至于過大或過小，從而使高、 焦配比值穩(wěn)定在一個小范圍；第二，使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)。 圖 煤氣加壓系統(tǒng)控制框圖 本次控制系統(tǒng)主要包含以下四個調(diào)節(jié)回路：熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機后壓力（泄放）調(diào)節(jié)。 在加壓機的運行過程中，當(dāng)混合煤氣的流量減小到某個值（喘振工況）時，這時，加壓機的出口壓力會大幅度降低，但是整個煤氣管網(wǎng)中的壓力不會一下子就跟著減小，也就是出現(xiàn)了一邊壓力大，一邊壓力小這種壓力不平衡的情況，管網(wǎng)中壓力較大的氣體就會倒流到加壓機，直到管網(wǎng)中的壓力和加壓機出口壓力相等時，才停止倒流。 首先，從煤氣站供出的高爐煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分三個支管分別送入三個蝶閥前，然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入加壓機，通過加壓機的加壓后，三個壓力指示表顯示其壓力；焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分兩個支管分別送入兩個蝶閥前，然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入擠壓機，通過加壓機的加壓后，兩個壓力指示表顯示其壓力，這時經(jīng)過加壓后的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣按一定流量比值（ 4:1）混合，通過流量、壓力，溫度等在線儀表的檢測后，最終輸送給用戶符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的混合煤氣。為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度， 降低生產(chǎn)成本， 越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對傳統(tǒng)老式 的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng) 進行技術(shù)改造，取得了良好的效果。 煤氣既符合中國能源安全戰(zhàn)略和環(huán)保政策 的要求 ，又符合相關(guān)燃耗企業(yè)的利益要求，得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機械、化工等燃耗 較大的廣泛應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 煤氣加壓站，閉環(huán)控制， PLC， PID，變頻器 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT II ABSTRACT Production and processing of gas pression process is an important link in the extensive use of gas as a heat source of the occasion, because the production is extremely unstable conditions likely to cause frequent fluctuations in gas consumption dramatically, and because the gas supply pipe work39。該系統(tǒng)具有操作簡單、運行良好、抗干擾能力強、編程簡單、控制精度高的特點，在實際運用中，達到了良好效果。所以， 作為直接燃料應(yīng)用 的 煤炭又受到國家 的 嚴(yán)格控制。所以，在控制過程中，采用 PLC 對煤氣加壓機進行控制，它較好的解決了加壓不穩(wěn)定、設(shè)備工作效率低等一系列問題。整個加壓系統(tǒng)為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的混合加壓 系統(tǒng)。這也就是煤氣混合加壓站經(jīng)常出現(xiàn)各種不穩(wěn)定狀況的根本原因之所在。如圖所示。本次設(shè)計，按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以 和 作為輸出信號的上、下限值。流量調(diào)節(jié)是這一回路的關(guān)鍵。和熱值調(diào)節(jié)回路一樣，本回路也采用了一臺調(diào)節(jié)器控制兩臺電動閥的方式，減少了其它無關(guān)因素的干擾。 在這一回路中，我們加入了 PID 調(diào)節(jié)器。本設(shè)計回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 綜上所述，通過此回路的調(diào)節(jié)，使得加壓機的轉(zhuǎn)速不會過高，避免出現(xiàn)加壓機的“踹振”現(xiàn)象，延長了加壓機的使用壽命。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本次 控制系統(tǒng) 設(shè)計中硬件包括 PLC、加壓 機、變頻器、變送器、傳感器等部分 。 （ 3） CPU 224 有 14 輸入 10 輸出，有 7 個擴展模塊，內(nèi)置時鐘，擁有模擬量處理和高速計數(shù)處理的能力，是 S7200 系列中使用最多的產(chǎn)品 （ 4） CPU 224XP 是最新推出的一款實用機型，最大的不同是主機上增加了 2輸入 1 輸出的模擬量單元和一個通信口，適合有少 量模擬信號的系統(tǒng)中使用 （ 5） CPU226 有 24 輸入 16 輸出，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強，用于點數(shù)較多，要求較高的小型和中型控制系統(tǒng)。風(fēng)機進出口方向均向下。 （ 2）連接方式：膜片聯(lián)軸器連接。 差壓流量計是由一次檢測元件和二次顯示裝置構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于氣體、液體流量檢測的一種裝置。執(zhí)行器是由執(zhí)行過程和調(diào)節(jié)閥組成的，執(zhí)行閥和調(diào)節(jié)機構(gòu)都有正反作用兩種作用，因而氣動調(diào)節(jié)閥也有氣開和氣關(guān)兩種形式。由于 異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速略低一些，所以當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速可調(diào)時，異步電動機的轉(zhuǎn)速同樣可調(diào)，變頻器也就是改變電流 f 的頻率，達到改變電動機轉(zhuǎn)速的效果。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)硬件設(shè)計 18 熱電偶應(yīng)用廣泛，堅固耐用，價格便宜，但精度低，響應(yīng)速度慢，在高溫下易老化。 壓力傳感器工作原理 ： 1 、應(yīng)變片壓力傳感器原理 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 這一回路以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，還加入了高焦煤氣量單交叉限幅調(diào)節(jié)，這樣一來一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高、焦配比值在小范圍內(nèi)波動；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。為此就必須有專門來進行閥位的修正。 其控制流程圖如圖所示： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 圖 PID調(diào)節(jié)流程圖 根據(jù)能量守恒定律可得，混合煤氣的熱值計算公式： 式中： R煤氣熱值 Q煤氣流量 下標(biāo)符號： 1焦?fàn)t煤氣 2高爐煤氣 3混合煤氣 按照煤氣混合加壓的工藝流程圖，高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道分別裝設(shè)有蝶閥，通過控制這幾道蝶閥來調(diào)節(jié)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣之間的流量比值，然后由加壓機給其加壓。一般情況下，變頻器負(fù)責(zé)系統(tǒng)全部的調(diào)節(jié)，而調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉的狀態(tài)，當(dāng)用戶流量突然減小，造成出口壓力驟然升高，變頻器的調(diào)節(jié)速度不足以使出口壓力迅速降低時，調(diào)節(jié)閥立即參與調(diào)節(jié)。 各項 歷史 工藝參數(shù)，無法 準(zhǔn)確 分析機組的運行方式是否經(jīng)濟， 不利于排查故障原因 。在新系統(tǒng)中我們將系統(tǒng)涉及到的模擬量全部輸入到 PLC 可編程控制器，下端還是保留原來的儀控系統(tǒng)，使系統(tǒng)成為一個電氣、儀表、 PLC 及計算機等設(shè)備組成的分布式集中控制系統(tǒng)。 由于氣體的流動會引起壓 力差的變化，這必然會導(dǎo)致高、焦煤氣流量的變化，繼而導(dǎo)致混合煤氣熱值和壓力的波動。 另外，我還要感謝那些曾 經(jīng)教過我 的每一位老師，是你們教給 我專業(yè)知識。在論文的寫作過程中，遇到了無數(shù)的困難和阻礙，如果沒有老師和同學(xué)的幫助，我是不可能完成這次 畢業(yè) 論文的。為了得到滿足生產(chǎn) 要求的混合煤氣，我們必須對高爐和焦?fàn)t的即時壓力、加壓后的壓力，混合煤氣即時流量等