【正文】 of the calculator software in this time design, a process for detailedly introducing industry a software GENIE software. Whole report is divided into eight parts totally, the description that proceeded to the tiny machine DDC control system of the industry boiler more pletely 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 3 摘要 我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC控制系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)狀，由于我國(guó)的整個(gè)鍋爐生產(chǎn)技術(shù)水平還比較落后，所以我國(guó)燃燒供熱所用的鍋爐的燃燒效率還相當(dāng)?shù)?，而且也使得鍋爐的燃燒不充分，而造成大氣污染加重，所以這就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高。 為了進(jìn)一步模擬鍋爐的微機(jī)控 DDC制系統(tǒng)我們?cè)趫?bào)告中的第六章的硬件選型中，對(duì)鍋爐的 控制系統(tǒng)所需的元件也進(jìn)行了選擇，比如傳感器，變送器，控制器，執(zhí)行器，變頻器，以及各種模塊等等。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需氣使非常大的，然而我國(guó)的能延齡用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，有這極為重要 的實(shí)際意義。 鍋爐的發(fā)展 鍋爐向兩個(gè)發(fā)展方向的過程和結(jié)構(gòu)形式演變。鍋爐四周又被作為輻射受熱面的筒壁所圍住，所以爐內(nèi)溫度較低，燃燒條件較差，難于燃用低質(zhì)煤。后來，進(jìn)一步發(fā)展增加圓筒數(shù) 目減小效圓筒直徑以至于鋼管取代圓筒的做法，有利于蒸汽參數(shù)的提高和傳熱的改善。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不同，工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣，因此所需的鍋爐容量，蒸汽參數(shù)，結(jié)構(gòu)，性能方面也不 相同。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn)步的今天，國(guó)家要求工農(nóng)業(yè)每年總產(chǎn)值翻兩番，但能源只能翻一番，這就要求通過節(jié)能措施，以提高能源的有效利用，有效的彌補(bǔ)設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 6能源供應(yīng)方面的缺口，這是一迫切的任務(wù)。 鍋爐的主要設(shè)備： 氣鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。過熱器一般都裝在爐膛出口。用它來供應(yīng)燃料所需的空氣。還有用來消除受熱面上積灰以利用傳熱的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。鍋爐工作時(shí)氣鍋的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽，水混合物。 煙氣向水的傳熱過程： 由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上，都布置一排水管，俗稱水冷壁。 ② 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行過程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。 第三種是智能儀表控制，以單（雙）回路可編程控制器為主，以 PC 機(jī)為上位機(jī)，彼此間采用 RS232 相連，它可以接受多路模擬量及開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、控制、通信及故障診斷功能，出于危險(xiǎn)分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關(guān)量輸入，但只有一（二）路采用 4～ 20mA直接信號(hào)輸出，即原則上只控制一（二）個(gè)執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合合作，它作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物 。 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)，一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開度作為前饋量構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng)。 一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題。其方框圖如圖 ： 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，對(duì)象被分為主對(duì)象 GP1與副對(duì)象 GP2兩部分。 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè) 副回路，所以具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)。 ③ 用于克服對(duì)象的非線性。 ② 主 副控制器控制規(guī)律的選擇。 所謂頻繁，是指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多。（代數(shù)和）我們通常將前饋控制與反饋控制（如圖 ）相結(jié)合起來，其優(yōu)點(diǎn)如下： a. 在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控 制，可以大大簡(jiǎn)化前饋控制系統(tǒng)，只須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，而對(duì)其他許多次要的干擾，可依靠反饋予以克服，這樣既保證了精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。此外，由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定值，這樣便降低了對(duì)閥門特性的要求。因此 ,確定合適的采樣周期和 A/D、 D/A、轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)是提高系統(tǒng)控制精確 ,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵 。 對(duì)空氣和燃料的控制 : 鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后 ,注入鍋爐內(nèi) ,在進(jìn)水管道內(nèi) ,用一流量傳感器檢測(cè)到流量信號(hào)后 ,經(jīng)流量變松器把流量信號(hào) 這一物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) ,送入儀表、運(yùn)算器、調(diào)節(jié)器中 ,其中為了使儀表的輸出信號(hào)同流量信號(hào)呈線形關(guān)系 ,我們?cè)谥虚g加入一個(gè)開方器 ,同時(shí) ,在進(jìn)水端檢測(cè)出它的進(jìn)水溫度 (預(yù)熱后 ),送給調(diào)節(jié)器 ,然后 ,再從出水端檢測(cè)出出水溫度 ,也送給調(diào)節(jié)器 .在這一調(diào)節(jié)器中 ,用一減法器計(jì)算出溫度 ,將前面所測(cè)得的流量乘以 (乘法器 )溫差 ,即可求得進(jìn)水管道中所注入的水所需的熱量 .而出口測(cè)的熱水溫度信號(hào)送給溫度調(diào)節(jié)電路 ,溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工設(shè)定值水平 SP 之間進(jìn)行控制計(jì)算 ,將輸出信號(hào)作為結(jié)果輸出 ,將前面原料加熱所需要的熱量加到該輸出 信號(hào)中 ,作為燃料流量的設(shè)定值 ,與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測(cè)出此時(shí)燃料的流量值 ,做一差值計(jì)算 ,從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的大小 ,進(jìn)而進(jìn)行熱量控制 . 燃燒雙交叉控制 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC控制系統(tǒng)的雙交叉控制原理圖如附圖（二）所示 雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達(dá)到燃燒時(shí)始終維持低過?？諝庀禂?shù)，從而保證了較高的燃燒效率，同時(shí)減少了排煙對(duì)環(huán)境的污染?？諝馓崃亢?，（ FA/F6K5）值增加，使 I0′小于（ FA/K6K5+K1）， LSE1 讓信號(hào) I0′通過， I0′加到 FIC1 之后，燃料流量才提量。 3） 當(dāng)負(fù)荷大幅度增（減）時(shí)， I0變化幅度很大，為了避免空氣量或燃料 量先行提（減）量過大，分別設(shè)置了 HSE1與 LSE2 模塊相應(yīng)完成 K2與 +K4運(yùn)算模塊。 2）氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 氣壓調(diào)節(jié)回路包括兩個(gè)副回路及燃燒量調(diào)節(jié)接送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。減溫水的變化會(huì)導(dǎo)致過蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包水位等變化，所以鍋爐控制是一個(gè)極為復(fù)雜的過程。當(dāng)然也要考慮到系統(tǒng)的快速性，所以希望用前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這三個(gè)控制子回路組成了一個(gè)不可分割的整體，統(tǒng)稱為鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，共同保證鍋爐運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。 傳感器的簡(jiǎn)介 傳感器不但對(duì)被測(cè)信號(hào)敏感，而且具有把它對(duì)被測(cè)變量的響應(yīng)送出去的功能。近年來利用光纖傳送信號(hào)信息的傳感器正在發(fā)展，其抗干擾、防爆、快速性都有突出的優(yōu)點(diǎn)。 溫度傳感器 溫度傳感器我們主要把它分為兩類：熱電阻傳感器、熱電偶傳感器 ① 電阻式傳感器 原理：熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻率隨溫度而變化這一物理量現(xiàn)象來測(cè)量溫度的。 2） 、電阻溫度系數(shù)大，便于精確測(cè)量。電路圖如圖 所 示： ② 熱電偶式傳感器 1) 熱電偶式傳感器的原理： 將兩種不同的成分的導(dǎo)體組成一個(gè) 閉和回路 ,見圖（ ） .當(dāng)閉和回路的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于不同的溫度場(chǎng)中時(shí) ,回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì) .該電動(dòng)勢(shì)的大小和方向 ,與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān) .這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng) ,兩種導(dǎo)體組成的回路稱為熱電偶 ,將這兩種導(dǎo)體稱為熱電極 ,產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電動(dòng)勢(shì) ,熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn) ,一個(gè)稱為工作端或熱端 ,另一個(gè)稱為自由端或冷端。這樣，導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生了一個(gè)由熱端指向冷端指向的靜電場(chǎng)。它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極為鎳硅。 計(jì)算 修正法。放大器把 Z和 Z1 的差值放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào) 。熱電阻溫度變送器：它也是與各種測(cè)溫?zé)犭娮枧浜鲜褂?，并將溫度信?hào)變換成為電信號(hào)。 變送器的選擇 對(duì)變送器的選擇應(yīng)考慮如下幾方面：技術(shù)性能、量程、防腐材料。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 29 ② 防腐材料的選擇 選擇變送器接觸介質(zhì)部分的材料是一個(gè)很重要的問題，材質(zhì)選得合適，儀表可以經(jīng)久耐用，否則儀表用不了多長(zhǎng)時(shí)間就要損壞，但防腐材料的選擇十分復(fù)雜，同一種介質(zhì)，不同的濃度，不同的溫度，對(duì)材料的腐蝕程度是不一樣的。巡檢到了，并無異常情況時(shí)，就把牌子的指針撥動(dòng)一個(gè)位置。時(shí)間的長(zhǎng)短，決定于變送器的質(zhì)量和所處的位置。不管是集中供風(fēng)，還是每臺(tái) 變送器單獨(dú)供風(fēng)，空氣過濾器上的排污閥要經(jīng)常排放，梅雨季節(jié)要每天排放。對(duì)于責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)的儀表，必須按一定的路線每天 至少巡回檢查一次。 量程比是指變送器最大測(cè)量范圍和最小測(cè)量范圍之比，它是變送器的一個(gè)重要指標(biāo)。低頻位移檢測(cè)放大 器的輸出電流 I反映了所測(cè)大小。 敏 感 元 件 輸 入 回 路 放 大 器反 饋 回 路T i X i V i+V fεI 0溫 度 變 送 器圖 6 . 6 溫 度 變 送 器 構(gòu) 成 方 框 圖 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 28溫度變送器分兩大類，熱電偶溫度變送器：它是與各種熱電偶配合使用，可以將溫度信號(hào)變換成比例的 420 電流信號(hào)和 15 電壓信號(hào) 。中間模擬量 z 可以是電壓、電流、位移和作用力等物理量。這樣我們就需要進(jìn)行一些補(bǔ)償措施： 溫法。要求在規(guī)定的緯度測(cè)量范圍列使用時(shí)不產(chǎn)身真發(fā)現(xiàn)象 ,有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 ,抗氧化和抗還原性能 . b、種類 我國(guó)生產(chǎn)的符號(hào) IEC標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶有六種： 鉑銠 30— 鉑銠 6 熱電偶 鉑銠 10— 鉑 熱電偶 鎳鉻 — 鎳硅 熱電偶 鎳鎳鉻 — 康銅 熱電偶 康銅 熱電偶 銅 — 康銅 熱電偶 我們經(jīng)過 充分考慮決定選用鎳鉻 — 鎳硅 熱電偶。接觸電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的材料、接點(diǎn)的溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的直徑、長(zhǎng)度及幾何形狀無關(guān)，對(duì)與溫度分別為 t和 0t 的兩接點(diǎn)，可得到下列接觸電動(dòng)勢(shì)公式： 000 )()(BtAtABBtAtAB UUte UUte ?? ?? 式 () 式中， )(),( 0tete ABAB 為導(dǎo)體 A、 B在接點(diǎn)溫度為 t、 0t 式形成的電動(dòng)勢(shì)， 0, AtAtUU 分別為導(dǎo)體 A在接點(diǎn)溫度為 t、 0t 式的電壓； 0, AtAtUU 分別為導(dǎo)體 B在接點(diǎn)溫度為 t、 0t 式的電壓。 工業(yè)上測(cè)溫我們通常用鉑電阻作為敏感元件，測(cè)量電路用的較多的是電橋電路。鉑電阻式的結(jié)構(gòu)如圖（ ）所示。 ⑤ 接觸式及非接觸式。 由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 22第六章 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng)的硬件選型 傳感器的選型 傳感器是一種能將與待測(cè)量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。鼓風(fēng)量的變化產(chǎn)生不同的風(fēng)煤比和相應(yīng)的燃燒狀況，表現(xiàn)出不同的爐膛溫度，并決定爐膛損失的大小，直接決定著鍋爐 能否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 其次，是燃燒過程的控制，因?yàn)槿細(xì)饬渴请S負(fù)荷而變化的，有因?yàn)榭紤]到煙到中過?？諝饬?，當(dāng)過?？諝饬窟^大時(shí)，需要使燃?xì)夂涂諝獾牧壳‘?dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。其輸入變量與輸出變量之間存在著相互關(guān)聯(lián)。 雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，有較好的爐溫控制品質(zhì)，而且負(fù)荷增、減時(shí)，都能防止煙囪冒黑煙，當(dāng)負(fù)荷大幅度變化時(shí)，也能防止空氣大量過剩，α值過大。當(dāng)燃料流量減少后，（此時(shí)燃料流量為 FF″），使（ FF″ K3）小于 I0″，I0″通過 HSE2加到 FIC2，此時(shí)才是空氣流量相應(yīng)地減少，可見設(shè)置 HSE2 是保證附和減少時(shí)，燃料先行減量，而后空氣再減量，這是為了在減量過程中避免煙囪冒黑煙。 ② 負(fù)荷在正常范圍波動(dòng)時(shí)： 1） 當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐溫下降，主控制信號(hào) I0增加（記為 I0′），此時(shí) I0′通過 HSE1，但不通過 LSE1，此時(shí)通過 LSE1的信號(hào)為（ FA/F6K5+K1），由于空氣流量信號(hào) FA尚未增加，所以燃料量暫時(shí)還不能增加。輸送至爐排執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)，通過變頻器來改變進(jìn)入鍋爐的燃料量，輸送至給水執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變給水調(diào)節(jié)閥門的位置，從而改變進(jìn)入鍋爐的給水量，輸送至送風(fēng) 至送風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或變頻調(diào)速裝置）改變送風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開度（調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速），從而改變進(jìn)入鍋爐的送風(fēng)量，輸送至引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻調(diào)速電機(jī)）的調(diào)節(jié)信號(hào)通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻調(diào)速電機(jī)）改變引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)板或碟閥（調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速），從而改變鍋爐輸出的煙汽流量，使?fàn)t膛煙壓保持相應(yīng)的負(fù)值。 圖 直接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 17 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 (圖 ),先由測(cè)量變送器測(cè)取工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù) ,經(jīng)過輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào) ,計(jì)算機(jī)根據(jù)確定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算 ,并發(fā)出信號(hào) ,再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器 . DDC系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制 ,而且通過采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制 .另外 ,DDC系統(tǒng)只要改變程 序