【正文】 SWm+ Q ( s )U ( s )X ( s ) E ( S ) Y ( s ) 圖 24 單回路控制系統(tǒng)框圖 其中 Wc )(S — 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； Wv )(S — 調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)； Wo )(S — 被控過程的傳遞函數(shù)； Wm )(S — 測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)。 12 智能儀表 概述 及選型 智能式儀表是以微處理器為中央控制單元 ,能完成物理信號(hào)的輸入輸出、信號(hào)轉(zhuǎn)換和計(jì)算控制等功能 ,并可與外界通訊的儀器儀表。STS2102 智能通訊器也可方便地用于 Honeywell 系列儀表的組態(tài)和調(diào)試。 d)智能儀表的精度考慮。 2) 技術(shù)要求 采用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)，可保證全量程不超差，長期運(yùn)行五時(shí)漂、零漂 ； 嚴(yán)格按 ISO90021 認(rèn)證的工藝生產(chǎn)，可保證長期無故障運(yùn)行，平均可利用率達(dá)%； 信號(hào)輸入、控制輸出，全部采用軟件調(diào)試 ； 輸入分度號(hào)、輸出參數(shù)、控制算法按鍵可設(shè)定 ； 14 萬能輸入信號(hào) ； 只需做相 應(yīng)的按鍵設(shè)置和硬件跳線 ，即可在一下所有輸入信號(hào)之間任意切換，即設(shè)即用 ； 熱電阻： Pt100、 、 Cu50、 Cu100、 Pt10； 熱電偶： K、 E、 S、 B、 T、 R、 N； 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)： 0～ 10mA、 4～ 20mA、 0～ 5V、 1～ 5V； 霍爾傳感器： mA 輸入信號(hào)， 0～ 5V 以內(nèi)任意信號(hào)按鍵即設(shè)即用。 5) 專家子整定算法 獨(dú)特的 PID參數(shù)專家自整定算法，將先進(jìn)的控制理論和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，使得本公司的 PID調(diào)節(jié)器可適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)一階慣性負(fù)載，二階慣性負(fù)載，三階慣性負(fù)載，一階慣性加純滯后負(fù)載，二階慣性加純滯后負(fù)載，三階慣性加純滯后負(fù)載，這 6 種有代表性的典型負(fù)載的全參數(shù)測(cè)量表明， PID 參數(shù)專家自整定的成功率達(dá) 95%以上。在測(cè)量溫度時(shí)，測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)接觸，被測(cè)介質(zhì)與測(cè)量體之間進(jìn)行熱交換，最后達(dá)到熱平衡，此時(shí)測(cè)量體的溫度就是被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電阻溫度計(jì)的最大特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬，同時(shí)還不需要冷端溫度補(bǔ)償，一般可在 270— 900℃范圍內(nèi)使用。對(duì)于一些重要的測(cè)溫點(diǎn)，可選用自動(dòng)記錄儀表。選用的是熱電阻 Pt100 傳感器。 ： 先進(jìn)的非線性矯正電路 ； 漂移自矯正電路 ； 獨(dú)有的抗干擾電路 ； 高精度冷端 補(bǔ)償電路 ； 耐腐蝕、抗震性、可靠性好 。 根據(jù)使用能源不同，執(zhí)行器可分為氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器和液動(dòng)執(zhí)行器三類，在過程控制工程中，氣動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)用最廣，其次是電動(dòng)執(zhí)行器。 組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動(dòng)執(zhí)行特殊任務(wù)、滿足用戶要求的目的。 大多數(shù)組 態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行配置。隨著支持 OPC 的組態(tài)軟件和硬件設(shè)備的普及，使用 OPC 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集必將成為組態(tài)中更合理的選擇。而面向?qū)ο蟮哪_本語言提供了對(duì)象訪問機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)中的對(duì)象可以通過其屬性和方法進(jìn)行訪問，比較容易學(xué)習(xí)、掌握和擴(kuò)展，但實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。 Inter 將是實(shí)現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎(chǔ)。國外許多控制軟件公司和 DCS 廠商都在競(jìng)相開發(fā)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制的工程軟件包。 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo) 準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)， 具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 ： (1)圖形界面的設(shè)計(jì) 22 (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動(dòng)畫連接 (4)運(yùn)行和調(diào)試 : (1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來實(shí)現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn) ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。 14 數(shù)據(jù)庫連接 彈起時(shí) ShowPicture(數(shù)據(jù)連接庫 )。 SQL 訪問管理器用來建立數(shù)據(jù)庫列和組態(tài)王變量之間的聯(lián)系。 組態(tài)王提供內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，工程人員可以任意設(shè)置報(bào)表格式，對(duì)報(bào)表進(jìn)行組態(tài)。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí) ,最適合用 PID 控制技術(shù)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,在控制器中必須引入 “積分項(xiàng) ”。其原因是由于存在。 積分（ I）控制 在積分控制中 ,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史 ,它以其結(jié)構(gòu)簡單 、穩(wěn)定性好 、 工作可靠 、 調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。是生產(chǎn)過程必不可少的一個(gè)部分。 如圖 42 24 圖 42 報(bào)警事件界面 建立數(shù)據(jù)庫連接 組態(tài)王 SQL 訪問功能實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和其他外部數(shù)據(jù)庫（支持 ODBC 訪問接口）之間的數(shù)據(jù)傳輸。 表 42 動(dòng)態(tài)參數(shù) 設(shè)置 序號(hào) 名稱 動(dòng)態(tài)性質(zhì) 命令語言 1 電動(dòng)閥門（圖） 連接 \\本站點(diǎn) \減溫水調(diào)節(jié)閥 2 溫度表（圖） 連接 \\本站點(diǎn) \ PV 3 實(shí)時(shí)曲線（ 1） 連接 \\本站點(diǎn) \PV 4 實(shí)時(shí)曲線（ 3） 連接 \\本站點(diǎn) \SP 5 P 設(shè)置 模擬值輸入 \\本站點(diǎn) \P 6 P 設(shè)置值 模擬值輸出 \\本站點(diǎn) \P 7 I 設(shè)置 模擬值輸入 \\本站點(diǎn) \I 8 I 設(shè)置值 模擬值輸出 \\本站點(diǎn) \I 9 D 設(shè)置 模擬值輸入 \\本站點(diǎn) \D 10 D 設(shè)置值 模擬值輸出 \\本站點(diǎn) \D 11 過熱蒸汽溫度值 模擬值輸出 \\本站點(diǎn) \PV 12 報(bào)警和事件 彈起時(shí) ShowPicture(報(bào)警和事件 )。而且能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè) 備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。只需要進(jìn)行填表操作，即可生成適合于用戶的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。先進(jìn)控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補(bǔ)償控制、解耦控制、自適應(yīng)控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預(yù)測(cè)控制、推理控制及軟測(cè)量技術(shù)、智能控制（專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。隨著生產(chǎn)決策活動(dòng)對(duì)信息需求的增加，可以預(yù)見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領(lǐng)導(dǎo)信息系統(tǒng)的集成必將更加緊密，并很可能以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現(xiàn)。微軟 的 VBA 是一種相對(duì)完備的開發(fā)環(huán)境，采用 VBA 的組態(tài)軟件通常使用微軟的 VBA 環(huán)境和組件技術(shù)，把組態(tài)系統(tǒng)中的對(duì)象以組件方式實(shí)現(xiàn)，使用 VBA 的程序?qū)@些對(duì)象進(jìn)行訪問。同時(shí)，組態(tài)軟件同樣可以作為服務(wù)器為其他的應(yīng)用系統(tǒng)（如 MIS 等）提供數(shù)據(jù)。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： PC 技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)成熟；由 PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的成本； PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于 PC 的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。 執(zhí)行器 是過程控制工程中的一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)。 SBWR/Z 溫度變送器模塊可以安裝于熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)，也可單獨(dú)安裝在儀表內(nèi)作轉(zhuǎn)換元件。若選用熱電阻測(cè)量時(shí)，則必須注意三線制接法。 滿足上式關(guān)系的鉑電阻，其溫度系數(shù) α=℃ 。 16 但是 受到物體的輻射率、距離、煙塵和水汽的因素影響，測(cè)溫誤差較大。 測(cè)量溫度的方法很多，從測(cè)量與被測(cè)介質(zhì)接觸與否來分，有接觸式和非接觸式測(cè)溫 兩 類。 4) 多種控制輸出方式可選（ 96*9 72*72 放表和 48*96 小表多種控制輸出之間可模塊切換） 10mA、 4～ 20mA、 0～ 5V、 1～ 5V控制輸出 ； 時(shí)間比控制繼電器輸出（ 1A/220V DC 阻性負(fù)載） ； 時(shí)間比控制 5～ 30VSSR 控制信號(hào)輸出 ； 時(shí)間比控制雙向可控硅輸出（ 3A， 600V） ； 單相 2路可控硅過零或移相觸發(fā)控制輸出（獨(dú)創(chuàng)電路觸發(fā) 3～ 1000A 可控硅） ； 三相 6 路可 控硅過零（（獨(dú)創(chuàng)電路觸發(fā) 3～ 1000A 可控硅）。 E．智能儀表選型 本設(shè)計(jì)選用的智能儀表為百特公司的 XMA5000 系列的智能儀表。 c)智能變送器的使用電壓和環(huán)境溫度考慮 用戶設(shè)備計(jì)算機(jī)儀表通訊接口 D / A Hz傳感 放大D / A液晶驅(qū)動(dòng)器EPR OM液晶顯示CPU按鍵電源部件 圖 31智能 儀表原理結(jié)構(gòu)框圖 1）一般智能變送器的適應(yīng)電壓范圍較寬，但超出其通訊要求范圍的電壓將使變送器不能與外界進(jìn)行數(shù)字通訊。并開發(fā)出 HART 手持式通訊器 ,方便地實(shí)現(xiàn)智能儀表與通訊器之間的雙向通訊。測(cè)量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。 單回路過程控制系統(tǒng)亦稱單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對(duì)一個(gè)過程（調(diào)節(jié)對(duì)象），采用一個(gè)測(cè)量變送器監(jiān)測(cè)被控過程，采用一個(gè)控制（調(diào)節(jié)）器來保持一個(gè)被控參數(shù)恒定（或在很小范圍內(nèi)變化） ，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）。 溫度調(diào)節(jié)器 1溫度測(cè)量變送器溫度測(cè)量變送器過熱器減溫器溫度調(diào)節(jié)器 2執(zhí)行器溫度給定)(1 sY)(2 sY閥門 圖 22 噴水減溫串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的工作原理 圖 22所示的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，只要導(dǎo)前汽溫 2? 發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器 P就去改 過 熱 器爐 膛汽 鼓水過 熱 蒸 汽減 溫 器TT1TT2CT1CT21?2? 圖 23 噴水減溫串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) 變減溫水流量 ?W ，初步維持后級(jí)過熱器入口汽溫 2? 在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作 10 用。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路的擾動(dòng) ， 而且副參數(shù)并不要求無差 ， 所以一般選擇 P調(diào)節(jié)器 ， 也可采用 PD調(diào)節(jié)器 ， 但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；有儀表過程控制系統(tǒng)，也有計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)；有復(fù)雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求的控制系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)特性多數(shù)具有大慣性、大滯后、非線性特性。若控制動(dòng)作時(shí)間上是離散的（如采樣控制系統(tǒng)等），但是其被控量需要定量控制，也歸入過程控制。 7 噴水減溫調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)靈敏 ， 慣性小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，加上調(diào)節(jié)范圍大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，在鍋爐上獲得了普遍應(yīng)用。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)是指通過改變蒸汽的 焓值來調(diào)節(jié) 過熱蒸汽溫度 ；煙氣側(cè)調(diào)節(jié)是指通過改 變受熱面的煙氣量或通過改變爐內(nèi)輻射受熱面的吸熱量份額來調(diào)節(jié) 過熱蒸汽溫度 。 b．煙氣側(cè)包括燃料量、 燃料種類或成分特性、送入爐內(nèi)燃燒的空氣量、燃燒器的運(yùn)行方式以及受熱面的潔凈程度等。如果要恢復(fù)蒸發(fā)量以滿足汽機(jī)的需要，必須增加燃料，結(jié)果同樣使 過熱蒸汽溫度 升高。通?？梢园堰@些干擾因素分為蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)兩個(gè)方面。煙氣出煙窗爐膛出口）并略過防渣管后，就沖刷蒸汽過熱 — 一組垂直放置的蛇型管受熱面，使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受煙氣加熱而得到的過熱。 蒸汽所產(chǎn)生的過程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。 ： 首先將燃料加到煤 斗中，借助于重力下落在爐排面上，爐排接電動(dòng)機(jī)通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動(dòng)，將燃料煤帶入爐內(nèi)。 空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的換熱器。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。 內(nèi)容及要求 本課題利用 智能儀表 控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過熱蒸汽 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。可在線修改參數(shù) ,流量小信號(hào)切除、失敗模式電流輸出等功能 。工業(yè)鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，擾動(dòng)因數(shù)也很多，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。由此可見， 提高 鍋爐的效率 ，具有十分重要的意義。 1 課題研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求不斷增加，世界上發(fā)達(dá)國家為了解決能源緊張而帶給各行業(yè)的沖擊，都努力在開發(fā)能源的同時(shí)，致力于節(jié)能新方案的研究。 本課題利用智能儀表控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過熱蒸汽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。鍋爐過熱 蒸汽溫度 的控制任務(wù)，就是為了維持過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并保護(hù)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。 Kingview 目 錄 ................................................................................................................................ 1 課題研究背景 ...................................................................................................... 1 課題研究意義 ............