【正文】 水位變送器 壓力 補(bǔ)償模塊 功能模塊 1 差壓變送器 C0+C1PC+C2PS PS 水位 PID調(diào)節(jié) 給水流量對(duì)象 流量 PID調(diào)節(jié) PC EH PO PF H PH 功能模塊 2 蒸汽流量 △ P △ P EF F 圖 23 采用 PLC 實(shí)現(xiàn)的汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 方框圖 RH 7 圖中的參數(shù)解釋具體如下： C0— 加法器初始偏置數(shù) ； C C2— 加法器系數(shù) ； EH— 汽包水位偏差值 ； EF— 給水量偏差值 ； F— 積水流量 ； H— 汽包水位 ； PC— 汽包水位調(diào)節(jié)器輸出值 ； PF— 給水流量測(cè)量值 ； PH— 汽包水位測(cè)量值 ； PO— 給水流量給定值 ； PS— 經(jīng)壓力補(bǔ)償后的蒸汽流量測(cè)量值 ； RH— 汽包水位給定值 ； △ P— 差 壓流量計(jì)輸出值 。首先將被測(cè)蒸汽壓力進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換 （ 即 MPa → kg/cm2） ， 再轉(zhuǎn)換為絕對(duì)壓力 （ 實(shí)測(cè)為相對(duì)壓力 ） ， 然后以設(shè)計(jì)工作點(diǎn)為界限 ， 分兩段采用計(jì)算公式實(shí)現(xiàn)蒸汽流量壓力補(bǔ)償 ， 經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)在工作點(diǎn)附近誤差小于 1%。需要注意的是方塊圖中的比例增益項(xiàng) （ Kc） 和積分速率增益（ Ki） ， 在我國(guó)常規(guī) PID調(diào)節(jié)器比例增益項(xiàng)習(xí)慣上通常采用比例帶 δ來設(shè)定 （ δ=1/Kc） ；積分增益項(xiàng)通常采用積分時(shí)間來設(shè)定 （ Ki=1/Ti） 。 （ 3） 促進(jìn)與第三方的合作 促進(jìn)與第三方的合作。分別為 1 個(gè) 16 通道熱電偶輸入模板 HE693THM166； 1 個(gè) 6 通道 RTD 輸入模板 10 HE693RTD601； 3 個(gè) （ 4～ 20mA） 16 通道模擬量輸入模板 IC693ALG223； 1 個(gè) （ 4～ 20mA）8 通道模擬量輸出模板 IC693ALE392； 1 個(gè) 16 點(diǎn) 24VDC 繼電器接點(diǎn)輸入模板IC693MDL645； 1 個(gè) 16 點(diǎn)繼電器接點(diǎn)輸出模板 IC693MDL940；采用專用 RS232 通訊組件 IC690ACC901，并遵循 SNP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)串行通訊；其 9030PLC 梯 形圖編程軟件采用 IC641SWM306，實(shí)現(xiàn) PLC 結(jié)構(gòu)化編程及程序下載。 自適應(yīng)控制和最優(yōu)化控制方法是建立在精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的 ， 在實(shí)時(shí)過程控制中 ，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng) 參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化， 運(yùn)用控制理論分析綜 14 合要花費(fèi)很大的代價(jià)，同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)，因此在目前的過程控制系 統(tǒng)中較少采用這種方法。例如，若最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 100 秒，則速率極限為 320CV 值 /秒。此意即 Manual Command 不能改變大于 CV 上箝位和小于 CV下箝位的值，并且輸出不能象最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間所允許的快速改變。因均為 16 位整數(shù)，所以必須定義成PV 計(jì)量單位或 CV 計(jì)量單位。 MAN 當(dāng) MAN 接通時(shí)， PID 功能模塊是處于手動(dòng)狀態(tài)。 CV CV 為控制 變量輸出，為 %AQ 模擬輸出。各參數(shù)詳細(xì)說明如表 43 所列。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0023 %Ref+0024 %Ref+0025 時(shí)鐘 （ 最末次執(zhí)行時(shí)間 ） N/A。 一旦選定不合適的 PID 值，就應(yīng)定義為 BLKMOV 的常數(shù)項(xiàng)，以便必須時(shí)可用作重裝 （ reload） 缺省 PID 用戶參數(shù)。這種防復(fù)位 （ antireset）終結(jié)功能意味著即使誤差試圖使 CV 高于 （ 或低于 ） 限幅值一段時(shí)間， CV 輸出將在誤差內(nèi)改變限幅值。如果為零，則功能塊被調(diào)用 （ 參考下一節(jié) PID 模塊計(jì)劃表 ） 。如果 PID 誤差 （ SP— PV） 或 （ PV— SP） 介于死區(qū) （ +） 和死區(qū) （ ） 之間，則功能塊將用零誤差解決 19 PID 計(jì)算。 Kd 可用于提高低速回路響應(yīng)但對(duì) PV 輸入噪音很敏感。積分項(xiàng)被調(diào)成保持輸出限幅值的一個(gè)數(shù)值 。 0=誤差項(xiàng)。所有保留位都應(yīng)為 0。 手動(dòng) /上升 /下降：這三個(gè)位將表示當(dāng)前超馳位為 0 時(shí)的三個(gè)邏輯 (布 爾 )輸入的姿態(tài)。如果已選可逆，且輸出極性置為 1，則該值將等于 CV 輸出的負(fù)值。對(duì)該存貯單元不進(jìn)行寫入。其意義是如果用戶即將進(jìn)入到手動(dòng)方式的 Manual Command， CV 輸出不會(huì)改變最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間速率的限制內(nèi)容，也不會(huì)高過或低于 CV 上限幅值或 CV 下限幅值。 22 第 5 章 監(jiān)控軟件 及組態(tài)設(shè)計(jì) 監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 簡(jiǎn) 介 GE Fanuc 是美國(guó)第一批在滿足了由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織指定的最全面最嚴(yán)格的所有ISO9。 21 這種 Automatic 方式下 Manual Command 跟蹤 CV 和 Manual 方式之間進(jìn)行無振動(dòng)（ bump less） 傳送操作。該存貯單元不進(jìn)行寫入。 輸出 （ 18） 這是一個(gè)帶符號(hào)字的值，以表示任選可逆應(yīng)用之前，功能模塊的輸出。此外，由于 SP 是不更新的，幫操作裝置接口單元，也可設(shè)置超馳并進(jìn)行設(shè)置點(diǎn)控制。當(dāng)這一位置 0，則微分作用將加于誤差項(xiàng)。旋轉(zhuǎn)速率的限制對(duì)滿行程給定以秒計(jì)量。 CV 偏置 /輸出（ 08） 用以設(shè)置偏置項(xiàng)一帶符號(hào)字的數(shù)值，以計(jì)數(shù)單位計(jì)量。鍵入代表 10ms 的低位時(shí)間，則顯示為 秒，且隱含有效數(shù)字兩位。 死區(qū) （ +/） （ 03/04） INT 值定義 PV 值的上、下死區(qū)限。如，以 10 為 100ms 采樣周期。 如果定義了一個(gè)正最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 （ Minimum Slew Time） ，則可用來限制 CV 輸出的修改速率。用戶可用 0 作為多數(shù)缺少值，但不包括 CV 上限幅值， PID模塊的操作 CV 上限幅值應(yīng)大于 CV 下限幅值。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0020 %Ref+0021 內(nèi)部項(xiàng)存貯 N/A。例如，如果 RefArray從 %R100 開始，則 %R113即為手動(dòng)命令 ，用于設(shè)置控制變量 （ CV） 和手動(dòng)方式的積分功能。 OK 如果當(dāng)功能模塊正確無誤地執(zhí)行時(shí)，則 OK 輸出便接通。置位用 PV值， PID 調(diào)節(jié)輸出 CV，使 PV與 SP 匹配。例如： LICA101 調(diào)節(jié)器功能模塊編程圖如圖 42 所示。 如果模塊處于 Automatic 模式，則最終 CV 置于 Manual Command%Ref+13。該 PID 運(yùn)算可限制輸出控制變量的幅值和變化速率。 第 4 章 PID 控制算法及 PLC 編程 PID控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， PLC 的 CPU 模塊 相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的控制器，它對(duì)過程變量的實(shí)測(cè)值和設(shè)定值之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 稱為控制算法或控制法則。該系列 PLC 模塊具有成本低、性能高、安全性好、易于組態(tài)、便于安裝等特點(diǎn)，它的 CPU 具有十分強(qiáng)大的功能，如內(nèi)裝 PID，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能方便地完成各種復(fù)雜的操作。另外系列 90TM30 PLC 有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊 ，高速計(jì)數(shù)器模塊， BASIC 和 C 語言協(xié)處理器模塊及 Genius 通訊模塊。 PID ISA方塊圖如圖 24所示。 飽和蒸汽壓力補(bǔ)償模塊。 并 掛接 Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫(kù)軟件生成數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量管理。 控制系統(tǒng)硬件部分包括小型工作站 （ 上位工控計(jì)算機(jī) ） 、 GE Fanuc 90TM30 系列 PLC可編程序控制器構(gòu)成的下位機(jī)、外部設(shè)備、過程輸入輸出通道、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)自動(dòng)化儀表以及供電系統(tǒng)等組成。 （ 2） 水位過低 ，水量較少 ， 當(dāng)負(fù)荷較大時(shí) ， 水的 汽化速度快 ， 如不及時(shí)控制 ， 汽包內(nèi)水會(huì)全部汽化 ，導(dǎo)致水冷壁燒壞 ， 甚至爆炸 。這里的前饋系統(tǒng)就僅為靜態(tài)的前饋，若需要 考慮 兩條通道在動(dòng)態(tài)上的差異，需加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 鍋爐汽包水位 的 單沖量控制系統(tǒng)：這里指的單沖量 即 汽包水位，這種控制系統(tǒng)是典型的單回路控制系統(tǒng)。同時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控軟件如也選擇統(tǒng)一廠家的 ， 將使系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備有機(jī)結(jié)合，可保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性。合理地原材料消耗及實(shí)時(shí)性的準(zhǔn)確匯總、科學(xué)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)，它關(guān)系到生產(chǎn)管理、成本核算、提高經(jīng)濟(jì)效益大問題 。 24 調(diào)節(jié)器組態(tài)設(shè)計(jì) 222 CIMPLICITY HMI 運(yùn)行環(huán)境 先進(jìn)控制策略的發(fā)展主要向預(yù)先控制、自適應(yīng)控制、智能控制、模擬控制等方面發(fā)展。在鍋爐水位控制系統(tǒng)中，將 PID 算法融于 PLC 控制系統(tǒng)，取得了良好的控制效果。即假水位現(xiàn)象同時(shí)高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而鍋筒的體積相對(duì)來說較小，所以鍋爐水位控制顯得非常重要 [12]。 畢業(yè) 論文 基于 PLC 實(shí)現(xiàn)的鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of Boilers Based on Series PLC 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師： 完 成 日 期： I 摘 要 在鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)中 ， 水位是一個(gè)很重要的控制參數(shù) ， 它間接地反映了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。鍋爐汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多，結(jié)果使過熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞，同時(shí)會(huì)使過熱蒸汽汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性；汽包水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，水的汽化速度很快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時(shí)有效控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐被燒壞或爆炸；在燃料量不變的 情況下，蒸汽流量突然增加，導(dǎo)致汽包內(nèi)壓力驟然下降，汽包內(nèi)水沸騰加劇，氣泡增多，將水位抬高，導(dǎo)致虛假的水位上升。 鍋爐汽包水位監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)生擾動(dòng)的情況下，控制器采用 PID 控制策略 [3]，提高了系統(tǒng)在惡劣情況下的抗干擾能力和控制系統(tǒng)的魯棒性能，保證了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。這些裝置的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、功能強(qiáng)、組態(tài)靈活，代表著 IV 自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展方向，缺點(diǎn)是不適合我國(guó)工業(yè)鍋爐實(shí)際情況，成本很高。 III 第 1 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2 第 2 章 鍋爐汽包水位的設(shè)計(jì) 9 系列 9030 PLC 系統(tǒng)配置 尤其是產(chǎn)品產(chǎn)量及能耗指標(biāo)的準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性一直是國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和科研人員關(guān)注熱點(diǎn)。 由于國(guó)產(chǎn)的 DCS 系統(tǒng)比國(guó)外的可編程邏輯控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)成本投入略高 ， 同時(shí)國(guó)外的 PLC 控制系統(tǒng)已不僅僅數(shù)字邏輯控制，也已具有 模擬量輸入、輸出模塊及其它各種多功能模塊，使完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能已不成問題。 由于單沖量、雙沖量及單級(jí)三沖量控制策略比較簡(jiǎn)單 ， 并且難以適應(yīng)現(xiàn)代各種復(fù)雜鍋爐的控制要求 ， 目前各種鍋爐汽包水位控制絕大多數(shù)采用三 沖量水位控制策略 。這是一個(gè)前饋 （ 蒸汽流量 ） 加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降， 會(huì)毀壞鍋爐 。 圖 21 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) 自控模型 鍋爐工藝及自控要求某鍋爐的工藝設(shè)計(jì)主要參數(shù)為 ： 蒸汽性質(zhì)： 飽和蒸汽 ； 蒸發(fā)量： 35t/h； 蒸汽壓力： 0. 9MPa； 5 蒸汽溫度： 180℃ ； 給水流量： 37m3/h； 給水溫度： 104℃ 。它是基于 MICROSOFT WINDOWS 98/NT 環(huán)境的多任務(wù)、多用戶操作系統(tǒng)，是一種開放式系統(tǒng)平臺(tái) 。由于汽包水位是一個(gè)沸騰的水位 ， 且水中汽泡量是變化不定的 ， 因此在采用差壓變送器測(cè)量的水位時(shí) ， 盡管安裝時(shí)設(shè)置了隔離罐 ， 同時(shí)變送器設(shè)置了一定阻尼系數(shù) ， 其電流輸出信號(hào)仍存在頻繁的周期性波動(dòng) ， 因此系統(tǒng)需對(duì) 該信號(hào)進(jìn)行平滑處理 ， 以保證其控制質(zhì)量 ， 本系統(tǒng)采用了一階慣性濾波 。 用增強(qiáng)型 CPU360模 版 ， CPU內(nèi)裝 PID標(biāo)準(zhǔn)的 ISA PID算法 （ PID ISA） ， 通過編程實(shí)現(xiàn)。 GE