【正文】 化時，都會破壞調(diào)節(jié)器的平衡，引起調(diào)節(jié)器的作用，減小干擾，提高液位的控制精度，為鍋爐系統(tǒng)的安全運行提供了可靠地保障 [6]。 從控制角度來講減溫設備安裝在過熱器后面比較合理，但是從設備安全角度減溫器應該安裝在過熱器的前面，從上述矛盾出發(fā)，我們將減溫器安裝在過熱器上部，更為合理有效地對過熱器出口蒸汽溫度進行控制。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 14 第四章 硬件選型 傳感器選型 1． 溫度測量元件 對生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)進行可靠、準確、實時檢測，是實現(xiàn)系統(tǒng)自動自動控制的必要條件，因此選擇合適的檢測元 件顯得十分重要，也是完成檢測工作的重要前提。用熱電偶測溫一定要注 意補償導線的類型及與熱電偶配套的連線和極性，而且要進行冷端溫度補償。由于差壓式流量計運行可靠、結(jié)構簡單而且還可與差壓式變送器配合使用，適用于多種流動介質(zhì)的測量，所以設計中我們使用差壓式流量計測量煤粉流量和空氣流量。本設計對于鍋爐汽包液位的檢測主要介紹以下 3 種汽包水位測量儀表。但是它的測量是斷續(xù)的，因此就要求選擇合適的水位容器以減小誤差。%； 若是 蒸汽， 則精度可達 指示值 177。 1．執(zhí)行器的選型 執(zhí)行器的作用是接收控制器輸出的信號，并把它轉(zhuǎn)換成相應的角位移或直線位移，控制閥門的開度。煙道百葉窗擋板一般應用在低差壓、大口徑、有懸浮物、大流量的場合，本設計采用煙道百葉窗作為控制爐膛壓力的煙氣調(diào)節(jié)閥 。 調(diào)節(jié)器 選型 1． 調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇 調(diào)節(jié)器 將測量變送器采集的測量值與給定值進行比較得出偏差進行比例、微分和積分運算，輸出標準信號，控制執(zhí)行器動作，實現(xiàn)對爐溫、汽包水位、爐壓和過熱器出口蒸汽溫度的控制。如果負荷變化大，不宜采用 PID調(diào)節(jié) 。在控制過程中完成對被控參數(shù)（爐膛溫度、汽包液位、過熱器出口蒸汽溫度、爐膛壓力）的采集、處理和控制。若要增加電路中的內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 21 點數(shù)，可以用擴展模塊， EM223（ 16 路數(shù)字輸入， 16 繼電器輸出）， EM223（ 8 數(shù)字輸入， 8 繼電器輸出）， EM231(4 路模擬量輸入 )， EM232（ 4 路模擬量輸入， 2 路模擬量輸出）， EM235(4 路模擬量輸入， 1 路模擬量輸出 )，擴展模塊通過總線連接電纜得到 5V的直流電源。 分配 PLC 的 I/O 地址 。許多工業(yè)設備，包括 PLC， DCS，智能儀表等都在使用 Modbus 協(xié)議作為他們之間的通訊標準。 從設備回應消息也由 Modbus 協(xié)議構成， 包括確認要行動的域、任何要返回 的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。進行梯形圖程序編寫時，單擊線圈、觸點或指令盒按鈕選擇要輸入的指令，然后用光標移到需要添加元件的位置后，單擊鼠標即可，選擇指令元件后輸入操作數(shù) ，按照要求完成編程工作。如果手動方式運行，直接啟動給水泵及調(diào)節(jié)閥，沒有故障則正常運行進行 PID 控制，否則停止。在溫度控制子程序中，首先對爐溫進行初始設定，開始溫度采集，判斷采集的溫度測量值是否在設定值范圍之內(nèi)，若果在則進行 PID 控制和輸出空燃比信號，如果不在則報警[22]， 圖 所示。 PLC 接線圖如圖 所示。 ASCII 模式采用 LRC 校驗， RTU 模式采用 16 位 CRC 校驗。 MICROMASTER430 變頻器 不但設備性能可以滿足用戶需求，而且有更多的輸入、輸出端。 圖 PLC 通信窗口 系統(tǒng)的整體設計方案 對 PLC 系統(tǒng)進行設計時，首先是對其功能進行設計，即根據(jù)工藝要求和被控對象的功能，明確系統(tǒng)要怎樣運行，然后對其功能進行分析，最后確定 PLC 型號和其他的配置 [17]。 S7200PLC 具備以下特點： （ 1）控制功能。 2． 正、反作用方式的判斷 根據(jù)控制回路負反饋原則，各部分增益的乘積必須為“ +”， 爐膛溫度控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥采用氣開式，所以 Kv 為“ +”；煤粉和空氣閥門開大，爐膛溫度升高，所以 Ko為“ +”；變送器 Km 為“ +”，所以 Kp 為“ +”，即調(diào)節(jié)器需采用反作用 調(diào)節(jié) 方式。 當 KI→∞時，控制器輸出為比例積分調(diào)節(jié)： )1( 0???? tI dtTKpy ?? （ ） 積分調(diào)節(jié)能夠消除余差，但動 作緩慢， 所以 一般不單獨使用 ， PI 調(diào)節(jié)控制速度得到提高。相反，氣開式執(zhí)行器在沒有壓力信號時，閥門關閉，閥門開度隨氣壓信號的增大而增大。由于氣動執(zhí)行器同其他兩類執(zhí)行器相比，不僅價格低、維護方便、結(jié)構簡單、可靠，而且 具有很高的安全性能， 本設計采用 氣動執(zhí)行機構。 5．壓力測量元件 壓力檢測的方法有液柱式壓力檢測、彈性式壓力檢測、電氣式壓力檢測和活塞式壓力檢測，由于電氣式壓力檢測動態(tài)響應好，測量范圍大、便于信號 遠距離傳輸，所以本設計選擇電氣式壓力檢測。 4． 給水 流量 和蒸汽流量 測量元件 流量傳感器 在本設計中 用于給水流量和蒸汽流量 的 測量，這兩個信號 直接影響 控制質(zhì)量，因此選擇合理的流量傳感器 十分有必要的。差壓式流量計一般適用于運行穩(wěn)定的液位控制系統(tǒng)運行過程中液位出現(xiàn)較大變化時，誤差會很大。由于三者的結(jié)構不同，導致他們的性價比不同，孔板的壓力損失和成本都很大，但是精度很高，所以選擇孔板做節(jié)流裝置?；谶@種檢測方法的儀表有旋轉(zhuǎn)活塞式流量計、橢圓齒輪流量計。接觸式檢測儀表具有簡單、可靠、測溫精度高等優(yōu)點，缺點是測溫存在延時。 爐 膛 壓 力P I D 調(diào) 節(jié) 器引 風 變 頻器爐 膛 負 壓對 象鼓 風 量 前饋爐 膛 負 壓變 送 器鼓 風 干 擾對 象爐 膛 負 壓設 定 值+++++ 圖 爐壓前饋控制系統(tǒng)框圖 前饋控制是減少被控變量動態(tài)偏差的最有效方法之一，但在實際生產(chǎn)過程中，單獨使用前饋是很難滿足要求的，由于前饋控制是一種開環(huán)控制，無法校驗補償結(jié)果 ，一般前饋控制用來補償主要干擾的影響。 過熱器出口蒸汽溫度控制主要有兩種方法 1：通過改變煙道溫度控制過熱器出口蒸汽溫度 2：通過改變減溫水流量控制過熱器出口蒸汽溫度。當出現(xiàn)虛假水位時， 蒸汽用量增加時，主調(diào)節(jié)器（正作用、 選用 氣閉閥）的輸出信號減小，而蒸汽流量信號不經(jīng)過主調(diào)節(jié)器，直接傳遞給副調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器的輸出減小，給水調(diào)節(jié)閥的開度增大，從而消除虛假水位。而汽包內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 10 液位過低輕則影響汽、水平衡，重則會出現(xiàn)干鍋現(xiàn)象，有可能導致鍋爐爆炸。 圖 鍋爐控制系統(tǒng)流程圖 汽包水位控制系統(tǒng)：維持汽包物料平衡，使給水量與蒸發(fā)量相適應，使汽包水位在控制要求范圍內(nèi)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 7 第三章 火電廠鍋爐控制系統(tǒng)的總體方案設計 控制方案的選擇 火電廠鍋爐的控制系統(tǒng)有三種方案 （ 1） 基于單片機的控制系統(tǒng) （ 2） 基于 Labview 的控制系統(tǒng) （ 3） 基于 PLC 和組態(tài)王的控制系統(tǒng) 單片機偏電子，適用于無線控制領域和中小型控制領域，以其重量輕、功能強、功耗小和安全性高等特點，在工業(yè)控制中得到廣泛應用，但是由于其可靠性和自身保護性較 PLC 差，而且抗干擾能力及穩(wěn)定性都不及 PLC,所以單片機一般只適合應用在控制要求不高的場合。而燃燒產(chǎn)生的灰粒 沉落到爐膛底部冷灰斗中，經(jīng)冷卻凝固后排出， 如圖 所示。 蒸汽鍋爐一般分為：燃煤蒸汽鍋爐、燃 油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐及點蒸汽鍋爐 [1]。 輔助設備包括給水泵、磨煤機、給煤機、送風機、除塵器和碎渣機等。 自然通風指利用煙道中的熱煙氣與外界的冷空氣的密度差形成的通風力進行通風。包括燃燒設備（爐膛、點火裝置和燃燒器組成）、空氣預熱器和煙道?；痣姀S發(fā)電實質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)換，燃料的化學能→蒸汽熱能→機械能→電能，由鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三大主機控制。它不僅能通過自動控制技術實現(xiàn)安全生產(chǎn)，還能節(jié)煤節(jié)電并使排放更環(huán)保，總之鍋爐的計算機自動化控制是鍋爐發(fā)展的大趨勢，也是利國利民的發(fā)展方向。 問題主要表現(xiàn)在以幾個方面 熱效率低，能源得不到有效利用。受各種因素的影響，十年來鍋爐產(chǎn)品出現(xiàn)了一些新的變化，小容量鍋爐的數(shù)量減少了 1/2，大容量鍋爐增加了 1 倍多，且燃煤鍋爐占的比例開始下降。鍋爐存在熱效率低，燃煤質(zhì)量不穩(wěn)定，排煙溫度高等問題，利用 PLC對鍋爐進行過程控制是火電廠鍋爐控制領域的重要研究內(nèi)容。 15 年來，我國鍋爐的年產(chǎn)量一直穩(wěn) 定在 7~10 萬蒸噸之間，可是行業(yè)規(guī)模卻從當初的 551 家企業(yè)發(fā)展到 969 家，并且增加的企業(yè)大多數(shù)規(guī)模很小，但這些企業(yè)在鍋爐行業(yè)中占到 3/4 以上，不得不說這是一種畸形發(fā)展。 研究目的及意義 工業(yè)鍋爐是重要的熱能 動力設備，鍋爐自動控制系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，對鍋爐實現(xiàn)計算機自動控制具有非常重要的意義。 污染物排放控制不好，污染嚴重。 由于 PLC具有 通用性強、適應面廣、可靠性高、使用方便 、 抗干擾能力強、編程簡單等特點。 下降管作用：將汽包內(nèi)的水通過聯(lián)箱供給水冷壁。 爐膛：煤粉燃燒的燃燒室。回旋式預熱器是煙氣將熱量傳遞給金屬，金屬再將熱量傳遞給空氣，管式預熱器是熱量直接由煙氣連續(xù)不斷地傳遞給空氣，煙氣和空氣各有各的通道。層燃爐和沸騰爐的燃料只能是固體燃料。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 5 汽水系統(tǒng)工作過程：給水經(jīng)軟化、除氧后進入省煤器，不斷吸熱，溫度升高成為飽和水，經(jīng)過水冷 壁吸收爐子輻射出的熱量變成飽和蒸汽，飽和蒸汽經(jīng)汽包進入到過熱器，變成具有一定工藝參數(shù)的過熱蒸汽，推 動汽輪機做功， 如圖 所示。 %1001 ?? rgl ? （ ） 2． 鍋爐的凈效率：除了鍋爐機組運行消耗的能量之后的鍋爐效率 %1002 9 2 7 01 ???? ? ? pBbQzyrj? （ ） 3． 汽煤比：一噸煤燃燒所能產(chǎn)生的蒸汽量，由于不同鍋爐對蒸汽的質(zhì)量要求不一樣，所以不同鍋爐的汽煤比不具有可比性。系統(tǒng)的方案設計原理圖如圖 所示。爐溫控制系統(tǒng) 框圖 如圖 所示。如果我們能夠把主干擾蒸汽流量和給水流量這兩種干擾因素同時引入到控制系統(tǒng)，那么鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能夠克服這種假水位的現(xiàn)象，由于有三個信號作用于控制系統(tǒng)，所以稱為三沖量控制系統(tǒng) [4]。 過熱器溫度 控制系統(tǒng) 鍋爐過熱器出口的蒸汽溫度是火電廠熱工控制中主要控制參數(shù)之一，直接關系到系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性，一般來說對過熱器出口蒸汽影響的因素主要有蒸汽流量的變化、爐膛燃燒情況、鍋爐給水溫度以及流經(jīng)過熱器表面的煙氣溫度等等。 爐膛負壓控制系統(tǒng) 為了確保燃燒過程的順利、安全、經(jīng)濟、高效地進行，必須對爐膛壓力進行合理的控制，因為如果爐膛壓力過高，不僅會產(chǎn)生向外噴火的現(xiàn)象，還會損壞鍋爐設備，可是如果爐膛壓力過低，就會 吸入冷空氣，影響爐膛的溫度，造成燃料的浪費，因此爐膛壓力需要維持在一定范圍內(nèi)。檢測儀表主要有傳感器和變送器兩部分組成，傳感器將溫度、壓力、流量、物位、成分的變化轉(zhuǎn)換成相應的電信號傳送給變送器，變送器將電信號再轉(zhuǎn)換為標準信號并輸出。 2． 煤粉和空氣流量測量元件 工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了有效地控制生產(chǎn)過程，我們需要對一些流動介質(zhì)的流量進行檢測。差壓式流量計由節(jié)流裝置、引壓導管和差壓變送器組成 ， 如圖 所示。 （ 1） 雙色水位計：是鍋爐附屬設備，鍋爐中汽呈現(xiàn)為紅色，水呈現(xiàn)為綠色，當水位和蒸汽流量變化時，紅色和綠色所占的比例相應變化，這種水位計觀測起來明顯直觀，但是在實際應用中，受外界環(huán)境的影響，使用一段時間后汽水分界會變得不明顯，另外由于它本身是安裝在汽包上的，汽包的溫度很高，一般維修不方便。 綜上，雙色水位計可在鍋爐啟動和停止時對汽包水位進行監(jiān)控，校對其他的液位測量儀表。% 根據(jù)儀表量程 的 選擇原則 ， 儀表 的 量程應該 是 被測參數(shù)的 4/3 至 3/2 倍 ， 流量計能檢測的最大流量為： ～ 52 m3/h， 因此 選擇 LUGB99 型渦街 流量計 ， 可檢測流量 的范圍 ： 3～ 50 m3/h，可滿足 對 汽包給水流量 的 檢測。執(zhí)行器由調(diào)節(jié)機構和執(zhí)行機構組成 。由于直通雙座調(diào)節(jié)閥允許差壓大，所以可以選作為給水流量的調(diào)節(jié)閥。 PID 運算規(guī)律可用下面公式表示： )1( 0 dtdTdtTKpy DtI ??? ???? ? （ ） Kp：比例增益； TI：積分時間； TD：微分時間； 當 TI→∞， TD→ 0 時， 控制器輸出為比例調(diào)節(jié) ： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 19 ?Kpy?? （ ） 在控制過程中常用比例度 ? 表示 作用的強弱 ，Kp1?? ?100%， ? 越小，比例作用越強。 （ 2） 控制通道時 間較小，工藝允許有穩(wěn)態(tài)誤差時，選用 P 調(diào)節(jié)。 S7200 系列 PLC 控制系統(tǒng)一般由機架、數(shù)字量輸入模塊（