【正文】 、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)，尤其是燃煤排放的C02氣體所引起的溫室效應(yīng)，早己引起國際關(guān)注。 工業(yè)鍋爐是一個(gè)比較復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備，有幾十個(gè)測量參數(shù)，控制參數(shù)和擾動(dòng)參數(shù)，它們之間相互作用，相互影響，存在明顯的或不明顯的復(fù)雜因果關(guān)系，而且測控參數(shù)也經(jīng)常變化，存在一定的非線性特性，這一切都為鍋爐的控制增加了難度。 如今在國外，鍋爐的控制己基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，在控制方法上大都采用了現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制、多變量頻域、模糊控制等方法，因此，鍋爐的熱效率較高、鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染。 從目前的趨勢(shì)看，在大型企業(yè)中，過程控制計(jì)算機(jī)正成為一種把控制和管理融為一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求是非常大的，然而我國的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實(shí)際意義。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。同時(shí)，由于提高了進(jìn)入氣飽的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長了汽包的使用壽命。 水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水溫度，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：燃料的燃燒過程，煙氣向水的傳熱過程，水的汽化過程。繼而煙氣受引風(fēng)機(jī)、煙囪的引力向爐膛上方流動(dòng)。位于煙溫較低區(qū)段的對(duì) 流管束，因受熱較弱，汽水的容重較大；而位于煙氣高溫區(qū)的水冷壁和對(duì)流管束， 因受熱強(qiáng)烈，相應(yīng)水的容重較小，因而容重大的往下流入下鍋筒，而容重小的則 向上流入上鍋筒，形成了水的自然循環(huán)。蒸汽溫度控制器給煤控制器給煤調(diào)節(jié)器給煤執(zhí)行器給煤量給煤量檢測，變送器比值控制器蒸汽溫度給風(fēng)控制器給風(fēng)調(diào)節(jié)器給風(fēng)執(zhí)行器給風(fēng)量給風(fēng)量檢測，變送器蒸汽溫度檢測，變送器 蒸汽溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 蒸汽壓力控制系統(tǒng) 如果鍋爐內(nèi)壓力過低，將會(huì)降低蒸汽質(zhì)量；反之，如果鍋爐內(nèi)壓力過高，有可能導(dǎo)致爆炸等安全事故的發(fā)生。汽包液位控制器汽包液位設(shè)定值給水控制器給水調(diào)節(jié)器給水執(zhí)行器給水量汽包液位給水量檢測，變送器汽包液位檢測，變送器蒸發(fā)流量 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐膛負(fù)壓控制器爐膛負(fù)壓設(shè)定值引鳳控制器引鳳調(diào)節(jié)器引鳳執(zhí)行器引鳳量爐膛負(fù)壓引鳳量檢測，變送器爐膛負(fù)壓檢測，變送器給煤量 串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)從整體上來看是定值控制系統(tǒng)，要求主參數(shù)有較高的控制精度。兩步整定法的整定步驟如下：（1）在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，系統(tǒng)處于串級(jí)運(yùn)行狀態(tài)，主、副控制器均為比例作用的條件下，先將主控制器的比例度置于100%刻度上，然后由大到小逐漸降低副控制器的比例度，直到得到副回路過渡過程衰減比為4：1的比例度，過渡過程的振蕩周期為。本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，:主控機(jī)西門子S7200系列可編程序控制器及擴(kuò)展模塊輔控機(jī)變頻器電氣控制回路傳感器與變送器1引風(fēng)機(jī)變頻器電氣控制回路2鼓風(fēng)機(jī)傳感器與變送器變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器3 、4循環(huán)泵變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器5 、6補(bǔ)水泵 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖管理層: 系統(tǒng)采用兩臺(tái)工控機(jī)作為上位機(jī)，其中一臺(tái)作為主控機(jī)，另一臺(tái)為輔控機(jī)，構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。(3)I/O擴(kuò)展模塊：對(duì)于I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況沒就必須增加I/O擴(kuò)展模塊，對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。 開關(guān)量輸出分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址1循環(huán)泵1號(hào)QA12循環(huán)泵2號(hào)QA23補(bǔ)水泵1號(hào)QA34補(bǔ)水泵2號(hào)QA45超溫報(bào)警PG16超壓報(bào)警PG27循環(huán)泵1號(hào)燈PG38循環(huán)泵2號(hào)燈PG49補(bǔ)水泵1號(hào)燈PG510補(bǔ)水泵2號(hào)燈PG611報(bào)警鈴PB112啟動(dòng)指示燈PG713低水位14高水位15工頻運(yùn)行16變頻運(yùn)行17引風(fēng)機(jī)燈PG818鼓風(fēng)機(jī)燈PG9（3）模擬量輸入輸出點(diǎn)的分配表 模擬量輸入分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址1出水溫度模擬輸入AIW02室外溫度模擬輸入AIW23水位檢測輸入AIW44壓力檢測輸入AIW6 模擬量輸出分配表序號(hào) 名稱文字符號(hào)端口地址1出水溫度模擬輸出AQW02室外溫度模擬輸出AQW23水位檢測輸出AQW44壓力檢測輸出AQW6 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵采用變頻啟動(dòng)和調(diào)速。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。按下復(fù)位按鈕SF9，中間繼電器QA4接通，常閉觸頭SF7打開，解除報(bào)警，變頻器停止運(yùn)行。當(dāng)1補(bǔ)水泵采用變頻控制啟動(dòng)后仍不能滿足要求時(shí)，讓1補(bǔ)水泵工作于工頻同時(shí)啟動(dòng)2補(bǔ)水泵。下位機(jī)采用S7200系列PLC(CPU226)，內(nèi)部集成有MPI接口，用于與上位機(jī)全局通訊、PLC在線編程。一、變頻器頻率范圍的設(shè)定基本頻率與最高頻率電動(dòng)機(jī)的額定頻率稱為變頻器的基本頻率，當(dāng)頻率給定信號(hào)為最大值時(shí)，變頻器的給定頻率，稱為最高頻率，在上升時(shí)間一定的情況下，最高頻率決定了變頻器輸出頻率的變化速度。 FRF540LS系列技術(shù)規(guī)格FRF540LS系列型號(hào)FRF540L□□CH400VS75KS90KS110KS132KS160KS185KS220KS250KS315KS400K適用電機(jī)容量（KW)(注1）輕載變轉(zhuǎn)矩7590110132160185220250315400可變轉(zhuǎn)矩7590110110132160185220280375輸出額定電流（A）輕載變轉(zhuǎn)矩144180216260302360432477610750可變轉(zhuǎn)矩144180214216260302360432547722過載能力（注3）輕載變轉(zhuǎn)矩110% 60s秒 (反時(shí)限特性)可變轉(zhuǎn)矩120% 60秒 ,150% (反時(shí)限特性)電壓（注4）三相，380V至480V電源額定輸入交流電壓/頻率三相，380V至480V 50Hz/60Hz交流電壓允許波動(dòng)范圍323至528V 50Hz/60Hz頻率允許波動(dòng)范圍177。這種熱電偶分度號(hào)為“K”。CYB20S系列壓力變送器使用CYB10S壓力傳感器為敏感元件,和電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出為4～20mA、0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 適合工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)配套。超過250℃的可選用我公司的高溫鍋爐引風(fēng)機(jī)。、180176。（本型所有葉輪為國家專利產(chǎn)品）：用樹脂砂精密鑄造而成，既保證了風(fēng)機(jī)整機(jī)的剛性和耐磨性又延長了風(fēng)機(jī)的使用壽命，機(jī)殼上部設(shè)G3/4蒸汽管接口，下部設(shè)G1?排污閥，風(fēng)機(jī)的進(jìn)出口法蘭都采用JB8159，6kg標(biāo)準(zhǔn)法蘭，以利用戶管道聯(lián)接。下面具體介紹這些基礎(chǔ)功能塊的設(shè)計(jì)流程。 (3)模擬量輸入模擬量輸入模塊主要接收外部輸入模擬信號(hào)，存入共享數(shù)據(jù)塊中，并轉(zhuǎn)換為IEEE758標(biāo)準(zhǔn)咒位浮點(diǎn)數(shù)。其特點(diǎn)為：1) 簡單靈活的可視化操作界面；2) 良好的并行處理性能；3) 豐富、生動(dòng)的多媒體畫面；4) 開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能；5) 完善的安全機(jī)制；6) 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；7) 多樣化得報(bào)警功能；8) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分布組態(tài)提供極大的方便；9) 支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)組態(tài)與“設(shè)備無關(guān)”；10）方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程；11）良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性；12) 用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)可靠性高；13) 設(shè)立對(duì)象元件庫，組態(tài)工作簡單方便；14) 實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。l 給水泵系統(tǒng)監(jiān)控。界面系統(tǒng)由組態(tài)和運(yùn)行期組件組成。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的任務(wù)，本系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)很多圖形界面，下面是部分界面的設(shè)計(jì): 工業(yè)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)界面 PLC控制程序本系統(tǒng)PLC控制程序采用西門子編程軟件STEP 7Micro/WIN，STEP 7Micro/WIN是專門為S7200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)的編程軟件，它基于Windows操作系統(tǒng)，為用戶開發(fā)、編程、調(diào)試和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。l 數(shù)據(jù)歸檔。 鍋爐啟?？刂蒲h(huán)泵系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄鍋爐參數(shù)設(shè)定接收下位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)至下位機(jī)補(bǔ)水泵系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄鍋爐數(shù)據(jù)監(jiān)視給水泵系統(tǒng)監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)完成的任務(wù)如下:l 數(shù)據(jù)監(jiān)視。系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值初步確定啟動(dòng)循環(huán)泵，然后通過壓力PID控制調(diào)節(jié)變頻器頻率，以穩(wěn)定出水壓力。循環(huán)組織塊包括鍋爐系統(tǒng)的控制、電機(jī)啟/?？刂啤⒛M量控制、循環(huán)泵控制、通信處理。：本密封采用專利技術(shù)——?dú)饬髅芊狻８哂徐`活性。當(dāng)前工業(yè)鍋爐系列較多，所需的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓差異較大，為適應(yīng)上述情況，此型風(fēng)機(jī)均采用三角膠帶（Ｃ式）傳動(dòng)，不僅能以一個(gè)機(jī)號(hào)采用不同轉(zhuǎn)速來滿足同一噸位鍋爐配置各類除塵器的要求減少了風(fēng)機(jī)的系列和機(jī)號(hào)，而且也便于使用單位根據(jù)實(shí)際情況，自行變換主軸轉(zhuǎn)速來獲得所需的較理想的風(fēng)量，風(fēng)壓。三、液位傳感器的選型本設(shè)計(jì)采用光電傳感器OPG01，該光電傳感器包含一個(gè)紅外LED和光接收器。溫度測量范圍為200～1200℃.其特點(diǎn)是測溫范圍很寬，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系很近似線性，熱電動(dòng)勢(shì)大及價(jià)格極低。,輸出電壓為200V級(jí)時(shí)，220V時(shí)的容量；輸出電壓為400V級(jí)時(shí)，440V時(shí)的容量。二、變頻器及其型號(hào)根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，按照電動(dòng)機(jī)的額定功率，最大使用電機(jī)容量，本設(shè)計(jì)選用三菱FRF540(L)SFRF540LS系列變頻器節(jié)能型、一般負(fù)載適用FR－F500（L）1. 功率范圍：75～900KW（3相380V，F(xiàn)R－F540（L）系列）。 本系統(tǒng)中S7200通過CP226與變頻器之間的通信,通信協(xié)議設(shè)置為ASCll協(xié)議，選擇自由信息報(bào)文格式。