【正文】 工人從繁重的勞動中解放出來，促進文明生產，鍋爐實現自動控制是一個急待解決的問題。本設計通過對爐膛溫度、爐膛壓力、汽包液位及過熱器溫度的分析，以PLC為控制器、采用PID算法、運用STEP7—Micro/WIN進行梯形圖編程，分別設計了爐膛溫度串級控制方案、流量比值控制方案，爐壓前饋—反饋控制方案，汽包水位三沖量控制方案和過熱器串級控制方案，實現了對各個控制系統的自動控制。本聲明的法律后果由本人承擔。最后利用人機交互界面，實現了密碼登陸，畫面動態(tài)顯示，數據報表的預覽、打印、保存、刷新和調入查詢，曲線的更新，畫面報警等功能，可達到鍋爐控制系統安全、穩(wěn)定、高效運行。據相關資料統計一臺10T／h的工業(yè)鍋爐，效率如果能提高1％，每年大約就可以省煤200噸，經濟效益是非常明顯的。煤質不穩(wěn)定，影響鍋爐出力。本文主要介紹火電廠中基于PLC的鍋爐控制系統，整個控制系統控制器采用西門子公司的S7200，上位機采用研華工業(yè)計算機，在組態(tài)王畫面上對生產過程進行監(jiān)控、保證各個變量在控制要求內，使生產安全、高效運行。汽鍋是鍋爐的汽水系統，高溫煙氣經過受熱面，將熱量傳遞給汽包內的溫度較低的水，水被加熱沸騰、汽化蒸發(fā)。（1）燃燒設備燃燒器作用：將一次風（攜帶煤粉）和二次風（助燃）送進爐膛，組織具有一定結構的氣流使煤粉穩(wěn)定、迅速著火，使空氣和煤粉合理混合，保證煤粉的完全燃燒。目前主要有三種通風方式即負壓通風、平衡通風和正壓通風。按照功能分為：開水鍋爐、蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、熱風鍋爐和導熱油鍋爐。鍋爐的工作過程包括燃料燃燒過程、爐與汽包的傳熱過程、水的加熱蒸發(fā)過程。（1）鍋爐的經濟性指標1．受熱面的蒸發(fā)率：每平方米受熱面一小時生產的蒸汽量，單位Kg/m2與單片機和虛擬儀器相比，PLC不僅可靠性和自動化程度高，抗干擾能力強，而且程序設計簡單、維護方便，除了能夠完成簡單的邏輯控制，還可以通過功能模塊和功能指令完成復雜的模擬量控制，對操作人員的要求較低，應用在控制要求較高的大中型設備中。為了更好地控制燃燒過程參數，提高燃燒效率，必須設計合理有效的控制系統對燃燒過程進行精確的控制，燃燒過程采用空氣和煤粉的雙閉環(huán)比值控制系統。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，那么鍋爐汽包液位調節(jié)系統就能夠克服這種假水位的現象，由于有三個信號作用于控制系統，所以稱為三沖量控制系統[4]。對過熱器的要求有質與量兩個方面：質包括壓力和溫度參數及潔凈度，量指流量。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，無法校驗補償結果，一般前饋控制用來補償主要干擾的影響。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。而速度法是先計算管道內流動介質的平均速度再乘以管道的橫截面積來計算流量的體積。使用孔板時一定要注意孔板的安裝方向一定要正確，即流動介質從圓柱形一側流進，從圓錐形一側流出，如果方向不正確，測量值會小于實際值。(3)電極式水位計：利用飽和蒸汽與蒸汽凝結水電導率的不同，把汽包水位的變化轉換為電信號，由二次儀表遠距離顯示水位。如果我們要控制的是35t/h鍋爐的汽包水位，即每小時有35t的給水變成水蒸氣。電氣式壓力檢測儀表是將敏感元件檢測的壓力信號轉換成電信號。氣動執(zhí)行機構有活塞式和薄膜式兩類，由于薄膜式與活塞式相比，不僅價格低廉、結構簡單，而且維護方便、運行可靠，所以選擇薄膜式。氣開、氣關形式的選擇必須保證生產過程的安全性，當壓力信號中斷時，閥門的位置應保證操作人員及設備的安全。當KD→0時，控制器輸出為比例微分調節(jié)： （）比例微分調節(jié)能夠改善系統的動態(tài)特性，具有超前控制作用，但是存在余差，一般也不能單獨使用[13]。同理，汽包水位控制系統中Kv為“”，Ko為“+”， Km為“+”，所以Kp應為“”，汽包的給水流量調節(jié)器需采用正作用調節(jié)方式。最大限度地滿足系統控制功能是選擇PLC首先應該考慮的問題，S7200不僅具有定時器、計數器和繼電器所能實現的功能，而且還具有位邏輯、定時、計數、比較、位循環(huán)等指令，支持中斷和子程序可以完成串口通訊。PLC控制系統的設計一般分為以下幾個步驟：了解被控對象，制定可行的方案。采用模塊化結構，組態(tài)比較靈活，線路連接[18],?？刂破魍ㄐ攀褂弥鳌獜募夹g，即僅一設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。具有語法檢查功能，方便進行梯形圖編寫程序的修改，還具有文檔管理和加密等功能[21]。 汽包水位控制子程序 所示汽包水位控制子程序運行開始后，如果運行正常，則對其進行水位設定，手自動方式選擇，如果不正常則立刻停止，自動方式運行開始后，分別對汽包水位、給水流量和蒸汽流量進行采樣和計算，進行PID調節(jié)，判斷系統是否運行正常，正常則一直進行PID調節(jié)，否則停止。軟件調試用PC機完成，將編寫好的控制程序裝載到仿真軟件上，按照編寫的程序進行開關操作，通過對每一個功能進行檢測不斷完善控制程序。組態(tài)王的畫面設計過程主要包括以下幾個步驟：1：創(chuàng)建新工程2：添加硬件設備和定義工程變量3：制作圖形畫面和動畫連接4：編寫命令語言5對運行系統進行配置6：保存工程并運行 定義外部設備和變量運行組態(tài)王軟件進入工程瀏覽器，在數據庫的數據詞典中點擊新建選項定義本鍋爐控制系統需要的控制變量、被控變量、執(zhí)行器及指示燈等。 實時曲線和歷史曲線顯示新建畫面后，在工具箱里點擊實時曲線按鈕，拖動鼠標拖成一矩形框后雙擊，進入實時曲線設置窗口，點擊問號從數據詞典中選擇被控變量及曲線顏色，點擊確定。雙擊畫面將報表控件名命名為RealtimeReport確認，雙擊打印預覽按鈕，按下時在命令語言編輯框全部函數中選擇ReportPrintSetup()。完成保存按鈕的設置。確定完成對刷新按鈕的設置。之前我們對控制變量已經進行過報警定義，然后我們進入報警組，對報警組進行配置。組態(tài)王軟件在鍋爐監(jiān)控系統中，不僅可以實現實時數據和歷史數據的顯示、報警畫面的查詢、實時曲線和歷史曲線的瀏覽等功能，而且該監(jiān)控系統成本低、結構簡單、性能穩(wěn)定，同時還可以通過硬件和軟件的擴充，實現對鍋爐水位、負壓、溫度的控制，所以它在鍋爐監(jiān)控系統中獲得廣泛的應用，值得推廣和使用。}else{\\本站點\爐壓報警=1。} else{\\本站點\過熱器溫度報警=1。\\本站點\汽包水位=\\本站點\汽包水位+2。} if(\\本站點\給煤機==1){\\本站點\煤粉流量=\\本站點\煤粉流量+2。\\本站點\過熱器溫度=\\本站點\過熱器溫度+2。}else{\\本站點\爐膛壓力=\\本站點\爐膛壓力。在論文設計過程中還得到了同學和朋友們的熱心幫助，提供了很多有關素材，在此表示感謝。\\本站點\過熱器溫度=\\本站點\過熱器溫度2。\\本站點\給風流量=\\本站點\煤粉流量*3。\\本站點\汽包水位=\\本站點\汽包水位2。amp。amp。本設計首先通過方案比較，確定控制方案，然后通過對控制系統的分析，確定了對爐溫、水位、過熱器溫度和爐壓的控制方式，分別是串級控制、比值控制、三沖量控制、串級控制和前饋—反饋控制，再對儀表進行的選型及控制規(guī)律和調節(jié)閥氣開氣閉形式的選擇，編程軟件進行編程，最后上位機和PLC實現通訊，利用S7200PLC控制電機的轉速和閥門開度，通過上位機組態(tài)軟件對生產過程實施過程監(jiān)控，包括報表的生成、預覽、打印、保存和調用以及實時曲線和歷史趨勢曲線顯示和報警。用戶登錄畫面設計首先我們在用戶配置中，通過新建選項定義用戶名或者用戶組、用戶密碼和安全區(qū)。ReportName=InfoAppDir()+RealtimeReport\+報表查詢變量。實時報表按鈕設置與返回按鈕設置相同，在此不做詳細說明。打印按鈕按下時我們在命令語言編輯框內輸入：ReportPrint2(RealtimeReport)。畫面中我們可以添加一個返回按鈕，在按下時我們輸入命令語言：ShowPicture(用戶登陸)。點擊工程瀏覽器中畫面選項，在右側的空白框中點擊新建選項。第六章 控制系統上位機設計 組態(tài)王軟件概述組態(tài)王軟件是目前應用比較廣泛的一種工業(yè)監(jiān)控軟件，它將過程控制、現場操作、資源管理融于一體，用戶可以從企業(yè)的所有層次、各個位置獲得系統的實時信息，實現對整個系統的最優(yōu)化管理。 空燃比控制子程序空燃比子程序接收到開始信號后，首先進行煤粉和空氣流量的采集，判斷比值是否為3，是則進行混合，不是則重新配比，直到比值等于3，進行PID調節(jié)。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，按照要求完成編程工作。典型的主設備：主機和可編程儀表。此協議支持傳統的RS23RS42RS485多種電氣接口和以太網設備。選擇PLC,主要包括機型、I/O模塊、容量和電源。我們選擇CPU224（14數字輸入，10繼電器輸出），CPU內部電源可為CPU自身、擴展模塊和其他設備提供直流電源。第五章 控制系統下位機設計1．S7200簡介可編程控制器簡稱PLC，它是基于微處理器的一種通用控制裝置，是當代工業(yè)控制的主要支柱之一，從性能、價格和可靠性方面考慮，我們選擇西門子S7200作為鍋爐控制系統的控制器。允許有穩(wěn)態(tài)誤差時，可選PD調節(jié)規(guī)律，不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時應選PID調節(jié)規(guī)律。對于汽包水位的控制，應保證信號中斷時，仍然有給水進入汽包，避免汽包水位過低引起爆炸，所以給水執(zhí)行器應該選擇氣閉式。調節(jié)機構有多種，包括角形調節(jié)閥、隔膜調節(jié)閥、直通調節(jié)閥（分單座和雙座兩種）、蝶閥、三通調節(jié)閥、球閥等等，由于角形調節(jié)閥閥體呈三角形，結構簡單，阻力也小，適用于高粘度、有固體顆?；驊腋∥锏膱龊?，所以本設計中的煤氣閥和空氣閥均采用角形閥。前者性能穩(wěn)定、精度高，但是靈敏度較差，后者靈敏度較前者好，而且動態(tài)性能好，所以我們選擇電阻式壓力檢測儀表來檢測爐膛壓力[10]。該流量計的技術參數如下：（1）測量介質：液體、蒸汽、汽體（2）感應元件不與被測介質直接接觸，具有可靠性高和性能穩(wěn)定等特點（3）傳感器結構牢固而且簡單，維擴量小、壓損?。?）范圍度寬可達10：1至15：1（5）測量范圍：一般正常工況下，雷諾數為20，000至7，000，000；信號輸出不受液體粘度、溫度、壓力及組份影響（6）精度等級：如果是液體，精度可達指示值177。這種儀表具有延遲小、誤差小的優(yōu)點，所以不需要對誤差進行調整，檢修和校驗比較方便。3．液位測量元件生產過程中為了實現安全、高效生產，物位檢測十分重要，通過物位檢測可以了解它是否在工業(yè)要求允許范圍內，另外物位檢測對連續(xù)生產和經濟核算也顯得十分的必要。質量流量檢測一般分為直接法和間接法，直接法是用儀表直接測得流量的質量，間接法指測出流動介質的密度再乘以其體積最后得出質量。類型形式測溫范圍 ℃準確度特點接觸式壓力式20~600~5速度慢、精度低、適于遠距離傳送膨脹式200~650~5結構簡單、適合就地測量熱電偶200~18002~10速度快、精度高，中高溫測量，遠距離傳送熱電阻200~850~5速度快、精度高，適于低中溫度測量，遠距離傳送非接觸式輻射式100~30001~20響應速度快，測量精度一首環(huán)境影響本系統中的爐膛溫度變化范圍一般為900℃~1100℃，過熱器允許的溫度變化范圍一般為350℃~540℃，從檢測儀表的測量精度和測溫范圍角度考慮，我們選擇熱電偶（測溫范圍為200℃~1800℃）進行溫度檢