【文章內(nèi)容簡介】 影響爐膛壓力的主要變量有給煤量、給風量以及抽風量等，而其中給煤量和給風量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸汽量等因素決定的，所以要想保持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)保持不變就只有改變抽風量，亦即通過調(diào)節(jié)抽風量以達到控制爐膛壓力的目的。另外，又因為考慮到系統(tǒng)相應的快速性，同時， 又因為給風量和給風量成一定的比例關系，為了提高控制品質(zhì)以及簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，我們將且盡將給煤量引入前饋參與了爐膛壓力的控制。爐膛負壓控制系統(tǒng)采用了前饋串級控制，其結(jié)構(gòu)框圖見圖 所示。 圖 串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 串級控制系統(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。但副回路是隨動系統(tǒng)，要求副參數(shù)能準確、快速地跟隨主控制器輸出地變化。主、副回路的原理不一樣，對主、副參數(shù)的要求也不同， 通過正確的參數(shù)整定，可取得理想的控制效果。 串級控制系統(tǒng)主、副控制器的參數(shù)整定方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。這里采用兩步整定法。 兩步整定法就是讓系統(tǒng)處于串級工作狀態(tài)，第一步按單回路控制系統(tǒng)整定副控制器參數(shù)，第二步把已經(jīng)整定好的副回路視為串級控制系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，仍按單回路對主控制器進行一次參數(shù)整定。 一個設計合理的串級控制系統(tǒng)，其主、副回路中被控過程的時間常數(shù)應有適當?shù)钠ヅ潢P系，一般為 12(3~10)ooTT?。主回路的工作周期遠大于副回路的工作周期，主、副回路間的動態(tài) 關聯(lián)較小。 兩步整定法的整定步驟如下： 爐膛負壓 控制器 爐膛負壓 設定值 引鳳 控制器 引鳳 調(diào)節(jié)器 引鳳 執(zhí)行器 引鳳量 爐膛負壓 引鳳量檢測，變送器 爐膛負壓檢測，變送器 給煤量 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 8 （ 1）在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，系統(tǒng)處于串級運行狀態(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 1P置于 100%刻度上，然后由大到小逐漸降低副控制器的比例度 2P，直到得到副回路過渡過程衰減比為 4： 1 的比例度 2sP，過渡過程的振蕩周期為 2sT。 （ 2）在副控制器的比例度 2sP的條件下，逐步降低主控制器的比例度 1P，直到同樣得到主回路過渡過程衰減比為 4： 1 的比例度 1sP，過渡過程的振蕩周期為 1sT。 （ 3）按以求得的 1sP、 1sT和 2sP、 2sT的值，結(jié)合已選定的控制規(guī)律，按表 21 衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗公式，計算出主、副控制器的整定參數(shù)值。 （ 4）按照“先副回路，后主回路”的順序，將計算出的參數(shù)值設置到控制器上，做一些擾動實驗，觀察過渡過程曲線，作適當?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制品質(zhì)最佳為止。 表 衰減曲線法整定參數(shù)計算表 第 4 章 鍋爐自動控制系統(tǒng)的硬件設 計 總體設計思路 鍋爐自動控制系統(tǒng)中的風機和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，通過工控機和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)水泵實現(xiàn)控制?？刂葡到y(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機作為上位機，以 PLC(可編程控制器 )為下位機。上位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，通過監(jiān)控軟件完成人機界面及故障報警功能，下位機采用西門子公司 S7200可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 : 整定參數(shù) 控制規(guī)律 P（ %） Ti Td P Ps － － PI － PID 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 9 圖 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 管理層 : 系統(tǒng)采用兩臺工控機作為上位機，其中一臺作為主控機，另一臺為輔控機，構(gòu)成雙機冗余系統(tǒng)。通過 MPI多點接口與下位機 PLC進行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)對鍋爐的遠程控制。操作人員也隨時可以通過計算機，了解現(xiàn)場每臺鍋爐的運行狀況，并對風機、水泵等電機進行啟?？刂坪蛥?shù)設定。另一方面，關于鍋爐運行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲在計算機的數(shù)據(jù)庫中。在需要的時候，可以在計算機顯示器上顯示，或由打印機打印出 來。 現(xiàn)場控制層 : 該層以西門子 S7200系列可編程控制器為核心，一方面通過MPI多點接口與上位機通訊，接收上位機管理層的控制命令。另一方面運用 RS485總線與各變頻器進行通信，分別對鼓風機、引風機、爐排電機、循環(huán)泵和補水泵等進行啟?？刂坪碗姍C的轉(zhuǎn)速設定，一旦電機啟動完畢，即使 PLC與上位機通訊故障，系統(tǒng)仍能正常運行。 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層 : 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、主控機 西門子 S7200 系列可編程序控制器及擴展模塊 輔控機 變頻器 電氣控制 回路 傳感器 與變送器 1引風機 變頻器 電氣控制 回路 2鼓風機 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補水泵 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 10 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。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進行數(shù)據(jù)處理。 控制器選型及配置 采用 西門子 S7200 系列可編程控制器。 圖 S7200實物圖 一、 PLC 系統(tǒng)配置 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，綜合考慮系統(tǒng)對 PLC 運算能力的要求等因素，選用西門子的 S7200 系列 PLC， CPU 模塊選用 CPU226。 S7 200 系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設計，各個單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。 系統(tǒng)組成 : (1)電 源負載模塊：用于將 SIMATIC S7200 連接到直流 24V 和交流 220V 兩種供電電源電壓，輸出類型有晶體管和繼電器兩種輸出方式，它與 CPU 模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接。 (2)中央處理單元 (CPU226)：本機集成 24 輸入 /16 輸出， I/O 共計 40 點，和CPU224 相比，程序存儲容量擴大了一杯，數(shù)據(jù)存儲容量增加到 10KB，它具有 2個通信口，通信能力大大增強。它可用于點數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 (3)I/O 擴展模塊：對于 I/O 點數(shù)不夠的情況沒就必須增加 I/O 擴展模塊，對 I/O 點數(shù)進行補 充。本機選用 1 個 EM222（ 4 點）作為數(shù)字量的擴展。 1 個 EM235，1 個 EM232 作為模擬量的擴展。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 11 圖 模塊連接方式 (4)PROFIBUSDP 模塊 EM227：通過該模塊可以把 S7200 PLC 連接到PROFIBUSDP 網(wǎng)絡中，從而使其作為 DP 網(wǎng)絡中的一個從站。 I/O 地址分配表 PLC 輸入、輸出點數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求和所需控制的現(xiàn)場設備數(shù)量加以確定。 （ 1） PLC 的開關輸入端口包括系統(tǒng)的啟動、停止按鈕，電 機啟動、停止按鈕，手動 /自動按鈕、變頻器故障及檢修復位、以及變頻器工頻、變頻運行信號，另外 PLC 輸入端口還包括電動機的熱保護繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點。其開關輸入端口的分配如表 所示。 表 開關量輸入分配表 序號 名稱 文字符號 端口地址 1 手 /自動模式 SF1 2 1 號循環(huán)泵啟動 SF2 3 1 號循環(huán)泵停止 SF3 4 2 號循環(huán)泵啟動 SF4 5 2 號循環(huán)泵停止 SF5 6 引風機啟動 SF6 7 引風機停止 SF7 8 鼓風機啟動 SF8 9 鼓風機停止 SF9 10 補水泵啟動 SF10 11 補水泵停止 BP1 12 環(huán)境溫度 BT 13 回水溫度 BP2U 14 鍋爐排渣電機啟動 BP2L 15 鍋爐排渣電機停止 SF11 16 總電缺相 SF12 17 1 熱繼電器 SF13 主機 CPU226 模塊 2 EM222 DO4 模塊 3 EM235 AI4/AO1 模塊 4 EM232 AO2 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 12 18 2 熱繼電器 SF14 19 鼓風機熱繼電器 KF1 20 引風機熱繼電器 KF2 21 鍋爐水位高 KF3 22 鍋爐水位低 KF4 23 上煤電機啟動 SF15 24 上煤電機停止 SF16 （ 2） PLC 的輸出端口包括各種故障指示以及變頻器故障給 PLC 的信號， PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實現(xiàn)的，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護 PLC 設備，增強系統(tǒng)工作的可靠性。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴展提供方便。開關輸出端口的分配表如 所示。 表 開關量輸出分配表 序號 名稱 文字符號 端口地址 1 循環(huán)泵 1 號 QA1 2 循環(huán)泵 2 號 QA2 3 引風機工作 QA3 4 鼓風機工作 QA4 5 補水泵工作 PG1 6 鍋爐排渣電機 PG2 7 上煤電機 PG3 9 補水泵 1 號燈 PG5 10 補水泵 2 號燈 PG6 系統(tǒng)主電路的設計 根據(jù)本設計的要求，本系統(tǒng)風機和循環(huán)泵采用變頻啟動和調(diào)速。變頻器輸入電源前面接入一個自動 空氣開關，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，雖然變頻器本身就有欠壓、過壓，過流、過載等保護功能，但是對于有工頻運行的水泵電動機，還需要在工頻電源下面接入相應的熱繼電器，來實現(xiàn)電機的過流過載保護。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 13 圖 控制系統(tǒng)的主回路 本系統(tǒng)采用 4 臺變頻器連接 4 臺電動機，其中 1 號變頻器控制引風電機，功率為 90KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)， 3 號變頻器控制鼓風機，功率為 37KW，變頻工作方式，電機通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。 2 號變頻器控制一臺循環(huán)泵， 4 號變頻器控制一臺循環(huán)泵，功 率都為 75KW，一臺作為備用，均采用變頻工作方式。補水泵，爐排電機等采用工頻運行方式，功率為 5KW。 變頻器主電路電源輸入端子 (R, S, T)經(jīng)過隔離開關與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 (U. V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動機上，如圖 所示。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈帶電并保持，從而使接觸器動作， 1變頻器、 3變頻器接通電源，電動機變頻運行。 西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文 14 系統(tǒng)控制電路的設計 在控制電路的設計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機、接觸器的動作，都是按 照 PLC 的程序邏輯來完成的。為了保護 PLC 設備， PLC 輸出