【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 觸式和非接觸式。接觸式檢測(cè)儀表形式包括膨脹式、壓力式、熱電阻和熱電偶，非接觸式主要是輻射式。接觸式檢測(cè)儀表具有簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是測(cè)溫存在延時(shí)。而非接觸式檢測(cè)儀表具有較高的測(cè)溫上限、熱慣性小、適用于溫度快速變化的檢測(cè)，但是測(cè)量易受距離、煙塵等外界因素的影響，所以存在較大的測(cè)量誤差。類型形式測(cè)溫范圍 ℃準(zhǔn)確度特點(diǎn)接觸式壓力式20~600~5速度慢、精度低、適于遠(yuǎn)距離傳送膨脹式200~650~5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合就地測(cè)量熱電偶200~18002~10速度快、精度高，中高溫測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送熱電阻200~850~5速度快、精度高，適于低中溫度測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送非接觸式輻射式100~30001~20響應(yīng)速度快，測(cè)量精度一首環(huán)境影響本系統(tǒng)中的爐膛溫度變化范圍一般為900℃~1100℃，過(guò)熱器允許的溫度變化范圍一般為350℃~540℃，從檢測(cè)儀表的測(cè)量精度和測(cè)溫范圍角度考慮，我們選擇熱電偶（測(cè)溫范圍為200℃~1800℃）進(jìn)行溫度檢測(cè)，由于K型（鎳鉻一鎳硅）熱電偶具有測(cè)溫范圍寬（200℃~1300℃）、熱電動(dòng)勢(shì)大、線性好和價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，所以我們選擇K型熱電偶作為鍋爐的溫度檢測(cè)儀表。用熱電偶測(cè)溫一定要注意補(bǔ)償導(dǎo)線的類型及與熱電偶配套的連線和極性，而且要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。2．煤粉和空氣流量測(cè)量元件工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效地控制生產(chǎn)過(guò)程，我們需要對(duì)一些流動(dòng)介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測(cè)。流量檢測(cè)一般有體積流量檢測(cè)和質(zhì)量流量檢測(cè)兩種方法，體積流量檢測(cè)包括容積法和速度法，容積法是用單位時(shí)間內(nèi)排出流動(dòng)介質(zhì)的固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。適用于高粘度流體的測(cè)量及測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合?；谶@種檢測(cè)方法的儀表有旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)。而速度法是先計(jì)算管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的平均速度再乘以管道的橫截面積來(lái)計(jì)算流量的體積。基于這種檢測(cè)方法的儀表有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子式流量計(jì)和超聲波式流量計(jì)等。質(zhì)量流量檢測(cè)一般分為直接法和間接法，直接法是用儀表直接測(cè)得流量的質(zhì)量，間接法指測(cè)出流動(dòng)介質(zhì)的密度再乘以其體積最后得出質(zhì)量。由于差壓式流量計(jì)運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且還可與差壓式變送器配合使用，適用于多種流動(dòng)介質(zhì)的測(cè)量，所以設(shè)計(jì)中我們使用差壓式流量計(jì)測(cè)量煤粉流量和空氣流量。差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管和差壓變送器組成。差壓式流量計(jì)的檢測(cè)原理是：當(dāng)流動(dòng)介質(zhì)經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置前后會(huì)產(chǎn)生壓力差，通過(guò)壓力差可得被測(cè)介質(zhì)的流量。應(yīng)用較為廣泛的節(jié)流裝置有噴嘴擋板、孔板及文丘里管。由于三者的結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致他們的性價(jià)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。使用孔板時(shí)一定要注意孔板的安裝方向一定要正確，即流動(dòng)介質(zhì)從圓柱形一側(cè)流進(jìn)，從圓錐形一側(cè)流出，如果方向不正確，測(cè)量值會(huì)小于實(shí)際值。為了使變送器輸出的電信號(hào)與流量成正比例關(guān)系，必須加一個(gè)開(kāi)方器[9]。3．液位測(cè)量元件生產(chǎn)過(guò)程中為了實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)，物位檢測(cè)十分重要，通過(guò)物位檢測(cè)可以了解它是否在工業(yè)要求允許范圍內(nèi)，另外物位檢測(cè)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)核算也顯得十分的必要。本設(shè)計(jì)對(duì)于鍋爐汽包液位的檢測(cè)主要介紹以下3種汽包水位測(cè)量?jī)x表。（1）雙色水位計(jì)：是鍋爐附屬設(shè)備，鍋爐中汽呈現(xiàn)為紅色，水呈現(xiàn)為綠色，當(dāng)水位和蒸汽流量變化時(shí)，紅色和綠色所占的比例相應(yīng)變化，這種水位計(jì)觀測(cè)起來(lái)明顯直觀，但是在實(shí)際應(yīng)用中，受外界環(huán)境的影響，使用一段時(shí)間后汽水分界會(huì)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。（2）差壓水位計(jì)：將變動(dòng)水位與恒定水位的差壓值轉(zhuǎn)換成水位值，再通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電信號(hào)。但是在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)：水位和差壓的關(guān)系會(huì)受汽包壓力的變化的影響，存在較大的誤差，采用平衡容器測(cè)量方法可以使汽包壓力得到補(bǔ)償，但準(zhǔn)確度仍受到較大的限制。差壓式流量計(jì)一般適用于運(yùn)行穩(wěn)定的液位控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中液位出現(xiàn)較大變化時(shí)，誤差會(huì)很大。(3)電極式水位計(jì)：利用飽和蒸汽與蒸汽凝結(jié)水電導(dǎo)率的不同，把汽包水位的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由二次儀表遠(yuǎn)距離顯示水位。它克服了汽包的壓力的變化對(duì)測(cè)量的影響，一般用于鍋爐的啟停和參數(shù)變化過(guò)程中。這種儀表具有延遲小、誤差小的優(yōu)點(diǎn)，所以不需要對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，檢修和校驗(yàn)比較方便。但是它的測(cè)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。綜上，雙色水位計(jì)可在鍋爐啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)汽包水位進(jìn)行監(jiān)控，校對(duì)其他的液位測(cè)量?jī)x表。差壓式水位計(jì)適用于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)參數(shù)的顯示，電極式水位計(jì)一般應(yīng)用在鍋爐變參數(shù)運(yùn)行過(guò)程中，精度很高。因此，在汽包水位控制系統(tǒng)中3種儀表同時(shí)被采用。4．給水流量和蒸汽流量測(cè)量元件流量傳感器在本設(shè)計(jì)中用于給水流量和蒸汽流量的測(cè)量，這兩個(gè)信號(hào)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。如果我們要控制的是35t/h鍋爐的汽包水位，即每小時(shí)有35t的給水變成水蒸氣。根據(jù)要求我們選擇LUGB99型渦街流量計(jì)，它是一種新型振動(dòng)式流量計(jì)，具有壓損小、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于管道中蒸汽、汽體和液體介質(zhì)流量的測(cè)量。該流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下：（1）測(cè)量介質(zhì)：液體、蒸汽、汽體（2）感應(yīng)元件不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，具有可靠性高和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)（3）傳感器結(jié)構(gòu)牢固而且簡(jiǎn)單，維擴(kuò)量小、壓損?。?）范圍度寬可達(dá)10：1至15：1（5）測(cè)量范圍：一般正常工況下，雷諾數(shù)為20，000至7，000，000；信號(hào)輸出不受液體粘度、溫度、壓力及組份影響（6）精度等級(jí)：如果是液體，精度可達(dá)指示值177。%；若是蒸汽，則精度可達(dá)指示值177。%根據(jù)儀表量程的選擇原則，儀表的量程應(yīng)該是被測(cè)參數(shù)的4/3至3/2倍，流量計(jì)能檢測(cè)的最大流量為：～52 m3/h，因此選擇LUGB99型渦街流量計(jì)，可檢測(cè)流量的范圍：3～50 m3/h，可滿足對(duì)汽包給水流量的檢測(cè)。LUGB99型流量計(jì)不僅可以檢測(cè)液體流量還可以檢測(cè)蒸汽流量，所以在本設(shè)計(jì)中我們也選擇它對(duì)蒸汽流量進(jìn)行檢測(cè)。，蒸汽的密度一般是2700Kg/ m3，根據(jù)儀表量程的選擇原則，被選用儀表的量程應(yīng)為被測(cè)量參數(shù)的4/3至3/2倍，LUGB99型渦街流量計(jì)可檢測(cè)流量范圍為8～80 m3/h，可以滿足本設(shè)計(jì)對(duì)蒸汽流量的檢測(cè)。5．壓力測(cè)量元件壓力檢測(cè)的方法有液柱式壓力檢測(cè)、彈性式壓力檢測(cè)、電氣式壓力檢測(cè)和活塞式壓力檢測(cè)，由于電氣式壓力檢測(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，測(cè)量范圍大、便于信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，所以本設(shè)計(jì)選擇電氣式壓力檢測(cè)。電氣式壓力檢測(cè)儀表是將敏感元件檢測(cè)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。常見(jiàn)的電氣式壓力檢測(cè)儀表有壓電式壓力檢測(cè)儀表和電阻式壓力檢測(cè)儀表。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(dòng)態(tài)性能好，所以我們選擇電阻式壓力檢測(cè)儀表來(lái)檢測(cè)爐膛壓力[10]。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(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，控制閥門(mén)的開(kāi)度。執(zhí)行器由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇時(shí)應(yīng)該考慮工藝要求、控制精度和經(jīng)濟(jì)性。由于氣動(dòng)執(zhí)行器同其他兩類執(zhí)行器相比，不僅價(jià)格低、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，而且具有很高的安全性能，本設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有活塞式和薄膜式兩類，由于薄膜式與活塞式相比，不僅價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，所以選擇薄膜式。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩作用下，阻力系數(shù)發(fā)生改變，從而改變被控介質(zhì)流量，達(dá)到調(diào)節(jié)工藝變量的目標(biāo)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有多種，包括角形調(diào)節(jié)閥、隔膜調(diào)節(jié)閥、直通調(diào)節(jié)閥（分單座和雙座兩種）、蝶閥、三通調(diào)節(jié)閥、球閥等等，由于角形調(diào)節(jié)閥閥體呈三角形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力也小，適用于高粘度、有固體顆?；驊腋∥锏膱?chǎng)合，所以本設(shè)計(jì)中的煤氣閥和空氣閥均采用角形閥。煙道百葉窗擋板一般應(yīng)用在低差壓、大口徑、有懸浮物、大流量的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)采用煙道百葉窗作為控制爐膛壓力的煙氣調(diào)節(jié)閥。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。2．氣開(kāi)、氣閉形式的選擇由于執(zhí)行器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有正裝、反裝兩種形式，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正和反兩種作用方式，通過(guò)四種組合方式可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器氣開(kāi)和氣關(guān)調(diào)節(jié)。當(dāng)氣壓P，閥門(mén)開(kāi)度隨氣壓信號(hào)減小而增加，氣壓為零時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，這類稱為氣關(guān)式執(zhí)行器。相反，氣開(kāi)式執(zhí)行器在沒(méi)有壓力信號(hào)時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，閥門(mén)開(kāi)度隨氣壓信號(hào)的增大而增大。氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇必須保證生產(chǎn)過(guò)程的安全性，當(dāng)壓力信號(hào)中斷時(shí)，閥門(mén)的位置應(yīng)保證操作人員及設(shè)備的安全。對(duì)于爐膛而言，當(dāng)信號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)該保證煤粉和空氣閥門(mén)全部關(guān)閉，使鍋爐不會(huì)因高溫而發(fā)生事故，所以煤粉和空氣選擇氣開(kāi)式執(zhí)行器。對(duì)于汽包水位的控制，應(yīng)保證信號(hào)中斷時(shí)，仍然有給水進(jìn)入汽包，避免汽包水位過(guò)低引起爆炸，所以給水執(zhí)行器應(yīng)該選擇氣閉式。1．調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)器將測(cè)量變送器采集的測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較得出偏差進(jìn)行比例、微分和積分運(yùn)算，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，控制執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫、汽包水位、爐壓和過(guò)熱器出口蒸汽溫度的控制。PID運(yùn)算規(guī)律可用下面公式表示： （）Kp：比例增益；TI：積分時(shí)間；TD：微分時(shí)間；當(dāng)TI→∞，TD→0時(shí)，控制器輸出為比例調(diào)節(jié)： （）在控制過(guò)程中常用比例度表示作用的強(qiáng)弱，100%，越小，比例作用越強(qiáng)。具有及時(shí)迅速，存在余差等特點(diǎn)。增大Kp可減小余差，但容易產(chǎn)生震蕩。當(dāng)KI→∞時(shí)，控制器輸出為比例積分調(diào)節(jié)： （）積分調(diào)節(jié)能夠消除余差，但動(dòng)作緩慢，所以一般不單獨(dú)使用，PI調(diào)節(jié)控制速度得到提高。當(dāng)KD→0時(shí)，控制器輸出為比例微分調(diào)節(jié)： （）比例微分調(diào)節(jié)能夠改善系統(tǒng)的動(dòng)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(dú)使用[13]?？刂埔?guī)律選擇的一般原則：（1）廣義控制通道時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)需要引入微分調(diào)節(jié)。允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，可選PD調(diào)節(jié)規(guī)律，不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)應(yīng)選PID調(diào)節(jié)規(guī)律。如果負(fù)荷變化大，不宜采用PID調(diào)節(jié)。（2）控制通道時(shí)間較小，工藝允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，選用P調(diào)節(jié)。不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)選用PI調(diào)節(jié)。綜合上述原則，爐膛溫度控制器采用PID調(diào)節(jié)，汽包液位控制采用P調(diào)節(jié)，流量控制和爐膛壓力控制采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。2．正、反作用方式的判斷根據(jù)控制回路負(fù)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(kāi)式，所以Kv為“+”；煤粉和空氣閥門(mén)開(kāi)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。同理，汽包水位控制系統(tǒng)中Kv為“”，Ko為“+”， Km為“+”，所以Kp應(yīng)為“”，汽包的給水流量調(diào)節(jié)器需采用正作用調(diào)節(jié)方式。爐壓調(diào)節(jié)器采用反作用調(diào)節(jié)方式，過(guò)熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器采用反作用調(diào)節(jié)方式。第五章 控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)1．S7200簡(jiǎn)介可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC，它是基于微處理器的一種通用控制裝置，是當(dāng)代工業(yè)控制的主要支柱之一，從性能、價(jià)格和可靠性方面考慮，我們選擇西門(mén)子S7200作為鍋爐控制系統(tǒng)的控制器。在控制過(guò)程中完成對(duì)被控參數(shù)（爐膛溫度、汽包液位、過(guò)熱器出口蒸汽溫度、爐膛壓力）的采集、處理和控制。S7200系列PLC控制系統(tǒng)一般由機(jī)架、數(shù)字量輸入模塊（EM221）、CPU模塊、數(shù)字量輸出模塊(EM222)、模擬量輸出模塊（EM232）和模擬量輸入模塊（EM231）通信模塊和智能模塊組成。另外在EM235擴(kuò)展模塊中，D/A和A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)都是12位，模擬量的輸出和輸入有很多種量程，如0～20mA，0～10V，0～100mV，0～5V，等等，并且有0～10D/A和A/D轉(zhuǎn)換單元[15]。西門(mén)子S7200控制器通過(guò)遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要檢測(cè)和控制的各點(diǎn)，CPU自帶24路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出，集成2個(gè)RS