【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)， 熱水鍋爐 燃燒過(guò)程智能控制裝置通過(guò)檢測(cè)出水 水溫 、出水溫度、蒸汽 水溫 、汽包水位、室外溫度、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度、排煙溫度、氧含量等運(yùn)行物理量，通過(guò)智能控制器及變頻器控制鼓、引風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速 ，改變鼓風(fēng)量 、引風(fēng)量、給煤量，使?fàn)t膛 負(fù)壓、出水 水溫 、汽包水位、出水溫度、蒸汽 水溫 控制在預(yù)定范圍內(nèi)，保證 熱水鍋爐 在最佳的風(fēng)、煤比下燃燒，在最節(jié)能條件下運(yùn)行。 熱水 鍋爐 自動(dòng)控制裝置 能對(duì) 熱水鍋爐 進(jìn)行過(guò)程 的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能，保證 熱水鍋爐 的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 11 第 二 章 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 課題設(shè)計(jì)的要求 傳統(tǒng)的 中小型 供暖 系統(tǒng)采 用燃煤 熱水 鍋爐 ， 整個(gè) 熱水鍋 爐 運(yùn) 轉(zhuǎn)采用手動(dòng)方式，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力還不節(jié)能 。要使供暖系統(tǒng)保持 24 小 時(shí)運(yùn)行，使 熱水鍋爐 自 動(dòng)運(yùn) 行，就 必須從 而需 要一套 自動(dòng)控 制裝置 ，保 證 熱水 鍋爐 的鼓風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)及循環(huán)水泵的自動(dòng)運(yùn)行，并能實(shí)現(xiàn) 溫度控制、自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)計(jì)時(shí) 、自 動(dòng)恢復(fù) 等功能 。在 整個(gè)控 制過(guò)程 中。為 了增 加安全 性防止發(fā)生溫度超限導(dǎo)致 熱水鍋爐 爆炸，采用一臺(tái) P LC 負(fù) 責(zé)正常的 熱水鍋爐 控制以及 熱 水鍋 爐 溫度 控制。 在具 體控制 中，要 求當(dāng)測(cè) 量溫 度低于 設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng) 機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)，一 定時(shí)間 后給 煤機(jī)自 動(dòng)運(yùn)行 。測(cè)量 溫度 達(dá)到設(shè) 定溫度后，風(fēng)機(jī) 、煤 機(jī)同時(shí) 停止， 此時(shí) 水溫逐 漸降低 ，低于 設(shè)定 溫度后 ，風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) ，同 樣一定 時(shí)間后 煤機(jī) 自動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn)。水 泵在水 溫超 過(guò)另一 設(shè)定點(diǎn)時(shí)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。本設(shè)計(jì)主要采用 P LC 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)燃煤 熱 水鍋爐 控制中直流風(fēng)機(jī)、煤機(jī)及水泵的自動(dòng)控制。另 外，要求系統(tǒng)采用變頻 ，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課題為熱水 鍋爐 P LC 和 IP C 自動(dòng)控制系 統(tǒng) ，系 統(tǒng) 中 應(yīng)結(jié)合 微機(jī)技術(shù) 、 變頻 技 術(shù) 與 電 機(jī)控制技 術(shù) 。 設(shè)計(jì) 的主要 內(nèi) 容包括以下幾 個(gè) 方面： 掌握 熱水 鍋爐 工程 對(duì) 控制、 通信 和上位 機(jī)監(jiān) 控 等的 需求 ，提出綜 合自 動(dòng) 化系 統(tǒng)方 案。 提出 綜 合自 動(dòng) 化系 統(tǒng) 的硬件方案和方案 論證 優(yōu)化。 完成 軟 件需求的系 統(tǒng) 分析。 完成 軟 件的 編 制（ PLC 的 編 程與 說(shuō) 明 ）。 繪 制系 統(tǒng) 電氣 控 制原 理圖 、系 統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 、 軟 件流程 圖 和 上位機(jī)監(jiān)控畫面。 按期完成 畢業(yè)論 文的撰 寫 充分準(zhǔn) 備 ， 順 利完成 畢業(yè) 答 辯 系統(tǒng)主要功能 與技 術(shù) 指 標(biāo) 本系 統(tǒng)分為三個(gè)層次 ，一個(gè)是管理層，控制層，設(shè)備層 ，其中管理層有上 位工 控機(jī)組 成，主 要完 成工藝 流程監(jiān) 控 ，用 戶 密 碼登陸 ，頻率設(shè)定 ， 電機(jī)啟停 等功能。控制層由西門子 S7200 組成，它主要實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 采集和變頻器 和電機(jī)的邏輯控制，它 通過(guò) RS485 接 口和網(wǎng) 線與上 位機(jī)的相連 。設(shè) 備 層由 變頻 器 、接 觸器 、 斷 路 起、熱 繼電 起 、以 及各種 傳感器等組成。他主要功能是執(zhí)行軟件 設(shè)備 動(dòng)作和現(xiàn)場(chǎng)熱工參數(shù)采集。 為了提高可靠性本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 手 動(dòng)和自動(dòng) 兩 中工作模式 ，在 手 動(dòng)模式下 它 可以 單獨(dú) 啟停 風(fēng)機(jī) 、給 煤機(jī)、 循環(huán)水 泵等 。 在自 動(dòng)模式 下，按以下程序執(zhí)行。 1） 、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 3min（ 110min 可調(diào)）后，給煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行； 2） 、循環(huán)定時(shí)輸出。測(cè)量水溫升到設(shè)定溫度后（出水溫度 75 `C），風(fēng)機(jī)、煤機(jī) 停止 工作， 水泵繼 續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)。停 機(jī)時(shí)間 達(dá)到設(shè) 定時(shí) 間時(shí) ， 循環(huán)定時(shí)器啟動(dòng)，即 20 mi n（ 060 mi n 可調(diào)）后風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)運(yùn)行 3 mi n（ 110mi n 可調(diào)）后， 煤機(jī) 自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 8 mi n（ 060 mi n 可調(diào)），煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 5 mi n 后，煤機(jī)、風(fēng)機(jī) 均停止工作。 20 mi n 后 繼續(xù)按此規(guī)律循環(huán)； 本系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)。 1） 、風(fēng)機(jī)、煤機(jī)變頻運(yùn)行； 而水本要求軟啟動(dòng)控制。 2） 、煤機(jī)參數(shù)：額定功率為 30KW，額定電壓為 380V； 2 臺(tái) 3） 、風(fēng)機(jī)參數(shù)：額 定功率為 15K W，額定電壓為 380 V； 4 臺(tái)（ 2 備 2用） 4） 、水泵電機(jī)參數(shù)：額定功率為 30KW，額定電壓為 380V； 2 臺(tái) 5 ） 、煤機(jī)由于某種原因卡住，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)、煤機(jī)全停止，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 13 第 三 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 熱水 鍋爐 控制 系統(tǒng) 主要任 務(wù)是保 證 熱 水鍋爐 的安 全、穩(wěn) 定、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用 P LC 和 IPC 自動(dòng) 控制能對(duì) 熱水鍋爐進(jìn)行過(guò)程的 自動(dòng)控制 、 自動(dòng)檢測(cè) 等多項(xiàng)功能。 熱水鍋爐 PLC 和 IPC 自動(dòng) 控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由熱水鍋爐本體、一次儀表、 上 位工控機(jī)（ IPC） 、 下位機(jī)（ P LC）、 手自動(dòng)切換操 作、 變頻器 等部分 組成 ， 各種 熱工參 量變送 器 將 熱水鍋 爐的 進(jìn)出口 溫度、流量、 排煙溫度 等 量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送 入 P LC 的 A/D 模塊 進(jìn)行數(shù) 據(jù)處 理和上 位機(jī)顯 示。 手動(dòng)時(shí) 由操作 人員手 動(dòng)控 制 風(fēng)機(jī) 、給煤等啟停。 自動(dòng)時(shí)對(duì) IPC 發(fā)出控制信 號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作 。 IPC 對(duì)整個(gè) 熱水鍋 爐 的 運(yùn)行進(jìn) 行監(jiān)測(cè) 、報(bào) 警、控 制以保 證 熱水 鍋爐 正常、 可靠地運(yùn)行，除此以外為保證 熱水鍋爐 運(yùn)行的安全， 在進(jìn)行 P LC 和 IP C 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) 熱水 鍋爐 出 口水溫 和排 煙 溫度 、 水溫 等重要 參數(shù) 應(yīng)設(shè)置 常規(guī)儀表及報(bào)警 裝置 ，以保 證 鍋爐 溫度 和 水溫 有雙重 甚至三 重報(bào) 警裝置 ，這是必不可少的，以免 熱水鍋爐 發(fā)生重大事故。 P LC 和 IP C 自動(dòng) 控 制 系統(tǒng)由 操作柜 、 C RT 顯示 器、打印機(jī)、鍵盤、報(bào)警裝置、低通濾波器及 I/ V 轉(zhuǎn)換板 、現(xiàn)場(chǎng)控制柜 等組 成，能完成對(duì) 水泵 、給煤、鼓 風(fēng)、 引風(fēng)等 進(jìn)行自 動(dòng)控 制，使 熱水鍋 爐 的 溫 度和 水溫 保 持在規(guī)定的數(shù)值 上， 以保證 熱水鍋 爐 的 安全運(yùn) 行，平 穩(wěn)操作 ，達(dá) 到降低 煤耗、提高供 熱 質(zhì)量 的目的 ，同時(shí) 對(duì)運(yùn) 行參數(shù) 如 水溫 、溫度 等有 流 程動(dòng) 態(tài)模擬圖、光柱 模擬 圖等多 幅畫面 并配 有數(shù)字 說(shuō)明， 還可對(duì) 排煙 溫 度 等 進(jìn)行越限報(bào)警， 發(fā)出 聲光信 號(hào)，還 可定 時(shí)打印 出十幾 種運(yùn)行 參數(shù) 的數(shù)據(jù) 。以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表 、 有定時(shí)打印、隨 機(jī)打印等幾種方式。 方案選擇 根據(jù) 設(shè)計(jì) 的 內(nèi) 容和要求，有多種不同的 熱水鍋爐供 暖 控制方案。 現(xiàn)階段使用 較 多的控制器件 為： 微 處 理器 (單 片機(jī)或 D SP)和 P LC 以及 專用變頻 器。 專用變頻 器的主要生 產(chǎn) 廠商有三菱、安 川、 AB B 和富士 等公司。不同的控制 裝 置在控制的原理上基本是一 樣 的 ，主要有 P ID 調(diào)節(jié)器 、 變頻 /工 頻 自 動(dòng) 切 換 等。為達(dá)到鍋爐燃燒工況良好保證設(shè)備運(yùn)行安全，滿足用戶的共 熱要 求，要 求要對(duì) 風(fēng)機(jī) 轉(zhuǎn)速， 循環(huán)水 泵流量 ，給 煤機(jī)等 進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，因此，我門設(shè)計(jì) P LC 和 IP C 自動(dòng) 控制 系統(tǒng) ，保證鍋爐在良好的燃燒共況，安全可靠和節(jié)能降耗條件下運(yùn)行。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 下面 來(lái)分 析和 對(duì) 比一下不同方案的 優(yōu)缺 點(diǎn) 。并確定出整 個(gè)設(shè)計(jì) 的控制方案。 根據(jù) 設(shè)計(jì) 的 內(nèi) 容和功能要求有對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下兩 種控制方案： 方案一： 鍋爐的 風(fēng)機(jī) ，給煤 機(jī)及 循環(huán) 水泵的 自動(dòng) 運(yùn)行 ，采用 變頻 器 和智 能化儀表和單 動(dòng)進(jìn) 行控制 ，可以 實(shí)現(xiàn) ，循環(huán) 水泵流 量， 風(fēng)機(jī) 和 給煤機(jī) 轉(zhuǎn)速的綜合調(diào)節(jié) 。而 且由 于 風(fēng)機(jī)、 給煤 機(jī)和 循 環(huán)水泵 都配備 較大 流量的 電機(jī)，在啟動(dòng)運(yùn) 行過(guò) 程中勢(shì) 必造成 沖擊 和電能 損耗， 影響鍋 爐燃 燒工礦 和水泵循環(huán)系統(tǒng) 的節(jié) 能運(yùn)行 。采用 變頻 技術(shù)后 ，將彌 補(bǔ)設(shè)計(jì) 的不 足。達(dá) 到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效 果。 同時(shí)對(duì) 電機(jī)減 小沖 擊電流 和機(jī)械 磨損， 延長(zhǎng) 電機(jī)的 機(jī)械壽命。采用變頻控制于風(fēng)檔 ，閥門類控制方 式相比又減 小了管道 水溫 損失，同時(shí)也達(dá)到節(jié)能效果，使維護(hù)工作量大大減小，鍋爐運(yùn)行效益明顯提高。 方案二： 在 控制系統(tǒng)中 采用下位機(jī) P LC 和上位工控機(jī) IPC，所有控制電機(jī)的接觸器的動(dòng)作，都是按照 P LC 的程序邏輯來(lái)完成的。為了保護(hù) P LC 設(shè) 備，PLC 輸出端口 并不是直接和 交流接觸器連接 ，而是通過(guò)中間 繼電器去控制電機(jī)的動(dòng)作。在 P LC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為 了實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng) 中的強(qiáng) 電和 弱電之 間的隔 離，保 護(hù)系 統(tǒng)，延 長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 采用一 臺(tái) P LC 負(fù)責(zé)正常的鍋爐控制以及鍋 爐溫 度控制 。 采用 全自 動(dòng)工頻 運(yùn)行方 式供暖 ，采 用軟啟 動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)和保 護(hù)電 機(jī)，本 系 統(tǒng)采 用保 持出口 水溫 為 近 似 恒 溫的 風(fēng)機(jī)和 給煤 工頻運(yùn) 行方 式。 系 統(tǒng) 大 部分 時(shí)間 都 運(yùn) 行在 工頻恒 溫 運(yùn) 行 方式 。所 謂 工 頻運(yùn)行方式， 當(dāng)然 是全部電機(jī) 都工作在工 頻 50 H z 下， 轉(zhuǎn) 速恒定，且軟啟動(dòng)器不 發(fā) 生作 用， 不存在 恒 溫 時(shí) 變頻 調(diào)速 。 沒(méi) 有了 變頻 微 調(diào) ， 該 方式 下的恒溫 只是近似恒 壓 。 該 方 式下， 一體化 溫度 傳 感器信 號(hào) 送 P LC。 為防止 在風(fēng)機(jī)和煤 機(jī) 停 開(kāi) 一臺(tái) 水溫 不 足而 增 開(kāi) 一 臺(tái)水 溫 又超 過(guò) 造成 的所 謂 切 換 振蕩 ，控制 系 統(tǒng)采 用 在 線辨識(shí) 水 溫 控制 區(qū)間 的控 制方案 ，即 只有越 過(guò) 控制區(qū)間 ，系 統(tǒng) 才能 發(fā) 生 動(dòng) 作，風(fēng)機(jī)和煤機(jī) 才能 進(jìn) 行切 換 上位工控機(jī) IPC 完成熱水鍋 爐的 熱工參 數(shù)和風(fēng) 機(jī)、 給煤機(jī) 運(yùn)行狀 態(tài)等顯 示， 并且顯 示熱水鍋爐出口 水溫 、進(jìn)口 水溫、 出口 流量和 排煙溫 度 的實(shí) 時(shí)曲 線、歷 史曲線以及報(bào)表打印等功能。同時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)采用 手動(dòng) /自動(dòng)切換和變頻運(yùn)行 /工頻時(shí) 相互轉(zhuǎn)化工作模式。 對(duì)以 上兩種方案 進(jìn) 行分析 對(duì) 比，加以 論證 得出最優(yōu)方案： 第一種方案是智能化儀表加 變頻運(yùn) 行的方式 ， 這 種方案的特 點(diǎn) 是控 制過(guò)程簡(jiǎn)單、原理清晰，但是控制自動(dòng)程度水平較低 ， 各種熱工參數(shù)顯示蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 15 缺乏直觀性。方案二 結(jié)合 了 PLC的高可靠性和 IPC完善的監(jiān)控功能 以及變頻器良好的節(jié)能效果 ， 與方 案一相比具有以下明顯優(yōu)勢(shì)： 1．直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。能快速計(jì)算出機(jī)組在正常運(yùn)行和啟停過(guò)程中的有用數(shù)據(jù)，能在顯示器上同時(shí)顯示鍋爐運(yùn)行的水位、水溫 、爐膛負(fù)壓、煙氣含量、測(cè)點(diǎn)溫度、燃煤量等數(shù)十個(gè)運(yùn)行參量的瞬時(shí)值、累計(jì)值及給定值，并能按需要在鍋爐的結(jié)構(gòu)示意畫面的相應(yīng)位置上顯示出參數(shù)值。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤； 2．可以按需要隨時(shí)打印或定時(shí)打印，能對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象； 3．在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參 數(shù)； 4．減少了顯示儀表，還可 利用軟件來(lái)代替許多復(fù)雜的儀表 單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報(bào)警器等），從而減少了投資也減少了故障率； 5．提高鍋爐的熱效率。從已在運(yùn)行的鍋 爐來(lái)看，采用計(jì)算機(jī)控制后熱效率可比以前提高 510%，據(jù)用戶統(tǒng)計(jì)，一臺(tái) 20T的鍋爐，全年平均負(fù)荷 70%，以平均熱效率提高 5%計(jì)，全年節(jié)煤 800噸，按每噸煤 380元計(jì)算每年節(jié)約 304000元； 6．鍋爐系統(tǒng)中包含鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和 水 泵等大功率電動(dòng)機(jī)，由于鍋爐本身特性和選型的因素，這些風(fēng)機(jī)大部分時(shí)間里是不會(huì)滿負(fù)荷輸出的，原有方式采用 閥門和擋板控制流量，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻控制可以平均節(jié)電達(dá)到 30%40%； 7．鍋爐 PLC和 IPC自動(dòng)控制系 統(tǒng) 可構(gòu)成分級(jí)控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。這是企業(yè)現(xiàn)代化管理不可缺少的； 8．作為鍋爐控制裝置，其 主要任務(wù)是保證 鍋爐的安全 、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用 PLC和 IPC自動(dòng) 控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警，和自動(dòng)連鎖停爐。杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 根據(jù) 從 多方面的分析 對(duì) 比，第二 種方案比 較 適合本 設(shè)計(jì) 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 容和功 能要求， 從節(jié) 能、可靠性、 經(jīng)濟(jì) 等方面 來(lái) 考 慮 ，第二 種方案也是比較 優(yōu)越的。所以本系 統(tǒng) 的控制方案 確定為 第二 種方案。 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 的 P LC 和 IPC 自動(dòng)控制系 統(tǒng)不僅 是 滿 足用 戶 的 供暖要求的， 還蘭州理工大