【導(dǎo)讀】程度的影響，直接體現(xiàn)在我國南方的火力發(fā)電廠和北方供熱采暖系統(tǒng)中。和弊端不斷體現(xiàn)出來，這種老式的控制方式已不能適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)活動。統(tǒng)的優(yōu)化改造能實現(xiàn)該生產(chǎn)行業(yè)的重大革新。①根據(jù)國內(nèi)外鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀，對鍋爐控制系統(tǒng)提出設(shè)計方案；③設(shè)計鍋爐控制所需的硬件，完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及接線圖；④設(shè)計鍋爐控制的PLC程序，完成軟件梯形圖；⑤根據(jù)設(shè)計說明書的撰寫，完成一篇外文資料及相應(yīng)翻譯。在工業(yè)迅速發(fā)展的推動下，我國的經(jīng)濟(jì)水平得到了大幅的提升。鍋爐作為最重要的動。率較低，也就使得鍋爐的供能不夠高效。本設(shè)計結(jié)合PLC控制技術(shù)對這一問題進(jìn)行了重點的研究。采用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)對鍋爐。會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境質(zhì)量的提高有很大的意義。文獻(xiàn)和實際情況設(shè)計鍋爐的自動控制系統(tǒng)。測、控制、管理。集中體現(xiàn)在對鍋爐燃燒控制、水位汽包控制、過熱蒸汽溫度控制以及安。通過STEP7編程軟件對PLC進(jìn)行軟件編程，構(gòu)成對鍋爐的實時監(jiān)控系統(tǒng)。

　　

【正文】 4320523 各專業(yè)都有 I/O 地址分配表 根據(jù)已經(jīng)確定的所需輸入 /輸出點，以及其對應(yīng)的數(shù)量和類型，確定 CPU、 SM33SM332 的 I/O 地址分配如下，為程序的編寫打好基礎(chǔ)。 CPU 及兩個擴(kuò)展模塊的 I/O 地址分配如下表所示： 1. CPU 314C2 DP（ 24DI/16DO、 5AI/2AO） 表 38 CPU314C2 DP 的 DI/DO 點分配表 代 號 輸入設(shè)備 PLC 輸入繼電器 代 號 輸出設(shè)備 PLC 輸出 繼電器 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 FR1 FR2 FR3 FR4 FR5 FR6 FR7 給水電機(jī) Ⅰ 啟動按鈕 給水電機(jī) Ⅰ 停止按鈕 給水電機(jī)Ⅱ啟動按鈕 給水電機(jī)Ⅱ停止按鈕 給煤電機(jī)啟動按鈕 給煤電機(jī)停止按鈕 爐排電機(jī)啟動按鈕 爐排電機(jī)停 止按鈕 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 啟動按鈕 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 停止按鈕 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ啟動按鈕 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ停止按鈕 引風(fēng)電機(jī)啟動按鈕 引風(fēng)電機(jī)停止按鈕 給水電機(jī) Ⅰ 的熱保護(hù)繼電器 給水電機(jī)Ⅱ的熱保護(hù)繼電器 給煤電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 爐排電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 的熱保護(hù)繼電器 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ的熱保護(hù)繼電器 引風(fēng)電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 KM9 給水電機(jī) Ⅰ 對應(yīng)變頻器端子 給水電機(jī)Ⅱ?qū)?yīng)變頻器端子 給煤電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 爐排電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 對應(yīng)變頻器端子 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ?qū)?yīng)變頻器端子 引風(fēng)電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 給水調(diào)節(jié)閥對應(yīng)變頻器端子 出水調(diào)節(jié)閥對應(yīng)變頻器端子 表 39 CPU314C2 DP 的 AI/AO 點分配表 模擬量輸入?yún)?shù) 模擬量輸入地址 模擬量輸出調(diào)節(jié) 模擬量輸出地址 給煤量 爐膛溫度 送風(fēng)壓力 爐膛負(fù)壓 蒸汽流量 PIW752 PIW754 PIW756 PIW758 PIW760 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅰ 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅱ PQW752 PQW754 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2. SM331（ 8AI） 表 310 模擬量輸入模塊 EM331 的 AI 點分配表 模擬量輸入?yún)?shù) 模擬量輸出地址 給水給水流量 汽 包水位 汽包高水位上限 Ⅰ 汽包高水位上限Ⅱ 汽包低水位上限 Ⅰ 汽包低水位上限Ⅱ 過熱蒸汽溫度 Ⅰ 過熱蒸汽溫度Ⅱ PIW256 PIW258 PIW260 PIW262 PIW264 PIW266 PIW268 PIW270 3. SM332（ 4A0） 表 311 模擬量輸出模塊 EM332 的 AO 點分配表 模擬量輸出調(diào)節(jié) 模擬量輸入地址 爐排運行速度變頻器 送風(fēng)量變頻器 引風(fēng)量變頻器 減溫水調(diào)節(jié)閥 PQW272 PQW274 PQW276 PQW278 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 軟件編程 本次設(shè)計采用的 PLC 為西門子 S7300，并使用 STEP 7 編程軟件編寫梯形圖程序，實現(xiàn)要求的控制要求。根據(jù)本次課題要求，通過所編程序?qū)崿F(xiàn)燃料量控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力，送風(fēng)量控制調(diào)節(jié)煙氣含量以及引風(fēng)量控制爐膛負(fù)壓的設(shè)計，并有效克服彼此間的干擾。 程序結(jié)構(gòu)如下圖所示： 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 4 鍋爐控制 系統(tǒng)仿真 計算機(jī)仿真已經(jīng)成為解決工程實際的必要手段，它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿 真等許多強(qiáng)大的功能集成在一個視窗環(huán)境中，為許多工程和科學(xué)領(lǐng)域的有效數(shù)值計算提供了一種全面的解決方案，代表了當(dāng)今科學(xué)計算軟件的先進(jìn)水平 [11]。 為了體現(xiàn)本課題所設(shè)計控制系統(tǒng)的性能，利用 MATLAB 軟件建立對應(yīng)的傳遞曲線與仿真圖。 將 控制方案的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的傳遞函數(shù)，在通過仿真軟件建立出系統(tǒng)的圖形，從線性的波動就能很好的體現(xiàn)出該控制方案的優(yōu)缺點。 汽包水位控制系統(tǒng)整定與仿真 根據(jù)汽包水位控制方案圖，給水流量控制結(jié)構(gòu)框圖如下： K dK uG p (s)DH 0 圖 41 鍋爐給水控制系統(tǒng)框圖 其中： Gp(s)為給水控制器傳遞函數(shù)； Ku 為給水電機(jī)的傳遞函數(shù)； Kd 為給水流量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。給水流流量調(diào)節(jié)回路只需要在擾動進(jìn)入時，可以在最短時間內(nèi)消除該擾動，因此選用最簡單的比例（ P）調(diào)節(jié)器。 ABB 變頻器在給定 380V 三相交流電下的輸出頻率為 50Hz，輸出電流 5~20mA。電機(jī)正常轉(zhuǎn)動時的輸出頻率為電源工頻 50Hz，鍋爐蒸發(fā)量為 35t/h，估算對應(yīng)給水流量 D 大約為 35m3/h。因此對應(yīng)的控制對象的頻率上升時間為 ，其增 益為 35/20=，并由此認(rèn)定這個控制回路是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)是 。從硬件的選型可知，在系統(tǒng)正常運行時的相關(guān)參數(shù)為 Kd=(51)/(503)=， D=35。 傳遞函數(shù)表達(dá)式如下： SSGp )( ?? () 仿真結(jié)果如圖 42 所示： 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 600 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 7S t e p R e s p o n s et / s ( s e c )Amplitude 圖 42 鍋爐給水控 制回路仿真圖 從仿真波形圖可以看出響應(yīng)時間很短，閉環(huán)回路的增益也符合要求，給水流量調(diào)節(jié)控制器在迅速調(diào)節(jié)給水量從而消除給水的滯后性。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)整定與仿真 主蒸汽壓力控制回路整定與仿真 根據(jù)主蒸汽壓力控制方案圖，對應(yīng)副回路的給煤控制回路控制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 2K BD z2 (s)MD O 2 (s) 圖 43 主蒸汽壓力控制副回路控制框圖 其中： Dz2(s)為給煤控制器傳遞函 數(shù)； KB為給煤電機(jī)變頻器的調(diào)節(jié)系數(shù)； DO2(s)為給煤電機(jī)的傳遞函數(shù)； P2為給煤量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。給煤量調(diào)節(jié)回路只需要在相關(guān)擾動進(jìn)入時，可以在最短時間內(nèi)消除該擾動，因此選用最簡單的比例（ P）調(diào)節(jié)器。 主蒸汽壓力由給煤量來控制調(diào)節(jié)，并保持主蒸汽壓力的穩(wěn)定，給煤控制回路作為副回路是一個比例環(huán)節(jié)，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行時，時間常數(shù)為 ， P2=， KB=1。且副回路的輸入即為主回路的輸出。因此給煤控制回路的傳遞函數(shù)如下： 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 SSDO )(2 ?? () 根據(jù)副回路的傳遞函數(shù)可知該回路時間滯后較小，可以將它等效為 D2(s)=1/P2=20。而主回路的控制框圖如下： P 1D z1 (s) D O1 (s)D 2 (s) 圖 44 主蒸汽壓力控制主回路控制框圖 當(dāng)給煤量變化時，主蒸汽壓力的曲線特性為存在一定的滯后，等效為時間滯后傳遞，一般 取值為 50，主蒸汽壓力控制主回路通道的傳遞函數(shù)為： SO eSSD 501 1001 1)( ??? () 由 PI 控制器的經(jīng)驗公式可知 δ =1， Tc1=80， Kc1=1/δ =1，得出該回路調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： SSSSD O 80 1808011)(2 ???? () 仿真結(jié)果如圖 45 所示： 0 1 2 3 4 5 600 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 41 . 6t/s幅值 圖 45 主蒸汽壓力控制主回路仿真圖 從仿真波形圖中可以看出當(dāng)前的控制系統(tǒng)（實線）當(dāng)出現(xiàn)階躍信號時，主蒸汽壓力控全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 制器在調(diào)解時超調(diào)量小，并能迅速調(diào)節(jié)蒸汽壓力從而消除擾動，使被調(diào)量迅速達(dá)到穩(wěn)定，比以往的控制調(diào)節(jié)手段（虛線）更快達(dá)到要求的壓力值，滿足了控制要求。 送風(fēng)控制系統(tǒng)整定與仿真 根據(jù)送風(fēng)量控制方案圖，送風(fēng)控制回路控 制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 3D F (s) D O3 (s)D 3 (s) 圖 46 送風(fēng)量控制主回路控制框圖 其中： DF(s)為煙氧量控制器傳遞函數(shù)； D3(s)為等效副控制回路的傳遞函數(shù)； DO3(s)為送風(fēng)電機(jī)的傳遞函數(shù)； P3為送風(fēng)量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。 煙氧量由送風(fēng)量來控制調(diào)節(jié)，并保持煙氧量處于的穩(wěn)定，送風(fēng)量控制回路作為副回路是一個比例環(huán)節(jié)，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行時，比值系數(shù)為 ，反饋系數(shù)為 。且副回路的輸入即為主回路的輸出。因此送風(fēng)控制回路的傳遞函數(shù) DO4(s)如下： SSD O 8)(4 ?? () 根據(jù)副回路的傳遞函數(shù)可知該回路時間滯后較小，可以將它等效為 D3(s)=1/=25。當(dāng)送風(fēng)量變化時，煙氧量曲線特性為存在一定的滯后，主蒸汽壓力控制主回路通道的傳遞函數(shù)為： SO eSSD 803 801 1)( ??? () 由 PI 控制器的經(jīng)驗公式可知 δ =， Tc3=64， Kc3=1/δ =，由此得出煙氧量調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： SSSSD F 64 )( ???? ）（ () 仿真結(jié) 果如圖 47 所示： 全套設(shè)計（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 0 1 2 3 4 5 600 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4t/s幅值 圖 47 送風(fēng)量控制主回路控制仿真圖 從仿真波形圖可以看出所設(shè)計的控制系統(tǒng) （實線） 響應(yīng)延遲很小，給出階躍信號時，煙氧量控制器在迅速調(diào)節(jié)送風(fēng)回路，進(jìn)而改變送風(fēng)量來消除擾動，使被調(diào)量迅速達(dá)到穩(wěn)定，與以往控制方法（虛線）相比大大減少了滯后時間，確保能及時使煙氧量處于規(guī)定范圍。 引風(fēng)控制系統(tǒng)整定與仿真 根據(jù)引風(fēng)控制方案圖，爐膛負(fù)壓控制回路控制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 4D Y (s) K NP Y 0 P Y 圖 爐膛負(fù)壓控制主回 路控制框圖 其中： DY(s)為引風(fēng)量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)； KN 為調(diào)節(jié)閥傳遞系數(shù)； P4 為送風(fēng)量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。 爐膛負(fù)壓由引風(fēng)量來控制調(diào)節(jié)，并保持爐膛的