【正文】 開 始空 燃 比 是 否 為 3返 回煤 粉 和 空 氣流 量 采 集計(jì) 算 空 燃比Y煤 粉 和 空 氣進(jìn) 行 混 合N重 新 混 合P I D 調(diào) 節(jié) 圖 空燃比控制子程序 空燃比子程序接收到開始信號(hào)后，首先進(jìn)行煤粉和空氣流量的采集，判斷比值是否為 3，是則進(jìn)行混合，不是則重新配比，直到比值等于 3，進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，如圖 所示。 開 始加 法 器測 蒸 汽 流 量S P P V啟 動(dòng) 1 給 水 泵自 動(dòng) ？是 否 在 允 許范 圍 ？是 否 在 允 許范 圍 ？判 斷 是 否 正 常是 否 有 故 障水 位 設(shè) 定報(bào) 警 報(bào) 警停 止P I D 調(diào) 節(jié)是 否 正 常 運(yùn) 行手 動(dòng)測 汽 包 水 位 測 給 水 流 量停 止YNYNN停 止YN啟 動(dòng) 1 給 水 泵 、給 水 閥 、 蒸 汽 閥是 否 有 故 障NYY NY 圖 汽包水位控制子程序 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 30 如上圖 所示汽包水位控制子程序 運(yùn)行開始后，如果運(yùn)行正常，則對(duì)其進(jìn)行水位設(shè)定，手自動(dòng)方式選擇，如果不正常則立刻停止，自動(dòng)方式運(yùn)行開始后，分別對(duì)汽包水位、給水流量和蒸汽流量進(jìn)行采樣和計(jì)算，進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行正常，正常則一直進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，否則停止。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 26 N初 始 化測 初 始 爐 溫 、 汽 包 水 位 、 爐 壓和 過 熱 蒸 汽 溫 度 送 P C 機(jī) 處 理鼓 風(fēng) 機(jī) 調(diào) 節(jié)給 煤進(jìn) 水汽 包 液 位 是 否 到達(dá) 要 求 范 圍 內(nèi) ？空 燃 比 = 3 ？比 值 控 制 器YNY引 風(fēng) 機(jī) 調(diào) 節(jié)爐 壓 是 否 在 允 許范 圍 內(nèi) ？YN啟 動(dòng) P I D ， 燃 燒開 始YN通 信 測 試 P C機(jī) 是 否 連 上實(shí) 時(shí) 檢 測 過 熱 器 出 口 溫度 和 設(shè) 定 溫 度 進(jìn) 行 比 較啟 動(dòng) 過 熱 器 給 水 泵加 水 ， 啟 動(dòng) 電 磁 閥放 水溫 差 5 ?NY 圖 主流程圖設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 27 初 始 化判 斷 是 否 正常溫 度 設(shè) 定 S P調(diào) 節(jié) 空 氣 流 量求 偏 差 S P P VP I D 調(diào) 節(jié)固 態(tài) 繼 電 器測 量 爐 膛 實(shí) 際 溫 度P V自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) ？ 手 動(dòng)調(diào) 節(jié) 煤 粉 流 量啟 動(dòng) 燃 燒 器啟 動(dòng) 煤 粉 和空 氣 電 機(jī)是 否 有 故障 ？空 燃 比= 3 ？停 止延 時(shí) 一 分 鐘延 時(shí) 一 分 鐘YNYN停 止是 否 有 故 障NY是 否 正 常 運(yùn)行NY停 止NYNY 圖 爐溫控制子程序 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 28 開 始自 動(dòng) ？啟 動(dòng) 引 風(fēng) 機(jī)是 否 有 故 障等 待 一 分 鐘啟 動(dòng) 鼓 風(fēng) 機(jī)是 否 有 故 障 ？是 否 有 故 障 ？爐 膛 負(fù) 壓 是 否設(shè) 定 ？P I D 控 制是 否 正 常 運(yùn) 行停 止啟 動(dòng) 爐 排停 止停 止停 止設(shè) 定啟 動(dòng) 引 風(fēng) 機(jī) 、鼓 風(fēng) 機(jī) 、 爐 排是 否 有 故障 ？YNNYNYNYNYNNY 圖 爐壓控制子程序 爐膛壓力 控制子程序 運(yùn)行開始后， 選擇自動(dòng)運(yùn)行方式，啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，判斷是否有故障，如果沒有則延時(shí) 1 分鐘啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)爐排，如果有故障則立刻停止。 運(yùn)行開始后，手自動(dòng)操作方式選擇，如果自動(dòng)方式運(yùn)行，則先進(jìn)入爐膛溫度控制子程序，再進(jìn)入汽包水位控制子程序、過熱器溫度控制子程序，最后進(jìn)入爐壓控制子程序。 2． S7200 程序流程設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)需能進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，由于溫度控制對(duì)象是一個(gè)大延時(shí)環(huán)節(jié)，且溫度調(diào)節(jié)范圍比較寬，所以本設(shè)計(jì)對(duì)過渡過程時(shí)間咱不予要求，針對(duì)上述情況，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，溫度控制系統(tǒng)是利用 PLC 為控制器，測溫電路中溫度反饋信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 后，送到PLC 進(jìn)行處理，經(jīng)一定算法后， PLC 再輸出信號(hào)控制交流接觸器的通斷，控制給煤量和空氣量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛溫度的控制。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 25 圖 STEP7— Micro/WIN 編輯界面 界面分為標(biāo)題欄、工具條、菜單條、引導(dǎo)條、輸出窗口、狀態(tài)條指令樹、和用戶窗口。 1 L0 .00 .10 .22 L0 .40 .5NL 1R AA +A R BB +B R CC +C R DD +D M 0 V 0I 0M 1 V 1I 1C P U 2 2 4E M 2 3 1E M 2 3 2 1E M 2 3 2 2ML +ML +ML +1 地3 7 汽 包 水 位 超 高3 9 汽 包 水 位 過 低3 5 蒸 汽 壓 力 超 高14 1 爐 膛 溫 度 超 高4 3 爐 膛 溫 度 偏 低N1~ 2 2 01 8 91 9 18 99 11 3 31 3 51 8 51 8 71 3 71 9 31 9 59 39 51 3 91 0 71 0 9M 0 V 0I 0M 1 V 1I 1P L C 接 線接 水 位 差 壓 變 送 器接 鼓 風(fēng) 變 頻 器接 給 水 變 頻 器接 引 鳳 變 頻 器接 爐 排 變 頻 器接 蒸 汽 壓 力 傳 感 器爐 膛 負(fù) 壓 傳 感 器接 爐 膛 溫 度 傳 感 器 圖 PLC 接線圖 STEP7 概述及 S7200 程序流程設(shè)計(jì) 1． 編程軟件 STEP7— Micro/WIN 介紹 STEP7— Micro/WIN軟件是西門子公司 為 S7200PLC專門設(shè)計(jì)開發(fā)的，其功能強(qiáng)大，在脫機(jī)狀態(tài)下可以進(jìn)行程序的編寫、修改、編譯和調(diào)試等功能，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下可以通過PC 機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行 下載用戶程序、上載和組態(tài)數(shù)據(jù)等操作。 EM231 模擬量輸入模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到 PLC 中進(jìn)行 PID調(diào)節(jié) ,EM232 模擬量輸出模塊從 CPU224 接收數(shù)字量，并將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量控制變頻器， CPU224 對(duì)被控變量進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié) [20]。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去 。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表?？刂破?通信使用主 — 從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備） 能初始化傳輸（查詢）。 用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候， 在一個(gè) Modbus 網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù) 。標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 口是使用一 RS232 兼容串行接口。 此協(xié)議支持傳統(tǒng)的 RS23 RS42RS485 多種電氣接口和以太網(wǎng)設(shè)備。采用模塊化 結(jié)構(gòu)，組態(tài)比較靈活，線路連接 [18],如圖 所示。 下位機(jī) PLC 的硬件設(shè)計(jì)過程 I/0 分配 表 I/0 分配表 輸 入 信 號(hào) 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 急停按鈕 空燃比信號(hào) 爐溫采樣控制信 號(hào) 爐壓采樣控制信號(hào) 水位采樣控制信號(hào) 過熱器溫度采樣控制信號(hào) 手動(dòng)操作 自動(dòng)操作 輸 出 信 號(hào) 煤粉流量閥 空氣流量閥 給水泵啟動(dòng) 進(jìn)水閥 1 進(jìn)水閥 2 出水閥 減溫水閥 空氣預(yù)熱器 爐溫報(bào)警 爐壓報(bào)警 過熱器溫度報(bào)警 汽包水位報(bào)警 引風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 點(diǎn)火器 手動(dòng)運(yùn)行 自動(dòng)運(yùn)行 空燃比輸出信號(hào) 空氣和煤粉混合攪拌信號(hào) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 23 硬件 配置及 連接圖 本設(shè)計(jì)中我們采用西門子 430 系列變頻器 ,利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，將工頻電源變換為一頻率的電能控制裝置，其基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源輸入頻率成正比例關(guān)系， 通過改變變頻器的頻率達(dá)到 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐給水泵、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和爐排電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制 。 進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)（包括軟件和硬件） 。 選擇 PLC,主要包括機(jī)型、 I/O 模塊、容量和電源。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為以下幾個(gè)步驟： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 22 了解被控對(duì)象，制定可行的方案。 2．計(jì)算機(jī)和 PLC 之間的通信 打開在 STEP7Micro/WIN 軟件后， 雙擊指令樹里面的“通信”選項(xiàng)，將編輯的程序下載到 PLC 之前，需要對(duì)遠(yuǎn)程站的地址進(jìn)行設(shè)置，然后雙擊“通信”框中的“雙擊刷新”藍(lán)色圖標(biāo)，編程軟件將自動(dòng)搜索已經(jīng)連接到網(wǎng)絡(luò)上的 S7200，并用圖標(biāo)將 S7200顯示出來，如圖 所示。 （ 3）存儲(chǔ)容量。我們選擇 CPU224（ 14 數(shù)字輸 入， 10 繼電器輸出），CPU 內(nèi)部電源可為 CPU 自身、擴(kuò)展模塊和其他設(shè)備提供直流電源。最大限度地滿足系統(tǒng)控制功能是選擇 PLC 首先應(yīng)該考慮的問題，S7200 不僅具有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和繼電器所能實(shí)現(xiàn)的功能，而且還具有位邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)、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。 圖 小型 S7200 控制系統(tǒng) 西門子 S7200 控制器通過遠(yuǎn)程 I/O 的方式連接現(xiàn)場需要檢測和控制 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) RS485接口，可以支持 PPI、 MODBUS等通訊協(xié)議，遠(yuǎn)程 I/O 有通訊處理器和 EM235 模塊連接，實(shí)現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定傳輸。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 20 第五章 控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì) 西門子 S7200 可編程控制器概述 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(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，我們選擇西門子 S7200 作為鍋爐控制系統(tǒng)的控制器。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。 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） 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)。 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。 當(dāng) KD→ 0 時(shí)，控制器輸出為比例微分調(diào)節(jié)： )( dtdTKpy D ?? ??? （ ） 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]。增大 Kp 可減小余差，但容易產(chǎn)生震蕩。 PID 運(yùn)算規(guī)律可用下面公式表示： )1( 0 dtdTdtTKpy DtI ??? ???? ? （ ） 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) ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 19 ?Kpy?? （ ） 在控制過程中常用比例度 ? 表示 作用的強(qiáng)弱 ，Kp1?? ?100%， ? 越小，比例作用越強(qiáng)。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 水位過低引起爆炸，所以給水執(zhí)行器應(yīng)該選擇氣閉式。 氣開、氣關(guān)形式的選擇必須保證生產(chǎn)過程的安全性，當(dāng)壓力信號(hào)中斷時(shí)，閥門的位置應(yīng)保證操作人員及設(shè)備的安全。 當(dāng)氣壓 P 時(shí)調(diào)節(jié)閥閥門關(guān)閉，閥門開度隨氣壓信號(hào)減小而增加 ，氣壓為零時(shí)閥門全開，這類稱為氣關(guān)式執(zhí)行器。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。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)簡單，阻力也小，適用于高粘度、有固體顆?；驊腋∥?的場合，所以本設(shè)計(jì)中的煤氣閥和空氣閥均采用角形閥。 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)簡單，而