【正文】 29。余熱鍋爐的結果、性能以及參數(shù)都幾大地影響到系統(tǒng)中其他設備乃至整個系統(tǒng)的性能。圖45鍋爐汽包水位前饋反饋串級控制系統(tǒng)圖46鍋爐汽包水位流量串級系統(tǒng)：通常的水位正常值在汽包中心附近，此設計值作為正常運行的水位標準值（給定值）。解決這一問題的有效辦法之一，將蒸汽流量作為前饋信號，汽包水位作為主被控參數(shù)，給水流量作為副被控參數(shù)，構成前饋—反饋串級控制系統(tǒng)，如圖45所示。反之，當蒸汽用量突然減少時，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力上升，水的沸騰程度降低，又導致汽包內(nèi)水位“下降”的假象。但由于鍋爐汽包在運行過程中常常會出現(xiàn)“虛假水位”，即在燃料不變的情況下，當蒸汽用量（既負荷）突然增加時，會使汽包內(nèi)的壓力突然降低，導致水的沸騰加劇，汽泡大量增加。引起汽包水位變化的主要因素為蒸汽用量和給水流量。圖43應用軟件模塊結構框圖．2軟件程序設計圖44 余熱鍋爐結構圖鍋爐汽包水位控制的主要的任務是使給水量能適應蒸汽量的需要，并保持汽包水位在規(guī)定的工業(yè)范圍之內(nèi)。其中控制算法、控制規(guī)律、數(shù)據(jù)管理三個模塊最為重要，是保證鍋爐生產(chǎn)安全穩(wěn)定的前捉條件。4． 應用軟件總體結構余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)軟件應用采用模塊式結構，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)測和實時控制。這是一個經(jīng)濟而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。因此人機對話的編程要求大大減少。運行時無需風扇。(1M)：用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。(FM)：用于高速計數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。(SM)：用于數(shù)字量和模擬量輸入／輸出。西門子S7300PLC是西門子公司的產(chǎn)品之一，它屬于模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用，大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應自動控制任務，由于簡單實用的分散式結構和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活方便用戶和簡易的無風扇設計當控制任務增加時，可自由擴展由于大范圍的集成功能使得它功能非常強勁應用。中大型PLC采用分體模塊式結構，設有各種專有功能模塊（開關量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進驅(qū)動模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。所以這一切措施，都有效的保證了PLC在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠行。特別是在制造工藝上加強了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離PLC內(nèi)部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號引起的誤動作。PLC具有很強的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機界面可對PLC的遠行狀態(tài)進行監(jiān)控。如輸入借口可以與各種開關、傳感器連接；輸出接口具有較強的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接。使用維護方便PLC不需要像用計算機控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC的編程語言豐富，它可以分為梯形圖語言、邏輯功能語言、指令表、和順序功能四種。PLC不僅可進行邏輯運算，算術運算，數(shù)據(jù)轉換以及順序控制，還可實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。當輸入端子為非干接點結構時，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點使用）。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS485接口和電纜與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的技術和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。接口電路PLC接口電路分為I/O擴展接口電路和外設通信接口電路兩類（1）I/O擴接口電路I/O擴展接口電路用連接I/O擴展單元，可以用來擴充開關量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。其中模擬量I/O要經(jīng)過A/D，D/A轉換電路的處理，轉換成計算機系統(tǒng)所能識別的數(shù)字信號，在整體機構的PLC中，有開關量的交，直流I/O模塊，和模擬量I/O模塊及各種智能I/O模塊可供選擇。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類PLC產(chǎn)品的輸入、輸出電路結構形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。晶閘管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動交流負載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動，使雙晶體管通斷，驅(qū)動直流負載。但存在動作速度較慢，且為有觸點系統(tǒng)，使用壽命有限等問題。在繼電器式輸出中，CPU可以根據(jù)程序執(zhí)行的結果，使PLC內(nèi)設繼電器線圈通電，帶動觸點閉合，通過繼電器閉和的觸點，由外部電源驅(qū)動交、直流負載。PLC輸出電路用來將CPU運算的結果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動被控負載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。一種是直流輸入，一種是交流輸入。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，~15ms之間?；綢/O接口電路（1）輸入接口單元。小型PLC的CPU多采用單片機或?qū)Ｓ玫腃PU。存儲器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔著將外部輸入的信號的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結果送到輸出映像寄存器區(qū)域。為了進一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。2．西門子S7300PLCPLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。同時，它帶有8個擴充插槽，具有高穩(wěn)定和豐富的擴展能力，有利于控制系統(tǒng)的擴充和升級。圖41余熱鍋爐控制系統(tǒng)硬件結構框圖通過性能、價格的對比分析，本控制系統(tǒng)選用了美國通用電氣公司生產(chǎn)的西門子S7300PLC系列PLC和DELL工控機。工控機通過總線與PLC通訊，以獲取生產(chǎn)過程的各項參數(shù)，同時將人工決策和控制單元參數(shù)傳送至PLC相對的存儲單元，通過PLC的輸出實現(xiàn)汽包水位的控制。余熱鍋爐控制站和其它子站之間通過以太網(wǎng)進行通訊，各子系統(tǒng)的并網(wǎng)和單個系統(tǒng)切斷互相不受影響，使全套系統(tǒng)的安全性得到充分保證?？刂葡到y(tǒng)采用可編程控制器結合上位機監(jiān)控的設計方案，所有的模擬量經(jīng)采集過以后都轉化成整型數(shù)進行處理，開方器、加法器、阻尼器和分流器都可以通過程序計算實現(xiàn)，節(jié)約了大量的硬件成本。其中，上位機負責接收來自管理層的生產(chǎn)計劃和調(diào)度命令，完成整個生產(chǎn)過程的調(diào)度與監(jiān)控，并對實時數(shù)據(jù)和歷史曲線進行統(tǒng)計和分析，形成相應的報表。因此，在考察原有設備、儀表和生產(chǎn)條件后，設計并開發(fā)一套基于PLC控制的汽包水位控制系統(tǒng)。近年來，隨著可編程控制器技術的不斷發(fā)展完善，其可靠性高、組態(tài)靈活、編程簡易、系統(tǒng)設計安裝和調(diào)試周期短的優(yōu)點，為實現(xiàn)鍋爐水位控制的設計、調(diào)試提供了有利條件?？刂葡到y(tǒng)還需要能夠在計算機系統(tǒng)的基礎上實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的控制和管理。第四章 余熱鍋爐水位控制系統(tǒng)PLC軟件設計4 .1 控制系統(tǒng)設計思想和總體方案在余熱鍋爐水位控制系統(tǒng)的設計中，控制系統(tǒng)需要完成三個組成部分的過程參數(shù)檢測以實現(xiàn)水位的自動控制。HH0αDGF2GcGvGo1++++αwWD圖310三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖在這個系統(tǒng)里，內(nèi)回路相當于串級調(diào)節(jié)的副環(huán)，當給水流量產(chǎn)生擾動時(給水流量的擾動也稱內(nèi)擾)，由于副回路的快速調(diào)節(jié)作用，將對水位影響較小。蒸汽流量D、分流器αD、對象GF2均在閉合回路之外它的引入可以改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。 圖39是三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖。H、W引入系統(tǒng)的符號可用同樣的方法來確定。D、W引入系統(tǒng)的符號，根據(jù)各自信號的增減對水位H的影響來定。針對上述情況，為了把水位控制穩(wěn)定，鍋爐水位調(diào)節(jié)常輔助有蒸汽流量和給水流量動態(tài)補償，由水位H、蒸汽流量D和給水流量W組成了三沖量汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖36所示。當某一臺鍋爐負荷和給水量改變時，引起給水母管壓力波動，而使其它鍋爐的給水量受到擾動。這樣對水位控制要求就更高了。三、三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)近代鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是：調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側的擾動．當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。在加有前饋控制的系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)擾動，前饋調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)擾動的大小和方向，按照前饋調(diào)節(jié)規(guī)律，補償擾動對被控量的影響。則： (316)HH0αDGF2GcGvGo1Hm++++D圖35汽包水位雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖其中：: 靜態(tài)前饋系數(shù)。因而大大減小了給水量和水位的波動，縮短了過渡過程的時間。在汽包水位雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入蒸汽流量為前饋信號，構成如圖35所示的雙沖量水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(2)從給水擾動下水位變化的動態(tài)特性可以估計到，當水位已經(jīng)偏離給定值后再調(diào)節(jié)給水量，因給水量改變后要經(jīng)過一定遲延時間τ才能影響到水位，因此必將導致水位波動幅度大、調(diào)節(jié)時間長。Gc(s)Gv(s)