【正文】 余熱鍋爐的結(jié)果、性能以及參數(shù)都幾大地影響到系統(tǒng)中其他設(shè)備乃至整個(gè)系統(tǒng)的性能。圖45鍋爐汽包水位前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)圖46鍋爐汽包水位流量串級(jí)系統(tǒng)：通常的水位正常值在汽包中心附近，此設(shè)計(jì)值作為正常運(yùn)行的水位標(biāo)準(zhǔn)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(hào)，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(gòu)成前饋—反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖45所示。反之，當(dāng)蒸汽用量突然減少時(shí)，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力上升，水的沸騰程度降低，又導(dǎo)致汽包內(nèi)水位“下降”的假象。但由于鍋爐汽包在運(yùn)行過程中常常會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”，即在燃料不變的情況下，當(dāng)蒸汽用量（既負(fù)荷）突然增加時(shí)，會(huì)使汽包內(nèi)的壓力突然降低，導(dǎo)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(yīng)用軟件模塊結(jié)構(gòu)框圖．2軟件程序設(shè)計(jì)圖44 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)圖鍋爐汽包水位控制的主要的任務(wù)是使給水量能適應(yīng)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(gè)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(yīng)用軟件總體結(jié)構(gòu)余熱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)軟件應(yīng)用采用模塊式結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制。這是一個(gè)經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)單。S7300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。運(yùn)行時(shí)無需風(fēng)扇。(1M)：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。(FM)：用于高速計(jì)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(yīng)用，大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，由于簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活方便用戶和簡(jiǎn)易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可自由擴(kuò)展由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁應(yīng)用。中大型PLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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(yuǎn)行。特別是在制造工藝上加強(qiáng)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(hào)引起的誤動(dòng)作。PLC具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì)PLC的遠(yuǎn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如輸入借口可以與各種開關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接。使用維護(hù)方便PLC不需要像用計(jì)算機(jī)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(jìn)行邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS485接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。接口電路PLC接口電路分為I/O擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類（1）I/O擴(kuò)接口電路I/O擴(kuò)展接口電路用連接I/O擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)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(zhuǎn)換電路的處理，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，在整體機(jī)構(gòu)的PLC中，有開關(guān)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(jié)構(gòu)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(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。但存在動(dòng)作速度較慢，且為有觸點(diǎn)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(jié)果，使PLC內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載。PLC輸出電路用來將CPU運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控負(fù)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(jī)或?qū)Ｓ玫腃PU。存儲(chǔ)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(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。為了進(jìn)一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對(duì)大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)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(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2．西門子S7300PLCPLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。同時(shí)，它帶有8個(gè)擴(kuò)充插槽，具有高穩(wěn)定和豐富的擴(kuò)展能力，有利于控制系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級(jí)。圖41余熱鍋爐控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖通過性能、價(jià)格的對(duì)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(jī)。工控機(jī)通過總線與PLC通訊，以獲取生產(chǎn)過程的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)將人工決策和控制單元參數(shù)傳送至PLC相對(duì)的存儲(chǔ)單元，通過PLC的輸出實(shí)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(jìn)行通訊，各子系統(tǒng)的并網(wǎng)和單個(gè)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(jié)合上位機(jī)監(jiān)控的設(shè)計(jì)方案，所有的模擬量經(jīng)采集過以后都轉(zhuǎn)化成整型數(shù)進(jìn)行處理，開方器、加法器、阻尼器和分流器都可以通過程序計(jì)算實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了大量的硬件成本。其中，上位機(jī)負(fù)責(zé)接收來自管理層的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度命令，完成整個(gè)生產(chǎn)過程的調(diào)度與監(jiān)控，并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，形成相應(yīng)的報(bào)表。因此，在考察原有設(shè)備、儀表和生產(chǎn)條件后，設(shè)計(jì)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(shù)的不斷發(fā)展完善，其可靠性高、組態(tài)靈活、編程簡(jiǎn)易、系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝和調(diào)試周期短的優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)鍋爐水位控制的設(shè)計(jì)、調(diào)試提供了有利條件?？刂葡到y(tǒng)還需要能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)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(shè)計(jì)4 .1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和總體方案在余熱鍋爐水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)需要完成三個(gè)組成部分的過程參數(shù)檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)控制。HH0αDGF2GcGvGo1++++αwWD圖310三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖在這個(gè)系統(tǒng)里，內(nèi)回路相當(dāng)于串級(jí)調(diào)節(jié)的副環(huán)，當(dāng)給水流量產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)(給水流量的擾動(dòng)也稱內(nèi)擾)，由于副回路的快速調(diào)節(jié)作用，將對(duì)水位影響較小。蒸汽流量D、分流器αD、對(duì)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(hào)可用同樣的方法來確定。D、W引入系統(tǒng)的符號(hào)，根據(jù)各自信號(hào)的增減對(duì)水位H的影響來定。針對(duì)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(dòng)態(tài)補(bǔ)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(dāng)某一臺(tái)鍋爐負(fù)荷和給水量改變時(shí)，引起給水母管壓力波動(dòng)，而使其它鍋爐的給水量受到擾動(dòng)。這樣對(duì)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(duì)就越小，允許波動(dòng)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(shí)反映給水側(cè)的擾動(dòng)．當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)，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(dòng)，前饋調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)擾動(dòng)的大小和方向，按照前饋調(diào)節(jié)規(guī)律，補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)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(dòng)，縮短了過渡過程的時(shí)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(hào)，構(gòu)成如圖35所示的雙沖量水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(2)從給水?dāng)_動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性可以估計(jì)到，當(dāng)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(shí)間τ才能影響到水位，因此必將導(dǎo)致水位波動(dòng)幅度大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。Gc(s)Gv(s)H