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基于plc的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(參考版)

2024-12-08 00:59本頁(yè)面
  

【正文】 復(fù)位存儲(chǔ)器操作:通電后從 STOP 位置扳到 MRES 位置,“ STOP” LED 熄滅 1s,亮 1s,再熄滅 1s 后保持亮。 (清除存儲(chǔ)器):不能保持。 (運(yùn)行)位置: CPU 執(zhí)行,讀出用戶(hù)程序,但是不能修改用戶(hù)程序。 BATF(電 池故障,紅色):電池電壓低或沒(méi)有電池時(shí)亮; DC 5V( +5V 電源指示,綠色): 5V 電源正常時(shí)亮; FRCE(強(qiáng)制,黃色):至少有一個(gè) IO 被強(qiáng)制時(shí)亮; RUN(運(yùn)行方式,綠色): CPU 處于 RUN 狀態(tài)時(shí)亮;重新啟動(dòng)時(shí)以 2Hz 的頻率閃亮; HOLD(單步、斷點(diǎn))狀態(tài)時(shí)以 的頻率閃亮 ; STOP(停止方式,黃色 ): CPU 處于 STOP, HOLD 狀態(tài)或重新啟動(dòng)時(shí)常亮; BUSF(總線(xiàn)錯(cuò)誤,紅色 )。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 數(shù)字量輸入上升沿、下降沿中斷;模擬量輸入超限; CPU 暫停當(dāng)前程序,處理 OB40。 可以診斷出以下故障:失壓,熔斷器熔斷,看門(mén)狗故障, EPROM、 RAM 故障。模擬量模塊一個(gè)通道占一個(gè)字地址。 只需要擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架,可以使用價(jià)格便宜的 IM365 接口模塊對(duì)。有 350 多條指令。 S7300 系列 PLC 簡(jiǎn)介 S7300 的 CPU 模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)為 CPU)都有一個(gè)編程用的 RS485 接口,有的還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) PROFIBUSDP 接口或 PtP 串行通訊 接口, S7300 不需要附加任何硬件、軟件和編程,就可以建立一個(gè) MPI(多點(diǎn)接口)網(wǎng)絡(luò),如果有PROFIBUSDP 接口,可以建立一個(gè) DP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。 執(zhí) 行 O B 1 0 0起 動(dòng) 循 環(huán) 時(shí) 間 監(jiān) 控?cái)?shù) 據(jù) 寫(xiě) 入 輸 出 模 塊讀 取 輸 入 模 塊 狀 態(tài)執(zhí) 行 用 戶(hù) 程 序執(zhí) 行 其 他 任 務(wù) 圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 某一 編程元件對(duì)應(yīng)的過(guò)程映像位為 1狀態(tài)時(shí),稱(chēng)該編程元件為 ON,過(guò)程映像位為 0狀態(tài)時(shí),稱(chēng)該編程元件為 OFF。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷。 OB1是用于循環(huán)處理的組織塊 (主程序 ),它可以調(diào)用別的邏輯塊,或被中斷程序 (組織塊 )中斷。 C P U 模 塊通 信 接 口輸出模塊輸入模塊接 口 模 塊電 源 模 塊按 鈕選 擇 開(kāi) 關(guān)限 位 開(kāi) 關(guān)電 源其 他 設(shè) 備 其 他 P L C 計(jì) 算 機(jī)通 信 網(wǎng) 絡(luò)擴(kuò) 展 機(jī) 架接 觸 器電 磁 閥指 示 燈電 源?~ 圖 PLC控制系統(tǒng)示意圖 PLC的主要生產(chǎn)廠(chǎng)家:德國(guó)的西門(mén)子 (Seimens)公司,美國(guó) Rockewll公司所屬的 AB公司, GE— Fanuc公司,法國(guó)的施耐德 (schneider)公司,日本的三菱和歐姆龍 (OMRON)公司。所謂的上位機(jī)控制方式是由操作人員直接在上位機(jī)上設(shè)定爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,這些控制命令通過(guò) PLC 的輸出模塊輸出控制變頻器的轉(zhuǎn)速。控制系統(tǒng)的控制核心 PLC 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感變送器反饋回來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) (爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓 ),根據(jù)程序算法,輸出控制量調(diào)節(jié)變頻器的輸出大小,而變頻器的輸出大小直接控制給水泵、爐排轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)量和引風(fēng)量,這就是鍋爐系統(tǒng)的 PLC 自動(dòng)運(yùn)行方式。封火過(guò)程為逐漸停止?fàn)t排運(yùn)動(dòng),停掉鼓風(fēng)機(jī),然后停止引風(fēng)機(jī)。點(diǎn)火時(shí)在爐排上鋪煤,煤上放著引燃的澆了柴油的木柴,爐排速度調(diào)整到最低,鼓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)也調(diào)至最低工作狀態(tài),直至給水壓力達(dá)到額定壓力再將爐排及鼓風(fēng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到正常。 PLC 接收水溫超高的信號(hào)后,蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 就應(yīng)立即進(jìn)入事故處理程序,按照上述順序停止鍋爐運(yùn)行,并響鈴報(bào)警,通知運(yùn)行管理人員,必要時(shí)還可通過(guò)手動(dòng)補(bǔ)入冷水排除熱水,進(jìn)行鍋爐降溫。此時(shí)最重要的是恢復(fù)水的循環(huán),同時(shí)制止?fàn)t膛內(nèi)的燃燒。這些系統(tǒng)也全都通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)方式控制、鍋爐運(yùn)行過(guò)程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護(hù),啟停過(guò)程控制,正常的燃燒過(guò)程調(diào)節(jié)三部分??刂葡到y(tǒng)中,由鍋爐變頻控制系統(tǒng)通過(guò)控制變頻器對(duì)給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)速。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)方式下時(shí), PLC 作為核心控制器,根據(jù)查表控制算法對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制 (調(diào)節(jié)變頻器 ),從而 對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 水 泵 變 頻 器 、 爐 排 變 頻 器 、引 風(fēng) 變 頻 器 、 鼓 風(fēng) 變 頻 器P C打 印 機(jī)人 工 操 作 臺(tái)自 動(dòng) / 手 動(dòng)模擬量輸入模擬量輸出開(kāi)關(guān)量輸出啟 / 停 裝 置水 泵 、 爐排 、 引 風(fēng)及 鼓 風(fēng) 對(duì)應(yīng) 電 機(jī)壓力變送器壓力變送器壓力變送器流量變送器流量變送器智能檢測(cè)儀表爐膛負(fù)壓給水壓力其 它鍋 爐狀 態(tài)信 息給水流量回水流量回水壓力儀 表 顯 示M P IS 7 3 0 0P L C手 動(dòng) 系 統(tǒng)人工操作指令控 制 信 號(hào) 圖 35 控制系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)可以工作于手動(dòng)方式和自動(dòng)方式下。變頻器 :變頻器采用丹麥的丹佛斯系列變頻器的 VLT5000,工作時(shí)變頻器根據(jù) PLC 運(yùn)算得到的控制信號(hào)或操作臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)定控制信號(hào)對(duì)給水泵、爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 回水流量傳感變送器 RLAVS 24VDC , 工 作 壓 力 :0— 給水流量傳感變送器 RLAVS 24VDC , 工 作 壓 力 :0— 變頻器 VLT5000 丹麥的丹佛斯系列 帶有 WinCC 組態(tài)軟件及 STEP 7 軟件的計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)所用各控制設(shè)備及檢測(cè)儀表組態(tài)到一起,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的監(jiān)視操作,并可將運(yùn)行程序通過(guò) MPI 網(wǎng)傳輸?shù)?PLC 中,以 實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐系統(tǒng)的控制。 器件類(lèi)型 選擇型號(hào) 備注 PLC S7300 可通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量 I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展 PLC CPU CPU315 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊,最大擴(kuò)展至 35 點(diǎn)模擬量 I/O PLC擴(kuò)展模塊 SM321 SM322 SM331 SM332 壓力信號(hào)傳感變送器 PT100 供電電壓 傳感器 :10VDC(612VDC) 變送器 :24VDC(9~ 36 V) 液位信號(hào)傳感變送器 PTP602 420mA,05V,15V,010V 溫度信號(hào)傳感變送器 TG100VNB 測(cè)量精度高。系統(tǒng)由 4 個(gè)子系統(tǒng)組成 :水位控制子系統(tǒng)、出回水壓力控制子系統(tǒng)、最優(yōu)風(fēng)煤比控制子系統(tǒng)和負(fù)壓控制子系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì) PLC 加上位機(jī)的控制方式。 控制系統(tǒng)構(gòu)成介紹 本設(shè)計(jì)綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場(chǎng)條件,確定采用 PLC 加上位機(jī)監(jiān)控工作方式同操作臺(tái)手動(dòng)操作切換方式,其中 PLC 加上位機(jī)工作方式可用于自動(dòng)狀態(tài),操作臺(tái)工作方 式用于人工調(diào)試或緊急情況下使用。 鍋爐輔機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、上煤機(jī)和除渣機(jī)等設(shè)備 。 鍋爐上位機(jī)變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)中,上位機(jī)及上位機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換功能,操作人員可以通過(guò)組態(tài)軟件監(jiān)視鍋爐的運(yùn)行過(guò)程,同時(shí)也可以通過(guò)上位機(jī),通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行干預(yù)控制。其中控制器部分為系統(tǒng)的控制核心,它通過(guò)智能儀表對(duì)鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)工況〔出回水溫度、爐膛溫度等 )數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣檢測(cè),并通過(guò)總線(xiàn)將信號(hào)傳送至可編程序處理器 (PLC)上, PLC 按照事先編好的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算,最后輸出控制信號(hào)控制鍋爐生產(chǎn)過(guò)程,同 時(shí)還可實(shí)現(xiàn)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息,上位機(jī)也可通過(guò)接入總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 風(fēng) 機(jī)爐 排 機(jī)鍋爐給 風(fēng) 量給 煤 量管網(wǎng)出 水 溫 度回 水 溫 度室 外 氣 象參 數(shù)室 內(nèi) 溫 度設(shè) 定 圖 34 鍋爐供暖檢測(cè)示意圖 鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng),就是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的系統(tǒng)。這些參數(shù)可以反映供暖系統(tǒng)溫度、流量隨室外溫度變化的規(guī)律,它的準(zhǔn)確程度直接影響到方案的 準(zhǔn)確性。最優(yōu)燃燒控制則關(guān)系到鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐是高壓運(yùn)行設(shè)備,保證安全性極其重要。 根據(jù)鍋爐供暖系統(tǒng)的工作特點(diǎn),控制系統(tǒng)的基本控制任務(wù)和控制要求包括 :燃燒控制 (爐膛溫度控制、爐膛負(fù)壓控制、引風(fēng)控制、送煤控制 ):給水控制 (供水壓力、供水溫度、供水流量等 )。通過(guò)調(diào)查,我們可以看出該營(yíng)區(qū)鍋爐的整套控制系統(tǒng)是 很落后的,這直接帶來(lái)了控制效果差、鍋爐熱效率低、能耗大環(huán)境污染比較嚴(yán)重等諸多問(wèn)題。同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào),只能通過(guò)啟停改變輸入,難以進(jìn)行有效控制,而且電機(jī)損耗嚴(yán)重。這樣的控制方式造成操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大且增加了系統(tǒng)的不可靠性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定爐膛負(fù)壓,并測(cè)定爐膛負(fù)壓,運(yùn)行 PID 算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi),從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量,確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。負(fù)壓過(guò)大,爐膛的漏風(fēng)量過(guò)大,增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。爐膛負(fù)壓的變化,反映了引風(fēng)量和鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。對(duì)于給定出水溫度的情況下,需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和給煤量的比例,時(shí)好美兩盒鼓風(fēng)量成比例關(guān)系,同時(shí)根據(jù)出水溫度的變化對(duì)鼓 風(fēng)量進(jìn)行前饋控制,然后通過(guò)測(cè)定煙氣含氧量,運(yùn)用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比,使燃煤充分燃燒。同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度,若回水溫度過(guò)低則適當(dāng)加大給煤量,反之則適當(dāng)減少給煤量;若爐膛溫度過(guò)高則適當(dāng)減少給煤量,反之則適當(dāng)加大給煤量。 燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點(diǎn): ( 1)穩(wěn)定鍋爐的出水溫度,始終保持在設(shè)定值附近。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí),所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化,而當(dāng)改變?nèi)我庹{(diào)節(jié)量時(shí),也會(huì)影響到其他被調(diào)量。比熱 CP 和密度 ? 是溫度的函數(shù),所以只要知道各時(shí)刻的流量和供回水溫差,即可求出某時(shí)間內(nèi)的熱量。 tg, th鍋爐總供回水溫度,℃。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 B散熱器傳熱系數(shù)指數(shù)。( )g g ht t t? ? ?℃; xdQ 相對(duì)熱量, 39。 39。0 .5 ( 2 )S g h nt t t t? ? ? ?℃; 39。 39。1()x d x dBg n g jx d x dt t t tFG?? ? ? ? ? ? ℃ () 式中 : nt 室內(nèi)溫度,℃; 39。1()x d x dBh n g jx d x dt t t tFG?? ? ? ? ? ? ℃ () 1()39。如采用質(zhì)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式,供回水溫度計(jì)算公式為 : 1()39。但是目前大部分供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷值大于需要值,選用的散熱器面積隨之增大,造成系統(tǒng)的供回水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值,相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)值也不符合理論計(jì)算值。 (2)運(yùn)行調(diào)節(jié)參數(shù)的計(jì)算 供暖系統(tǒng)對(duì) 建筑物供熱,既要保證在設(shè)計(jì)條件下 (最不利情況 )室溫符合要求,同時(shí)允許在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)用戶(hù)的供回水溫差小于熱源總供回水溫差時(shí),a=,偏差大時(shí)取較小值,偏差小時(shí)取較大值。 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱力穩(wěn)定后,記錄下各用戶(hù)供回水溫差和壓力差及熱源總供回水溫差,然后順序調(diào)節(jié),應(yīng)使熱用戶(hù)調(diào)節(jié)后的供回水壓力差為: ()yy rtP P at?? ? ? ? ?? mH2O () 式中 : yP? 調(diào)節(jié)前熱用戶(hù)記錄的供回水壓力差 ,mH2O yt? 調(diào)節(jié)前熱用戶(hù)記錄的總供回水溫差,℃ 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 rt? 調(diào)節(jié)前熱源記錄的總供回水溫差,℃ a修正系數(shù)。 V用戶(hù)的熱水流量, m3/h。 目前,變頻調(diào)速技術(shù)已逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識(shí)和接受,隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,它必將得到更加廣泛的應(yīng)用,也必將為認(rèn)識(shí)和接受它的企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 將其應(yīng)用到暖通空調(diào)制冷行業(yè),能達(dá)到明顯的節(jié)能效果,被稱(chēng)為 80 年代暖通制冷空調(diào)的兩大突破之一。而對(duì)于水泵,由于實(shí)際工況的存在,在同樣流量變化時(shí),調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果要低于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果。需要注意的是,上述離心機(jī)械設(shè)備的工作特性,雖然都遵守比例定律,但在工程實(shí)際中,風(fēng)機(jī)和水泵卻存在明顯的不同之處。在運(yùn)行中,由于流量減少,電動(dòng)機(jī)和調(diào)速裝置的效率也有所下降,但電能的節(jié)約量卻在增加。在變頻、變極、串級(jí)三種高效調(diào)速方法中,由于后兩種調(diào)速方式要改變?cè)须姌O的定子繞組極對(duì)數(shù)和原有基礎(chǔ)位置等,不如變頻調(diào)速方法容易采用,因此變頻調(diào)速的方法目前應(yīng)用較廣。當(dāng)流量調(diào)節(jié)在 90%以上時(shí),各種調(diào)速方法的效率差不多,也可不采用調(diào)速裝置。從下表的幾種選擇可以看出,變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量節(jié)能最顯著,擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量耗能最嚴(yán)重。 圖 32 風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能原理圖 上圖繪出了風(fēng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的典型輸出特性 H (n1)H (n2),圖中曲線(xiàn) R1,R2分別表示由管路所決定的特性曲線(xiàn)。 ( 3)風(fēng)機(jī)、水泵的軸功率 對(duì)于流量變化較大的風(fēng)機(jī)、水泵,采取調(diào)速的方法改變流量,是節(jié)電的有效方法。當(dāng)然,風(fēng)機(jī)速度大幅度下降時(shí),風(fēng)機(jī)效率也有所下降,實(shí)際需要的軸功率要高于上面的計(jì)算值。如果風(fēng)量下降 20%,可以采用調(diào)速的方法使轉(zhuǎn)速下降 20%,則風(fēng)機(jī)的軸功率要下降到原
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