【正文】 統(tǒng)中的鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、爐排電機、循環(huán)水泵實現(xiàn)控制。 (3)監(jiān)控設(shè)計 根據(jù)用戶需求，人機界面及故障報警功能，計算機還可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種參數(shù)報表，供隨時查詢和打印參數(shù)變化實時趨勢圖和歷史趨勢圖、報警記錄和數(shù)據(jù)記錄報表等。工作泵出現(xiàn)故障后自動切換到備用泵。 根據(jù)設(shè) 計要求，系統(tǒng)具有以下功能： (1)手動 /自動控制 電動機起?？刂埔缶哂凶詣雍褪謩觾煞N功能。根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測量爐膛負(fù)壓，運行 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)機的轉(zhuǎn)速。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機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)量與鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。開始運行時 ，可根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定風(fēng)煤比，使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時根據(jù)出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制，然后通過測量煙氣含氧量，運用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒。 (2)保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。同時測量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過低則適當(dāng)加大給煤量，反之則適當(dāng)減少給煤量 。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點 : (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，所有的被調(diào)量都會發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時，也會影響到其他被調(diào)量。其控制采用前述改進(jìn) PID控制算法與參 數(shù)整定方法。 PID控制在 偏差控制的基礎(chǔ)上對出水壓力進(jìn)行微調(diào)，其原理如圖 33所示。循環(huán)流量控制 同樣采用偏差控制和 PID控制相結(jié)合的控制方式。在第二 步整定的基礎(chǔ)上，增大 DT ，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。 (3)若使用比例積分調(diào)節(jié)器 (PI控制器 )消 除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成完整的 PID控制器。整定時首先置積分時間 T,為一較大值并將經(jīng)第夕步整定得到的比例系數(shù) K ，略為減小 (如縮小為原值的 )，然后減小積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。如果系統(tǒng)沒有消除靜差或靜差己小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。 (1)首先整定比例卻分。 增大微分時間常數(shù) DT 有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。 經(jīng)驗湊試法整定 P舊參數(shù) PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù) K,、積 分時間界和微分時間幾等參數(shù)。例如出水溫度的控 制，可以選定 ? 為 5℃或 10℃等，依據(jù)控制精度要求而定。亦即： 10 當(dāng) ? ? ??ke 時，采用 PD控制 : 當(dāng) ? ? ??ke 時，采用 PID控制。為克服這個缺點，可采用積分分離的方法，即偏差 ??ke 較大時，取消積分作用 。在鍋爐的燃燒控 制系統(tǒng)中，為避免 風(fēng)機和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變，可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個死區(qū)，如， ?1℃。為避免 控制動作過于頻繁以消除振蕩，在實際工程應(yīng)用中，通常在 PID控制系統(tǒng)中增加一個死區(qū)環(huán)節(jié)，相應(yīng)的算式為 ? ? ? ?? ? ? ?? ,0,e k e kekpk ?? ??? 當(dāng)當(dāng) （ 35） 其中 : ? 為人為設(shè)定的一個死區(qū)，是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實際控制對象由試驗確定。 以上是 PID控制的理論控制方程，但在實際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點，做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。當(dāng)采樣周期足夠短時，用求和代替積分，使模擬 PID離散化變?yōu)椴罘址匠蹋缡剑?33）所示。 9 在計算機控制系統(tǒng)中減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。模擬PID控制器如圖 31所示，理想控制規(guī)律為 ? ? ? ? ? ? ? ??????? ??? ? dt tdeTdtteTteKtu DtP 011 （ 32） 其中， PK 為比例增益，與比例帶 ? 成倒數(shù)關(guān)系，即 ?1?PK， 1T 為積分時間常數(shù)， DT 為微分時間常數(shù)， ??tu 為控制量， ??te 為偏差。 PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中，以克服時間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標(biāo)。 PID控制 ，即按偏差的比例 (P)、積分 (1)、微分 (D)控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為 0T ，溫控回差為 h，則當(dāng)出水溫度 T滿足式(31)時即可。但這只是一種理想設(shè)計，在實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實際采集值不可能等于用戶設(shè)定值。偏差控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的開關(guān)量輸出， PID控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的模擬量輸出。 鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)主要靠燃燒控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，而系統(tǒng)回 水溫度的調(diào)節(jié)主要靠熱水循環(huán)流量來調(diào)節(jié)，出水壓力和回水壓力的大小由循環(huán)泵和補水泵的狀態(tài)來決定。在室外溫度較低的時段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定值較低，在室外溫度較高的時段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定值較高，進(jìn)而調(diào)節(jié)出水供熱量。供暖鍋爐控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，其控制的目標(biāo)是控制鍋爐燃燒過程中的出水溫度、回水溫度、出水壓力、回水壓力、爐膛負(fù)壓等參數(shù)，使鍋爐燃燒工況良好，保證設(shè)備運行安全，滿足用戶的供熱要求。目前國內(nèi)外對蒸汽鍋爐控制的研究己經(jīng)比較成熟，鍋爐控制數(shù)學(xué)模型基本定型，而供暖鍋爐控制相對簡單，對其研究不夠重視。 目前，變頻調(diào)速技術(shù)己逐漸為許多企業(yè)所認(rèn)識和接受，隨著這項技術(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)識和接 7 受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益?？梢钥闯觯谙嗤娘L(fēng)量下，變頻控制方式比風(fēng)門調(diào)節(jié)方式能耗更小，二者之差可由下述經(jīng)驗公 式表示 : ? ?? ? eee PP ???? 其中 Q為風(fēng)機運行時實際風(fēng)量； eQ 為風(fēng)門開度為最大，且電機運行在額定轉(zhuǎn)速時的風(fēng)量； eP 為風(fēng)門開度為最大，且電機運行在額定轉(zhuǎn)速時的功率。因此，風(fēng)機在變頻調(diào)速運行方式下，風(fēng)機轉(zhuǎn)速可大大降低，節(jié)能效果明顯。如果在風(fēng)門 6 開度最大的條件下用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，則工況點沿曲線 3由 A 點移到 C 點。 圖 21給出了風(fēng)機中風(fēng)門調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速二種控制方式下風(fēng)路的壓力 風(fēng)量 ? ?QH? 關(guān)系及功率 風(fēng)量 ? ?QP? 關(guān)系。水泵的節(jié)能分析類似。 變頻調(diào)速節(jié)能分析 變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機和水泵等電機的自動控制中，其節(jié)能效果明顯。用變頻器來對異步交流電動機調(diào)速，是八十年代末迅速發(fā)展成熟的一項高新技術(shù)。 不僅 影響設(shè) 備使用 壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn) 泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞，還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命 5 縮短，設(shè)備維 護(hù)、維修費用高居不下。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。 通常在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，根據(jù)生產(chǎn)需要對風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)用戶要求和運行工況。 變頻調(diào)速在供暖鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用 由于變頻調(diào)速可以實現(xiàn)電機無級調(diào)速， 具有異步電 機調(diào)壓調(diào)速和串級調(diào)速無可比擬的優(yōu)越性，在鍋爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 通過改變電動機工作電源頻率達(dá)到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。 s 為電機轉(zhuǎn)差率 。變頻 調(diào) 速 技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： ? ? psfn ?? 160 其中 n表示電機轉(zhuǎn)速 。 第二章 變頻調(diào)速在供暖鍋爐控制中的應(yīng)用 變頻調(diào)速基本原理 目前，隨著大規(guī)模集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)己經(jīng)發(fā)展為一項成熟的交流調(diào)速技術(shù)。 上位機 監(jiān)控 組態(tài) 軟件設(shè) 計。討論 PLC與上位機 之間、 PLC與變頻器之間的通訊配置，制定通信協(xié)議 。 下位機控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文討論了鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計日標(biāo)、功能分析和控制方案。簡要介紹 PID控制算法，并運用 PID控制方式進(jìn)行系統(tǒng)的補水控制、循環(huán)流量控制、燃燒過程控制以及爐膛負(fù)壓控制。 本系統(tǒng)的主要設(shè)計任務(wù) 是鍋爐系統(tǒng)的變頻改造 ，變頻調(diào)速技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，因此本文詳述變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐控制中的應(yīng)用，并分析變頻調(diào)速應(yīng)用在鍋爐供暖系統(tǒng)帶來的節(jié)能效果。本系統(tǒng)中豐位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，對鍋爐控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和監(jiān)控管理，下位機采用西門子公司 S7300可編程控制器，實現(xiàn)鍋爐燃 燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。本文針對供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。 我國自 70年代末開始，鍋 爐的微 機控制逐漸成熟起來，但主要實現(xiàn)儀表顯示、報表打印等功能，并未實現(xiàn)鍋爐自動控制，下位機主要以單片機為主，控制水平有限，可靠性不夠高。 鍋爐控制系統(tǒng)的控制方案不夠合理，鍋爐控制器 (計算機或可編 3 程控制器 )一旦出現(xiàn)故障，只能采取系統(tǒng) 斷電處理，進(jìn)行人工操作。國內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司、南京仁泰公司等，但仍然存在一些問題 : 大多數(shù)現(xiàn)有的鍋爐控制系統(tǒng)可控制的主要還是開關(guān)量設(shè)備，如風(fēng)機、爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一，燃用的主要是中、低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴(yán)重，而且鍋爐設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，進(jìn)一步加重了 環(huán)境污染的程度 。 因此 ，采用 鍋爐 的計算 機控 制和變 頻控 制不僅 可大 大節(jié)約 能源，促進(jìn)環(huán) 保而且 可以提 高生 產(chǎn)自動 化水平 ，具 有顯著 的經(jīng) 濟效益 和社會 效益。 鍋爐的計算機控制使鍋爐始終處于最佳工作狀態(tài) ，提高了鍋爐的運行效率 和燃煤 的燃燒 效果 ，不僅 節(jié)約燃 煤， 也減少 了煙 塵和有 害氣體 的排放， 具有較 好的環(huán) 保效 果。用變頻器啟動風(fēng)機、水泵等 電動機， 由于變 頻器內(nèi) 部具 有矢量 轉(zhuǎn)矩控 制技 術(shù)，保 證了 電機良 好的啟 動性能， 實現(xiàn)電 機軟啟 動， 有效地 限制了 電機 的啟動 電流 ，明顯 降低電 機啟動噪 聲。系統(tǒng) 通過變頻器控制電動機的啟動、運行和調(diào)速。 本設(shè)計是供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，設(shè)計了一套基于 PLC 和變頻調(diào)速技術(shù)的 供暖鍋 爐控制 系統(tǒng) 。 本系統(tǒng)供暖鍋爐自動控制系統(tǒng)，主要由進(jìn)口變頻器、可編程控制器、壓力變 送器、 溫度變 送器 和泵房 機組以 及電 氣控制 柜等 組成。據(jù)統(tǒng)計，我國目前擁有工業(yè)鍋爐 50 萬臺，每年消耗 的燃煤占全國原煤產(chǎn)量的三分之一，約 4 億 噸。鍋爐 是消 耗能源 、產(chǎn)生 大氣污染 、事關(guān) 生產(chǎn)與 生活 和安全 的重要 設(shè)備 ，它在 國民 經(jīng)濟整 個能源 消耗中占 有相當(dāng) 大的比 重。 在供暖 系統(tǒng) 中，鍋 爐房供 暖所 占比例 很大 ，據(jù)對 我國北 方地區(qū) 29 個大中城市近 億平方米的供暖調(diào)查，鍋爐供暖占 84%，熱力供暖占 12%，其他供暖 占 4%。 1 第一章緒論 項目背景及課題的研究意義 隨著城市建設(shè)的迅速 發(fā)展，我國北方地區(qū)冬 季城市集中供暖成為城市現(xiàn)代 化必然 采取的 步驟 。 PLC。s p uter control and the freque nc y co nversion co ntrol no t o nl y ma y save the e nergy greatly, the promo tio n e nvironme ntal protec tion, moreover ma y raise the produc tio n auto ma tion level, has the re mar kable e cono mic efficienc y a nd the social efficiency. Ke y wo rd: Bo ile r co ntro l。s ST EP7 progra mmi ng so ftw are design, mai nly co mpletes the si mulation q ua ntity si gnal processing, te mperature a nd pressure si gnal func tio ns a nd so o n P ID co ntrol, and receives the superior mac hine co ntrol co mma nd to co mplete the air b low er to open/stops the control, the parame ter hypo thesis, the circulating p ump control and other electric motor39。s user qua ntity a nd the heati ng q uality. T he unio n present situa tion, the present paper heati ng boiler supervisory syste m, has designed a set based on P LC and the freque nc y co nversion velocit