【正文】 分（ differentiation））控制器 現(xiàn)在 是應(yīng)用最廣泛 的工業(yè)控制器。一方面，可以克服給水?dāng)_動，使給水流量自行調(diào)節(jié)；另一方面，可以有效地抑制“假水位現(xiàn)象”。這是三沖量控制系統(tǒng)，包含給水流量控制回路，汽包水位控制回路兩個控制回路以及一個蒸汽流量前饋通道，而實質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－ — 流量串級系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。只要參數(shù)整定合適，給水量必然等于蒸汽量從而保證水位恒定。當(dāng)汽輪機耗汽量出現(xiàn)階躍增大，一方面，由于“假水位現(xiàn)象”汽包水位會暫時有所升高，將使調(diào)節(jié)機構(gòu)做出錯誤的誤動作減少給水量； 另一方面，汽輪機耗汽量的增大又通過比例控制系統(tǒng)，指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)增大給水量，實際給水量的增減情況要根據(jù)實際情況通過參數(shù)整定來確定。雙沖量是指的是同時引入兩個測量信號：汽包水位和蒸汽流量。由于水位對于二者的偏差是積分的關(guān)系，微小的偏差長時間積累，也會形成很大的水位差，因此不宜采用隨動控制系統(tǒng)。 蒸 汽省 煤 器給水∑ILISF TL TL C汽包Ls pD ( t )HLmF ( t )u 圖 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 給 水 流 量調(diào) 節(jié) 器變 頻 器液 位 變 送器汽 包給 水 流 量+蒸 汽 量 變送 器 圖 蒸汽流量隨動 控制 系統(tǒng)框圖 采用該方案的優(yōu)點：系統(tǒng)完全根據(jù)物質(zhì)平衡條件工作，給水量的大取決于汽輪機的耗汽量，而假水位現(xiàn)象是不會引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作，但這個系統(tǒng)對于汽包水位來說，只是開環(huán)控制系統(tǒng)。因此，可以采用圖 所示的蒸汽流量隨動控制系統(tǒng)，其中流量調(diào)節(jié)器可用 PI 調(diào)節(jié)器，使汽輪機的蒸汽量作為系統(tǒng)給定使給水流量跟蹤蒸汽流量的變化，構(gòu)成了一個以 蒸汽量作為給定的隨動系統(tǒng)從而保證汽包水位的恒定。這是一個前饋加單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)。如果根據(jù)蒸汽流量來起較正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動作，而且使控制閥的動作十分及時，從而減少水位的波動，改善控制品質(zhì)。然而對于小型鍋爐，由于汽包停留時間較長，在蒸汽負荷變化時 假水位的現(xiàn)象并不顯著，配上一些聯(lián)瑣報警裝 置，也可以保證安全操作，這樣采用單沖量系統(tǒng)尚能滿足生產(chǎn)的要求。當(dāng)蒸汽負荷突然大幅增加時，由于假水位現(xiàn)象 的存在 ，控制器不但不能用以維持鍋爐物料平衡 而 開大給水閥的開度， 而要 關(guān)小控制閥門的開度，減少給水量； 汽包 等到 虛 假水位消失 以 后，由于蒸汽量的增加，送水量反而減少，將 會 使 汽包水位下降的很厲害 ，波動 也 很厲害，嚴重時甚至?xí)蛊唤档轿ｋU 程序以致發(fā)生事故。 這洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 里的單沖量是指控制器僅有一個測量信號，即汽包水位。 由以上分析，我們可知道給水量擾動下的水位響應(yīng)有遲滯性，而負荷擾動下，水位響應(yīng)有“假水位現(xiàn)象”的出現(xiàn)，這些特性使得汽包水位的變化受到多種因素影響，因次對汽包水位的控制變得比較復(fù)雜和困難。但是大量的水在汽包水循環(huán)系統(tǒng)中，汽包，水冷壁管道也會存儲大量熱量，因此具有一定的熱慣性。我們可以認為這是一個慣性和積分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 近似的表示為下面的的函數(shù)： 2 02 1() KS T SGs ?? ? ? ? （ 24） 式中 中 表示汽包的水位對于蒸汽流量飛升速度， 表示“假水位現(xiàn)象”的延遲時間。對于大中型鍋爐來說后者的影響要大于前者。 tHH1HH 2 圖 給水?dāng)_動響應(yīng)曲線 汽輪機耗氣量擾動的影響 當(dāng)汽輪機的耗汽量突然做階躍增加時，一方面改變了汽包內(nèi)物質(zhì)平衡的狀態(tài)，使汽包內(nèi)液體蒸發(fā)量變大，從而使水位下降，如下圖 所示的曲線 H1；另一方面，由于耗汽量的突然增加，將使鍋爐內(nèi)汽泡增多，同時由于燃料量維持不變汽包壓力下降，會導(dǎo)致水面以下蒸汽泡膨脹總體積 V增大，從而導(dǎo)致汽包水位上升，如下圖 所示曲線 H2。水位的實際響應(yīng)曲線應(yīng)是曲線 H1 及 H2 之和。 給水?dāng)_動的影響 如果把汽包和其水循環(huán)系統(tǒng)看作是一個單容水槽，那么水位給水階躍洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 擾動響應(yīng)曲線為圖 所示的曲線 H1 所示。下面分別討論蒸汽負荷（蒸汽流量）與給水量對水位的動態(tài)特性。如果有某種原因使汽泡的總體積變化了，即使水循環(huán)系統(tǒng)的總水量沒有發(fā)生變化，汽包水位也會因此隨之發(fā)生改變從而影響水位的穩(wěn)定。其中，最突出的一點是水循環(huán)系統(tǒng)中充滿了夾帶著大量的蒸汽汽包的水，而蒸汽汽包的總體積會隨著汽包壓力和爐膛熱負荷的變化而改變。汽包水位對象下所示，給水閥門用于控制給水量是對象的操作變量；蒸汽消耗量 有后續(xù)的用汽裝置決定，是該對象的主要干擾， 汽包與循環(huán)管構(gòu)成了水循環(huán)系統(tǒng)。鍋爐給水調(diào)節(jié)對象如下洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 所示。松藤 6A10 整流三極管 長腳大功率最大工作電流 6A，完全可以滿足工作要求。 該廠選用的是 民揚集團產(chǎn)品型號 : RO15 RT14 RT18 熔斷器型額定電流可以設(shè)定為 200A，可以滿足設(shè)計要求。根據(jù)原始資料，三相交流異步電機的最高工作電流是用以工作于 50Hz 交流電壓下，其工作電流為 ： 100 1523 380Kw Av ?? （ 22） 因此根據(jù)設(shè)計的要求 該廠用的是 上德集團交流接觸器 LC1CJX21810洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 系列，采用銀觸點（非鍍銀）質(zhì)量可靠，主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b使用類別額定工作電壓為 230V 或 480V 時額定電流至 40A 電路中，適用于起動和控制三相交流電動機 (壓縮機 )及其它三相負載，選擇五套該類型接觸器同時帶動一臺電機可以滿足設(shè)計要求。設(shè)計時將變頻器連接在DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上，就可以利用 PLC 控制變頻器的輸出電壓和頻率。 該 變頻器可以輸入 380V480V 50/60Hz 三相交流電，輸出380480V 三相交流電并通過控制信號控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足 設(shè)備功率要求。在電機的選型中我們知 道電機在 50Hz 的三相交流電下工作，電機功率大約是 100Kw，而當(dāng)三相交流電機在基頻率以下工作時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，而此時電機的轉(zhuǎn)速會小于額定轉(zhuǎn)速，因此，電機的輸出功率也會略小于額定功率，于此同時由于電機的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流和在 50Hz 三相交流電下時工作的電流基本一致。該廠選用的是上海創(chuàng)新電機廠 Y 系列的三相異步變頻調(diào)速電機是專門為變頻調(diào)速設(shè)計的可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設(shè)定其額定電壓為 380V，額定功率為 100Kw。 圖 盛恩 SNRISE 流量 計 技術(shù)指標(biāo)如下 （ 1）流量范圍 10～ 700 L/s （ 2）流量精度 1~5%（根據(jù)適用槽堰不同） （ 3）液位精度 %F?S （ at 25℃靜態(tài)潔凈液面相對誤差 ） （ 4）探頭盲區(qū) ≤ 300mm~500mm（據(jù)量程、傳感器及槽堰而不同） （ 5）工作電源 DC24V/300mA（默認）； DC12V/300mA（可選） 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 6）工作溫度 0~+50℃（默認）； 10~+60℃（定制） （ 7）四位液位高度（分辨率 mm， cm 可設(shè)置） （ 8）八位累計流量值（ 0~3 位小數(shù)自動） （ 9）輸出信號 4~20mA（默認，由用戶選擇對應(yīng)瞬時流量或液位值） （ 10） RS485（時間、溫度、液位、瞬時流量、累計流量） 工作狀況下流量范圍 (單位： m3/h)，見下表 表 21 工作狀況下流量范圍 DN(mm) 液體 汽體 蒸汽 20 540 880 25 112 10120 32 12100 15200 40 230 18150 20300 50 350 30300 30450 65 680 50420 60800 80 10130 70600 1001300 100 20200 1201000 2002020 125 30300 1801500 3003000 150 45450 2402020 4504500 200 90900 4804000 9009000 250 1201200 7008000 120012020 300 1802020 90010000 160016000 根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則，儀表量程應(yīng)該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計應(yīng)當(dāng)能夠檢測的最大流量為： ～ 52 m3/h，因此汽包送水管道直徑選用 DN65 口徑并用檢測流量可以檢測的流量范圍是 7～ 70m3/h，可以滿足設(shè)計要求進行檢測汽包給水流量信號。根據(jù)原始資料我們知道所要控制的是 35t/h 鍋爐汽包水位，即該鍋爐正常工作時，每小時蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有 35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽。 （ 4） 可同時具備： 420mA 輸出和 RS485 通訊功能，輸 出電流分辨率優(yōu)于 3uA。 （ 2） 采用三級防雷設(shè)計，抗雷擊效果好。 盛恩 SNYB730 智能型液位變送器 ，該采用目前最新的微功耗 MCU 和信號處理芯片，配以高可靠性的電源管理模塊，因此電路系統(tǒng)具有很高的精度和穩(wěn)定性，是傳統(tǒng)模擬電路的升級換代產(chǎn)品。因此在所選傳感器的最大量程為 :400～ 450 mm，可是汽包水位應(yīng)該控制在300177。根據(jù)原始資料 汽包水位應(yīng)該控制在 300177。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 原始資料介紹 鍋爐原有的設(shè)備投入運行時間長，存在控制和監(jiān)測設(shè)備老化，根據(jù)控制的要求，我們首先要對 要控制的鍋爐 硬件設(shè)備進行改造 ， 在此基礎(chǔ)上 根進行自動控制的設(shè)計 。 PLC 和監(jiān)控界面的設(shè)計 根據(jù) 控制的設(shè)計要求，選擇羅克韋爾工業(yè)三層網(wǎng)絡(luò)，并用有 PLC 梯形圖編程軟件，并最終控制算法參數(shù)的設(shè)置，仿真結(jié)果。 根據(jù)設(shè)計的調(diào)節(jié)項目 的各種參數(shù)，控制對象的特性的控制器參數(shù)，以及它的靜態(tài)，動態(tài)的方法的特征。 從鍋爐的汽包水位動態(tài)性能出發(fā)，分析了影響鍋爐汽包水位的主要因素，而這些因素影響的理論研究主要是鍋爐 汽包水位的動態(tài)性能。它是以被控量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量是汽包給水流量，通洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 過對汽包水位的實時的檢測并進行反饋， PLC 對反饋信號，給定信號進行比較，然后根據(jù)控制的算法對二者偏差進行相應(yīng)運 算，運算的結(jié)果輸出給執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)部的水位達到動態(tài)平衡，從而控制使汽包水位變化在允許的范圍之內(nèi)。作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟運行，減輕操作人員的勞動強度。所以，不管是單層或多層機控 制，生產(chǎn)線的控制和過程控制的， PLC 技術(shù)都可以采用。 PLC 是在 70 年代開發(fā)了數(shù)字控制器，是把 CPU， RAM， ROM ， I/O接口和中斷系統(tǒng)緊密結(jié)合，已被廣泛應(yīng)用于機械制造，冶金，化工，能源，交通等各種行業(yè)。但是這種控制方 式受分立器件地性能影響大，系統(tǒng)各部分之間影響比較大，自動化的水平不高，控制效果非常不理想，故容易出現(xiàn)故障，不利于系統(tǒng)長期安全、高效的運行。因此鍋爐的汽包水位應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備運行狀況進行實時調(diào)節(jié)加以嚴格的控制以保證鍋爐安全運行。鍋爐蒸汽是一個十分復(fù)雜的控制對象，為了保證提供 合格地蒸汽產(chǎn)品用以適應(yīng)負荷需要，與其配套的設(shè)計控制系統(tǒng)須滿足各種主要工藝參數(shù)的需要。 通訊網(wǎng)絡(luò)模塊 ........................................................................26 第 4 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ...................................................................28 系統(tǒng)整體的線路設(shè)計 ............................................................28 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 系統(tǒng)線路模塊設(shè)計 ................................................................30 控制線路設(shè)計 ........................................................................33 第 5 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...............................................................35 程序流程設(shè)計 ........................................................................35 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) .............................................................37 RSLogix5