【正文】 MENS 的WinCC軟件組態(tài)，執(zhí)行顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)等功能。3).在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)可以防止空氣和燃料流量波動(dòng)，也就是起到系統(tǒng)死區(qū)設(shè)定的目的。系統(tǒng)選用偏置的作用：1).在動(dòng)態(tài)過程中可以起到限幅的作用，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)a1可以作為防止系統(tǒng)不完全燃燒的界限來設(shè)定。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中偏置的作用通過分析和實(shí)驗(yàn)證明，交叉限幅控制系統(tǒng)雖然有著工業(yè)控制系統(tǒng)上得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但是它是以犧牲系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷和速度為代價(jià)來換取燃料和空氣流量之間的制約，并限制剩余空氣系數(shù)U的瞬態(tài)變化，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。4).裝置設(shè)計(jì)和構(gòu)造復(fù)雜，易損壞，難維護(hù)。3).對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件要求嚴(yán)，不容易得到滿足。氧化鋯分析儀在國(guó)內(nèi)外推出的產(chǎn)品種類很多，但是由于它使用的是貴金屬和易損壞的特性在其現(xiàn)場(chǎng)使用中有一些學(xué)點(diǎn)：1).鋯頭壽命低，價(jià)格高，做為消耗品使用使產(chǎn)品成本增加。(3).當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，不能抑制剩余空氣U的上升，這段動(dòng)態(tài)過程是燃燒的效率降低。這樣可以防止系統(tǒng)冒黑煙，使燃料充分燃燒。3．當(dāng)外界要求系統(tǒng)降負(fù)荷時(shí)，信號(hào)A極具下降，對(duì)于燃料流量回路，此時(shí)A小于B，A經(jīng)過LS后作為燃料流量控制器的給定值，控制燃料閥門關(guān)小，燃料流量減小，對(duì)于空氣回路，當(dāng)A小于D時(shí)，HS選通D，此時(shí)交叉限幅開始，燃料流量信號(hào)乘以K后作為空氣流量控制器的給定值，控制空氣閥門開度減小，空氣流量減小，當(dāng)燃料流量測(cè)量信號(hào)D減小到D小于A時(shí)，交叉限幅停止，系統(tǒng)回歸初始，同樣完成了降負(fù)荷時(shí)先較少燃料后減少空氣的目的，和克服兩種燃料的特性差異對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響的目的。2．當(dāng)外界蒸汽量需求增加時(shí)，需要爐膛提供更高的溫度，這時(shí)候爐膛溫度調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)高信號(hào)A，A進(jìn)過HS、LS時(shí)，HS讓其通過，于是A乘以K后作為空氣流量控制器的給定值，進(jìn)過運(yùn)算后控制閥門開大，空氣流量得以增加，之后交叉限幅開始，空氣流量的測(cè)量值Ｂ除以Ｋ后進(jìn)過一個(gè)偏置a1在經(jīng)過LS后作為燃料控制器的給定值控制燃料閥門開大，當(dāng)空氣流量測(cè)量值Ｂ大于溫度測(cè)量信號(hào)Ａ?xí)r交叉限幅停止，溫度信號(hào)A又重新作為燃料流量控制器和空氣流量控制器的給定值，系統(tǒng)回歸初始。在空氣流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器TC的輸出信號(hào)A,與燃料流量測(cè)量值Ff減去偏置a2得到的信號(hào)D=Ff/rFaa2%，相比較，由高值選擇器HS來選擇A，D之一，再乘以空燃比K作為空氣流量調(diào)節(jié)器Fac的給定值Sa。 單交叉限幅控制系統(tǒng) 由圖可知，它是在串級(jí)和比值綜合系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上增加了高值選擇器和低值選擇器HS、LS正偏置+a1和負(fù)偏置a2，用來實(shí)現(xiàn)燃料流量和空氣流量之間的相互制約，防止剩余空氣系數(shù)U低于給定值，這樣可以保證燃料的充分燃燒。所以，對(duì)于上述問題，必須改善空氣和燃料之間的動(dòng)態(tài)配比。降負(fù)荷時(shí)，U值偏高，增加排煙熱損失。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下： 串級(jí)比值控制系統(tǒng)方框圖但是該控制系統(tǒng)還是不能滿足工藝的需求，鍋爐在燃料燃燒過程中，不僅要保證穩(wěn)態(tài)情況之下剩余空氣系數(shù)U一定，更重要的是在外部需求增加，鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，保證剩余空氣系數(shù)系數(shù)U在合理的變化范圍內(nèi)，但是事實(shí)上，由于空氣流動(dòng)管特性與燃料流動(dòng)管特性的差異，燃燒器特性的變化，測(cè)量存在的誤差等因素的存在，這套方案即使在穩(wěn)態(tài)的情況之下，空氣和燃料量的配比關(guān)系也很難得到保證。3).具有一定的自適應(yīng)能力。串級(jí)控制系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：1).可以改善對(duì)象的控制特性，提高系統(tǒng)的工作效率。由上所述可以得出，當(dāng)剩余空氣系數(shù)U=–，燃料燃燒的熱效率最高。其中空燃比K與剩余空氣系數(shù) U的關(guān)系為：K=βU (22)它們的定義分別為： U=實(shí)際空氣量/理論空氣量，β是量程修正系數(shù)：它的定義為A0乘以最大燃料量、最大空氣量的比值。通過上面的分析我們明確了燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)，這樣便可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖所示： 鍋爐溫度主調(diào)節(jié)器TC的輸出直接作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)器FC的給定值。鍋爐燃燒工況的好壞，不但直接影響鍋爐本身的運(yùn)行工況和參數(shù)變化，而且對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)有著極大的影響。燃燒的經(jīng)濟(jì)性主要是保證有合適的空/燃比，而安全性是保證鍋爐處于過氧燃燒的狀況及維持爐膛負(fù)壓為設(shè)定值。第三章 空燃比控制方案的確定 概述燃燒過程的實(shí)質(zhì)是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麩崮艿哪芰哭D(zhuǎn)換過程。測(cè)量元件的選型和精確度直接關(guān)系到燃燒的經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量。 本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要介紹了電力生產(chǎn)的工藝和鍋爐的概念和鍋爐燃燒的工藝，通過對(duì)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)整體的分析和對(duì)它的各個(gè)子系統(tǒng)的分析，了解到空燃比控制系統(tǒng)相對(duì)于其它控制子系統(tǒng)來說更加重要，更能體現(xiàn)燃燒經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)的控制手段，所以對(duì)于本設(shè)計(jì)主要分析的空燃比控制系統(tǒng)將在下一章做詳細(xì)的分析。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示： ρ=R*L/S (21)式中：ρ—金屬導(dǎo)體的電阻率S—導(dǎo)體的截面積L—導(dǎo)體的長(zhǎng)度 擴(kuò)散硅壓力傳感器的選用擴(kuò)散硅壓力傳感器被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。流量傳感器選用的是孔板及差壓式電容傳感器，流量的節(jié)流裝置必須參考以下技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算 孔板的型號(hào) FE101FE102FE103FE104測(cè)量介質(zhì)名稱一次風(fēng)二次風(fēng)一次風(fēng)二次風(fēng)最大流量25000NM3/H35000NM3/H25000NM3/H35000NM3/H平均流量20000NM3/H30000NM3/H20000NM3/H30000NM3/H最小流量0000被測(cè)介質(zhì)壓力10KPa40KPa10KPa40KPa被測(cè)介質(zhì)溫度常溫常溫常溫常溫相對(duì)濕度77%77%77%77%計(jì)算差壓 KPa KPa KPa KPa20oC時(shí)管道內(nèi)徑DN710DN910DN810DN910管道壁厚5mm5mm5mm5mm采用節(jié)流件形式孔板孔板孔板孔板取壓方式法蘭取壓法蘭取壓法蘭取壓法蘭取壓安裝節(jié)流件的管道位置水平管道水平管道水平管道水平管道容許壓力損失最大壓差值的3%最大壓差值的3%最大壓差值的3%最大壓差值的3%電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。采用孔板測(cè)量流量，精度和使用狀況都比較理想?？装宓男问礁鶕?jù)實(shí)際情況采用標(biāo)準(zhǔn)孔板。只要按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)加工的節(jié)流式流量計(jì)，不需要進(jìn)行標(biāo)定，也能在己知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量。節(jié)流式差壓變送器具有兩個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn):l)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，又具有一定的準(zhǔn)確度，基本能滿足工程測(cè)量的需要。在流體進(jìn)入節(jié)流件前、后的管壁附近形成渦流，流體微團(tuán)不僅有橫向脈動(dòng)，而且還有逆向運(yùn)動(dòng)，是一種非常復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)，所以孔板的壓力損失較高，就是由這些渦流能量耗散造成的。因此，可以通過測(cè)量節(jié)流件前后的壓差來測(cè)量流量。在收縮處，流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓差。以下重點(diǎn)介紹孔板測(cè)量流量。本章主要就溫度、壓力和流量的檢測(cè)原理、傳感器的選型及檢測(cè)方式做詳細(xì)描述。在整個(gè)熱工控制系統(tǒng)中溫度的控制是由控制燃燒介質(zhì)(煤粉和空氣)流量得以實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由上位工控機(jī)的監(jiān)控部分、PLC系統(tǒng)，信號(hào)檢測(cè)部分及執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成，其中工控機(jī)和PLC采用PROFIBUSDP工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。通過對(duì)整個(gè)熱工控制系統(tǒng)的分析，根據(jù)鍋爐的燃燒特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用了交叉限幅的方式進(jìn)行控制，并依此對(duì)整個(gè)熱工控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的是控制燃燒過程，使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對(duì)鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此時(shí)通過低值選擇器，選擇了P2C的輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)閥的開度由P2C控制，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的閥后壓力下降，從而避免“脫火”事故的方式。當(dāng)蒸汽壓力下降到某一下限值。當(dāng)蒸汽壓力上升時(shí)，調(diào)節(jié)閥P1C減小（反作用），調(diào)節(jié)閥關(guān)小燃?xì)饬髁繙p小，蒸汽壓力下降；反之亦然。P1C、P3C都是反作用調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥為氣開閥。當(dāng)燃料為煤氣或焦?fàn)t氣時(shí)，要考慮燃?xì)鈮毫^高時(shí)會(huì)發(fā)生“脫火”，壓力過低時(shí)又會(huì)發(fā)生“回火”，兩者均可造成事故。爐壓過低時(shí),會(huì)吸入大量的冷風(fēng),增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。爐膛壓力控制系統(tǒng)是屬于鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，它是提高爐溫均勻性，穩(wěn)定的供風(fēng)及燃料供給系統(tǒng)是燒嘴穩(wěn)定燃燒的必要保證，爐膛壓力是實(shí)現(xiàn)加熱爐自動(dòng)控制的重要參數(shù)之一。燃燒所需之外多余的空氣被加熱后從煙囪排出，因此熱損失隨U的增加而增大，由于燃燒所需空氣不足，燃料燃燒不充分，一方面要冒黑煙污染環(huán)境，另一方面是熱損失增大，從而熱效率也逐漸降低。由圖可見，在上述兩種情況之間存在著一個(gè)熱損失少和污染小、熱效率高的低氧燃燒區(qū)，這種情況使排煙量減少，火焰溫度升高，并使得高溫區(qū)熱效率提高，這就是最佳燃燒區(qū)。下面通過對(duì)空氣過剩系數(shù)U與節(jié)能關(guān)系的分析來說明風(fēng)燃比控制系統(tǒng)所要達(dá)到的目的，對(duì)于具體的控制方案將在第三章給出。例如，燃燒過程不穩(wěn)將引起蒸汽參數(shù)發(fā)生波動(dòng)；爐膛溫度過低將影響燃料的著火和正常燃燒，容易造成爐膛滅火；爐膛溫度過高或火焰中心偏斜將可能引起水冷壁、凝渣管或燒損設(shè)備，并可能增大過熱器的熱偏差，造成局部管壁超溫等。因此，燃燒控制系統(tǒng)是一個(gè)較大的綜合控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)綜合控制，才能保證鍋爐正確響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的要求和自身的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 鍋爐燃燒過程的上述三項(xiàng)控制任務(wù)是不可分開的，它的三個(gè)被控參數(shù)，即主蒸汽壓力或機(jī)組負(fù)荷、尾部煙氣含氧量、爐膛壓力，與燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量三個(gè)調(diào)節(jié)量之間的關(guān)聯(lián)，所以燃燒控制系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成其控制任務(wù)。爐膛壓力的高低也關(guān)系著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。爐膛壓力是否在允許的范圍內(nèi)變化，關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?？刂扑惋L(fēng)量也是為了實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，若風(fēng)量相對(duì)于燃料量太少的話，亦可能導(dǎo)致熄火事故。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒,必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使送風(fēng)量(單位時(shí)間內(nèi)送入爐膛的空氣重量)與燃料量相適應(yīng)。在汽輪機(jī)跟隨方式下，燃燒系統(tǒng)主要是保證機(jī)組實(shí)發(fā)功率等于負(fù)荷要求值；在鍋爐跟隨方式下，主要是保證主蒸汽的壓力等于給定值；在協(xié)調(diào)方式下，兩個(gè)參數(shù)都要兼顧。鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制主要包括以下控制內(nèi)容： 。從鍋爐形式看，有U型布置、塔形布置形式、W型火焰布置形式。而對(duì)沖燃燒鍋爐，多數(shù)采用自然循環(huán)方式。從循環(huán)方式看，主要有四種形式：自然循環(huán)、控制循環(huán)、復(fù)合循環(huán)或低倍率循環(huán)方式。四角切圓式燃燒鍋爐多數(shù)采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫，也可采用煙氣擋板和其他調(diào)溫方式。在傳熱過程中，煙氣溫度不斷降低，經(jīng)除塵后，最后由引風(fēng)機(jī)送入煙囪，排入大氣。其工作過程是：送風(fēng)機(jī)將空氣送入空氣預(yù)熱器中吸收煙氣中的熱量并送進(jìn)熱風(fēng)道，然后分成兩股：一股送給制粉系統(tǒng)作為一次風(fēng)攜帶煤粉送入噴燃器，另一股作為二次風(fēng)直接送往噴燃器。其過程是：給水由給水泵打入省煤器以后，逐漸吸熱，溫度升高的給水進(jìn)入汽包，經(jīng)由下降管進(jìn)入水冷壁中循環(huán)吸熱，并蒸發(fā)為飽和蒸汽；飽和蒸汽在汽包中經(jīng)分離、清洗后，引入過熱器，逐漸過熱到規(guī)定溫度，成為合格的過熱蒸汽，然后送往汽輪機(jī)；過熱蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸中膨脹做功后，汽溫、汽壓均下降，在高壓缸出口由導(dǎo)管將蒸汽引入鍋爐再熱器中第二次過熱為高溫再熱蒸汽，然后再送往汽輪機(jī)中、高壓缸中繼續(xù)做功?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，有省煤器、汽包、下降管、水冷壁、過熱器及再熱器等設(shè)備組成。在眾多發(fā)電形式中火力發(fā)電仍是我國(guó)主要的發(fā)電形式約占70%—80%。鍋爐是電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一。下圖所示是火力發(fā)電基本工藝流程：首先由黃河水來的水經(jīng)水處理車間處理后由給水泵經(jīng)省煤器送往鍋爐，加熱到一定溫度的過熱蒸汽后送往汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。 第二章 控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和信號(hào)檢測(cè) 電廠發(fā)電工藝的概述火力發(fā)電的三大主機(jī)是鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。 本章小結(jié)本章闡述了論文的研究的課題的意義，簡(jiǎn)單介紹了SIEMENS工業(yè)控制系統(tǒng)，WinCC上位機(jī)組態(tài)軟件和PLC技術(shù)，敘述了西門工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的背景知識(shí)。本論文研究SIEMENS PLC S7300的硬件模塊和接口以及編程軟件STEP 7；研究全集成自動(dòng)的概念以及應(yīng)用和WINCC組態(tài)；以鍋爐燃燒控制為例，研究最終的系統(tǒng)整合，搭建成具有一定開放系統(tǒng)特性的基本系統(tǒng)，包括PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、上位機(jī)管理和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；通過學(xué)習(xí)各種資料，分析SIEMENS PLC與上位機(jī)WinCC的組態(tài)模式。 上述的現(xiàn)代控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。以S7系列PLC為核心的TIA技術(shù)有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力最大化、獲得更高的產(chǎn)品質(zhì)量、降低項(xiàng)目成本。可以相信，PLC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。同時(shí)，PLC作為過程控制領(lǐng)域已打主力，同樣以面