【正文】 護:這主要是由于某種原因造成循環(huán)水停止或循環(huán)量過小，以及鍋爐內(nèi)水溫太高，出現(xiàn)汽化。除了對變頻器的調(diào)節(jié)外，整個鍋爐控制系統(tǒng)還包括，鍋爐啟停控制部分、保護系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)(包括熄火報警等)及各閥門控制以及積灰處理分系統(tǒng)。操作臺采用儀表控制系統(tǒng)，必要時進行兩種運行方式的相互切換，以便在不同鍋爐控制需要間切換。系統(tǒng)工作在手動方式下時，司爐工對系統(tǒng)進行控制，司爐工根據(jù)操作臺上顯示儀表顯示的現(xiàn)場信號(爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓)，根據(jù)需要，分別調(diào)節(jié)操作臺面板上的給水泵、爐排電機、鼓風(fēng)機和引風(fēng)機調(diào)速旋鈕，調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)相應(yīng)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，從而實現(xiàn)控制鍋爐運行過程。其它附件包括1個操作臺，1個配電柜、2個控制柜等。PLC:本系統(tǒng)以SIEMENS公司的S7300系列PLC為主控制器，由現(xiàn)場智能傳感變送器對鍋爐的爐膛溫度、爐膛負(fù)壓給水壓力和回水壓力等現(xiàn)場信號進行檢測并變送后通過I/O模塊送往PLC，其后PLC按照預(yù)訂程序處理并通過I/O模塊返回控制信號。感器壽命極長。根據(jù)工程實際情況本系統(tǒng)對鍋爐進行控制，控制系統(tǒng)所采用主要部件如下:安裝有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計算機一臺，PLC控制器1套、壓力信號傳感變送器2個、液位信號傳感變送器2個、溫度信號傳感變送器2個、回水流量傳感變送器2個、給水流量傳感變送器2個、變頻器4臺和其它附件。在整個系統(tǒng)運行時，上位機完成參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控，PLC負(fù)責(zé)實時控制程序的運行。兩種方式間可自由切換，且處于操作臺工作方式時，PLC及上位機仍采集現(xiàn)場信號，但輸出不對現(xiàn)場作用。本設(shè)計中所用模糊自整定PID控制算法，通過對西門子公司的S7300PLC處理器編程來實現(xiàn)，采集誤差信號和誤差變化量信號，將其模糊化到語言變量的論域，采用離線計算的方法將模糊規(guī)則制成模糊查詢表，通過在線方式查詢模糊控制量輸出，最后將PID參數(shù)校正量與基準(zhǔn)量相加，獲得PID參數(shù)的即時值，最后進行PID運算計算得到控制對象執(zhí)行器。鍋爐生產(chǎn)過程部分是鍋爐生產(chǎn)運行場所，它由鍋爐本體及其輔機組成。鍋爐生產(chǎn)過程由鍋爐本體和爐排電機、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機及其變頻器等輔機組成，輔機的運行就由PLC控制，從而實現(xiàn)對鍋爐生產(chǎn)過程的設(shè)計。它的組成應(yīng)包括兩個部分，即控制器部分和鍋爐生產(chǎn)設(shè)備部分。圖34為鍋爐房供暖系統(tǒng)監(jiān)測示意圖。利用S7300 PLC對鍋爐系統(tǒng)進行控制的整體結(jié)構(gòu)圖如圖33所示：圖33 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在鍋爐房供暖系統(tǒng)中，主要是對系統(tǒng)的總供回水溫度、循環(huán)水量、室內(nèi)外溫度、瞬時熱量和累計熱量等重要參數(shù)進行監(jiān)控。在用戶供暖需要的情況下，S7300 PLC控制給水閥、輸煤量、鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，使保持鍋爐的出水溫度穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，煙氣穩(wěn)定，使燃料能量最充分地燃燒，以取得最大的熱效率。以及對各設(shè)備狀態(tài)進行檢測，以便進行顯示、報警、工況計算以及制表打印等。故需要設(shè)計新的控制系統(tǒng)以達(dá)到降低能耗，改善環(huán)境污染，減小操作人員的勞動強度和提高經(jīng)濟效益的目的。(3)控制效果差，鍋爐長期工作在大鼓風(fēng)大引風(fēng)狀態(tài)下，熱量損失嚴(yán)重、鍋爐熱效率低。(2)控制設(shè)備落后，通過擋風(fēng)板對鼓風(fēng)量和引風(fēng)量進行控制，大量的能源浪費在擋風(fēng)板上，能源浪費嚴(yán)重。鍋爐的工況如下:(1)完全手動控制方式，水位控制、給煤量的多少(即爐排轉(zhuǎn)速)、鼓風(fēng)量的多少(即鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速)和引風(fēng)量的多少都是操作工憑借經(jīng)驗進行調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對引風(fēng)量進行前饋控制。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安全。（3）調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。（2）保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量（負(fù)荷）的變化相關(guān)，以出水溫度為信號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致。鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是是燃料燃燒所提供熱量適應(yīng)符合的需要，同時還要保證鍋爐安全經(jīng)濟運行。供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是一個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。其它符號同前。（3）累計熱量計算根據(jù)熱力學(xué)基本原理，在某一時間內(nèi)，鍋爐的總供熱量為: （）式中:t 累計時間，S。如采用質(zhì)調(diào)節(jié)運行方式，供回水溫度計算公式為: ℃ () ℃ ()式中: 室內(nèi)溫度，℃；散熱器的設(shè)計平均計算溫差，℃；用戶的設(shè)計供水溫差，℃；相對熱量，；相對況量，散熱器相對面積。但是目前大部分供暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負(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)計值，相應(yīng)的運行參數(shù)值也不符合理論計算值。(2)運行調(diào)節(jié)參數(shù)的計算供暖系統(tǒng)對建筑物供熱，既要保證在設(shè)計條件下(最不利情況)室溫符合要求，同時允許在一定的范圍內(nèi)波動。當(dāng)用戶的供回水溫差小于熱源總供回水溫差時，a=，偏差大時取較小值，偏差小時取較大值。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到熱力穩(wěn)定后，記錄下各用戶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)使熱用戶調(diào)節(jié)后的供回水壓力差為： mH2O ()式中:調(diào)節(jié)前熱用戶記錄的供回水壓力差,mH2O調(diào)節(jié)前熱用戶記錄的總供回水溫差，℃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)識和接受它的企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。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，被稱為80年代暖通制冷空調(diào)的兩大突破之一。而對于水泵，由于實際工況的存在，在同樣流量變化時，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果要低于調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速的節(jié)能效果。需要注意的是，上述離心機械設(shè)備的工作特性，雖然都遵守比例定律，但在工程實際中，風(fēng)機和水泵卻存在明顯的不同之處。在運行中，由于流量減少，電動機和調(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、串級三種高效調(diào)速方法中，由于后兩種調(diào)速方式要改變原有電極的定子繞組極對數(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，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)機調(diào)速節(jié)能原理圖上圖繪出了風(fēng)機在不同轉(zhuǎn)速下的典型輸出特性H (n1)H (n2)，圖中曲線R1，R2分別表示由管路所決定的特性曲線。（3）風(fēng)機、水泵的軸功率對于流量變化較大的風(fēng)機、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)機速度大幅度下降時，風(fēng)機效率也有所下降，實際需要的軸功率要高于上面的計算值。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%,%。電動機的輸出功率Pm為:KW （）式中一傳動機構(gòu)的傳動效率。H全壓， kPa。本節(jié)將以風(fēng)機節(jié)能為例，詳細(xì)分析其節(jié)能效果。它的優(yōu)點是：調(diào)速的機械特性好，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性曲線平滑，可以實現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)的調(diào)速，尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機、水泵等大容量負(fù)載時，可獲得顯著的節(jié)能效果。近年來，出于節(jié)能的迫切需求和對供暖質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點，因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。在供暖鍋爐系統(tǒng)中帶有循環(huán)泵、補水泵等水泵類設(shè)備，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進行流量、壓力、水位等信號的控制。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成能源浪費和設(shè)備損耗。而最常使用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)節(jié)受控對象。變頻調(diào)速在供熱鍋爐系統(tǒng)中主要應(yīng)用在風(fēng)機調(diào)速和水泵調(diào)速。變頻器就是基于上述原理才用交直交電源變換技術(shù)，集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。n=60f(1s)/p其中表示n電機轉(zhuǎn)速；f為電動機工作電源頻率；s為電機轉(zhuǎn)差率；p為電極磁極對數(shù)。變頻調(diào)速器作為該技術(shù)的主要應(yīng)用產(chǎn)品經(jīng)過幾代技術(shù)更新，已日趨完善，能夠適應(yīng)比較惡劣的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，且能提供較為完整的控制功能，能滿足各種生產(chǎn)設(shè)備、異步電動機調(diào)速的要求。鍋爐控制系統(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、送風(fēng)控制）；給水控制（供水運行參數(shù)和水壓力、供水溫度、供水流量等）；以及對各設(shè)備狀態(tài)進行檢測，以便進行顯示、報警、工況計算以及指標(biāo)打印等。排入大氣的煙氣溫度越低，說明煙氣的熱量被吸收的越充分，燃料的熱能被利用的程度越高，鍋爐的熱效率就越高。一部分在上鍋筒中被加熱的高溫水進入供水管道。對流煙道中布置有對流管束等受熱面。燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖暂椛浞艧岬姆绞较蛉紵宜闹艿乃浔趥鬟f熱量，然后經(jīng)防渣管進入對流煙道。第3章 硬件設(shè)計 用戶系統(tǒng)框圖系統(tǒng)運行的示意圖如圖31所示.圖31 系統(tǒng)運行示意圖由圖31可以看出，由輸煤裝置送入煤斗的原煤，直接落在緩緩向前移動的爐排進入燃燒室?？刂葡到y(tǒng)以兩臺工業(yè)控制機作為上位機，以西門子S7300可編程控制器為下位機。 方案2 以西門子S7300為核心的鍋爐自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使自動化程度大幅提高，可監(jiān)控該系統(tǒng)運行時的所有變量，系統(tǒng)框圖如下所示：除渣除塵補 水 泵 流量傳感器鍋爐水位傳感器壓力傳感器溫度傳感器人機界面報警電 磁 閥 給 煤 機 循 環(huán) 泵引 風(fēng) 機S7300CPU 315EM321 模塊EM322 模塊EM331 模塊EM331 模塊EM332 模塊圖22 方案2系統(tǒng)框圖方案1的系統(tǒng)選取的CPU是西門子公司的S7200系列，其功能和自動化程度于S7300系列相比較來說有很大不足，達(dá)到相同的設(shè)計功能，S7200的系統(tǒng)比S7300系統(tǒng)要大很多，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可操作性?？刂葡到y(tǒng)以一臺工業(yè)控制機作為上位機，以西門子S7300可編程控制器為下位機、上位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，通過監(jiān)控軟件完成人機界面及故障報警功能，下位機實現(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。 總體設(shè)計思路本文針對供暖鍋爐控制系統(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)。無論是燃煤，燃油或燃?xì)忮仩t，它們的給水控制系統(tǒng)基本相同，主要區(qū)別在于燃料燃燒控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同。為滿足外部負(fù)荷設(shè)備的要求，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟運行，要求自動控制設(shè)備具有完善的自動控制功能以及自動檢測、自動保護、程序控制等功能。對其控制算法進行研究，具有比較重要的現(xiàn)實意義。鍋爐是一個典型的非線性時變多變量混合系統(tǒng)，過程機理錯綜復(fù)雜，不能建立精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。過去傳統(tǒng)的單一人工操作已跟不上時代的發(fā)展及工藝控制的要求，計算機在鍋爐控制中的作用越來越大，使用計算機加強對鍋爐的運行控制，有助于降低維護成本、便于選擇控制方法。目前我國鍋爐使用數(shù)目龐大，并且多數(shù)鍋爐控制水平不高，大多數(shù)鍋爐仍處于人工控制狀態(tài)，不僅操作工人勞動強度大，環(huán)境污染嚴(yán)重，運行工況不穩(wěn)定，而且熱效率低，燃料的消耗量大，年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/3，節(jié)能潛力大。上位機監(jiān)控系統(tǒng)完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理，本文選用WinCC來設(shè)計，根據(jù)用戶提出的要求完成了操作界面及控制程序，實現(xiàn)超溫超壓報警聯(lián)動等。本文首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定PLC的選型以及模塊的選擇；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；設(shè)計PLC控制程序，給出主程序、基礎(chǔ)功能塊和各子程序的設(shè)計流程圖和部分梯形圖程序。并詳細(xì)介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和通訊配置。 簡述供暖鍋爐的控制原理，提出供暖鍋爐系統(tǒng)的控制模型和鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計。本系統(tǒng)中上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)同一調(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)。通過鍋爐引風(fēng)和鼓風(fēng)系統(tǒng)的閉環(huán)控制來實時調(diào)節(jié)煙氣氧含量和爐膛負(fù)壓，使鍋爐系統(tǒng)的空燃比達(dá)到最優(yōu)，煙氣氧含量保持在一個合理的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)鍋爐燃燒過程的自動控制。 針對目前供暖鍋爐控制的現(xiàn)狀，本文的設(shè)計要求：隨著我國工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)已漸漸應(yīng)用到鍋爐系統(tǒng)，結(jié)束了以往鍋爐系統(tǒng)全部用人工或簡單的電氣控制的落后局面，減輕過路監(jiān)控人員的勞動強度，避免人為疏忽而造成的事故的發(fā)生，提高鍋爐系統(tǒng)的效率。若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時，溫度、壓力等參數(shù)就無法達(dá)到設(shè)定值。不能對它們精確連續(xù)調(diào)節(jié)，使控制手段單一，控制精度低。自二十世紀(jì)九十年代以來，隨著超大型可編程控制器的出現(xiàn)和模糊控制，自適應(yīng)控制等智能控制算法的發(fā)展以及智能控制器的應(yīng)用，鍋爐控制水平大大提高，以實現(xiàn)優(yōu)化控制國內(nèi)對鍋爐控制的研究起步較晚，始于八十年代初期。我國的鍋爐目前已煤為主要燃料，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，進一步加重了環(huán)境污染的程度。同時在軟件設(shè)計上可采用通用的工業(yè)控制組態(tài)軟件，根據(jù)系統(tǒng)的實際情況進行靈活的優(yōu)化配置。以往的供暖系統(tǒng)，由于熱源傳送距離較遠(yuǎn)，需監(jiān)測和控制的點較多，且這些點在空問上布置分散，從而造成了人工勞動強度大，控制不及時等問題。采用現(xiàn)代化技術(shù)和手段，對系統(tǒng)運行參數(shù)(如循環(huán)水水溫、管網(wǎng)水壓和水流量、水箱水位以及水泵的運行狀態(tài)等)實施自動化監(jiān)測和控制管理，從而降低系統(tǒng)的運行成本，提高效率，保證設(shè)備安全，帶來可觀的經(jīng)濟效益和潛在的社會效益。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對供暖系統(tǒng)的自動化提出了更高的要求。SCADA系統(tǒng)一般由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中