【正文】 控制采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律。（2）控制通道時(shí)間較小，工藝允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，選用P調(diào)節(jié)。允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，可選PD調(diào)節(jié)規(guī)律，不允許有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)應(yīng)選PID調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)KD→0時(shí)，控制器輸出為比例微分調(diào)節(jié)： （）比例微分調(diào)節(jié)能夠改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有超前控制作用，但是存在余差，一般也不能單獨(dú)使用[13]。增大Kp可減小余差，但容易產(chǎn)生震蕩。PID運(yùn)算規(guī)律可用下面公式表示： （）Kp：比例增益；TI：積分時(shí)間；TD：微分時(shí)間；當(dāng)TI→∞，TD→0時(shí)，控制器輸出為比例調(diào)節(jié)： （）在控制過(guò)程中常用比例度表示作用的強(qiáng)弱，100%，越小，比例作用越強(qiáng)。對(duì)于汽包水位的控制，應(yīng)保證信號(hào)中斷時(shí)，仍然有給水進(jìn)入汽包，避免汽包水位過(guò)低引起爆炸，所以給水執(zhí)行器應(yīng)該選擇氣閉式。氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇必須保證生產(chǎn)過(guò)程的安全性，當(dāng)壓力信號(hào)中斷時(shí)，閥門(mén)的位置應(yīng)保證操作人員及設(shè)備的安全。當(dāng)氣壓P，閥門(mén)開(kāi)度隨氣壓信號(hào)減小而增加，氣壓為零時(shí)閥門(mén)全開(kāi)，這類(lèi)稱(chēng)為氣關(guān)式執(zhí)行器。由于直通雙座調(diào)節(jié)閥允許差壓大，所以可以選作為給水流量的調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有多種，包括角形調(diào)節(jié)閥、隔膜調(diào)節(jié)閥、直通調(diào)節(jié)閥（分單座和雙座兩種）、蝶閥、三通調(diào)節(jié)閥、球閥等等，由于角形調(diào)節(jié)閥閥體呈三角形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力也小，適用于高粘度、有固體顆粒或懸浮物的場(chǎng)合，所以本設(shè)計(jì)中的煤氣閥和空氣閥均采用角形閥。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有活塞式和薄膜式兩類(lèi)，由于薄膜式與活塞式相比，不僅價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，所以選擇薄膜式。進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇時(shí)應(yīng)該考慮工藝要求、控制精度和經(jīng)濟(jì)性。執(zhí)行器由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。前者性能穩(wěn)定、精度高，但是靈敏度較差，后者靈敏度較前者好，而且動(dòng)態(tài)性能好，所以我們選擇電阻式壓力檢測(cè)儀表來(lái)檢測(cè)爐膛壓力[10]。電氣式壓力檢測(cè)儀表是將敏感元件檢測(cè)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。蒸汽的密度一般是2700Kg/ m3，根據(jù)儀表量程的選擇原則，被選用儀表的量程應(yīng)為被測(cè)量參數(shù)的4/3至3/2倍，LUGB99型渦街流量計(jì)可檢測(cè)流量范圍為8～80 m3/h，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)對(duì)蒸汽流量的檢測(cè)。%根據(jù)儀表量程的選擇原則，儀表的量程應(yīng)該是被測(cè)參數(shù)的4/3至3/2倍，流量計(jì)能檢測(cè)的最大流量為：～52 m3/h，因此選擇LUGB99型渦街流量計(jì)，可檢測(cè)流量的范圍：3～50 m3/h，可滿(mǎn)足對(duì)汽包給水流量的檢測(cè)。該流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下：（1）測(cè)量介質(zhì)：液體、蒸汽、汽體（2）感應(yīng)元件不與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，具有可靠性高和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)（3）傳感器結(jié)構(gòu)牢固而且簡(jiǎn)單，維擴(kuò)量小、壓損小（4）范圍度寬可達(dá)10：1至15：1（5）測(cè)量范圍：一般正常工況下，雷諾數(shù)為20，000至7，000，000；信號(hào)輸出不受液體粘度、溫度、壓力及組份影響（6）精度等級(jí)：如果是液體，精度可達(dá)指示值177。如果我們要控制的是35t/h鍋爐的汽包水位，即每小時(shí)有35t的給水變成水蒸氣。因此，在汽包水位控制系統(tǒng)中3種儀表同時(shí)被采用。綜上，雙色水位計(jì)可在鍋爐啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)汽包水位進(jìn)行監(jiān)控，校對(duì)其他的液位測(cè)量?jī)x表。這種儀表具有延遲小、誤差小的優(yōu)點(diǎn)，所以不需要對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整，檢修和校驗(yàn)比較方便。(3)電極式水位計(jì)：利用飽和蒸汽與蒸汽凝結(jié)水電導(dǎo)率的不同，把汽包水位的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由二次儀表遠(yuǎn)距離顯示水位。但是在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺點(diǎn)：水位和差壓的關(guān)系會(huì)受汽包壓力的變化的影響，存在較大的誤差，采用平衡容器測(cè)量方法可以使汽包壓力得到補(bǔ)償，但準(zhǔn)確度仍受到較大的限制。（1）雙色水位計(jì)：是鍋爐附屬設(shè)備，鍋爐中汽呈現(xiàn)為紅色，水呈現(xiàn)為綠色，當(dāng)水位和蒸汽流量變化時(shí)，紅色和綠色所占的比例相應(yīng)變化，這種水位計(jì)觀(guān)測(cè)起來(lái)明顯直觀(guān)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，受外界環(huán)境的影響，使用一段時(shí)間后汽水分界會(huì)變得不明顯，另外由于它本身是安裝在汽包上的，汽包的溫度很高，一般維修不方便。3．液位測(cè)量元件生產(chǎn)過(guò)程中為了實(shí)現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)，物位檢測(cè)十分重要，通過(guò)物位檢測(cè)可以了解它是否在工業(yè)要求允許范圍內(nèi)，另外物位檢測(cè)對(duì)連續(xù)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)核算也顯得十分的必要。使用孔板時(shí)一定要注意孔板的安裝方向一定要正確，即流動(dòng)介質(zhì)從圓柱形一側(cè)流進(jìn)，從圓錐形一側(cè)流出，如果方向不正確，測(cè)量值會(huì)小于實(shí)際值。應(yīng)用較為廣泛的節(jié)流裝置有噴嘴擋板、孔板及文丘里管。差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管和差壓變送器組成。質(zhì)量流量檢測(cè)一般分為直接法和間接法，直接法是用儀表直接測(cè)得流量的質(zhì)量，間接法指測(cè)出流動(dòng)介質(zhì)的密度再乘以其體積最后得出質(zhì)量。而速度法是先計(jì)算管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的平均速度再乘以管道的橫截面積來(lái)計(jì)算流量的體積。適用于高粘度流體的測(cè)量及測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。2．煤粉和空氣流量測(cè)量元件工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了有效地控制生產(chǎn)過(guò)程，我們需要對(duì)一些流動(dòng)介質(zhì)的流量進(jìn)行檢測(cè)。類(lèi)型形式測(cè)溫范圍 ℃準(zhǔn)確度特點(diǎn)接觸式壓力式20~600~5速度慢、精度低、適于遠(yuǎn)距離傳送膨脹式200~650~5結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合就地測(cè)量熱電偶200~18002~10速度快、精度高，中高溫測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送熱電阻200~850~5速度快、精度高，適于低中溫度測(cè)量，遠(yuǎn)距離傳送非接觸式輻射式100~30001~20響應(yīng)速度快，測(cè)量精度一首環(huán)境影響本系統(tǒng)中的爐膛溫度變化范圍一般為900℃~1100℃，過(guò)熱器允許的溫度變化范圍一般為350℃~540℃，從檢測(cè)儀表的測(cè)量精度和測(cè)溫范圍角度考慮，我們選擇熱電偶（測(cè)溫范圍為200℃~1800℃）進(jìn)行溫度檢測(cè)，由于K型（鎳鉻一鎳硅）熱電偶具有測(cè)溫范圍寬（200℃~1300℃）、熱電動(dòng)勢(shì)大、線(xiàn)性好和價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，所以我們選擇K型熱電偶作為鍋爐的溫度檢測(cè)儀表。接觸式檢測(cè)儀表具有簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是測(cè)溫存在延時(shí)。溫度是生產(chǎn)過(guò)程中較為常見(jiàn)的參數(shù)之一，保持溫度在一定范圍內(nèi)也是進(jìn)行安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)的重要任務(wù)之一，溫度檢測(cè)元件按照與被測(cè)介質(zhì)的接觸方式可以分為接觸式和非接觸式。 第四章 硬件選型1．溫度測(cè)量元件對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測(cè)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)自動(dòng)控制的必要條件，因此選擇合適的檢測(cè)元件顯得十分重要，也是完成檢測(cè)工作的重要前提。2．由于反饋回路的存在，降低了對(duì)前饋控制模型的要求，為工程上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單的通用模型創(chuàng)造了條件。前饋控制是減少被控變量動(dòng)態(tài)偏差的最有效方法之一，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，單獨(dú)使用前饋是很難滿(mǎn)足要求的，由于前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制，無(wú)法校驗(yàn)補(bǔ)償結(jié)果，一般前饋控制用來(lái)補(bǔ)償主要干擾的影響。為了確保燃燒過(guò)程的順利、安全、經(jīng)濟(jì)、高效地進(jìn)行，必須對(duì)爐膛壓力進(jìn)行合理的控制，因?yàn)槿绻麪t膛壓力過(guò)高，不僅會(huì)產(chǎn)生向外噴火的現(xiàn)象，還會(huì)損壞鍋爐設(shè)備，可是如果爐膛壓力過(guò)低，就會(huì)吸入冷空氣，影響爐膛的溫度，造成燃料的浪費(fèi)，因此爐膛壓力需要維持在一定范圍內(nèi)。過(guò)熱器出口蒸汽溫度為主被控參數(shù)，減溫器出口的水流量為副被控參數(shù)，溫度檢測(cè)變送器測(cè)得的過(guò)熱器出口蒸汽溫度與設(shè)定值的偏差作為主調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，主調(diào)節(jié)器的輸出再與流量變送器的偏差作為副調(diào)節(jié)器的輸入，然后控制減溫水的閥門(mén)開(kāi)度，通過(guò)改變減溫水流量來(lái)現(xiàn)對(duì)熱器出口蒸汽溫度的控制。過(guò)熱器出口蒸汽溫度控制主要有兩種方法1：通過(guò)改變煙道溫度控制過(guò)熱器出口蒸汽溫度2：通過(guò)改變減溫水流量控制過(guò)熱器出口蒸汽溫度。對(duì)過(guò)熱器的要求有質(zhì)與量?jī)蓚€(gè)方面：質(zhì)包括壓力和溫度參數(shù)及潔凈度，量指流量。因此不論是蒸汽還是給水信號(hào)變化時(shí)，都會(huì)破壞調(diào)節(jié)器的平衡，引起調(diào)節(jié)器的作用，減小干擾，提高液位的控制精度，為鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了可靠地保障[6]。主調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定值和反饋信號(hào)的偏差產(chǎn)生動(dòng)作，而副回路抗干擾能力很強(qiáng)，可以及時(shí)克服來(lái)自水流量方面的干擾，從而提高液位控制精度，通常情況下蒸汽信號(hào)和水流量信號(hào)作用相反，當(dāng)出現(xiàn)假水位情況，蒸汽信號(hào)會(huì)起到補(bǔ)償作用，從而保證液位穩(wěn)定在允許的變化范圍內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)虛假水位時(shí)，蒸汽用量增加時(shí)，主調(diào)節(jié)器（正作用、選用氣閉閥）的輸出信號(hào)減小，而蒸汽流量信號(hào)不經(jīng)過(guò)主調(diào)節(jié)器，直接傳遞給副調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器的輸出減小，給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增大，從而消除虛假水位。如果我們能夠把主干擾蒸汽流量和給水流量這兩種干擾因素同時(shí)引入到控制系統(tǒng)，那么鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)就能夠克服這種假水位的現(xiàn)象，由于有三個(gè)信號(hào)作用于控制系統(tǒng)，所以稱(chēng)為三沖量控制系統(tǒng)[4]?？墒沁@種假象仍會(huì)被簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)當(dāng)成真正的水位去處理，錯(cuò)誤地減小給水流量。由于蒸汽負(fù)荷和給水壓力變化大、不穩(wěn)定，導(dǎo)致給水流量發(fā)生較大變化，從而影響汽包水位。汽包液位是鍋爐正常運(yùn)行的重要控制參數(shù)之一，也是生產(chǎn)過(guò)程的重要工藝指標(biāo)，汽包水位過(guò)高會(huì)導(dǎo)致汽包上部空間減小，影響其中的汽、水分離，蒸汽會(huì)出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，這種情況不僅降低了蒸汽質(zhì)量和產(chǎn)量，還會(huì)導(dǎo)致蒸汽結(jié)垢或者損壞汽輪機(jī)葉片。為了更好地控制燃燒過(guò)程參數(shù)，提高燃燒效率，必須設(shè)計(jì)合理有效的控制系統(tǒng)對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行精確的控制，燃燒過(guò)程采用空氣和煤粉的雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。過(guò)熱器溫度控制系統(tǒng)：使過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求[3]。汽包水位控制系統(tǒng)：維持汽包物料平衡，使給水量與蒸發(fā)量相適應(yīng)，使汽包水位在控制要求范圍內(nèi)。 基于PLC的鍋爐控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的上位機(jī)是一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)，下位機(jī)是西門(mén)子S7200可編程控制器，上位機(jī)通過(guò)傳感器獲得鍋爐各個(gè)參數(shù)的當(dāng)前值，通過(guò)組態(tài)王監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐當(dāng)前情況的監(jiān)控、報(bào)警等功能，下位機(jī)PLC通過(guò)控制變頻器或者閥門(mén)開(kāi)度完成對(duì)控制變量煤粉流量、給水流量、給風(fēng)量、引風(fēng)量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒過(guò)程、爐膛壓力、汽包水位和過(guò)熱器溫度的控制。與單片機(jī)和虛擬儀器相比，PLC不僅可靠性和自動(dòng)化程度高，抗干擾能力強(qiáng)，而且程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，除了能夠完成簡(jiǎn)單的邏輯控制，還可以通過(guò)功能模塊和功能指令完成復(fù)雜的模擬量控制，對(duì)操作人員的要求較低，應(yīng)用在控制要求較高的大中型設(shè)備中。第三章 火電廠(chǎng)鍋爐控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 控制方案的選擇火電廠(chǎng)鍋爐的控制系統(tǒng)有三種方案（1）基于單片機(jī)的控制系統(tǒng) （2）基于Labview的控制系統(tǒng) （3）基于PLC和組態(tài)王的控制系統(tǒng)單片機(jī)偏電子，適用于無(wú)線(xiàn)控制領(lǐng)域和中小型控制領(lǐng)域，以其重量輕、功能強(qiáng)、功耗小和安全性高等特點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用，但是由于其可靠性和自身保護(hù)性較PLC差，而且抗干擾能力及穩(wěn)定性都不及PLC,所以單片機(jī)一般只適合應(yīng)用在控制要求不高的場(chǎng)合。（2）鍋爐的安全性指標(biāo)鍋爐連續(xù)運(yùn)行的小時(shí)數(shù)：鍋爐兩次被迫停止運(yùn)行的時(shí)間間隔。鍋爐的效率：用于產(chǎn)生加熱水和蒸汽所用的熱量Q1與每小時(shí)送入爐膛燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量Qr之比，用符號(hào)%表示。（1）鍋爐的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1．受熱面的蒸發(fā)率：每平方米受熱面一小時(shí)生產(chǎn)的蒸汽量，單位Kg/m2而燃燒產(chǎn)生的灰粒沉落到爐膛底部冷灰斗中，經(jīng)冷卻凝固后排出。過(guò)熱蒸汽除氧器補(bǔ)給水生水低壓加熱器高壓加熱器排氣凝結(jié)水凝結(jié)水泵汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)過(guò)熱器鍋爐省煤器鍋爐給水給水泵水處理設(shè)備循環(huán)水泵冷卻水凝汽器(軟化)爐子的工作過(guò)程：原煤經(jīng)磨煤機(jī)后變成煤粉，外界冷的空氣由送風(fēng)機(jī)送入空氣管道，經(jīng)空氣預(yù)熱器后成為熱空氣，在制粉過(guò)程中需要一部分熱空氣對(duì)煤進(jìn)行干燥處理，其余熱空氣直接與煤粉成一定比例進(jìn)入爐膛參與燃燒。水的加熱和蒸發(fā)過(guò)程包括給水、水循環(huán)和汽水分離三個(gè)步驟。鍋爐的工作過(guò)程包括燃料燃燒過(guò)程、爐與汽包的傳熱過(guò)程、水的加熱蒸發(fā)過(guò)程。蒸汽鍋爐一般分為：燃煤蒸汽鍋爐、燃油蒸汽鍋爐、燃?xì)庹羝仩t及點(diǎn)蒸汽鍋爐[1]