【正文】 變的，而是符合要求下的最高精度。 d)智能儀表的精度考慮。 c)智能變送器的使用電壓和環(huán)境溫度考慮 用戶設(shè)備計(jì)算機(jī)儀表通訊接口 D / A Hz傳感 放大D / A液晶驅(qū)動(dòng)器EPR OM液晶顯示CPU按鍵電源部件 圖 31智能 儀表原理結(jié)構(gòu)框圖 1）一般智能變送器的適應(yīng)電壓范圍較寬，但超出其通訊要求范圍的電壓將使變送器不能與外界進(jìn)行數(shù)字通訊。通過正確的設(shè)定 ,在測(cè)量介質(zhì)流向相反時(shí) ,也能正常輸出電流。 除智能式儀表正確的安裝和設(shè)定量程范圍外 ,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。STS2102 智能通訊器也可方便地用于 Honeywell 系列儀表的組態(tài)和調(diào)試。并開發(fā)出 HART 手持式通訊器 ,方便地實(shí)現(xiàn)智能儀表與通訊器之間的雙向通訊。 為了實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送 ,并將多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)變送器的模擬信號(hào)通過一對(duì)信號(hào)線傳送到控制中心 ,美國(guó) Rosemount公司于 1985年開發(fā)出一種將模擬信號(hào)調(diào)制成數(shù)字調(diào)頻信號(hào) ,并用數(shù)字調(diào)頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)? HART Highway Addressable Remote Transducer 協(xié)議 ?？稍诰€修改參數(shù) ,流量小信號(hào)切除、失敗模式電流輸出等功能 。 12 智能儀表 概述 及選型 智能式儀表是以微處理器為中央控制單元 ,能完成物理信號(hào)的輸入輸出、信號(hào)轉(zhuǎn)換和計(jì)算控制等功能 ,并可與外界通訊的儀器儀表。測(cè)量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。 根據(jù)工藝流程和控制方案的選擇，可以得出本設(shè)計(jì)的控制流程 （圖 25）。 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng) 的控制效果顯著提高，原因是在串級(jí) 控制系統(tǒng)中增加了一個(gè)二次擾動(dòng)的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)二次干擾有很強(qiáng)的克服能力，提高了對(duì)一次擾動(dòng)的克服能力和對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力。 )( SW C )( SW v )(0 SW )( SWm+ Q ( s )U ( s )X ( s ) E ( S ) Y ( s ) 圖 24 單回路控制系統(tǒng)框圖 其中 Wc )(S — 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； Wv )(S — 調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)； Wo )(S — 被控過程的傳遞函數(shù)； Wm )(S — 測(cè)量變送器的傳遞函數(shù)。 單回路過程控制系統(tǒng)亦稱單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對(duì)一個(gè)過程（調(diào)節(jié)對(duì)象），采用一個(gè)測(cè)量變送器監(jiān)測(cè)被控過程，采用一個(gè)控制（調(diào)節(jié)）器來保持一個(gè)被控參數(shù)恒定（或在很小范圍內(nèi)變化） ，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持 1? 恒定，一般選用比例積分調(diào)節(jié)器。副 回路及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求控制過程的持續(xù)時(shí)間較短，但不要求無差，故一般可選用純比例調(diào)節(jié)器。穩(wěn)態(tài)時(shí)，導(dǎo)前汽溫 2? 可能穩(wěn)定在與原來數(shù)值不同的數(shù)值上，而主汽溫 1? 則一定等于給定值。 溫度調(diào)節(jié)器 1溫度測(cè)量變送器溫度測(cè)量變送器過熱器減溫器溫度調(diào)節(jié)器 2執(zhí)行器溫度給定)(1 sY)(2 sY閥門 圖 22 噴水減溫串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)的工作原理 圖 22所示的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，只要導(dǎo)前汽溫 2? 發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器 P就去改 過 熱 器爐 膛汽 鼓水過 熱 蒸 汽減 溫 器TT1TT2CT1CT21?2? 圖 23 噴水減溫串級(jí)汽溫控制系統(tǒng) 變減溫水流量 ?W ，初步維持后級(jí)過熱器入口汽溫 2? 在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作 10 用。在噴水量擾動(dòng)下 2? 肯定比主汽溫 1? 能提前反映控制作用。 采用噴水減溫 的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)如圖 22所示。 主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是準(zhǔn)確保持被調(diào)量符合生產(chǎn)要求 。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是要快速動(dòng)作以迅速消除進(jìn)入副回路的擾動(dòng) ， 而且副參數(shù)并不要求無差 ， 所以一般選擇 P調(diào)節(jié)器 ， 也可采用 PD調(diào)節(jié)器 ， 但這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性 。與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)只是在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)內(nèi)回路，卻能收到顯的控制效果。 過程控制系統(tǒng)可分為單回路控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、大滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)等一些復(fù)雜控制系統(tǒng)。定值控制仍是目前過程控制的一種常見形式。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；有儀表過程控制系統(tǒng)，也有計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)；有復(fù)雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求的控制系統(tǒng)。由于工業(yè)過程的復(fù)雜、多變，因此其特性多半屬多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非線性等等。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的飛速 法杖，工藝條件越來越復(fù)雜，對(duì)過程控制的要求越來越高。 ，而且多半為參量控制 由于被控過程具有大慣性、大滯后等特性，因此決定了過程控制的控制過程多 8 屬慢過程。動(dòng)態(tài)特性多數(shù)具有大慣性、大滯后、非線性特性。由于生產(chǎn)規(guī)模大小不同，工藝要求各異，產(chǎn)品品種多樣，因此過程控制中的被控過程是多種多樣的。過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)工業(yè)過程的特性和工藝要求，通過選用過程檢測(cè)控制儀表構(gòu)成系統(tǒng)，再通過 PID參數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的最佳控制。一個(gè)過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測(cè)控制儀表兩部分組成的。若控制動(dòng)作時(shí)間上是離散的（如采樣控制系統(tǒng)等），但是其被控量需要定量控制，也歸入過程控制。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力等方面起著越來越巨大的作用。 自從進(jìn)入 20世紀(jì) 90 年代以來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展很快，并獲得了驚人的成就，已成為國(guó)家高科技的重要組成部分。 A．過程控制概述 過程控制系統(tǒng)通常是指工業(yè)生產(chǎn)中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度等這樣一些過程變量的系統(tǒng)，具有連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、由過程檢測(cè)和控制儀表組成、被控過程多樣，控制方案豐富的特點(diǎn)。 7 噴水減溫調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)靈敏 ， 慣性小，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，加上調(diào)節(jié)范圍大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在鍋爐上獲得了普遍應(yīng)用。噴水減溫器有三種形式：多孔管式、渦旋式和文丘里管式噴水減溫器。減溫水一般采用給水。 噴水減溫是將水直接噴入蒸汽中，噴入的水在加熱、蒸發(fā)的過程中將消耗蒸汽的部分熱量，使 過熱蒸汽溫度 降低。蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)是指通過改變蒸汽的 焓值來調(diào)節(jié) 過熱蒸汽溫度 ；煙氣側(cè)調(diào)節(jié)是指通過改 變受熱面的煙氣量或通過改變爐內(nèi)輻射受熱面的吸熱量份額來調(diào)節(jié) 過熱蒸汽溫度 。當(dāng)送風(fēng)和引風(fēng)配合不當(dāng)而造成爐膛負(fù)壓變化使火焰中心位置變化時(shí)，也會(huì)造成 過熱蒸汽溫度 變化。 (2)爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)的變化 當(dāng)送風(fēng)量和漏風(fēng)量增加使?fàn)t內(nèi)過?？諝庀禂?shù)增加時(shí)低溫空氣的吸熱及煙氣容量的增加將使?fàn)t膛溫度降低流經(jīng)過熱器的煙量增加煙速增高使對(duì)流過熱器傳熱加強(qiáng) 過熱蒸汽溫度 升高 (3)燃燒器運(yùn)行方式的變化 燃燒器運(yùn)行方式改變，例如，燃燒器從上排切換到下排，或燃燒器的擺角改變時(shí)，火焰中心位置也會(huì)改變，從而引起 過熱蒸汽溫度 變化。因?yàn)樗终舭l(fā)和灰分本身提高溫度均要吸收爐內(nèi)的熱量，故使?fàn)t內(nèi)溫度水平降低， 爐內(nèi)輻射傳熱量減少，輻射式過熱器出口 過熱蒸汽溫度 會(huì)降；低爐膛出口煙溫升高，水分增加使煙氣體積增大，煙氣流速增加，使對(duì)流換熱量增加，故使對(duì)流式過熱器出口 過熱蒸汽溫度 升高。 b．煙氣側(cè)包括燃料量、 燃料種類或成分特性、送入爐內(nèi)燃燒的空氣量、燃燒器的運(yùn)行方式以及受熱面的潔凈程度等。 (4)減溫水的變化 減溫器中減溫水的溫度和流量的變化都會(huì)引起過熱器蒸汽側(cè)吸熱量的變化，從而使 過熱蒸汽溫度 發(fā)生變化。在正常情況下，進(jìn)入過熱器的飽和蒸汽含濕量一般變化很小，飽和蒸汽的濕度一般保持不變。當(dāng)機(jī)組出力降低時(shí)，由于抽氣壓力隨之降低，使用于加熱器加熱給水的蒸汽量減少，因此對(duì) 過熱蒸汽溫度的變化起到一定的自補(bǔ)償 作用，但由于管道系統(tǒng)很長(zhǎng)其遲延較大。如果要恢復(fù)蒸發(fā)量以滿足汽機(jī)的需要，必須增加燃料，結(jié)果同樣使 過熱蒸汽溫度 升高。 (2)給水溫度的變化 在具有給水母管的系統(tǒng)中，給水溫度一般不會(huì)變動(dòng)很大，但 對(duì)于單元機(jī)組來說，如果高壓加熱器不能投入運(yùn)行，給水溫度可能比額定值低 50120℃ 左右，而給水溫度的降低將增加給水進(jìn)入鍋爐后水加熱階段的吸熱量。 蒸汽量變化時(shí)，沿過熱器整個(gè)管長(zhǎng)各點(diǎn)的溫度幾乎同時(shí)變化，過熱器出口 過熱蒸汽溫度 隨蒸汽量的階躍響應(yīng)曲線特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。 (1)蒸汽負(fù)荷變化對(duì) 過熱蒸汽溫度 的影響 送入爐內(nèi)的燃料量取決于鍋爐的出力，當(dāng)鍋爐出力需要變動(dòng)時(shí)，燃料量必須作相應(yīng)改變，隨著燃料量的改變 鍋爐出口煙溫及煙氣流速都會(huì)發(fā)生變化，這勢(shì)必引起爐膛內(nèi)輻射傳熱量及煙道內(nèi)對(duì)流傳熱的改變，從而引起過熱器及再熱器管道內(nèi)蒸汽吸熱量的改變，對(duì)出口 過熱蒸汽溫度 或蒸汽焓值影響就更大。通?？梢园堰@些干擾因素分為蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)兩個(gè)方面。 5 。 以上就是一般鍋爐 工作 的過程，一個(gè)鍋爐進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是： 。沿途降低著溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱氣內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行熱交換后，以經(jīng)濟(jì)的較低的煙溫排出鍋爐。煙氣出煙窗爐膛出口）并略過防渣管后，就沖刷蒸汽過熱 — 一組垂直放置的蛇型管受熱面，使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受煙氣加熱而得到的過熱。高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要的設(shè)備。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進(jìn)入蒸汽過熱氣，而分離下來的水仍回到上鍋筒下半部的水中。 蒸汽所產(chǎn)生的過程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。位于煙溫較低區(qū)段的對(duì)流灌 束，因受熱較弱，汽水工質(zhì)的容量較大，而位于煙溫較高區(qū)段的對(duì)流管束，因受熱強(qiáng)烈，相應(yīng)的汽水工質(zhì)的容量較小，從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒，而容量小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒形成了鍋水的自然循環(huán)。經(jīng)處理的水由泵加壓，先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱，然后進(jìn)入氣鍋。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗，這整個(gè)過程稱為燃燒過程。 ： 首先將燃料加到煤 斗中，借助于重力下落在爐排面上，爐排接電動(dòng)機(jī)通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動(dòng)，將燃料煤帶入爐內(nèi)。還有用來消除受熱面上積 4 灰以利用傳熱的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 除灰除塵設(shè)備 :是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。 水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的換熱器。用 送風(fēng)設(shè)備 來供應(yīng)燃料所需的空氣。用引風(fēng)設(shè)備 將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。 燃燒設(shè)備：將燃料 和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。過熱器一般都裝在爐膛出口。 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。 3 2. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 鍋爐 概述 鍋爐的基本構(gòu)造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。同時(shí)利用 智能儀表 控制系統(tǒng)，在所設(shè)計(jì)的組態(tài)王監(jiān)控界面中，進(jìn)行相關(guān)儀表調(diào)校和控制器參數(shù)整定 ，記錄并分析控制結(jié)果。 內(nèi)容及要求 本課題利用 智能儀表 控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過熱蒸汽 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。本課題利用智能儀表控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)王監(jiān)控軟件設(shè) 計(jì)人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)鍋爐過熱蒸汽控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以使過熱蒸汽溫度控制在合適的范圍內(nèi)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著越 來 越大的作用。具有大量的非控制性信息 (管理信息 ) ,可供用戶 參考?？稍诰€修改參數(shù) ,流量小信號(hào)切除、失敗模式電流輸出等功能 。可采用 LCD顯示 ,清晰直觀 ,讀數(shù)方便。 智能式儀表是以微處理器為中央控制單元 ,能完成物理信號(hào)的輸入輸出、信號(hào)轉(zhuǎn)換和計(jì)算控制等功能 ,并可與外界通訊的儀器儀表。 燃煤鍋爐生產(chǎn)過程中所發(fā)生的事故大部分是由于鍋爐過熱蒸汽溫度控制不當(dāng)引起的。工業(yè)鍋爐作為一個(gè)設(shè)備總體，有許多被控制量與控制量，擾動(dòng)因數(shù)也很多，許多參數(shù)之間明顯地存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系。 課題研究意義 鍋爐是發(fā)電廠及其它工業(yè)企業(yè)中最普遍的動(dòng)力設(shè)備之一，功能是把燃料中的貯能，通過燃燒轉(zhuǎn)化成熱能，以蒸汽或熱水的形式輸向各種設(shè)備。 首先， 過熱蒸汽溫度 過高，可能造成過熱器 蒸汽管和汽輪機(jī)的高壓部分損壞，會(huì)影響過熱器金屬材料的使用壽命； 過熱蒸汽溫度 過低 ，又會(huì)降低全廠的熱效率，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過載，還會(huì)使汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度增加，從而降低汽輪機(jī)的內(nèi)效率，加劇對(duì)葉片的侵蝕，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行；汽溫變化過大，除 使管材及有關(guān)部件產(chǎn)生疲勞外，還將引起汽輪機(jī)汽缸的轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差變化，甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，危及機(jī)組安全 。此外，要