【正文】 只取決于汽輪機(jī)的耗汽量，假水位現(xiàn)象不會(huì)引起給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。因此可以采用圖 所示的蒸汽流量隨山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制方案設(shè)計(jì)9動(dòng)控制系統(tǒng)，其中流量調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，使汽輪機(jī)的蒸汽量作為系統(tǒng)的給定使給水流量跟蹤蒸汽流量的變化，構(gòu)成了一個(gè)以蒸汽量作為給定的隨動(dòng)系統(tǒng)從而保證汽包水位的恒定。但對(duì)于大中型鍋爐來(lái)說(shuō)這種控制方案就不能滿足控制要求，因?yàn)槠啓C(jī)蒸汽量的負(fù)荷擾動(dòng)引起的假水位現(xiàn)象將引起給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，導(dǎo)致汽包水位激烈的上下振蕩而不穩(wěn)定，嚴(yán)重的影響設(shè)備的運(yùn)行壽命和安全，所以大中型鍋爐不宜僅僅只采用汽包水位單沖量控制系統(tǒng)，必須尋找其他的解決辦法來(lái)控制汽包水位。如圖 所示，這是一個(gè)基本的控制方案其方框圖如圖 所示。這些特性使得汽包水位的變化受到多種因素影響，因而對(duì)它的控制變得比較復(fù)雜和困難。燃料量的增大只能使蒸汽量緩慢增大，而且同時(shí)汽壓也會(huì)緩慢上升，它將使汽泡體積減小，因此燃料量擾動(dòng)下的“假水位現(xiàn)象”比負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和的多。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制方案設(shè)計(jì)7tH H1H2圖 汽輪機(jī)耗汽量擾動(dòng)響應(yīng)曲線（3）燃料量擾動(dòng)的影響燃料量的擾動(dòng)必然也會(huì)引起蒸汽流量 D 的變化，因此也同樣會(huì)有“假水位現(xiàn)象”發(fā)生。對(duì)于大中型鍋爐來(lái)說(shuō)，后者的影響要大于前者，因此負(fù)荷做階躍增加后的一段時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)水位不但沒(méi)有下降反而明顯升高的現(xiàn)象，這種反?，F(xiàn)象通常被稱為“假水位現(xiàn)象” 。1?山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制方案設(shè)計(jì)6tHH1HH 2圖 給水?dāng)_動(dòng)響應(yīng)曲線（2）汽輪機(jī)耗汽量擾動(dòng)的影響當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量 D 突然做階躍增加時(shí)，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使汽包內(nèi)液體蒸發(fā)量變大從而使水位下降，如圖 所示的曲線H1 所示，另一方面由于汽輪機(jī)耗汽量 D 的突然增加，將迫使鍋爐內(nèi)汽泡增多，同時(shí)由于燃料量維持不變，汽包壓力下降，會(huì)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，如圖 所示曲線 H2 所示。即它是一個(gè)具有延遲時(shí)間的積分環(huán)節(jié)，水的過(guò)冷度越大則響應(yīng)延遲時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)。水位的實(shí)際響應(yīng)曲線應(yīng)是曲線 H1 和 H2 之和，如圖 所示的曲線 H 所示。（1）給水?dāng)_動(dòng)的影響如果把汽包及其水循環(huán)系統(tǒng)看作一個(gè)單容水槽，那么水位的給水階躍擾動(dòng)響應(yīng)曲線應(yīng)該為圖 所示的曲線 H1 所示。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(méi)有發(fā)生變化，汽包水位也會(huì)因此隨之發(fā)生改變從而影響水位的穩(wěn)定。省煤器過(guò)熱器水冷壁汽包變頻器圖 鍋爐給水調(diào)節(jié)對(duì)象山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制方案設(shè)計(jì)5初看起來(lái)，汽包水位的動(dòng)態(tài)特性似乎和單容水槽一樣，給水量和蒸汽流量影響汽包水位的高低 [4]。鍋爐給水調(diào)節(jié)對(duì)象如圖 所示。在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中被控量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過(guò)對(duì)給水流量的調(diào)節(jié), 使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而使汽包水位的變化在允許范圍之內(nèi)，保證鍋爐的安全運(yùn)行，生產(chǎn)出合格穩(wěn)定的高質(zhì)量蒸汽，以滿足負(fù)荷的需要。如果水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁管的破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成干鍋，損壞汽包。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制方案設(shè)計(jì)42 控制方案設(shè)計(jì)鍋爐是重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負(fù)荷的需要。（4）PLC 程序和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)根據(jù)參數(shù)整定和仿真的結(jié)果利用相關(guān)軟件進(jìn)行 PLC 梯形圖程序設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)控制算法。（3） 控制算法的參數(shù)整定根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)以及它的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性按照工程整定的方法進(jìn)行控制器的參數(shù)整定，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論3（2） 硬件設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制方案合理地選擇檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制設(shè)備以及其它必要設(shè)備，并在此基礎(chǔ)之上根據(jù)控制方案合理地進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，完成各種設(shè)備之間的接線與配置，并進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試。 本設(shè)計(jì)的主要工作 本次設(shè)計(jì)的主要工作有：（1） 設(shè)計(jì)鍋爐汽包水位控制方案 從鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)性能入手，分析影響鍋爐汽包水位的主要因素，并對(duì)這些因素對(duì)鍋爐汽包水位動(dòng)態(tài)性能的影響進(jìn)行理論研究。采用 PLC 控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。它是 PLC 軟、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。因此，無(wú)論是單機(jī)還是多機(jī)控制、生產(chǎn)流水線控制及過(guò)程控制都可以采用 PLC 技術(shù)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論2PLC 是 70 年代發(fā)展起來(lái)的中大規(guī)模的控制器，是集CPU、 RAM、ROM、I/O 接口與中斷系統(tǒng)于一體的器件 [3]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)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的性能影響大，系統(tǒng)各部分之間影響較大，自動(dòng)化水平不高，控制效果并非十分理想，而且容易出現(xiàn)故障，不利于系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全、高效運(yùn)行。工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量使其與蒸發(fā)量保持動(dòng)態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件，鍋爐汽包水位也是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷和給水之間的平衡關(guān)系。保持鍋爐汽包水位在正常范圍內(nèi)是鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要的安全性能指標(biāo)，由于負(fù)荷、燃燒狀況及給水流量等因素的變化，汽包水位會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化 [1]。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄基于 PLC 的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1 緒 論 ...........................1 汽包水位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................................1 本設(shè)計(jì)的主要工作 .....................................................................................22 控制方案設(shè)計(jì) ....................4 汽包水位的影響因素 .................................................................................4 汽包水位的控制方案設(shè)計(jì) .........................................................................73 硬件選型 .......................13 水位傳感器選型 .......................................................................................13 流量傳感器的選型 ...................................................................................14 電機(jī)的選型 ...............................................................................................16 變頻器的選型 ...........................................................................................17 接觸器的選型 ...........................................................................................17 熔斷器的選型 ...........................................................................................18 功率三極管的選型 ...................................................................................18 PLC 及相關(guān)模塊的選型 ...........................................................................19 硬件工作 原理 ...........................................................................................22山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄4 硬件設(shè)計(jì) .......................25 系統(tǒng)總體線路設(shè)計(jì) ...................................................................................25 控制線路設(shè)計(jì) ...........................................................................................285 控制算法及參數(shù)整定 .............30 PID 算法簡(jiǎn)介 ............................................................................................30 三沖量控制系統(tǒng)參數(shù)整定 .......................................................................316 軟件設(shè)計(jì) .......................39 程序流程設(shè)計(jì) ...........................................................................................39 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò) 組態(tài) .................................................................................41 RSLogix5000 程序設(shè)計(jì) ............................................................................447 監(jiān)控界面設(shè)計(jì) ...................508 結(jié)束語(yǔ) .........................53參考文獻(xiàn) .........................55致 謝 ............................56附 錄 ............................57山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論11 緒 論 汽包水位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀蒸汽鍋爐是企業(yè)重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽產(chǎn)品，以滿足負(fù)荷的需要。鍋爐是一個(gè)十分復(fù)雜的控制對(duì)象，為保證提供合格的蒸汽產(chǎn)品以適應(yīng)負(fù)荷的需要，與其配套設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)必須滿足各主要工藝參數(shù)的需要。因此鍋爐汽包水位應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)加以嚴(yán)格控制以保證鍋爐的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)的控制方法是以各種分立器件的應(yīng)用為基礎(chǔ)，利用各種檢測(cè)器件對(duì)被控參數(shù)實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)并反饋給控制器件，再根據(jù)自動(dòng)控制理論的有關(guān)算法完成相應(yīng)的運(yùn)算并驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的?，F(xiàn)在廣泛使用的控制技術(shù)還有 DCS集散控制系統(tǒng) [2]，但由于 DCS 系統(tǒng)適合有多個(gè)控制回路同時(shí)工作的復(fù)雜系統(tǒng)，而且集散控制系統(tǒng)往往價(jià)格昂貴，對(duì)于像汽包水位這樣的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)性價(jià)比太高，因此對(duì)于汽包水位控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并非理想的選擇。隨著計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通信能力上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了 PLC 通信能力，豐富了 PLC 編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了 PLC 過(guò)程控制能力。PLC 控制鍋爐技術(shù)是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。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(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。它的被控量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是汽包給水流量，通過(guò)對(duì)汽包水位的實(shí)時(shí)檢測(cè)并進(jìn)行反饋，PLC 對(duì)反饋信號(hào)和給定信號(hào)進(jìn)行比較，然后根據(jù)控制算法對(duì)二者的偏差進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)