【正文】 就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展人們開始利用各種先進(jìn)的儀器和技術(shù)組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來代替人工復(fù)雜的控制操作，直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)（ Direct Control），便是其中之一。 我們這次設(shè)計(jì)就是以雙交叉燃燒控制為基礎(chǔ)作的，利用前饋 — 串級(jí) — 比值控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)工作過程加以嚴(yán)格控制，模擬實(shí)物進(jìn)行的設(shè)計(jì)。也就是利用一個(gè)測(cè)煙道中的氧含量的傳感器（氧化鋯）隨時(shí)測(cè)的氧含量，信號(hào)在計(jì)算機(jī)處理后 ，利用一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)空氣和燃?xì)獾牧髁?，同時(shí)在這之間我們加入了一個(gè)前饋控制系統(tǒng)，即在燃料的流量和計(jì)算機(jī)之間，把燃料的流量通過前饋信號(hào)提前進(jìn)入計(jì)算機(jī)，從而通過計(jì)算機(jī)總的模塊的控制而去調(diào)節(jié)空氣的流量，使得空氣和燃?xì)庵g維持在最佳的搭配量。我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)的第二章中系統(tǒng)的介紹了燃燒鍋爐的基本構(gòu)造和工作過程。 由于現(xiàn)代化的技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中體現(xiàn)了非常重要的作用，同樣我們?cè)谶@次設(shè)計(jì)中也利用計(jì)算機(jī)軟件的作用，第八章詳細(xì)介紹了工業(yè)組態(tài)軟件 GENIE軟件，及組態(tài)的過程。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 4第一章 緒 論 引言 鍋爐是人類供熱，取暖的主要來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史，期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)鍋爐容量，參數(shù) 要求的不斷提高，鍋爐形勢(shì)和鍋爐技術(shù)得到不斷迅速發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，蒸汽機(jī)在工業(yè)上的用途日益廣泛，不久就對(duì)鍋爐提出了擴(kuò)大容量和提高闡述的要求。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。此外，是鍋爐能以地制宜地有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率，安全可靠地供熱等課題。 ，煙氣含氧量，爐膛壓力控制，達(dá)到安全生產(chǎn)，降低煤耗，提高效率的目的。 。 。 第一個(gè)方向，是鍋爐內(nèi)部增加受熱面，形成煙管鍋爐系列。煤在火筒內(nèi)燃燒放熱。為了進(jìn)一步增大鍋爐容量，后來又發(fā)展到用小直徑的煙管取代火筒以增加受熱面，形成了煙管鍋爐和火筒煙管鍋爐組合鍋爐。 顯而易見，這類鍋 爐的爐膛一般都較小。而且煙氣縱向沖刷設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 5 壁面。此外爐筒直徑大，既不易提高氣壓油增加鋼耗量，蒸發(fā)量也受到限制。誠然，這類鍋爐也有一定的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，水的容積大，能較好適應(yīng)負(fù)荷的變化，水質(zhì)要求低等。 第二個(gè)方向，實(shí)在鍋筒外部發(fā)展受熱面，形成水管鍋爐系列，大約到了 19世 紀(jì)中頁，鍋爐開始在爐筒外面在整設(shè)計(jì)各正經(jīng)較小的圓筒受熱面。最后終于出現(xiàn)了水管鍋爐。 水管鍋爐的出現(xiàn)，是鍋爐發(fā)展的一大飛躍，它擺脫了火筒，煙管鍋爐受熱筒尺寸的制約，無論在燃燃燒條件，傳熱效果和受熱面的布置等方面都得到了根本性的改善，為提高鍋爐的容量，參數(shù)和熱效率創(chuàng)造了良好的條件，金屬耗量也大為下降。 縱觀鍋爐的發(fā)展歷史，真正走上現(xiàn)代化的道路也不過是四，五十年的時(shí)間，隨著工業(yè)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化鍋爐整朝著大容量，高參數(shù)的方向發(fā)展。電力，機(jī)械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽。 鍋爐式供熱之源，鍋爐機(jī)器設(shè)備的任務(wù)在于安全，可靠，有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。 為了提高熱及效率，動(dòng)力鍋爐向著高壓，高溫和大容量方向發(fā)展。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐設(shè)備日益廣泛的用于工業(yè)的各個(gè)部門，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在我國社會(huì)主義現(xiàn)代化的建設(shè)中能源的增長(zhǎng)大大落后于生產(chǎn)的增長(zhǎng)。顯然，面對(duì)量大，面廣的供熱鍋爐，如何挖掘潛力，提高它的熱效率，有著極為重要的實(shí)際意義。 通過加熱爐熱效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，是燃料流量與空氣流量調(diào)節(jié)回路參照各自對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)流量，在允許范圍內(nèi)變化，達(dá)到動(dòng)態(tài)時(shí)，能維持燃料流量與空氣流量恰當(dāng)?shù)年P(guān)系，從而提高燃燒效率、節(jié)省燃料、起到節(jié)能、環(huán)保作用。 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。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。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。 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。（ 須指出，直流鍋爐內(nèi)無鍋筒。 過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽的換熱器。 省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。同時(shí)，由于提高了進(jìn)入氣包的給水溫度，所以減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長(zhǎng)了氣包的使用壽命。 引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，煙囪，煙道幾部分。 送風(fēng)設(shè)備：包括有鼓風(fēng)機(jī)和分道組成。 給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后，可以進(jìn)一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機(jī)組的效率。 燃料供給設(shè)備：由運(yùn)煤設(shè)備，原煤倉和儲(chǔ)媒斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所需燃料供應(yīng)。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 8此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥，水位表，高低水位報(bào)警器，壓力表，主氣閥，排污閥，止污閥等。本設(shè)計(jì)由于篇幅其間，則就不必考慮這些問題了。 燃料的燃燒過程： 首先將燃料（這里用煤）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)。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗，（若是燃?xì)馐藉仩t就沒有這一部分了）這整個(gè)過程稱為燃燒過程。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。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)。 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。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。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。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。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。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。 以上就是一般鍋爐工水的過程，一個(gè)鍋爐進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是： ① 要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。 ③ 保持鍋爐負(fù)壓恒定。 為了完成上述三項(xiàng)任務(wù)，我們對(duì)三個(gè)量進(jìn)行控制：燃料量，送風(fēng)量，引風(fēng)量。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 10第三章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理 鍋爐微計(jì)算機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)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，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐 30 多萬臺(tái)，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。 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。 鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)，手自動(dòng)切換操作部分，手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)及閥等，自動(dòng)時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā) 出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。 微機(jī)控制系統(tǒng)由機(jī)箱、通道箱、 CRT顯示器、打印機(jī)、鍵盤、報(bào)警裝置、低通濾波器及 I/V轉(zhuǎn)換板等組成，能完成對(duì)給水、給煤、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全 運(yùn)行，平穩(wěn)操作，達(dá)到降低煤耗、提高供汽質(zhì)量的目的，同時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等有流程動(dòng)態(tài)模擬圖、光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說明，還可對(duì)汽包水位、壓力、爐溫等進(jìn)行越限報(bào)警，發(fā)出聲光信號(hào)，還可定時(shí)打印出十幾種運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)。 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，目前有幾種，功能較好首推可編程序控制器 PLC，適合于多臺(tái)大型鍋爐控制，由于 PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，故障率低 。 第二種是 16位 STD總線工業(yè)控制機(jī)為主機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，由于其性能價(jià)格比較高，所以國內(nèi)用的較多，微機(jī)內(nèi)部一般采用總線式模塊結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，維修方便， STD 總線結(jié)構(gòu)很適于工業(yè)環(huán)境，按測(cè)量參數(shù)的多少和控制回路的數(shù)目選配相應(yīng)的模板，在操作上，考慮到現(xiàn)場(chǎng)人 員的技術(shù)水平，對(duì)開機(jī)操作，控制目標(biāo)，控制參數(shù)的修改，手 /自動(dòng)設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 11 切換等設(shè)置了最簡(jiǎn)便的操作 。該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。燃燒控制實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo)，量出而入不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化成比例地調(diào)整燃料量與送風(fēng)量，同時(shí)保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用，其中保持合適的 “ 空燃比 ” 是一個(gè)重要因素。 汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。 微機(jī)鍋爐控制技術(shù)具有良好實(shí)用前景，既可節(jié)能又可提高鍋爐的運(yùn)行 管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內(nèi)只有幾百臺(tái)鍋爐采用微機(jī)控制，占總數(shù)的很小一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重。 在供水鍋爐控制的過程中，我們用的了幾種基本的控制方式，有單回路的控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)等幾種方式。 單回路控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量元件及變送、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器所組成的單回路反饋控制系統(tǒng)。按被控要求的工藝變量來分，最常見的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過程中設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 12各個(gè)變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系，分析被控對(duì)象的特點(diǎn)；然后根據(jù)工藝的要求選擇被控變量、操縱變量，合理選擇控制系統(tǒng)中的測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器，建立一個(gè)較為合理的控制 系統(tǒng) 。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以我們必須要掌握它。 F（ N）為干擾，號(hào)，Q（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為控制通道， F（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為干擾通道。 串級(jí)控制系統(tǒng) 定義及方框圖 在多回路控制系統(tǒng)中，用兩臺(tái)控制器相串接，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，這樣的系統(tǒng)稱為串級(jí) 控制系統(tǒng)。他們的輸出分別稱設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 13 為主被控變量 C1和副被控變量 C2。接收主被控變量測(cè)量值 Y1的控制器稱為主控制器 GC1） ，接收副被控變量測(cè)量值 Y2的控制器稱為副控制器 GC2） 。在任何只有單個(gè)操縱變量的系統(tǒng)中，只能有一個(gè)被控變量可以獨(dú)立設(shè)定。副被控變量的設(shè)置通常是為了保證和提高主被控變量的控制質(zhì)量，而對(duì)其本身一般都沒有嚴(yán)格的要求，它依賴于主控制器的輸出 U1。 ① 對(duì)于進(jìn)入副回路的擾動(dòng)具有較快，較強(qiáng)的克服能力。 ③ 對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合 ： 用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。 ② 用于容量滯后大的對(duì)象。 合理的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮，一般來說，一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)擾動(dòng)從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的 1\10~1\100；當(dāng)擾動(dòng)從主對(duì)象進(jìn)入時(shí)串級(jí)系統(tǒng)仍比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制的效果好的多。 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： ① 主 副回路的選擇。 b. 主 副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)匹配。 d. 要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性。 ③ 控制器的正 反作用的確定。 ⑤ 流量副回路中開方器的引入。使作用在系統(tǒng)上的一個(gè)或幾個(gè)主要的擾動(dòng)與被控參數(shù)完全無關(guān)或部分無關(guān)，從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的。 所謂顯著，不在乎擾動(dòng)本身的大小，而是指擾動(dòng)對(duì)控制變量的數(shù)值有顯著的影響。 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) ： ① 前饋控制是一種開環(huán)控制。 ③ 前饋控制是一種按擾動(dòng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制。 前饋控制系統(tǒng)的分類： 依據(jù)是否引入反饋控制以及兩者相結(jié)合的方式，我們通常將前饋控制系統(tǒng)可分為三類： ① 單純的前饋控制系統(tǒng)。 ③ 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋?zhàn)饔孟嗉印? b. 由于反饋回路的存在，降低了讀前饋控制算式精度的要求。 c. 在反饋系統(tǒng)中，提高反饋控制的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性有矛盾，往往為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而不能實(shí)現(xiàn)高精度的控制。 d. 由于反饋控制的存在，提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。控制作用擾動(dòng)作用 這種系統(tǒng)的優(yōu)