【正文】 電機(jī)子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為一項(xiàng)成熟的交流調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比關(guān)系。通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速，具有異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速無可比擬的優(yōu)越性，在鍋爐系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。通常在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，根據(jù)生產(chǎn)需要對風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)用戶要求和運(yùn)行工況。這樣，不論生產(chǎn)需求的大小，風(fēng)機(jī)都會(huì)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以及風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用居高不下。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，管道、閥門等密封性能的破壞，還加速了泵腔、閥體的磨損和汽濁，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備而影響生產(chǎn)。用變頻器來對異步交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，是八十年代末迅速發(fā)展成熟的一項(xiàng)高新技術(shù)。變頻調(diào)速應(yīng)用于鍋爐系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的自動(dòng)控制中，其節(jié)能效果明顯。、水泵運(yùn)行特性及常用方法的節(jié)能分析（由于風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行特性相同，此處以風(fēng)機(jī)為例來討論它的特性）（1）流量和壓力用H = F(Q)表示風(fēng)機(jī)全壓(包括靜風(fēng)壓和動(dòng)風(fēng)壓)與風(fēng)量的關(guān)系風(fēng)機(jī)的軸功率P為: KW （）式中 Q風(fēng)量, m3/h。風(fēng)機(jī)效率。（2）流量和功率在流體力學(xué)中，轉(zhuǎn)速流量功率存在者下列關(guān)系: （）由(3 .3)式可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)風(fēng)機(jī)量減少至50%時(shí)，%。即便這樣，節(jié)電量也是相當(dāng)可觀的，因此，風(fēng)機(jī)、水泵采用調(diào)速控制流量是非常有意義的。降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可大大降低風(fēng)機(jī)的軸功率，圖32為風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能原理圖。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1,，管路阻力為R1時(shí)，輸送的總流量Q1，由點(diǎn)1決定，此時(shí)風(fēng)機(jī)的輸出的壓力為H1，所需的軸功率: （）若所需流量為Q2，在管路阻力不變的情況下，實(shí)際所需的壓力為H3，比H1下降，但如果此時(shí)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有改變，那么風(fēng)機(jī)的輸出壓力不但不能從H1降到H3，反而要增加到H2，而這個(gè)壓頭差值通常就是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門來實(shí)現(xiàn)，從而增加了管道阻力，使管道特性系數(shù)變?yōu)镽2來實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的損耗為: ()如果此時(shí)不采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法而是將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)低為n2，使風(fēng)機(jī)的輸出特性變?yōu)镠 (n2)，那么隨著風(fēng)機(jī)的輸出風(fēng)量的減少，在輸送同樣的風(fēng)量Q2的情況下，原來消耗在風(fēng)門上的功率NS就可以完全可以避免了，這樣既滿足了生產(chǎn)的需要，又達(dá)到了節(jié)能的目的。 調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板、變頻調(diào)速的耗能分析表風(fēng)量（%）軸功率kw(標(biāo)牌)出口擋板（kw）入口擋板（kw）變頻、串級(jí)（kw）電機(jī)輸入總損失電機(jī)輸入總損失電機(jī)輸入總損失1001908070605030流量的調(diào)速方法很多，常用的有變極調(diào)速、二次電阻控制調(diào)速、變頻調(diào)速(V VVF)等，這些控制方法各具特點(diǎn)。若流量調(diào)節(jié)在60%以下時(shí)，變頻和變極調(diào)速效率較高，其它方法不太適宜。調(diào)速可以節(jié)能，但節(jié)能的多少，需視調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間(調(diào)節(jié)與不調(diào)節(jié)流量的時(shí)間比)、流量調(diào)節(jié)范圍的大小而定。風(fēng)機(jī) 、 水泵調(diào)速節(jié)能效果大小，主要以節(jié)能率(即節(jié)能功率與額定功率之比)來反映。對于風(fēng)機(jī)，在絕大多數(shù)情況下，其運(yùn)行時(shí)的基本特性接近理論值。調(diào)頻變壓調(diào)速器是一種現(xiàn)代高技術(shù)節(jié)能裝置，即所謂VVVF，常稱變頻調(diào)速器。變頻調(diào)速比其它調(diào)速方法具有高效性，它能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速比一般可達(dá)20:1，調(diào)速起動(dòng)能耗小、壽命長、可靠性高、維修方便、占地面積小、無噪聲、性價(jià)比高、一機(jī)多控、節(jié)能效率高、收回投資快等特點(diǎn)。2. 供熱系統(tǒng)的計(jì)算依據(jù)(1)初調(diào)節(jié)依據(jù)根據(jù)流體力學(xué)和工程熱力學(xué)基本理論，供暖系統(tǒng)的熱量、流量和作用壓力的關(guān)系為: mH20 () w ()式中:用戶系統(tǒng)的作用壓頭，mH20。S用戶的阻力特性系數(shù)，h2/m5Q用戶的供熱量，w循環(huán)水的密度，kg/m3CP水的比熱，J/kg . ℃供回水溫差，℃。當(dāng)用戶的供回水溫差大于熱源總供回水溫差時(shí)，a=，偏差大時(shí)取較大值，偏差小時(shí)取較小值。初調(diào)后，待系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，再進(jìn)行讀數(shù)記錄、計(jì)算和調(diào)節(jié)，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到滿足要求為止。因此不僅要有正確的設(shè)計(jì)，而且要對系統(tǒng)進(jìn)行正確的運(yùn)行調(diào)節(jié)。因此，在確定運(yùn)行參數(shù)時(shí)，要考慮散熱器的相對面積及系統(tǒng)的相對流量值。B散熱器傳熱系數(shù)指數(shù)。tg，th鍋爐總供回水溫度，℃。比熱CP和密度是溫度的函數(shù)，所以只要知道各時(shí)刻的流量和供回水溫差，即可求出某時(shí)間內(nèi)的熱量。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我庹{(diào)節(jié)量時(shí)，也會(huì)影響到其他被調(diào)量。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點(diǎn)：（1）穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。同時(shí)測量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過低則適當(dāng)加大給煤量，反之則適當(dāng)減少給煤量；若爐膛溫度過高則適當(dāng)減少給煤量，反之則適當(dāng)加大給煤量。對于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量和給煤量的比例，時(shí)好美兩盒鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時(shí)根據(jù)出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制，然后通過測定煙氣含氧量，運(yùn)用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒。爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量和鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量過大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測定爐膛負(fù)壓，運(yùn)行PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣的控制方式造成操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大且增加了系統(tǒng)的不可靠性。同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，只能通過啟停改變輸入，難以進(jìn)行有效控制，而且電機(jī)損耗嚴(yán)重。通過調(diào)查，我們可以看出該營區(qū)鍋爐的整套控制系統(tǒng)是很落后的，這直接帶來了控制效果差、鍋爐熱效率低、能耗大環(huán)境污染比較嚴(yán)重等諸多問題。根據(jù)鍋爐供暖系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，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、送煤控制):給水控制(供水壓力、供水溫度、供水流量等)。鍋爐是高壓運(yùn)行設(shè)備，保證安全性極其重要。最優(yōu)燃燒控制則關(guān)系到鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這些參數(shù)可以反映供暖系統(tǒng)溫度、流量隨室外溫度變化的規(guī)律，它的準(zhǔn)確程度直接影響到方案的準(zhǔn)確性。圖34鍋爐供暖檢測示意圖鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，就是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程自動(dòng)化的系統(tǒng)。其中控制器部分為系統(tǒng)的控制核心，它通過智能儀表對鍋爐的現(xiàn)場工況〔出回水溫度、爐膛溫度等)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣檢測，并通過總線將信號(hào)傳送至可編程序處理器(PLC)上，PLC按照事先編好的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，最后輸出控制信號(hào)控制鍋爐生產(chǎn)過程，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)也可通過接入總線實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制。鍋爐上位機(jī)變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)及上位機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換功能，操作人員可以通過組態(tài)軟件監(jiān)視鍋爐的運(yùn)行過程，同時(shí)也可以通過上位機(jī)，通過組態(tài)軟件對鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行干預(yù)控制。鍋爐輔機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、上煤機(jī)和除渣機(jī)等設(shè)備。本設(shè)計(jì)綜合考慮鍋爐的控制特性和現(xiàn)場條件，確定采用PLC加上位機(jī)監(jiān)控工作方式同操作臺(tái)手動(dòng)操作切換方式，其中PLC加上位機(jī)工作方式可用于自動(dòng)狀態(tài)，操作臺(tái)工作方式用于人工調(diào)試或緊急情況下使用。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)PLC加上位機(jī)的控制方式。系統(tǒng)由4個(gè)子系統(tǒng)組成:水位控制子系統(tǒng)、出回水壓力控制子系統(tǒng)、最優(yōu)風(fēng)煤比控制子系統(tǒng)和負(fù)壓控制子系統(tǒng)。器件類型選擇型號(hào)備注PLCS7300可通過擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展PLC CPUCPU315可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至35點(diǎn)模擬量I/OPLC擴(kuò)展模塊SM321 SM322 SM331 SM332壓力信號(hào)傳感變送器PT100供電電壓 傳感器:10VDC(612VDC) 變送器:24VDC(9～36 V)液位信號(hào)傳感變送器PTP602420mA,05V,15V,010V溫度信號(hào)傳感變送器TG100VNB測量精度高?；厮髁總鞲凶兯推鱎LAVS24VDC，工作壓力：0—給水流量傳感變送器RLAVS24VDC，工作壓力：0—變頻器VLT5000丹麥的丹佛斯系列帶有WinCC組態(tài)軟件及STEP 7軟件的計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)所用各控制設(shè)備及檢測儀表組態(tài)到一起，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信息的監(jiān)視操作，并可將運(yùn)行程序通過MPI網(wǎng)傳輸?shù)絇LC中，以實(shí)現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)的控制。變頻器:變頻器采用丹麥的丹佛斯系列變頻器的VLT5000，工作時(shí)變頻器根據(jù)PLC運(yùn)算得到的控制信號(hào)或操作臺(tái)轉(zhuǎn)速設(shè)定控制信號(hào)對給水泵、爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。圖35 控制系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)可以工作于手動(dòng)方式和自動(dòng)方式下。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)方式下時(shí)，PLC作為核心控制器，根據(jù)查表控制算法對鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制(調(diào)節(jié)變頻器)，從而對鍋爐運(yùn)行進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)中，由鍋爐變頻控制系統(tǒng)通過控制變頻器對給水泵、爐排電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能調(diào)速。這些系統(tǒng)也全都通過手動(dòng)或自動(dòng)方式控制、鍋爐運(yùn)行過程的控制調(diào)節(jié)主要包括事故下的保護(hù)，啟停過程控制，正常的燃燒過程調(diào)節(jié)三部分。此時(shí)最重要的是恢復(fù)水的循環(huán)，同時(shí)制止?fàn)t膛內(nèi)的燃燒。PLC接收水溫超高的信號(hào)后，就應(yīng)立即進(jìn)入事故處理程序，按照上述順序停止鍋爐運(yùn)行，并響鈴報(bào)警，通知運(yùn)行管理人員，必要時(shí)還可通過手動(dòng)補(bǔ)入冷水排除熱水，進(jìn)行鍋爐降溫。點(diǎn)火時(shí)在爐排上鋪煤，煤上放著引燃的澆了柴油的木柴，爐排速度調(diào)整到最低，鼓風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)也調(diào)至最低工作狀態(tài)，直至給水壓力達(dá)到額定壓力再將爐排及鼓風(fēng)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到正常。封火過程為逐漸停止?fàn)t排運(yùn)動(dòng)，停掉鼓風(fēng)機(jī)，然后停止引風(fēng)機(jī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心PLC根據(jù)現(xiàn)場傳感變送器反饋回來的現(xiàn)場信號(hào)(爐膛溫度、給回水壓力和爐膛負(fù)壓)，根據(jù)程序算法，輸出控制量調(diào)節(jié)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，這就是鍋爐系統(tǒng)的PLC自動(dòng)運(yùn)行方式。所謂的上位機(jī)控制方式是由操作人員直接在上位機(jī)上設(shè)定爐排、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這些控制命令通過PLC的輸出模塊輸出控制變頻器的轉(zhuǎn)速。 PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC的主要生產(chǎn)廠家：德國的西門子(Seimens)公司，美國Rockewll公司所屬的AB公司，GE—Fanuc公司，法國的施耐德(schneider)公司，日本的三菱和歐姆龍(OMRON)公司。OB1是用于循環(huán)處理的組織塊(主程序)，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序(組織塊)中斷。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。某一編程元件對應(yīng)的過程映像位為1狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，過程映像位為0狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。 S7300系列PLC簡介S7300的CPU模塊（簡稱為CPU）都有一個(gè)編程用的RS485接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線PROFIBUSDP接口或PtP串行通訊接口，S7300不需要附加任何硬件、軟件和編程，就可以建立一個(gè)MPI（多點(diǎn)接口）網(wǎng)絡(luò)，如果有PROFIBUSDP接口，可以建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。有350多條指令。只需要擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架，可以使用價(jià)格便宜的IM365接口模塊對。模擬量模塊一個(gè)通道占一個(gè)字地址?？梢栽\斷出以下故障：失壓，熔斷器熔斷，看門狗故障，EPROM、RAM故障。數(shù)字量輸入上升沿、下降沿中斷；模擬量輸入超限；CPU暫停當(dāng)前程序，處理OB40。BATF（電池故障，紅色）：電池電壓低或沒有電池時(shí)亮；DC 5V（+5V電源指示，綠色）：5V電源正常時(shí)亮；FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個(gè)IO被強(qiáng)制時(shí)亮；RUN（運(yùn)行方式，綠色）：CPU處于RUN狀態(tài)時(shí)亮；重新啟動(dòng)時(shí)以2Hz的頻率閃亮；HOLD（單步、斷點(diǎn)）狀態(tài)時(shí)以 ；STOP(停止方式，黃色)：CPU處于STOP，HOLD狀態(tài)或重新啟動(dòng)時(shí)常亮；BUSF(總線錯(cuò)誤，紅色)。（運(yùn)行）位置：CPU執(zhí)行，讀出用戶程序，但是不能修改用戶程序。（清除存儲(chǔ)器）：不能保持。復(fù)位存儲(chǔ)器操作：通電后從STOP位置扳到MRES位置，“STOP”LED熄滅1s，亮1s，再熄滅1s后保持亮。某些CPU模塊上有集成IO模塊。 PLC編程語言簡介 PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC6ll31是PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)，1992~1995年發(fā)布了IEC6ll31標(biāo)準(zhǔn)中的1~4部分，我國在1995年11月發(fā)布GB/T 159691/2/3/4(等同于IEC6ll311/2/3/4)。它們定義了5種編程語言：1) 指令表IL(Instructionlist):西門子稱為語句表STL.2) 結(jié)構(gòu)文本ST(Structuredtext):西門子稱為結(jié)構(gòu)化控制語言(SCL)。4) 功能塊圖FBD(runctionblockdiagram):標(biāo)準(zhǔn)中稱為功能方框圖語言.5) 順序功能圖SFC(Sequentialfunctionchart):對應(yīng)于西門子的S7Graph。如果部分網(wǎng)絡(luò)不能轉(zhuǎn)換，則用語句表表示。語句表的輸入快，可以在每條語句后面加上注釋。梯形圖適合于熟悉繼電器電路的人員使用。功能塊圖適合于熟悉數(shù)字電路的人使用。S7 Graph，HiGraph和CFC可供有技術(shù)背景，但是沒有PLC編程經(jīng)驗(yàn)的用戶使用S7Graph對順序控制過程的編程非常方便，HIGraPh適合于異步非順序過程的編程，CFC適合于連續(xù)過程控制的編程。其中OB是系統(tǒng)操作程序與用戶應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。1. 復(fù)合數(shù)據(jù)類型通過組合基本數(shù)據(jù)類型和復(fù)合數(shù)據(jù)類型可以生成下面的數(shù)據(jù)類型:(1) 數(shù)組(ARRAY)將一組同一類型的數(shù)據(jù)組合在一起，形成一個(gè)單元。(4) 日期和時(shí)間(DATE一ANDJIME)用于存儲(chǔ)年、月