【正文】 。影響汽包水位 H 的主要因素有給水量 W，汽輪機(jī)耗汽量 D 和燃料量B 三個(gè)主要因素。但考慮到給水的溫度低于汽包內(nèi)飽和的水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量使得鍋爐內(nèi)部的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡的總體積 V 也就會(huì)相應(yīng)的減小，從而導(dǎo)致水位下降如圖 所示的曲線 H2 所示。從圖中可以看出該響應(yīng)過(guò)程有一段延遲時(shí)間。其傳遞函數(shù)可以近似表示為： ()??11s()GS????式 中 表示汽包水位的飛升速度， 表示延遲時(shí)間。水位的實(shí)際響應(yīng)曲線應(yīng)該是曲線 H1 和 H2 之和，如圖 所示曲線 H所示?？梢哉J(rèn)為這是一個(gè)慣性加積分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以近似的表示為： ()2021()KSTSGs????式 中 表示汽包水位對(duì)于蒸汽流量的飛升速度， 表示“假水位現(xiàn)象”1? 0T的延遲時(shí)間。但由于汽包水循環(huán)系統(tǒng)中有大量的水，汽包和水冷壁管道也會(huì)存儲(chǔ)大量的熱量，因此具有一定的熱慣性。 由以上分析可知道給水量擾動(dòng)下的水位響應(yīng)有遲滯性，負(fù)荷擾動(dòng)下的水位響應(yīng)有“假水位現(xiàn)象” 。 汽包水位的控制方案設(shè)計(jì) 從反饋的思想出發(fā)很容易想到以汽包水位信號(hào)作為反饋量，給水流量作為被控量，構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)，即水位單沖量控制系統(tǒng)。對(duì)于小容量鍋爐來(lái)說(shuō)由于它的儲(chǔ)水容量較大，水面以下的汽泡體積并不占有非常大的比重，因此水容積延遲和假水位現(xiàn)象并不是非常明顯，因此可以采用汽包水位單沖量控制系統(tǒng)來(lái)控制汽包水位。省煤器過(guò)熱器水冷壁汽包變頻器H TH C圖 汽包水位單沖量控制系統(tǒng) 給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包給水流量+圖 汽包水位單沖量控制系統(tǒng)框圖如果從物質(zhì)平衡的角度出發(fā)，只要能夠保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸汽蒸發(fā)量就可以保證汽包水位大致不變。該方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。但是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于汽包水位來(lái)說(shuō)只是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。由于水位對(duì)于二者的偏差是積分關(guān)系，微小的偏差長(zhǎng)時(shí)間積累也會(huì)形成很大的水位差，因此不宜采用隨動(dòng)控制系統(tǒng)。雙沖量指的是同時(shí)引入兩個(gè)測(cè)量信號(hào)：汽包水位和蒸汽流量。當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量出現(xiàn)階躍增大時(shí)，一方面由于“假水位現(xiàn)象”汽包水位會(huì)暫時(shí)有所升高，將使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)做出誤動(dòng)作錯(cuò)誤的減少給水量；另一方面汽輪機(jī)耗汽量的增大又通過(guò)比值控制系統(tǒng)指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增大給水量，實(shí)際給水量的增減情況要根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)參數(shù)整定來(lái)確定。只要參數(shù)整定合適，給水量必然等于蒸汽量從而保證水位恒定。即前饋—反饋—串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)的主參數(shù)是汽包水位，副參數(shù)是給水流量，主調(diào)節(jié)器是給水流量調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器是液位調(diào)節(jié)器。當(dāng)蒸汽流量發(fā)生變化時(shí)，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進(jìn)水量的大小以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)維持汽包水位的穩(wěn)定。合理的選擇水位傳感器在水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有關(guān)鍵作用。10 mm，根據(jù)過(guò)程控制儀表量程選擇原則：儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的 4/3～3/2 倍。而且汽包水位應(yīng)該控制在 300177。佛山市順德區(qū)拓樸電子儀器有限公司生產(chǎn)的 PTP601 投入式水位傳感器可以滿足控制要求，該系列儀表采用擴(kuò)散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體。該型號(hào)的傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下：量程： 100～500mm(水位高/深度)綜合精度: %FS 輸出信號(hào): 4～20ma(二線制) 、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV) 負(fù)載電阻: 電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型：大于 50KΩ 絕緣電阻: 大于 2022MΩ (100VDC )密封等級(jí): IP68 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能: %FS/年 振動(dòng)影響: 在機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～1000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 %FS 電氣接口(信號(hào)接口) : 緊線防水螺母與五芯通汽電纜連接機(jī)械連接(螺紋接口) : 投入式使用時(shí)可以采用 24V 直流電源為水位傳感器供電保證其正常工作，將1～5V 電壓信號(hào)作為反饋量引入 PLC 模擬量輸入端口進(jìn)行控制運(yùn)算。根據(jù)原始資料可以知道我們所要控制的是35t/h 鍋爐的汽包水位，即該鍋爐正常工作時(shí)每小時(shí)蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽。上海正博自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的 LUGB99 型渦街流量計(jì)是一種基于卡門渦街原理流體振動(dòng)式新型流量計(jì)，它具有測(cè)量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高和安裝、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質(zhì)體積和質(zhì)量流量的測(cè)量。測(cè)量可能范圍，雷諾數(shù) 8，000～7，000000（6）精度等級(jí)：液體，指示值的177。%（7）輸出信號(hào)：a. 電壓脈沖 　　低電平：01V；高電平：大于 4V；占空比為 50% : 4～20ma(三線制)（8）電源電壓： 24DCV（9）殼體材料：碳鋼；不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)（10）規(guī)格：( 管道內(nèi)徑)2350、680、12150、200、 250、300(大于 DN300 口徑為插入式)（11）工作狀況下流量范圍(單位：m 3/h)，見(jiàn)表 表 工作狀況下流量范圍DN(mm) 液體 汽體 蒸汽20 540 88025 112 1012032 12100 1520040 230 18150 2030050 350 30300 3045065 680 50420 60800 80 10130 70600 1001300100 20200 1201000 2002022125 30300 1801500 3003000 150 45450 2402022 4504500200 90900 4804000 9009000250 1201200 7008000 120012022300 1802022 90010000 160016000 根據(jù)過(guò)程控制儀表量程選擇原則儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的4/3～3/2 倍，流量計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠檢測(cè)的最大流量為：～52 m3/h，因此汽包送水管道直徑選用 50 mm 并用 LUGB99 型渦街流量計(jì)檢測(cè)流量可以檢測(cè)的流量范圍是 3～50 m3/h，可以滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)汽包給水流量信號(hào)。正常工作時(shí)汽包蒸汽壓力大約是 ，由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大約是 2700Kg/ m3，根據(jù)過(guò)程控制選擇儀表量程原則儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠檢測(cè)的最大流量為：～ m3/h 因此汽包蒸汽管道直徑選用 20 mm，并用 LUGB99 型渦街流量計(jì)檢測(cè)流量可以檢測(cè)的流量范圍是 8～80 m3/h，可以滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)蒸汽流量信號(hào)。濟(jì)南華力貝爾機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 YJTG 三相變頻調(diào)速電機(jī)專門為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設(shè)定其額定電壓為380V 額定功率為 100Kw。由電機(jī)的選型可以知道電機(jī)在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電機(jī)的功率大約是 100Kw，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)在基頻以下工作時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出工作，而此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)小于額定轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)的輸出功率也會(huì)小于額定功率，同時(shí)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流同在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電流基本一致。給變頻器可以輸入 380V480V 50/60Hz 三相交流電，輸出 380480V 三相交流電并通過(guò)控制信號(hào)控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足設(shè)備功率要求。設(shè)計(jì)時(shí)將變頻器連接在 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上， 就可以利用 PLC 控制變頻器的輸出電壓和頻率。根據(jù)以上分析三相交流異步電機(jī)的最高工作電流是工作于 50Hz 交流電壓下，其工作電流為： ()105238KwAv??因此根據(jù)設(shè)計(jì)的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 HLC3X 系列空調(diào)接觸器主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b 使用類別額定工作電壓為 230V 或480V 時(shí)額定電流至 40A 電路中，適用于起動(dòng)和控制三相交流電動(dòng)機(jī)(壓縮機(jī))及其它三相負(fù)載，選擇五套該類型接觸器同時(shí)帶動(dòng)一臺(tái)電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。浙江中泰熔斷器有限公司生產(chǎn) XRNT12 型限流熔斷器型額定電流可以設(shè)定為 200A，可以滿足設(shè)計(jì)要求。浙江省杭州富陽(yáng)市奧星電子有限公司I3DD5686型功率三極管最大工作電流超過(guò)5A，完全可以滿足工作要求。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號(hào)、水位信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)、變頻器給定信號(hào)，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號(hào)、報(bào)警信號(hào)。綜上所述我們可以得到硬件設(shè)備的清單如表 所示。 C P U 電源1 7 5 6 L 1 M 21 7 5 6 E N E T 1 7 5 6 I F 6 I1 7 5 6 D N B / A1 7 5 6 O B 1 6 D上位機(jī)變頻器傳感器接觸器以太網(wǎng) 交換器圖 硬件配置圖PLC 的電源模塊為其他各個(gè)模塊提供電源，上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)聯(lián)入PLC 的以太網(wǎng)模塊與之通信，并可以對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控，PLC 的 CPU 塊負(fù)責(zé) PLC 的數(shù)據(jù)處理和通信，模擬量輸入模塊將來(lái)自傳感器的檢測(cè)信號(hào)傳入PLC，DeviceNet 模塊通過(guò) DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)控制變頻器，數(shù)字量輸出模塊主要控制開(kāi)關(guān)設(shè)備的通斷。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種：一種稱為直接變換方式，又稱為交—交變頻方式，它是通過(guò)可控整流和可控逆變的方式，將輸入的工頻電直接強(qiáng)制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流—交流的變頻方式。三相交流電引入整流裝置通過(guò)整流器得到直流電，對(duì)直流電利用可控開(kāi)關(guān)器件控制其導(dǎo)通次序、開(kāi)關(guān)頻率、導(dǎo)通時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓的效果。采用 SPWM 技術(shù)，按照有關(guān)算法控制逆變電路的觸發(fā)信號(hào)，即控制可控開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通角度按正弦規(guī)律變化，這樣變頻器實(shí)際輸出的電壓是一系列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖，這種電壓波形中含有的高次諧波分量少，經(jīng)過(guò)濾波后可以等效為正弦電壓波形，這樣可以極大地提高變頻器的控制效果能夠使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。輸入接口輸出接口C P U 電源圖 PLC 結(jié)構(gòu)圖 電源模塊分別為輸入接口、CPU、輸出接口提供直流電源。其工作過(guò)程可以分為如下三個(gè)階段： （1）輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像區(qū)中相應(yīng)的單元內(nèi)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。對(duì)于需要 220V 交流電壓工作的設(shè)備可以連入三相電源中的任意一相與中性線之間的 220V交流電壓下。此外還要引入地線在需要接地的地方保證可靠接地確保安全。由于我們選用的是交直 交變頻器 [6]因此應(yīng)當(dāng)首先應(yīng)該將 380V 三相交流電連入變頻器的 LLL3 三個(gè)端子輸入供變頻器整流，逆變后的是頻率、電壓變化的三相交流電通過(guò)接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)連入三相異步電動(dòng)機(jī)的定子側(cè)回路為其工作提供電源，并通過(guò)變頻器調(diào)頻調(diào)壓從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變汽包的送水流量對(duì)汽包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。但兩個(gè)接觸器不能同時(shí)閉合，否則將會(huì)發(fā)生事故。電源插頭ANCB過(guò)流保護(hù)地線Q S 1總電源K M 1P E2 2 0 V2 4 V 1 2 V0 V2 4 V 0 V 1 2 V變頻器P EL 1L 3L 2UWVK M 2K 1M信號(hào)輸入A 1C 1B 1N 1C 2B 2A 2C 2B 3A 2C 3N 3N 4B 2 W 1 U 1 V 1 Q S 2Q S 3Q 1Q 2P EJ 1J 0J 2 P ED e v i c e N e t圖 總體電氣線路圖根據(jù)該設(shè)計(jì)可以得到供電線路接線如表 所示。各個(gè)傳感器的輸出引入PLC的模擬量輸入單元1756IF6I供PLC完成各種運(yùn)算從而達(dá)到控制目的。PLC 的數(shù)字量輸出單元1756OB16D輸出數(shù)字信號(hào)控制接觸器的通斷情況。表 傳感器線路接線插腳代號(hào) 信號(hào)代號(hào) 信號(hào)名 信號(hào)量程被測(cè)（控）物理量備注L1/L0 LF+/LF 汽包水位 300mm0～300mm水位送 PLCSF1/SF0 SF+/SF 蒸汽流量 13 m3/h0～13 m 3/h蒸汽流量送 PLCWF1/WF0 WF+/WF 送水流量 35 m3/h0～13 m 3/h送水流量送 PLC5 控制算法及參數(shù)整定 PID 算法簡(jiǎn)介眾所周知，要使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，除了必須正確的選取、設(shè)計(jì)控制方案以外，還必須正確