【正文】 果普遍采用交流變頻調(diào)速，平均節(jié)電率在30%左右。同時(shí)，電機(jī)的軟啟動避免了頻繁的工頻啟動對風(fēng)機(jī)、水泵等大電機(jī)的沖擊，有效地保護(hù)設(shè)備，延長設(shè)備使用壽命。同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過各種傳感器檢測 熱水 鍋爐 溫度、 水溫 、流量等參數(shù)，傳送至 PLC和儀表盤 ，并實(shí)現(xiàn)溫度和 水溫 等參數(shù)的自動 控制，工人在計(jì)算機(jī)控制站就可以全面了解 熱水 熱水鍋爐 房各部分的運(yùn)行情況，大大改善了工人的工作條件，提高了自動化程度和管理水平。 要設(shè)計(jì) 一套完 整的 ，性能 良好的 工業(yè) 燃燒 熱 水鍋 爐 ，首 先我 們就必須了解一般燃燒 熱水 鍋爐 的基本構(gòu)造和燃燒過程。它 通過 煤、油 或天 然汽等燃料的燃 燒過 程釋放 出化學(xué) 能， 并通過 傳熱過 程把能 量傳 遞給水 ，把水變成蒸氣 或熱 水，蒸 汽或熱 水直 接供給 工業(yè)、 生活等 生產(chǎn) 中所需 要的熱能。 熱水 鍋爐 的主要設(shè)備： 氣鍋：由 上下鍋 筒和 三簇沸 水管組 成。 爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。 鍋筒：是自然循環(huán) 熱水 鍋爐 各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備。） 水冷壁 ：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。過熱器一般都裝在爐膛出口。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了 熱水 熱水鍋爐 效率，節(jié)省了燃料。 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，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 充分燃燒。用 它將 熱水 鍋爐 中的煙氣連續(xù)排出。用它來供應(yīng)燃 料所需的空氣。 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 熱水 熱水鍋爐 受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 除灰除塵設(shè)備 ： 是收集 熱水鍋爐 灰渣并運(yùn)往儲灰場地的設(shè)備。 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，爐排接電動機(jī)通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動，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?熱水 熱水鍋爐 就沒有這一部分了）這整個(gè)過程稱為燃燒過程。高溫 煙氣 與水冷 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 熱水鍋爐 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 以上就 是一般 熱水 鍋爐 工 水的過 程， 一個(gè) 熱水 鍋爐 進(jìn)行 工作 ，其主要任務(wù)是： ① 要是 熱水 鍋爐 出口蒸汽 水溫 穩(wěn)定。 ③ 保持 熱水鍋爐 負(fù)壓恒定。 為了完成上述三項(xiàng)任務(wù)，我們對三個(gè)量進(jìn)行控制：燃料量，送風(fēng)量，引風(fēng)量。 1． 4 選題依據(jù) 熱水 鍋爐 是國民經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不同，工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣，因此所需 的 熱 水鍋爐 容量， 熱工 參數(shù)， 結(jié)構(gòu)， 性能方 面也 不相同 。 通常，我們把用 于動 力，發(fā) 電方面 的 熱水 鍋爐 稱之為 動力 熱水 鍋爐 ，把 用于工業(yè)及采暖 方面 的 熱水 鍋爐 成 為供 熱 熱水 鍋爐 ， 又稱工 業(yè) 熱水 鍋爐 。而供熱 熱水 鍋爐 ， 除了生 產(chǎn)工藝 有特 殊要求 外，所 生產(chǎn)的 熱水 均不需 要鍋高溫的壓和溫度，容量也無需很大。從量 大，面 廣這 一角度 來說，除電力以 外的 各行業(yè) 中，主 要運(yùn) 行的始 終是小 型低壓 熱水 鍋爐 。在 國民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn) 步的 今天， 國家要 求工 農(nóng)業(yè)每 年總產(chǎn) 值翻兩 番， 但能源 只能翻一番，這 就要 求通過 節(jié)能措 施， 以提高 能源的 有效利 用， 有效的 彌補(bǔ)能源供應(yīng)方 面的 缺口， 這是一 迫切 的任務(wù) 。此外，是 熱水 鍋爐 能 因地制 宜的 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 勞動強(qiáng)度，保證 熱水 鍋爐 額 定輸出 及運(yùn) 行效率 ，安全 可靠的 供熱 等課題 ，所以我們利用微機(jī)控制，設(shè)計(jì)出一整套比較合理的 熱水 鍋爐 運(yùn)行設(shè)備。 當(dāng)前，節(jié)能與環(huán)保已成為人類社會面臨的兩大課題。在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家，石油和天然氣已成為第一能源，占能源消費(fèi) 的 60%左右，燃油和燃?xì)?熱水 鍋爐 的已逐步取代燃煤 熱水鍋爐 ，對風(fēng)機(jī)和水泵等電 機(jī)的變頻控制已相當(dāng)成熟。 國內(nèi)對 熱水鍋爐 控制的研究起步較晚，始于 80年代初期。此外還有一些科研院校聯(lián)合企業(yè)開發(fā)的各種智能 熱水 鍋爐 控制系統(tǒng)，如清華大學(xué)動力工程與控制學(xué)院 供熱廠 熱水鍋爐 的改造開發(fā)的 熱水鍋爐 控制系統(tǒng)采用一控四方案，即一臺主機(jī)控制四臺 熱水 鍋爐 。不能對它們精確連續(xù) 調(diào)節(jié)，使控制手段單，控制精度低。若 熱水鍋爐 系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，溫度、 水溫 等參數(shù)就無法達(dá)到設(shè)定值。 具體來講實(shí)現(xiàn) 熱水鍋爐 的 PLC和 IPC自動控制的意義 （ 1）可提 高 熱水鍋爐 運(yùn)行的安全性、可靠性 通過實(shí)時(shí)檢測裝置把 熱水鍋爐 系統(tǒng)及周邊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)報(bào)告給人和智能控制系統(tǒng)，由自動調(diào)節(jié)裝置對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)；智能程序自動控制裝置能簡化操作步驟和減少操作數(shù)量，避免誤操作；保護(hù)裝置能使系統(tǒng)運(yùn)行中周邊設(shè)備發(fā)生異常、運(yùn)行參數(shù)如爐堂溫度、排煙溫度、爐堂負(fù)壓、汽包水位、蒸汽 水溫 、出水溫度、出水水溫 超過允許值提供聲光報(bào)警或自動停爐等應(yīng)急自動處理。為了確保燃燒過程的穩(wěn)定、可 靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)， 熱水鍋爐 燃燒過程智能控制裝置通過檢測出水 水溫 、出水溫度、蒸汽 水溫 、汽包水位、室外溫度、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度、排煙溫度、氧含量等運(yùn)行物理量，通過智能控制器及變頻器控制鼓、引風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速 ，改變鼓風(fēng)量 、引風(fēng)量、給煤量，使?fàn)t膛 負(fù)壓、出水 水溫 、汽包水位、出水溫度、蒸汽 水溫 控制在預(yù)定范圍內(nèi)，保證 熱水鍋爐 在最佳的風(fēng)、煤比下燃燒，在最節(jié)能條件下運(yùn)行。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 第 二 章 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 課題設(shè)計(jì)的要求 傳統(tǒng)的 中小型 供暖 系統(tǒng)采 用燃煤 熱水 鍋爐 ， 整個(gè) 熱水鍋 爐 運(yùn) 轉(zhuǎn)采用手動方式，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力還不節(jié)能 。在 整個(gè)控 制過程 中。 在具 體控制 中，要 求當(dāng)測 量溫 度低于 設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng) 機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)，一 定時(shí)間 后給 煤機(jī)自 動運(yùn)行 。水 泵在水 溫超 過另一 設(shè)定點(diǎn)時(shí)自動運(yùn)轉(zhuǎn)。另 外，要求系統(tǒng)采用變頻 ，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。 設(shè)計(jì) 的主要 內(nèi) 容包括以下幾 個(gè) 方面： 掌握 熱水 鍋爐 工程 對 控制、 通信 和上位 機(jī)監(jiān) 控 等的 需求 ，提出綜 合自 動 化系 統(tǒng)方 案。 完成 軟 件需求的系 統(tǒng) 分析。 繪 制系 統(tǒng) 電氣 控 制原 理圖 、系 統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 、 軟 件流程 圖 和 上位機(jī)監(jiān)控畫面?？刂茖佑晌鏖T子 S7200 組成，它主要實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 采集和變頻器 和電機(jī)的邏輯控制，它 通過 RS485 接 口和網(wǎng) 線與上 位機(jī)的相連 。他主要功能是執(zhí)行軟件 設(shè)備 動作和現(xiàn)場熱工參數(shù)采集。 在自 動模式 下，按以下程序執(zhí)行。測量水溫升到設(shè)定溫度后（出水溫度 75 `C），風(fēng)機(jī)、煤機(jī) 停止 工作， 水泵繼 續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)。 20 mi n 后 繼續(xù)按此規(guī)律循環(huán)； 本系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)。 2） 、煤機(jī)參數(shù)：額定功率為 30KW，額定電壓為 380V； 2 臺 3） 、風(fēng)機(jī)參數(shù)：額 定功率為 15K W，額定電壓為 380 V； 4 臺（ 2 備 2用） 4） 、水泵電機(jī)參數(shù)：額定功率為 30KW，額定電壓為 380V； 2 臺 5 ） 、煤機(jī)由于某種原因卡住，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)機(jī)、煤機(jī)全停止，并發(fā)出報(bào)警信號。采用 P LC 和 IPC 自動 控制能對 熱水鍋爐進(jìn)行過程的 自動控制 、 自動檢測 等多項(xiàng)功能。 手動時(shí) 由操作 人員手 動控 制 風(fēng)機(jī) 、給煤等啟停。 IPC 對整個(gè) 熱水鍋 爐 的 運(yùn)行進(jìn) 行監(jiān)測 、報(bào) 警、控 制以保 證 熱水 鍋爐 正常、 可靠地運(yùn)行，除此以外為保證 熱水鍋爐 運(yùn)行的安全， 在進(jìn)行 P LC 和 IP C 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對 熱水 鍋爐 出 口水溫 和排 煙 溫度 、 水溫 等重要 參數(shù) 應(yīng)設(shè)置 常規(guī)儀表及報(bào)警 裝置 ，以保 證 鍋爐 溫度 和 水溫 有雙重 甚至三 重報(bào) 警裝置 ，這是必不可少的，以免 熱水鍋爐 發(fā)生重大事故。以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表 、 有定時(shí)打印、隨 機(jī)打印等幾種方式。 現(xiàn)階段使用 較 多的控制器件 為： 微 處 理器 (單 片機(jī)或 D SP)和 P LC 以及 專用變頻 器。不同的控制 裝 置在控制的原理上基本是一 樣 的 ，主要有 P ID 調(diào)節(jié)器 、 變頻 /工 頻 自 動 切 換 等。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 下面 來分 析和 對 比一下不同方案的 優(yōu)缺 點(diǎn) 。 根據(jù) 設(shè)計(jì) 的 內(nèi) 容和功能要求有對本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下兩 種控制方案： 方案一： 鍋爐的 風(fēng)機(jī) ，給煤 機(jī)及 循環(huán) 水泵的 自動 運(yùn)行 ，采用 變頻 器 和智 能化儀表和單 動進(jìn) 行控制 ，可以 實(shí)現(xiàn) ，循環(huán) 水泵流 量， 風(fēng)機(jī) 和 給煤機(jī) 轉(zhuǎn)速的綜合調(diào)節(jié) 。采用 變頻 技術(shù)后 ，將彌 補(bǔ)設(shè)計(jì) 的不 足。 同時(shí)對 電機(jī)減 小沖 擊電流 和機(jī)械 磨損， 延長 電機(jī)的 機(jī)械壽命。 方案二： 在 控制系統(tǒng)中 采用下位機(jī) P LC 和上位工控機(jī) IPC，所有控制電機(jī)的接觸器的動作，都是按照 P LC 的程序邏輯來完成的。在 P LC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為 了實(shí) 現(xiàn)系統(tǒng) 中的強(qiáng) 電和 弱電之 間的隔 離，保 護(hù)系 統(tǒng)，延 長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 采用 全自 動工頻 運(yùn)行方 式供暖 ，采 用軟啟 動器來啟動和保 護(hù)電 機(jī)，本 系 統(tǒng)采 用保 持出口 水溫 為 近 似 恒 溫的 風(fēng)機(jī)和 給煤 工頻運(yùn) 行方 式。所 謂 工 頻運(yùn)行方式， 當(dāng)然 是全部電機(jī) 都工作在工 頻 50 H z 下， 轉(zhuǎn) 速恒定，且軟啟動器不 發(fā) 生作 用， 不存在 恒 溫 時(shí) 變頻 調(diào)速 。 該 方 式下， 一體化 溫度 傳 感器信 號 送 P LC。同時(shí)整個(gè)控制系統(tǒng)采用 手動 /自動切換和變頻運(yùn)行 /工頻時(shí) 相互轉(zhuǎn)化工作模式。方案二 結(jié)合 了 PLC的高可靠性和 IPC完善的監(jiān)控功能 以及變頻器良好的節(jié)能效果 ， 與方 案一相比具有以下明顯優(yōu)勢： 1．直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)。給人直觀形象，減少觀察的疲勞和失誤； 2．可以按需要隨時(shí)打印或定時(shí)打印，能對運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確地記錄，便于事故追查和分析，防止事故的瞞報(bào)漏報(bào)現(xiàn)象； 3．在運(yùn)行中可以隨時(shí)方便的修改各種運(yùn)行參數(shù)的控制值，并修改系統(tǒng)的控制參 數(shù)； 4．減少了顯示儀表，還可 利用軟件來代替許多復(fù)雜的儀表 單元，（例如加法器、微分器、濾波器、限幅報(bào)警器等），從而減少了投資也減少了故障率； 5．提高鍋爐的熱效率。通過對風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行變頻控制可以平均節(jié)電達(dá)到 30%40%； 7．鍋爐 PLC和 IPC自動控制系 統(tǒng) 可構(gòu)成分級控制系統(tǒng)，可與工廠內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)。在采用 PLC和 IPC自動 控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，可以設(shè)置多點(diǎn)聲光報(bào)警，和自動連鎖停爐。 根據(jù) 從 多方面的分析 對 比，第二 種方案比 較 適合本 設(shè)計(jì) 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 容和功 能要求， 從節(jié) 能、可靠性、 經(jīng)濟(jì) 等方面 來 考 慮 ，第二 種方案也是比較 優(yōu)越的。 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 的 P LC 和 IPC 自動控制系 統(tǒng)不僅 是 滿 足用 戶 的 供暖要求的， 還蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 帶 有附加的手動和單動控制功能，所以系 統(tǒng) 在控制 運(yùn) 行 時(shí) 分 為兩 種情 況 ：一種情 況 是變 頻器以 及系統(tǒng) 發(fā)生 故障， 系統(tǒng)投 入手動 運(yùn)行 ，保證 系統(tǒng)能夠正常供 暖要 求； 另 外一種 情況 是 在變 頻工作 狀態(tài)下 ，系 統(tǒng)能單 獨(dú)啟停風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)和水泵。 IPC通訊接口PLC引風(fēng)變頻器鼓風(fēng)變頻器給煤變頻器水泵軟啟動器引風(fēng)電機(jī)鼓風(fēng)電機(jī)給煤電機(jī)水泵電機(jī)聲光報(bào)警手動/自動系統(tǒng)啟停系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)速給定 圖 系 統(tǒng) 原理 框 圖 系統(tǒng)原理分析 根據(jù) 圖 詳細(xì) 分析一下整 個(gè)系統(tǒng) 的工作 過 程，工控 機(jī)是 對 下位機(jī) 實(shí)行 實(shí)時(shí)監(jiān) 控的 上位機(jī) ，它可 以控 制整 個(gè) 系統(tǒng) 的 工作情 況 ， 它的監(jiān) 控界面由 組態(tài)軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn) 。 P LC 實(shí)現(xiàn) 宏 觀調(diào)控 ，而 變頻 器 則 執(zhí) 行微 觀 調(diào)控 ， 兩 者 緊 密 結(jié)合 ，共 同完成 系 統(tǒng) 的 變頻 恒 壓 控制任 務(wù) 。PLC 負(fù)責(zé) 按扭 、模 擬 信 號 和 其它 開關(guān) 量信 號 的 輸 入，以及 發(fā) 出信 號 去控制接觸器 、 變頻 器等 電氣組 件， 進(jìn) 而控 制風(fēng)機(jī) 、給煤 機(jī)和 水泵的 運(yùn)轉(zhuǎn) 及整 個(gè)系統(tǒng) 的正常 運(yùn) 行。而 變頻 器則控制當(dāng) 前 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速，使 轉(zhuǎn) 速跟 隨 上位機(jī) IPC 的 變 化而變化， 進(jìn) 行優(yōu)化控制 的 風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)和水泵的 調(diào)