【正文】 系統(tǒng)的硬件接線如圖 所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 FU 12 2 0 V2 4 V 0V 1 2 VMFRSB 1SB 2FR 1D C 2 4 VL 1 L 2 L 3UVW西門子S 7 3 0 0 P L CI QD I 1D I 2D I 3D I 4 A B BA C S 5 1 0L 1 L 2 L 3 NQS 圖 鍋爐控制系統(tǒng)硬件接線圖 鍋爐系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 由電氣接線圖確定本課題的鍋爐控制系統(tǒng)中所需的輸入輸出量的點(diǎn)數(shù)，并根據(jù)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)確定所需的擴(kuò)展模塊。其 I/O 點(diǎn)需求配置如下表 33 所示： 表 33 給水系統(tǒng) I/O 點(diǎn)配置表 序號 控制內(nèi)容 類型 數(shù)量 對應(yīng)值輸入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 給水電機(jī) Ⅰ (Ⅱ )啟動 給水電機(jī) Ⅰ (Ⅱ )運(yùn) 行 給水電機(jī) Ⅰ (Ⅱ )停止 給水電機(jī) Ⅰ (Ⅱ )故障時(shí)急停 給水調(diào)節(jié)閥開啟 出水調(diào)節(jié)閥開啟 汽包水位 給水流量 汽包高水位上限 Ⅰ 汽包高水位上限Ⅱ 汽包低水位上限 Ⅰ 汽包低水位上限Ⅱ 給水流量調(diào)節(jié) Ⅰ 給水流量調(diào)節(jié) Ⅱ DI DO DI DI DO DO AI AI AI AI AI AI AO AO 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 按鈕 電動機(jī) 按鈕 熱繼電器 /熔斷器 按鈕 按鈕 水位變送器 流量傳感器 設(shè)定值 設(shè)定值 設(shè)定值 設(shè)定值 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅰ 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅱ 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 2） 燃燒控 制系統(tǒng)方面，通過變頻器的調(diào)速來控制給煤電機(jī)的啟停及給煤量，爐排電機(jī)也由電機(jī)結(jié)合變頻器控制調(diào)節(jié)，保證經(jīng)濟(jì)節(jié)能的運(yùn)作。 其 I/O 點(diǎn)需求配置如下表 35 所示： 表 35 送風(fēng)量及引風(fēng)量控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)配置表 序號 控制內(nèi)容 類型 數(shù)量 對應(yīng)值輸入 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 啟動 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 運(yùn)行 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 停止 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 故障時(shí)急停 送風(fēng)電機(jī) Ⅱ 啟動 送風(fēng)電 機(jī) Ⅱ 運(yùn)行 送風(fēng)電機(jī) Ⅱ 停止 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ 故障時(shí)急停 引風(fēng)電機(jī)啟動 引風(fēng)電機(jī)運(yùn)行 引風(fēng)電機(jī)停止 引風(fēng)電機(jī)故障時(shí)急停 送風(fēng)壓力 送風(fēng)量調(diào)節(jié) 引風(fēng)量調(diào)節(jié) 爐膛負(fù)壓 爐膛溫度 DI DO DI DI DI DO DI DI DI DO DI DI AI AO AO AI AI 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 按鈕 電動機(jī) 按鈕 熱繼電器 /熔斷器 按鈕 電動機(jī) 按鈕 熱繼電器 /熔斷器 按鈕 電動機(jī) 按鈕 熱繼電器 /熔斷器 壓力變送器 變頻器 變頻器 負(fù)壓傳感器 溫度傳感器 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 （ 3） 鍋爐安全系統(tǒng)方面，為了保證過熱的正常工作，通常會限制過熱蒸汽的溫度，并由減溫水來調(diào)節(jié)控制。因此根據(jù)選用的 S7300 PLC以及確定的輸入 /輸出點(diǎn)來選配 PLC 的各擴(kuò)展模塊： （ 1） 中央處理器選用 CPU 314C2 DP，訂貨號： 6ES7 3146CF02OABO。集成 DI 點(diǎn) 24 個(gè)， DO 點(diǎn) 16 個(gè)， AI 點(diǎn) 5 個(gè)， AO 點(diǎn) 2 個(gè)；集成 Cout 計(jì)數(shù)和頻率測量模塊；集成 Position 定位模塊。此模塊為 8 通道， 12 位分辨率，可 以接入電流、電壓、電阻器及熱電偶的模擬量信號。此模塊為 4 通道， 12 位分辨率，可分別設(shè)置電流輸出或者電壓輸出。 （ 4） PID 控制器模塊選用 FM 355 S PID Control，訂貨號： 6ES7 3551VH10OABO。 將以上模塊通過背板總線連接，并按順序排布在機(jī)架 上。 CPU 及兩個(gè)擴(kuò)展模塊的 I/O 地址分配如下表所示： 1. CPU 314C2 DP（ 24DI/16DO、 5AI/2AO） 表 38 CPU314C2 DP 的 DI/DO 點(diǎn)分配表 代 號 輸入設(shè)備 PLC 輸入繼電器 代 號 輸出設(shè)備 PLC 輸出 繼電器 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 FR1 FR2 FR3 FR4 FR5 FR6 FR7 給水電機(jī) Ⅰ 啟動按鈕 給水電機(jī) Ⅰ 停止按鈕 給水電機(jī)Ⅱ啟動按鈕 給水電機(jī)Ⅱ停止按鈕 給煤電機(jī)啟動按鈕 給煤電機(jī)停止按鈕 爐排電機(jī)啟動按鈕 爐排電機(jī)停 止按鈕 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 啟動按鈕 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 停止按鈕 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ啟動按鈕 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ停止按鈕 引風(fēng)電機(jī)啟動按鈕 引風(fēng)電機(jī)停止按鈕 給水電機(jī) Ⅰ 的熱保護(hù)繼電器 給水電機(jī)Ⅱ的熱保護(hù)繼電器 給煤電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 爐排電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 的熱保護(hù)繼電器 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ的熱保護(hù)繼電器 引風(fēng)電機(jī)的熱保護(hù)繼電器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 KM9 給水電機(jī) Ⅰ 對應(yīng)變頻器端子 給水電機(jī)Ⅱ?qū)?yīng)變頻器端子 給煤電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 爐排電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 送風(fēng)電機(jī) Ⅰ 對應(yīng)變頻器端子 送風(fēng)電機(jī)Ⅱ?qū)?yīng)變頻器端子 引風(fēng)電機(jī)對應(yīng)變頻器端子 給水調(diào)節(jié)閥對應(yīng)變頻器端子 出水調(diào)節(jié)閥對應(yīng)變頻器端子 表 39 CPU314C2 DP 的 AI/AO 點(diǎn)分配表 模擬量輸入?yún)?shù) 模擬量輸入地址 模擬量輸出調(diào)節(jié) 模擬量輸出地址 給煤量 爐膛溫度 送風(fēng)壓力 爐膛負(fù)壓 蒸汽流量 PIW752 PIW754 PIW756 PIW758 PIW760 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅰ 給水調(diào)節(jié)閥 Ⅱ PQW752 PQW754 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 2. SM331（ 8AI） 表 310 模擬量輸入模塊 EM331 的 AI 點(diǎn)分配表 模擬量輸入?yún)?shù) 模擬量輸出地址 給水給水流量 汽 包水位 汽包高水位上限 Ⅰ 汽包高水位上限Ⅱ 汽包低水位上限 Ⅰ 汽包低水位上限Ⅱ 過熱蒸汽溫度 Ⅰ 過熱蒸汽溫度Ⅱ PIW256 PIW258 PIW260 PIW262 PIW264 PIW266 PIW268 PIW270 3. SM332（ 4A0） 表 311 模擬量輸出模塊 EM332 的 AO 點(diǎn)分配表 模擬量輸出調(diào)節(jié) 模擬量輸入地址 爐排運(yùn)行速度變頻器 送風(fēng)量變頻器 引風(fēng)量變頻器 減溫水調(diào)節(jié)閥 PQW272 PQW274 PQW276 PQW278 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 軟件編程 本次設(shè)計(jì)采用的 PLC 為西門子 S7300，并使用 STEP 7 編程軟件編寫梯形圖程序，實(shí)現(xiàn)要求的控制要求。 程序結(jié)構(gòu)如下圖所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 4 鍋爐控制 系統(tǒng)仿真 計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為解決工程實(shí)際的必要手段，它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿 真等許多強(qiáng)大的功能集成在一個(gè)視窗環(huán)境中，為許多工程和科學(xué)領(lǐng)域的有效數(shù)值計(jì)算提供了一種全面的解決方案，代表了當(dāng)今科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平 [11]。 將 控制方案的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的傳遞函數(shù)，在通過仿真軟件建立出系統(tǒng)的圖形，從線性的波動就能很好的體現(xiàn)出該控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)。給水流流量調(diào)節(jié)回路只需要在擾動進(jìn)入時(shí)，可以在最短時(shí)間內(nèi)消除該擾動，因此選用最簡單的比例（ P）調(diào)節(jié)器。電機(jī)正常轉(zhuǎn)動時(shí)的輸出頻率為電源工頻 50Hz，鍋爐蒸發(fā)量為 35t/h，估算對應(yīng)給水流量 D 大約為 35m3/h。從硬件的選型可知，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)為 Kd=(51)/(503)=， D=35。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)整定與仿真 主蒸汽壓力控制回路整定與仿真 根據(jù)主蒸汽壓力控制方案圖，對應(yīng)副回路的給煤控制回路控制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 2K BD z2 (s)MD O 2 (s) 圖 43 主蒸汽壓力控制副回路控制框圖 其中： Dz2(s)為給煤控制器傳遞函 數(shù)； KB為給煤電機(jī)變頻器的調(diào)節(jié)系數(shù)； DO2(s)為給煤電機(jī)的傳遞函數(shù)； P2為給煤量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。 主蒸汽壓力由給煤量來控制調(diào)節(jié)，并保持主蒸汽壓力的穩(wěn)定，給煤控制回路作為副回路是一個(gè)比例環(huán)節(jié)，當(dāng)鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行時(shí)，時(shí)間常數(shù)為 ， P2=， KB=1。因此給煤控制回路的傳遞函數(shù)如下： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 SSDO )(2 ?? () 根據(jù)副回路的傳遞函數(shù)可知該回路時(shí)間滯后較小，可以將它等效為 D2(s)=1/P2=20。 送風(fēng)控制系統(tǒng)整定與仿真 根據(jù)送風(fēng)量控制方案圖，送風(fēng)控制回路控 制結(jié)構(gòu)框圖如下： P 3D F (s) D O3 (s)D 3 (s) 圖 46 送風(fēng)量控制主回路控制框圖 其中： DF(s)為煙氧量控制器傳遞函數(shù)； D3(s)為等效副控制回路的傳遞函數(shù)； DO3(s)為送風(fēng)電機(jī)的傳遞函數(shù)； P3為送風(fēng)量變送器的調(diào)節(jié)系數(shù)。且副回路的輸入即為主回路的輸出。當(dāng)送風(fēng)量變化時(shí)，煙氧量曲線特性為存在一定的滯后，主蒸汽壓力控制主回路通道的傳遞函數(shù)為： SO eSSD 803 801 1)( ??? () 由 PI 控制器的經(jīng)驗(yàn)公式可知 δ =， Tc3=64， Kc3=1/δ =，由此得出煙氧量調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： SSSSD F 64 )( ???? ）（ () 仿真結(jié) 果如圖 47 所示： 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 0 1 2 3 4 5 600 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4t/s幅值 圖 47 送風(fēng)量控制主回路控制仿真圖 從仿真波形圖可以看出所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng) （實(shí)線） 響應(yīng)延遲很小，給出階躍信號時(shí)，煙氧量控制器在迅速調(diào)節(jié)送風(fēng)回路，進(jìn)而改變送風(fēng)量來消除擾動，使被調(diào)量迅速達(dá)到穩(wěn)定，與以往控制方法（虛線）相比大大減少了滯后時(shí)間，確保能及時(shí)使煙氧量處于規(guī)定范圍。 爐膛負(fù)壓由引風(fēng)量來控制調(diào)節(jié)，并保持爐