工業(yè)鍋爐的微機(jī)DDC控制系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文范文

1、摘摘 要要 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddc 控制系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)狀，由于 我國(guó)的整個(gè)鍋爐生產(chǎn)技術(shù)水平還比較落后，所以我國(guó)燃燒供熱所用的鍋爐 的燃燒效率還相當(dāng)?shù)停乙彩沟缅仩t的燃燒不充分，而造成大氣污染加 重，所以這就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高。 本設(shè)計(jì)鍋爐的燃燒控制是采用雙交叉控制系統(tǒng)，是以維持合適的空氣、 燃料比值為手段，從而保證了較高的熱效率。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

2、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，最終實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：鍋爐 ddc 聯(lián)鎖 串級(jí)控制 目目 錄錄 第第 1 1 章章 工業(yè)鍋爐及工業(yè)鍋爐及 dccdcc 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述 .1 1 1.11.1 引言引言.1 1 1.21.2 本課題的提出與課題任務(wù)本課題的提出與課題任務(wù).1 1 1.31.3 鍋爐的發(fā)展鍋爐的發(fā)展.1 1 1.41.4 鍋爐微機(jī)鍋爐微機(jī) ddcddc 控制的意義以及目的控制的意義以及目的.2 2 第第 2 2 章章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 .4 4 2.12.1 鍋爐

3、的基本構(gòu)造鍋爐的基本構(gòu)造.4 4 2.22.2 鍋爐的工作原理及過程鍋爐的工作原理及過程.5 5 2.2.12.2.1 燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程.5 2.2.22.2.2 水的汽化過程水的汽化過程.5 第第 3 3 章章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理 .7 7 3.13.1 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) .8 8 3.23.2 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng).9 9 3.2.13.2.1 定義及方框圖定義及方框圖.9 9 3.2.33.2.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合.1010 3.2.43.2.4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng).1010 3.33.3 前饋控

4、系統(tǒng)前饋控系統(tǒng).1111 第第 4 4 章章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddcddc 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制 .1414 4.14.1 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制 ddcddc 系統(tǒng)系統(tǒng) .1414 4.24.2 工業(yè)鍋爐的微機(jī)工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddcddc 控制工作原理控制工作原理 .1616 第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .1919 5.15.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1919 5.25.2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備.1919 5.35.3、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理 .1919 5.45.4、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)要求 .2020 5.55.5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步

5、驟、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 .2020 5.65.6 思考問題思考問題.2121 5.75.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交.2121 5.85.8 實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)總結(jié).2121 致致 謝謝 .2222 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .2323 第第 1 章章 工業(yè)鍋爐及工業(yè)鍋爐及 dcc 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述 1.1 引言引言 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。 隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明，18 世紀(jì)末期，出現(xiàn)了公用的圓筒型蒸汽機(jī)。由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn) 力的迅猛發(fā)展，蒸汽機(jī)在工業(yè)

6、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。于是在圓筒型鍋爐的基礎(chǔ)上，從增加受熱面積入手，對(duì)鍋爐驚醒 了一系列的研究和技術(shù)改造，從而使鍋爐得到迅速的發(fā)展。 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(guó)民經(jīng) 濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需氣使非常大的，然而我國(guó)的 能延齡用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，有這極為重要的實(shí)際意義。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。 1.2 本課題的提出與課題任務(wù)本課題

7、的提出與課題任務(wù) 正是由于鍋爐應(yīng)用日益廣泛，所以我們這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題就定為設(shè)計(jì)一套完 善的模擬鍋爐控制系統(tǒng)，即：工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddc 控制系統(tǒng)。 （1）實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐風(fēng)煤比，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。 （2）要求參數(shù)在線修改。 （3）具有平衡無擾動(dòng)切換功能。 （4）具有主要設(shè)備動(dòng)態(tài)畫面顯示及報(bào)警功能。 （5）具有即時(shí)主要參數(shù)儀表顯示和歷史趨勢(shì)顯示。 （下面小標(biāo)題按照這個(gè)修改） 1.3 鍋爐的發(fā)展鍋爐的發(fā)展 鍋爐向兩個(gè)發(fā)展方向的過程和結(jié)構(gòu)形式演變。 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。后來增加了兩個(gè)火筒及雙火筒鍋爐。

8、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。其共同的特點(diǎn)是：煙氣在火筒或煙管內(nèi)流動(dòng)放熱，低溫工質(zhì)水，則在火 筒式煙管外側(cè)吸熱，升溫和汽化。 顯而易見，這類鍋爐的爐膛一般都較小。鍋爐四周又被作為輻射受熱面的筒壁 所圍住，所以爐內(nèi)溫度較低，燃燒條件較差，難于燃用低質(zhì)煤。而且煙氣縱向沖刷 壁面。串熱效率較差，排煙溫度較高，熱效率低。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。對(duì)于煙管鍋爐，還存在結(jié)構(gòu)剛性大，煙管排 列緊密使清理水垢困難和煙管內(nèi)容易堵灰等缺點(diǎn)。誠(chéng)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，

9、水的容積大，能較好適應(yīng)負(fù)荷的變化，水質(zhì)要求低等。因 此有的結(jié)構(gòu)類型至今還被使用。 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。后來，進(jìn)一步發(fā)展 增加圓筒數(shù) 目減小效圓筒直徑以至于鋼管取代圓筒的做法，有利于蒸汽參數(shù)的提高和傳熱 的改善。最后終于出現(xiàn)了水管鍋爐。它的特點(diǎn)使煙氣在管外沖刷流動(dòng)而放出熱量， 氣體在管內(nèi)流動(dòng)而吸熱和蒸發(fā)。 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)

10、造了良好的條件，金屬耗量也大為下降。 水管鍋爐的發(fā)展趨勢(shì):水管鍋爐，整連箱橫水管鍋爐，分連箱橫水管鍋爐，直水 管鍋爐，三鍋筒彎水管鍋爐，雙鍋筒彎水管鍋爐,單鍋筒水管鍋爐，直流鍋筒。 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。 1.4 鍋爐微機(jī)鍋爐微機(jī) ddc 控制的意義以及目的控制的意義以及目的 鍋爐式鍋名經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。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。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，因此所需的鍋爐容量

11、，蒸汽參數(shù)，結(jié)構(gòu)， 性能方面也不相同。 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。 通常，我們把用于動(dòng)力，發(fā)電方面的鍋爐稱之為動(dòng)力鍋爐，把用于工業(yè)及采暖 方面的鍋爐成為供熱鍋爐，又稱工業(yè)鍋爐。 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。而供熱鍋爐， 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力和溫度，容量也 無需很大。 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(guó)民經(jīng) 濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。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鍋

12、爐。在我國(guó)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)。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn)步的今天，國(guó)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)。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。此外，是鍋爐能因地制 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(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定輸出及運(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鍋爐運(yùn)行設(shè)備。 通過加熱爐熱效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，是

13、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。 第第 2 章章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 要設(shè)計(jì)一套完整的，性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先我們就必須了解一般燃燒 鍋爐的基本構(gòu)造和燃燒過程。 2.1 鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐的基本構(gòu)造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。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。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的 化學(xué)能有效

14、的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。 鍋爐的主要設(shè)備： （1）氣鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。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。 （2）爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。 （3）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。 （4）鍋筒：是自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備。 （須指出，直流 鍋爐內(nèi)無鍋筒。 ） （5）水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。 （6）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。過熱 器一般都裝在爐膛出口。 （7）省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的

15、換熱器。采用 省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。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。 （8）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，充分燃 燒。 （9）引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)，煙囪，煙道幾部分。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排 出。 （10）送風(fēng)設(shè)備：包括有鼓風(fēng)機(jī)和分道組成。用它來供應(yīng)燃料所需的空氣。 （11）給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。 （12）空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要 的換熱器。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

16、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。 （13）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，以防止在鍋爐 受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 （14）燃料供給設(shè)備：由運(yùn)煤設(shè)備，原煤倉(cāng)和儲(chǔ)媒斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所需 燃料供應(yīng)。 除灰除塵設(shè)備:是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。 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。還有用來消除受熱面上積 灰以利用傳熱的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)由于篇幅其間，則就不 必考慮這些問題了。 2.2 鍋爐的工作原理及過程鍋爐的工作原理及過程 鍋

17、爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過程：燃料的燃燒過程 、水 的汽化過程、煙氣向水的傳熱過程。 2.2.1 燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程 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)。燃料一面燃燒，一 面向后移動(dòng)，燃料所需要的空氣是由風(fēng)機(jī)送入爐排腹中風(fēng)倉(cāng)后，向上穿過爐排到達(dá) 燃料層，進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔?。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。 2.2.2 水的汽化過程水的汽化過程 水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水循環(huán)和

18、水分離過程。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。鍋爐工作時(shí)氣鍋的工作介 質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽，水混合物。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)。此外，為了阻止水循環(huán)和進(jìn)行疏導(dǎo)分配的需要，而 筒鍋上集箱上的汽水混合物導(dǎo)入爐墻外的不受熱地上鍋筒。 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。以及在鍋筒本身空間 的重力分離力作用，是汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進(jìn)入蒸汽 過熱氣，而

19、分離下來的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與 高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞，是鍋爐能長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要 條件。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。 2.2.3 煙氣向水的傳熱過程煙氣向水的傳熱過程 由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上，都布置一排水管， 俗稱水冷壁。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。繼 而煙棋手引風(fēng)機(jī)，煙囪的引力爾向爐膛上方流動(dòng)。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。煙氣流經(jīng)過

20、過熱氣后掠過脹接在上、下鍋筒間 的對(duì)流管束，在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“s”型形成曲折地橫向沖刷，再次以 對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。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。 省煤器實(shí)際上同給水預(yù)熱氣和空氣預(yù)熱器一樣，斗設(shè)置在鍋爐尾部（低溫）煙道， 以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了燃料。 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。 （2）保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。 （3）保持鍋爐負(fù)壓恒定。通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（-1080pa） 。 為了完成上述三項(xiàng)任

21、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。 從而使鍋爐能正常運(yùn)行。 第第 3 章章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理工業(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(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐 30 多萬臺(tái)， 每年耗煤量占我國(guó)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)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有 深遠(yuǎn)意義的工作。 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。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行過程的自動(dòng)檢測(cè)、

22、自動(dòng)控制 等多項(xiàng)功能。 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)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以 保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證 水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免

23、鍋爐發(fā)生重大事 故。 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)。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。 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

24、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。 plc 編程簡(jiǎn) 單，易于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺(tái) plc 進(jìn)行同位鏈接及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì) 算機(jī)和若干臺(tái) plc 構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)，但是價(jià)格較高，如果是控制單臺(tái)，資源不 能充分利用，多臺(tái)鍋爐控制能提高性能價(jià)格比，如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，其壽命長(zhǎng)，故 障率低，易于維修，值得選用。 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(guó)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

25、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)切換等設(shè)置了最簡(jiǎn)便的操作。 第三種是智能儀表控制，以單（雙）回路可編程控制器為主，以 pc 機(jī)為上位機(jī)， 彼此間采用 rs-232 相連，它可以接受多路模擬量及開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、 控制、通信及故障診斷功能，出于危險(xiǎn)分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關(guān)量 輸入，但只有一（二）路采用 420ma 直接信號(hào)輸出，即原則上只控制一（二）個(gè) 執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合合作，它作為集散控制系數(shù)的一部 分，是現(xiàn)代自動(dòng)控制、計(jì)算

26、機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物。該儀表編程方式采用模塊 化，容易掌握。 鍋爐控制系統(tǒng)，一般有燃燒、水位等控制系統(tǒng)。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。 “空燃比”是指燃燒中空氣量與燃燒量的比值系 數(shù)。 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)。它是以水位作為 水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維 持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。 由于鍋爐水位

27、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)。 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)，一般以爐膛壓 力作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平 衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開度作為前饋量構(gòu)成前饋反饋控 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(guó)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。同時(shí)，該技術(shù)也在不斷完善和提高，在進(jìn)一

28、步 降低造價(jià)及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做。 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。下面我們就這幾種控制方式做一 個(gè)介紹。 3.1 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般 生產(chǎn)過程的控制要求，尤其適用于被控對(duì)象時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較小，負(fù)荷和干擾變 化比較平緩，或者對(duì)被控變量要求不太高的場(chǎng)合。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)。 一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過 程中

29、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) 。有多個(gè)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，還要考慮各個(gè)控制系 統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響，并按可能使每個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)其它控制系統(tǒng)的影響為最 小的原則來建立各個(gè)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。 圖 3-1 單回路控制系統(tǒng)方框圖 其中 y（s）為被控變量，q（s）為操縱變量，f1（s）。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。gc（s） ，

30、gv（s） ，gm（s）分別是控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象、測(cè)量 變送單元的傳遞函數(shù)。 3.2 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng) 3.2.1 定義及方框圖定義及方框圖 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)。 圖 3-2 多回路控制系統(tǒng)方框圖 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，對(duì)象被分為主對(duì)象 gp1 與副對(duì)象 gp2 兩部分。他們的輸出 分別稱為主被控變量 c1 和副被控變量 c2。hm1、hm2 分別為主，副被控變量的檢 測(cè)變送單元。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

31、gc2） 。副控制器的設(shè)定值值 r2 就是主控制 器的輸出 u1，顯然副控制器是在外設(shè)定情況下工作的，它的輸出 u2 操縱執(zhí)行器 gv 通過改變單個(gè)操縱變量 q 來滿足對(duì)主，副被控變量的某種組合所提出的要求。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。換句話說，在 任意給定時(shí)刻，只能有一個(gè)獨(dú)立的設(shè)定值，這就是主設(shè)定值 r1。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。 3.2.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)副回路，所以具 有以下

32、幾個(gè)主要特點(diǎn)。 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。 （1）改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。 對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 （2）副回路可以按照主回路的需要更精確控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。 3.2.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合串級(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。 （1）用于時(shí)滯大的對(duì)象。 （2）用于容量滯后大的對(duì)象。 （3）用于克服對(duì)象的非線性。 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 1101100；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

33、制的效果好的多。 最大偏差仍能縮小到 1/31/5，因此，必須十分重視串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。 3.2.4 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) （1）主 副回路的選擇。 （2）主 副控制器控制規(guī)律的選擇。 （3）控制器的正 反作用的確定。 （4）控制器防止積分飽和的措施。 （5）流量副回路中開方器的引入。 3.3 前饋控系統(tǒng)前饋控系統(tǒng) 3.3.1 前饋控制系統(tǒng)的概念前饋控制系統(tǒng)的概念 前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所生產(chǎn)被控變量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系 統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)上是一種抗擾動(dòng)進(jìn)行的開環(huán)控制系統(tǒng)方式，它通過前饋調(diào)節(jié)器來補(bǔ)償擾 動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。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

34、部分無關(guān)，從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的。 所謂可測(cè)，主要是指擾動(dòng)可直接測(cè)量，也不排斥可間接測(cè)量的，擾動(dòng)不可測(cè)量， 前饋無法實(shí)施。 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。 所謂頻繁，是指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多。 3.3.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）前饋控制是一種開環(huán)控制。 （2）前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對(duì)象特性決定的。 （3）前饋控制是一種按擾動(dòng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制。 （4）前饋控制只能克服那個(gè)可測(cè)而不可控的擾動(dòng)量。 3.3.3 前饋控制系統(tǒng)的分類前饋控制系統(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：

35、（1）單純的前饋控制系統(tǒng)。 （2）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)饔孟喑恕?（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?（代數(shù)和）我 們通常將前饋控制與反饋控制（如圖 3-3）相結(jié)合起來，其優(yōu)點(diǎn)如下： a.在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控制，可以大大簡(jiǎn)化前饋控制系統(tǒng)， 只須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，而對(duì)其他許多次要的 干擾，可依靠反饋予以克服，這樣既保證了精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。 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。由于對(duì) 前饋控制精度的要求降低，為工程上實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的控制創(chuàng)造了條件。 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

36、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。而前饋反饋 控制則能實(shí)現(xiàn)高精度的控制，穩(wěn)定性好和控制及時(shí)的作用。 d.由于反饋控制的存在，提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。 圖 3-3 前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖 圖 3-4 前饋串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 在實(shí)際工作中，如果對(duì)象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過程對(duì)被控參數(shù)的 控制精度要求又很高，這時(shí)則可采用前饋串級(jí)控制。 這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)克服進(jìn)入前饋回路和進(jìn)入串級(jí)副回路的干擾對(duì)被控參 數(shù)的影響。此外，由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定 值，這樣便降低了對(duì)閥門特性的要求。實(shí)踐證明，這種前饋串級(jí)控制系統(tǒng)可以獲 得很高的控制精

37、度，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常被采用。 另外，在控制過程中，我們還利用前饋控制過程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償過程的 曲線如下圖所示。通過對(duì)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償，則可大大提高系統(tǒng)的性能。 圖 3.5 前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線 第第 4 章章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddc 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制 在鍋爐的燃燒過程中,由于空氣和燃燒之間有著一定的比值關(guān)系,既有一定的燃 燒則就需要一定的空氣,還有煙道中空氣過剩系統(tǒng),即空氣(煙囪中)氧氣的含量等等, 都影響著鍋爐的燃燒,如果燃燒不當(dāng),不但會(huì)污染空氣,而且會(huì)可能危及到工作人員的 人身安全.所以我們就想用一套有著精確控制功能的控制系統(tǒng),因此便有了工作鍋爐 的微機(jī) dd

38、c 控制系統(tǒng). 4.1 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制 ddc 系統(tǒng)系統(tǒng) 直接數(shù)字控制 ddc 系統(tǒng)（direct digigtal control）是工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式.這類系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)除了經(jīng)過輸入通道對(duì)多個(gè) 工業(yè)過程參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)采集外,它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器,按預(yù)定的 調(diào)節(jié)規(guī)定進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算,然后將運(yùn)算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖 4-1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組成原理框圖如圖 4-1 所示,系統(tǒng)中除了輸入和輸出通 道外,一般還有一個(gè)功能較強(qiáng)的控制操縱臺(tái)。 圖 4-2 控制圖 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖

39、(圖 4.2 所示),先由測(cè)量變送器測(cè)取工業(yè)生產(chǎn)過程參 數(shù),經(jīng)過輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào),計(jì)算機(jī)根據(jù)確定的控制規(guī)律 進(jìn)行運(yùn)算,并發(fā)出信號(hào),再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器. ddc 系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制,而且通過采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制.另外, ddc 系統(tǒng)只要改變程序還能實(shí)現(xiàn)串級(jí),前饋等復(fù)雜的控制,直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常 規(guī)的 pld(比例、積分、微分)調(diào)節(jié),也可實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)的調(diào)節(jié)規(guī)律,調(diào)節(jié)規(guī)律的 改變只需控制軟件.不同的是硬件部分除按需適當(dāng)增減通道的數(shù)量外,一般不需作大 的變動(dòng),所以使用比較靈活,ddc 系統(tǒng)是一個(gè)“在線”的時(shí)實(shí)的半環(huán)控制系統(tǒng)。 4.

40、1.14.1.1 微機(jī) ddc 系統(tǒng)的時(shí)間散性: 微機(jī) ddc 系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過程的有關(guān)參量進(jìn)行控制時(shí),是以定時(shí)采樣和階段控制來代 替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此,確定合適的采樣周期和 a/d、d/a、轉(zhuǎn)換 器的字長(zhǎng)是提高系統(tǒng)控制精確,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵。 4.1.24.1.2 微機(jī) ddc 系統(tǒng)的分時(shí)控制方式: 一臺(tái)微機(jī) ddc 系統(tǒng)要控制多個(gè)回路.在每一個(gè)回路,微機(jī)要完成(1)采樣和 ad 轉(zhuǎn)換,(2)運(yùn)算,(3)輸出控制信號(hào) 3 個(gè)部分的工作,所以投機(jī)控制每一個(gè)回路需要的時(shí) 間應(yīng)為這三個(gè)部分所花費(fèi)時(shí)間之和.為此,微機(jī) ddc 采用了“分時(shí)”控制的方法,即將 某一回路的采樣和 ad 轉(zhuǎn)

41、換、運(yùn)算、輸出控制三部分的時(shí)間前后回路錯(cuò)開,放在不 同的控制時(shí)間里.這樣,既保證了控制過程的正常進(jìn)行,又能充分利用系統(tǒng)中的各種設(shè) 備,大大提高了效率. 4.1.34.1.3 微機(jī) ddc 系統(tǒng)的人機(jī)交換: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)交往有時(shí)也稱“人機(jī)對(duì)話”或“人機(jī)通訊”,這是 一種微機(jī)控制系統(tǒng)必須具備的溝通操作者和微機(jī)互相聯(lián)系的功能.操作者要通過鍵盤、 按鈕、開關(guān)等器件向微機(jī)控制系統(tǒng)送入控制意圖,微機(jī)控制系統(tǒng)則通過顯示屏、打印 機(jī)、各種指示燈向操縱者送出有關(guān)信息.一般的微機(jī) ddc 系統(tǒng)除了普通的各種指示燈 裝置外,還都通過相應(yīng)借口連接有以 crt 顯示屏、打印機(jī)、控制鍵盤、越限報(bào)警裝置 等,有些可

42、靠要求較高的微機(jī) ddc 系統(tǒng)還配有自動(dòng)手動(dòng)切換裝置或雙機(jī)控制切換裝 置. 4.1.44.1.4 微機(jī) ddc 系統(tǒng)的控制規(guī)律: 控制規(guī)律是一個(gè)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵.根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法,是微 機(jī) ddc 系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象實(shí)行控制的運(yùn)算依據(jù)。隨著控制理論和微機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展， 傳統(tǒng)的 ddc 系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大,相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn).根據(jù)控制對(duì) 象的不同,目前的微機(jī) ddc 控制方式,有簡(jiǎn)單,有復(fù)雜,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù) 的相關(guān)控制,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期的 pid 控制范圍,盡 管如此,pid 控制的一些基本理論仍然是分析 ddc 系統(tǒng)控制規(guī)

43、律的基礎(chǔ),pid 控制規(guī)律 仍然在相當(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用并能得到較為滿意的效果,所以直到現(xiàn)在,pid 仍是一中最 基本的控制規(guī)律. 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的提高,較簡(jiǎn)單的單回路參量的 pid 閉環(huán)已不能滿 足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機(jī)ddc 系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級(jí)控制、 比值控制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。 4.2 工業(yè)鍋爐的微機(jī)工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddc 控制工作原理控制工作原理 現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)通過變送器轉(zhuǎn)換成 0-10ma.dc 或 4-20ma.dc 或 0-5v.dc 的模擬 量信號(hào)，通過有關(guān)端子輸入計(jì)算機(jī) a/d 板，或電阻信號(hào)通過電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換板與其它 現(xiàn)場(chǎng)毫伏信號(hào)進(jìn)入信

44、號(hào)調(diào)理板，再輸入 a/d 板，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后以實(shí)際工程量屏幕顯 示氣包水位、蒸汽壓力等影響工業(yè)鍋爐運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)以及給 水調(diào)節(jié)閥位、給煤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)，這些信號(hào)用來控制、打印制表、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、經(jīng)濟(jì)量累積核算等。對(duì)工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行直接控制是微機(jī) ddc 控制 的主要功能之一。以一般飽和蒸汽鏈條爐為列，相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別輸出四個(gè)調(diào)節(jié) 信號(hào)，通過 i/o 或 d/a 轉(zhuǎn)換裝置輸送至爐排、給水、送風(fēng)、引風(fēng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸送 至爐排執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)，通過變頻器來改變進(jìn)入鍋爐的燃料量，輸送至給水執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變給水調(diào)節(jié)閥門的位置，從而改變進(jìn)

45、 入鍋爐的給水量，輸送至送風(fēng)至送風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) （或變頻調(diào)速裝置）改變送風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開度（調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速） ，從而改變進(jìn)入鍋 爐的送風(fēng)量，輸送至引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（變頻調(diào)速電機(jī)）的調(diào)節(jié)信號(hào)通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) （變頻調(diào)速電機(jī)）改變引風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)板或碟閥（調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速） ，從而改變鍋爐輸 出的煙汽流量，使?fàn)t膛煙壓保持相應(yīng)的負(fù)值。對(duì)其它爐型，皆有相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)輸 出，并控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備。 4.2.14.2.1 對(duì)空氣和燃料的控制: 鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后,注入鍋爐內(nèi),在進(jìn)水管道內(nèi),用一流量傳感器檢測(cè)到流 量信號(hào)后,經(jīng)流量變松器把流量信號(hào)這一物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),送入

46、儀表、運(yùn)算器、調(diào)節(jié)器中,其中為了使儀表的輸出信號(hào)同流量信號(hào)呈線形關(guān)系,我們 在中間加入一個(gè)開方器,同時(shí),在進(jìn)水端檢測(cè)出它的進(jìn)水溫度(預(yù)熱后),送給調(diào)節(jié)器, 然后,再?gòu)某鏊藱z測(cè)出出水溫度,也送給調(diào)節(jié)器.在這一調(diào)節(jié)器中,用一減法器計(jì)算 出溫度,將前面所測(cè)得的流量乘以(乘法器)溫差,即可求得進(jìn)水管道中所注入的水所 需的熱量.而出口測(cè)的熱水溫度信號(hào)送給溫度調(diào)節(jié)電路,溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工 設(shè)定值水平 sp 之間進(jìn)行控制計(jì)算,將輸出信號(hào)作為結(jié)果輸出,將前面原料加熱所需要 的熱量加到該輸出信號(hào)中,作為燃料流量的設(shè)定值,與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測(cè)出 此時(shí)燃料的流量值,做一差值計(jì)算,從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的大

47、小,進(jìn)而進(jìn)行熱量控制. 4.2.24.2.2 燃燒雙交叉控制 工業(yè)鍋爐的微機(jī) ddc 控制系統(tǒng)的雙交叉控制原理圖如附圖（二）所示 雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達(dá)到燃燒時(shí)始終維持 低過?？諝庀禂?shù)，從而保證了較高的燃燒效率，同時(shí)減少了排煙對(duì)環(huán)境的污染。 雙交叉燃燒控制實(shí)際上是以爐溫調(diào)節(jié)為主回路，以燃燒流量和空氣流量調(diào)節(jié)并 列為副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上高、低信號(hào)選擇器組成的帶有邏輯功能的比值調(diào) 節(jié)系統(tǒng)。它的主要作用是當(dāng)爐子負(fù)荷變化，以維持爐溫在給定值上，而且使燃燒工 況始終處于低過?？諝庀禂?shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況。下面分三種工況進(jìn)行討論。 （1）穩(wěn)定工況時(shí)： 爐溫穩(wěn)定在給定值上，爐溫

48、調(diào)節(jié)器 tic 的輸出信號(hào) i0 通過高、低限模塊 hlm、llm 后，又分別通過燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高、低選模塊 hse1、lse1 和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的 hse2、lse2，相應(yīng)地加到燃料流量調(diào)節(jié)器 fic1 和空氣流量調(diào)節(jié)器 fic2 作為它們 的給定值，使燃料流量和空氣流量自動(dòng)調(diào)節(jié)到正常數(shù)值上，從而保證爐溫維持在給 定值上。 在穩(wěn)定工況下，所有高選、低選和高限、低限模塊，對(duì)主控制信號(hào) i0 不起限制 作用。 （2）負(fù)荷在正常范圍波動(dòng)時(shí)： 1）當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐溫下降，主控制信號(hào) i0 增加（記為 i0） ，此時(shí) i0 通過 hse1，但不通過 lse1，此時(shí)通過 lse1 的信號(hào)為（fa/f6-

49、k5+k1） ，由于空氣流 量信號(hào) fa 尚未增加，所以燃料量暫時(shí)還不能增加。但是 i0 能通過 lse2 和 hse2，因 為此時(shí) i0仍然比 k4 及ff 小，所以 i0先加到 fic2 沒，使空氣流量先行提量。 空氣提量后， （fa/f6-k5）值增加，使 i0小于（fa/k6-k5+k1） ，lse1 讓信號(hào) i0 通過，i0加到 fic1 之后，燃料流量才提量?？梢?，設(shè)置 lse1 的目的是使負(fù)荷增 加是，先增加空氣量，后增加燃料量，防止在提量過程中煙囪冒黑煙。設(shè)置 hse1 對(duì) 負(fù)荷正常波動(dòng)范圍不起限制作用。增設(shè) dvd 和 sub 模塊的目的是把空氣流量折算到 對(duì)應(yīng)的燃料流量。

50、2）當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，爐溫上升，i0 減少（記為 i0） ，此時(shí) i0通過 lse2，但 暫時(shí)不通過 hse2，因?yàn)?i0剛減少瞬間，燃料流量 ff 尚未減少，所以 i0小于 （ff-k3） ，hse2 阻止 i0通過，此時(shí)通過 hse2 的信號(hào)為（ff-k3） ，空氣量暫時(shí)還 不能減少。但是此時(shí) i0仍然大于（fa/k6-k5-k2） ，所以 i0通過 hse1，當(dāng)然也通 過 lse1，i0加到 fic1，使燃料流量首先減少。當(dāng)燃料流量減少后， （此時(shí)燃料流 量為 ff） ，使（ff-k3）小于 i0，i0通過 hse2 加到 fic2，此時(shí)才是空氣流 量相應(yīng)地減少，可見設(shè)置 hse2 是保證附

51、和減少時(shí)，燃料先行減量，而后空氣再減量， 這是為了在減量過程中避免煙囪冒黑煙。設(shè)置 lse2，對(duì)負(fù)荷正常波動(dòng)不起限制作用。 3）當(dāng)負(fù)荷大幅度增（減）時(shí)，i0 變化幅度很大，為了避免空氣量或燃料量先行 提（減）量過大，分別設(shè)置了 hse1 與 lse2模塊相應(yīng)完成-k2 與+k4 運(yùn)算模塊。 當(dāng)負(fù)荷增時(shí)，不允許空氣先行提量過度。增設(shè)了 lse2 模塊和完成+k4 運(yùn)算模塊， 就能限制先行提量過度，因?yàn)?，i0 大增，結(jié)果使 i0 大于 k4ff，lse2 模塊阻止了通 過 i0，使 i0 信號(hào)加到 fic2 上，從而限制了空氣量的增大。同理，增設(shè) hse1 模塊和 完成+k2 運(yùn)算模塊，能使 i0

52、 大減時(shí)，i0 加不到 fic1 上，從而限制了燃料先行減量 過度的目的。 爐溫、空氣溫度測(cè)量信號(hào)都經(jīng) tbl 線性化處理，空氣流量測(cè)量信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償 tco-mp 和開方處理。 雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，有較好的爐溫控制品質(zhì)，而且負(fù)荷增、減時(shí)，都能 防止煙囪冒黑煙，當(dāng)負(fù)荷大幅度變化時(shí)，也能防止空氣大量過剩， 值過大。 4.2.34.2.3 主要技術(shù)性能 （1）實(shí)時(shí)控制功能 1）給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 用給水調(diào)節(jié)閥門作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以汽包水位作為調(diào)節(jié)量，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量改變時(shí)， 調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變給水執(zhí)行結(jié)構(gòu)，使給水流量與蒸汽量相平衡，從而將汽包水位控制在 用戶設(shè)定的正常水位。 2）氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 氣壓調(diào)節(jié)回路包括兩個(gè)

53、副回路及燃燒量調(diào)節(jié)接送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量 改變是調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變?nèi)紵亢退惋L(fēng)量，使之與蒸發(fā)量相適應(yīng)，從而將鍋爐出口汽壓 控制在額定值。 3）爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 用引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以爐膛負(fù)壓作為調(diào)節(jié)量，送風(fēng)變化為前饋，當(dāng) 送風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷量改變時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而將鍋爐爐膛負(fù)壓控 制在額定值。 4）煙汽含氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過以氧氣量為核正值，在汽壓正常的范圍內(nèi)，不斷地調(diào)整送風(fēng)量 與燃燒的比值，以達(dá)到最佳的鍋爐燃燒狀況。 第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）學(xué)習(xí)前饋-反饋控制的原理

54、。 （2）了解前饋-反饋控制的特點(diǎn)。 （3）掌握前饋-反饋控制的設(shè)計(jì)。 5.2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 a3000-fs/fbs 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)，任意控制系統(tǒng)。 5.3、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理 （1）控制原理）控制原理 前饋控制器在測(cè)出擾動(dòng)之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。 如果沒有反饋控制，則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動(dòng)作用。 工業(yè)上，使用換熱器對(duì)料液進(jìn)行加熱，加熱使用蒸汽。我們這里使用換熱器加 熱冷水，把冷水看成某種工業(yè)料液?？刂颇繕?biāo)是料液的出口溫度。 前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變 化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的

55、變化，當(dāng)干 擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者 抵消與被調(diào)量發(fā)生偏差之前。因此，前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前 饋控制是開環(huán)控制。其控制效果需要通過反饋加以檢驗(yàn)。 我們按照參考書上的內(nèi)容，進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化。 前饋控制不考慮控制通道與對(duì)象通道延遲，則根據(jù)熱量平衡關(guān)系，簡(jiǎn)單的前饋 控制方程為： )( 12 r kqd 其中 k 是常數(shù)，與水比熱和熱交換效率相關(guān)，q 是流量。 這個(gè)前饋輸出到調(diào)節(jié)器的輸入，從而得到一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。 需要調(diào)整 k 是常數(shù)，直到具有合適的補(bǔ)償效果。 通過一個(gè) pi 調(diào)節(jié)，使得熱水流量增大到需要的補(bǔ)償值。 而后我們?cè)黾恿艘粋€(gè)反饋控制通道，測(cè)量熱水出口溫度，然后控制冷水流量。 在控制通道中增加前饋控制系統(tǒng)，類似于串級(jí)控制。 （2）測(cè)量與控制端連接表）測(cè)量與控制端連接表 表表 5-1 測(cè)溫表測(cè)溫表 測(cè)量或控制量測(cè)量或控制量標(biāo)號(hào)使用控制器端口 冷水流量ft102ai0 換熱器熱入tt101ai1 熱水流量ft101ai2 換熱器熱出tt103ai3 （3）實(shí)驗(yàn)方案）實(shí)驗(yàn)方案 被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥，控制量是熱水流量，控制目標(biāo)是熱水出口溫度。 首先實(shí)現(xiàn)前饋控制，通過測(cè)量換熱器熱水流量、溫度，控制調(diào)節(jié)閥，使得換熱 器冷水流量變化跟蹤換熱器熱水流量與溫度變化。 然后實(shí)現(xiàn)反饋控制，通過測(cè)量換熱器熱水出口溫度，控制調(diào)節(jié)閥，從而把前饋