循環(huán)流化床鍋爐水位控制系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：循環(huán)流化床鍋爐水位控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院 專業(yè)：過程裝備與控制工程 班級： 學(xué)號：0 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 年 月 日貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設(shè)計）作者簽名： 目 錄摘要IIIAbstractIV第一章 緒 論11.1 設(shè)計的目的和意義11.2 循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展概況11.2.1 鍋殼鍋爐11.2.2 流化床燃燒鍋爐21.2.3 循環(huán)流化床鍋爐2第

2、二章 循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)介紹42.1 燃燒過程控制系統(tǒng)42.1.1 風(fēng)量控制系統(tǒng)42.1.2 燃料量控制系統(tǒng)42.1.3 爐膛負壓控制系統(tǒng)52.2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)52.3 給水控制系統(tǒng)6第三章 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計73.1 汽包水位的動態(tài)特性分析73.1.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性83.1.2 汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性93.2 汽包水位的控制方案103.2.1 單沖量控制系統(tǒng)103.2.2 雙沖量控制系統(tǒng)113.2.3 三沖量控制系統(tǒng)123.2.4 幾種控制系統(tǒng)方案的比較133.3 本設(shè)計方案分析133.4.1 三沖量控制原理及方框圖143.4.2 控制系統(tǒng)的傳

3、遞函數(shù)153.4.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析18第四章 循環(huán)流化床鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計194.1 變送器的選擇194.1.1 液位變送器的選擇194.1.2 流量變送器的選擇204.2 執(zhí)行器的選擇214.3 調(diào)節(jié)器的選擇22第五章 循環(huán)流化床鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計255.1 汽包水位控制軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)255.2 CPU222和EM235的I/O地址分配與接線265.3 控制系統(tǒng)程序框圖設(shè)計28第六章 總 結(jié)30參考文獻31致 謝32循環(huán)流化床鍋爐水位控制系統(tǒng)設(shè)計摘要在燃煤鍋爐運行中，汽包液位的控制是一個很重要的控制參數(shù)，液位過高會影響汽水分離的效果，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，液位過低會破壞水

4、循環(huán)，嚴重的會燒壞鍋爐，因此，維持汽包水位穩(wěn)定是保持鍋爐安全運行的重要條件。本設(shè)計第一章介紹了鍋爐的發(fā)展歷。第二章講解了循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)的三大塊：燃燒控制、水位控制、過熱蒸汽控制。第三章著重分析循環(huán)流化床鍋爐汽包水位控制的設(shè)計：具體分析其動態(tài)特性和水位的控制方案：單沖量控制、雙沖量控制、三沖量控制,從這些方案中分析了汽包水位為什么要選擇了“三沖量”控制原因。第四、五章是對控制系統(tǒng)所需的硬件和軟件進行分析。 整個設(shè)計分為六個部分，其中還介紹S7-200控制系統(tǒng)，對其硬件和控制過程也進行了全面的闡述。關(guān)鍵字：循環(huán)流化床鍋爐，汽包水位控制，三沖量The design of circulatin

5、g fluidized bed boiler drum water level control Abstract The control of drum level is a very important parameter,high level will affect the moisture separator in the coal-fired boiler operation,and produce the phenomenon of steam with liquid, low level will break the water cycle,even burning boilers

6、.So, maintaining the stability of the drum is keeping the important safety operation of boilers. The first chapter describes the development of boilers.Chapter II describes the circulating fluidized bed boiler three main blocks of the control system:combustion control, water level control, thermal s

7、team control.Chapter three focuses on analysing the control design of circulating fluidized bed boiler water level,besides,analysed its dynamic properties and level control options specifically:single impulse control, dual-impulse control,three impulse control, and we analyzed the reason why selecte

8、d the three impulse from these options. The fourth chapter and the five chapter analysed hardware and software of the control system. The whole design is divided into six parts, in which we introduced the S7-200 control system,including its hardware and control processes have also been described in

9、detail.Keywords:circulating fluidized bed boiler，drum level control，three impulses第一章 緒 論1.1 設(shè)計的目的和意義 本設(shè)計是通過了解了鍋爐汽包水位控制的發(fā)展并在具體分析其動、靜特性的基礎(chǔ)上從單沖量控制到雙沖量控制最后到三沖量控制的設(shè)計方案中擇優(yōu)選擇了“三沖量”控制。 本課題的目的及意義：鍋爐汽包水位控制是維持鍋筒水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量。由于鍋爐的水位同時受到鍋爐側(cè)和氣輪機側(cè)的影響，因此，當鍋爐負荷變化或氣輪機用汽量變化時，通過給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持鍋爐的水位正常是保證鍋爐和氣輪機安全運

10、行的重要條件。水位過高或過低，都是不允許的。水位過高會影響汽水分離器的正常工作，嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增加，使過熱器管壁和氣輪機葉片結(jié)垢，造成事故；鍋爐出口蒸汽帶水過多還會使過熱蒸汽溫度產(chǎn)生急劇變化。水位過低，則會破壞正常水循環(huán)，危及水冷壁受熱面的安全。1.2 循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展概況 鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问剑?jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或者有機熱載體。它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史，期間，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對鍋爐容量，參數(shù)要求的不斷提高，鍋爐形勢和鍋爐技術(shù)得到不斷迅速發(fā)展。隨著蒸汽機

11、的發(fā)明，18世紀末期，出現(xiàn)了公用的圓筒型蒸汽機。由于當時生產(chǎn)力的迅猛發(fā)展，蒸汽機在工業(yè)上的用途日益廣泛，不久就對鍋爐提出了擴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1。 循環(huán)流化床鍋爐是從鍋殼鍋爐、流化床燃燒鍋爐，最后才發(fā)展成為循環(huán)流化床鍋爐。1.2.1 鍋殼鍋爐 鍋殼鍋爐有其自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點：鍋殼鍋爐的基本結(jié)構(gòu)是雙層夾套結(jié)構(gòu)。其外筒叫鍋殼，內(nèi)筒叫爐膽（火筒），內(nèi)、外筒之間的環(huán)行空間裝水，而內(nèi)筒是燃燒室。當水汽介質(zhì)有壓力時，鍋殼受內(nèi)壓，爐膽承受外壓。鍋殼鍋爐又分立式和臥式兩種。目前常用的燃油、燃氣鍋爐是

12、WNS型臥式內(nèi)燃鍋殼鍋爐。1.2.2 流化床燃燒鍋爐 燃煤鍋爐是指燃料燃燒的煤，煤炭熱量經(jīng)轉(zhuǎn)化后，產(chǎn)生蒸汽或者變成熱水，但并不是所有的熱量全部有效轉(zhuǎn)化，有一部分無工消耗，鍋爐效率在6080%之間。由此可知，其燃燒效率不算很高，對環(huán)境污染比較嚴重1。 用風(fēng)室中的空氣將固定爐篦或鏈條爐排上的灼熱料層(主要是灰粒)吹成沸騰狀態(tài),使其與煤粒一起上、下翻滾燃燒的燃煤鍋爐，簡稱沸騰爐，又稱流化床燃燒鍋爐。這種鍋爐的燃燒器的爐篦由均勻分布著直徑為3540毫米風(fēng)孔的鋼板(1620毫米厚)或鑄鐵板（3040毫米厚）制成，風(fēng)孔上插嵌著風(fēng)帽。鼓風(fēng)由風(fēng)孔吹入爐料層。沸騰狀態(tài)的灼熱料層高達11.5米，煤層中的煤粒和空氣

13、的攪動與混合特別強烈，因而煤粒的加熱條件好，對煤種的適應(yīng)性非常廣泛，特別能夠燃燒低揮發(fā)分、高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤，甚至煤矸石都能穩(wěn)定燃燒。如在沸騰層中加入石灰石，經(jīng)過劇烈攪動，能充分脫除燃料中的硫分，既可避免低溫腐蝕，又可減少環(huán)境污染。因而自1954年德國建成第一臺工業(yè)沸騰燃燒爐后，迅速受到各國重視。但是沸騰爐也如下的缺點：燃燒溫度較低；沸騰床面積增大后，床內(nèi)空氣和燃料分布不易均勻；細煤粒飛出沸騰床后即不易燃盡，飛灰中可燃物含量較高；床內(nèi)埋浸管（沸騰床內(nèi)布置的受熱面管）過多時，會影響燃料的均勻混合及燃燒溫度的均勻性；風(fēng)速較高、燃料顆粒較粗時，鍋爐受熱面磨損較嚴重。1.2.3 循環(huán)流化床鍋爐

14、循環(huán)流化床鍋爐（CirculatingFludizedBedBoiler，簡稱CFB鍋爐）的研究始于七十年代，它是從鼓泡床沸騰爐、化工行業(yè)的流化床和循環(huán)流化床工藝發(fā)展而來的。1982年，德國魯奇（Lurgi）公司的第一臺50t/h循環(huán)流化床鍋爐投入運行宣告了循環(huán)流化床鍋爐的誕生。此后，世界上的主要鍋爐制造商均投入了CFB鍋爐的研究和產(chǎn)品開發(fā)工作。作為一種煤的清潔、高效燃燒技術(shù)自八十年代初進入燃煤鍋爐的商業(yè)市場以來，在中小型鍋爐中已占有了相當?shù)姆蓊~。 循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)是一項近二十年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)。自循環(huán)流化床燃燒技術(shù)出現(xiàn)以來，循環(huán)床鍋爐在世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，大容量的循

15、環(huán)床鍋爐已被發(fā)電行業(yè)所接受。循環(huán)流化床低成本實現(xiàn)了嚴格的污染排放指標，同時燃用劣質(zhì)燃料，在負荷適應(yīng)性和灰渣綜合利用等方面具有綜合優(yōu)勢，為煤粉爐的節(jié)能環(huán)保改造提供了一條有效的途徑。循環(huán)流化床技術(shù)作為一種潔凈煤燃燒技術(shù)具有諸多的特點。（1）良好的環(huán)保性能 循環(huán)流化床鍋爐可直接向爐內(nèi)添加廉價的石灰石脫除燃燒過程中產(chǎn)生的SO2,當Ca/S摩爾比在1.52.5范圍內(nèi),脫硫效率可達90%以上,可滿足較嚴格的SO2排放標準;較低的運行溫度(850900)和分級燃燒使NOx排放量只有煤粉爐的1/31/4。（2） 極佳的負荷調(diào)節(jié)性能 循環(huán)流化床鍋爐負荷調(diào)節(jié)幅度可達41,負荷調(diào)節(jié)速度可達5%8%MCR/min,因

16、此特別適用于調(diào)峰機組。(3) 廣泛的燃料適應(yīng)性 循環(huán)流化床鍋爐幾乎可燃用任何燃料,特別適合中國國情。（4）可用于中、低硫煤鍋爐 對于中、低硫煤,采用循環(huán)流化床鍋爐燃燒方式,通過爐內(nèi)加入石灰石脫硫,適當控制床溫,可以滿足更嚴格的環(huán)保要求。循環(huán)流化床鍋爐作為近年來國際上發(fā)展起來的新一代高效、低污染清潔燃燒鍋爐,具有燃料適應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、灰渣綜合利用等優(yōu)點,因此在電力、城市供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐在強調(diào)節(jié)能減排、保護環(huán)境、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)的大氣候條件下,具有強大的生命力,在我國的電力事業(yè)中起著重要的作用34。第二章 循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)介紹循環(huán)

17、流化床控制的任務(wù)是在保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運行的前提下，使煤燃燒所產(chǎn)生的熱量盡可能快的適應(yīng)負荷的要求，同時保證經(jīng)濟燃燒及環(huán)保要求鍋爐控制系統(tǒng)主要有燃燒控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)給水控制系統(tǒng)組成。2.1 燃燒過程控制系統(tǒng) 循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程控制的基本任務(wù)是使送入鍋爐內(nèi)的燃煤燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負荷的需要，同時還要燃燒的經(jīng)濟性和運行的安全性.為此，燃燒過程控制系統(tǒng)有三個控制任務(wù)：維持主汽壓以保證蒸汽的品質(zhì)維持最佳的空燃比以保證燃燒的經(jīng)濟性和維持爐膛內(nèi)有一定的負壓以保證運行的安全性。它由風(fēng)量控制系統(tǒng)燃燒量控制系統(tǒng)和爐膛負壓控制系統(tǒng)組成的518。2.1.1 風(fēng)量控制系統(tǒng) 風(fēng)量控制和燃料量控

18、制一起，共同保證鍋爐的出力能適應(yīng)外界負荷的要求，同時使燃燒過程在經(jīng)濟、安全的狀況下進行。燃燒需要的空氣由送風(fēng)機提供，鍋爐燃燒的總風(fēng)量為送風(fēng)機風(fēng)量和一次風(fēng)量之和。此外，在風(fēng)量控制系統(tǒng)中，還包括二次風(fēng)的分配控制（燃料風(fēng)、輔助風(fēng)和過燃風(fēng)）。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的組成是以蒸汽壓力作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，以送風(fēng)量作為副調(diào)節(jié)參數(shù)。在蒸汽負荷發(fā)生變化時，蒸汽壓力也將隨之發(fā)生變化。為了保持壓力不變，必須改變送風(fēng)量。此時，煤風(fēng)比值與給定值產(chǎn)生了偏差，這一偏差值，由煤風(fēng)比值調(diào)節(jié)器輸出信號，對爐排進行調(diào)速，從而相應(yīng)地增減煤量。2.1.2 燃料量控制系統(tǒng) 根據(jù)鍋爐所使用的主要燃料的不同，其控制系統(tǒng)有所不同。當使用煤粉時，鍋爐在啟

19、動和低負荷時還是使用燃油，另外，燃油還用于點火和煤粉的穩(wěn)定燃燒，故對于煤粉爐，燃料量的控制又分為燃油控制和燃煤控制。在燃油控制中，包括燃油壓力的控制（保證燃油壓力不低于油槍安全運行所需要的最低油壓）、燃油量控制（保證燃油量滿足負荷的要求）和霧化蒸汽壓力控制（保證霧化蒸汽壓力總是大于燃油壓力以使燃油能充分霧化）。在燃煤控制中，主要是根據(jù)鍋爐指令并與送風(fēng)量相配合，產(chǎn)生各臺給煤機的轉(zhuǎn)速指令。一方面，它與風(fēng)量控制系統(tǒng)一起，保證送入鍋爐熱量滿足負荷的要求和汽壓穩(wěn)定，另一方面，它將需求的燃料量平均分配給各臺給煤機。2.1.3 爐膛負壓控制系統(tǒng) 爐膛負壓系統(tǒng)，是以爐膛內(nèi)要維持的負壓值為主信號，送風(fēng)量為副信號

20、。當送風(fēng)量發(fā)生變化時，引風(fēng)機進風(fēng)擋板進行調(diào)節(jié)，引風(fēng)加大，從而減少爐膛負壓的波動幅度，再由負壓值進一步控制引風(fēng)機調(diào)節(jié)，從而維持負壓穩(wěn)定。2.2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)是一個典型的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。我們通過調(diào)節(jié)減溫噴水調(diào)節(jié)閥的開度來控制過熱蒸汽溫度。主調(diào)節(jié)器根據(jù)實際的出口汽溫與設(shè)定的溫度之間偏差進行調(diào)節(jié),其輸出信號作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值,副調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定值與減溫水集箱的出口汽溫的偏差進行調(diào)節(jié)去控制減溫水噴水閥。由于過熱蒸汽系統(tǒng)具有典型的大滯后特點,如果只根據(jù)汽溫偏差來改變噴水量往往不能滿足生產(chǎn)上的要求,因而,調(diào)節(jié)回路把蒸汽流量作為前饋量引入到控制中,當擾動產(chǎn)生后,過熱汽溫還未發(fā)生明顯變化

21、時就進行調(diào)節(jié),能及早地消除擾動對汽溫造成的影響,以便有效地控制汽溫的變化。 循環(huán)流化床鍋爐正常運行時不僅要求主蒸汽壓力穩(wěn)定,而且要求主蒸汽溫度穩(wěn)定。主蒸汽溫度是反映機組運行情況的一個重要參數(shù)。如果主蒸汽溫度偏高,過熱器及汽機將在更加惡劣的環(huán)境下運行,材料的使用壽命將會縮短。相反,如果主蒸汽溫度偏低,則汽機達不到預(yù)定的運行效率。因此,機組正常運行時要求主汽溫度穩(wěn)定。循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用由主汽溫度、噴水減溫器出口溫度及主蒸汽流量等參數(shù)組成的串級控制系統(tǒng)。主蒸汽溫度測量值作為主調(diào)的反饋輸入值,與主蒸汽溫度設(shè)定值進行PID運算后送入副調(diào),在副調(diào)中與減溫器出口蒸汽溫進行控制運算,其結(jié)果經(jīng)

22、限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機構(gòu),調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥67。2.3 給水控制系統(tǒng)汽包水位是機組運行的一個重要參數(shù),它反映了給水量與供汽量的動態(tài)平衡關(guān)系。如果水位過高,會破壞汽水分離裝置的正常工作,嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多,從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結(jié)垢,甚至?xí)蛊啓C發(fā)生水沖擊而損壞葉片。相反,如果水位過低則會破壞水循環(huán),導(dǎo)致水冷壁管道破裂。因此,機組啟停和正常運行時要求保持汽包水位相對恒定。如果水位超出正常范圍,輕則發(fā)出報警,重則停爐停機。循環(huán)流化床鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)低負荷時采用單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng),高負荷時采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。構(gòu)成給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三沖量是汽包水位、主蒸汽流量及給水流量。汽包水

23、位信號經(jīng)汽包壓力補償后作為主調(diào)的輸入,蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。當CFB鍋爐的負荷如果經(jīng)常波動那么就需要對控制策略做一定的修改,因為當鍋爐負荷出現(xiàn)大擾動時,會帶來很嚴重的虛假水位現(xiàn)象。三沖量控制不能使給水控制閥正確、及時地快速跟進負荷的變化。因此需要引入負荷變化率和汽包水位變化率兩個變量,正常水位調(diào)節(jié)時負荷變化率和汽包水位變化率均在某一限值之內(nèi),當出現(xiàn)上述異常時,其值會超過這兩個變量的值,這時改用一定的調(diào)節(jié)規(guī)則強行上拉或下拉水位控制閥,以保證汽包水位在安全范圍之內(nèi)。待水位恢復(fù)平穩(wěn)之后,再切入三沖量方案89。第三章 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 汽包水位是鍋爐運

24、行的主要指標之一，是一個非常重要的被控量。維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件，這是因為：水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離，飽和水蒸氣溫度急劇下降，該過熱蒸汽作為氣輪機動力的話，將會損壞氣輪機葉片，影響運行的安全性和經(jīng)濟性。水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量轉(zhuǎn)少，而負荷很大時，如不及時調(diào)節(jié)就會使汽包內(nèi)的水全部液化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐汽包水位必須嚴加控制17。3.1 汽包水位的動態(tài)特性分析 水位控制對象的動態(tài)特性是指引起水位變化的各種擾動與汽包水位間的動態(tài)關(guān)系。 圖3.1 鍋爐給水系統(tǒng) 1給水母管 2給水調(diào)節(jié)閥 3省煤器 4汽包 5下降管 6上升管 7過熱器 8蒸汽母管鍋

25、爐汽包水位控制對象結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，汽包水位不僅受汽包（包括循環(huán)水管）中儲水量的影響，亦受水位下汽包容積的影響。而水位下汽包容積與鍋爐的負荷、蒸汽壓力、爐膛熱負荷等有關(guān)。因此，影響水位變化的因數(shù)很多，其中主要是鍋爐蒸發(fā)量（蒸汽流量D）、給水流量W.我們需要了解這些特性，研究它們對汽包水位的影響。汽包及蒸發(fā)管系中貯藏著蒸汽和水，貯藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動就是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。如果只考慮主要擾動10，那么，汽包水位對象的動態(tài)特性可用方程式表示為：式中 T1，T2 為等到效

26、時間常數(shù) TW 給水流量對象時間常數(shù) Td 蒸汽流量對象時間常數(shù) KW 給水流量對象放大系數(shù) Kd 蒸汽流量對象放大系數(shù)3.1.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性圖3.2 給水流量擾動下水位響應(yīng)曲線圖3.2所示是給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線。把汽包和給水看作單容量無自衡過程，水位階躍響應(yīng)曲線如圖中1線。但是，由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸取部分熱量，這使得水位下汽泡容積有所減少。當水位下氣泡容積的變化逐漸平衡時，水位變化就完全反映了由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升。最后，當水位下氣泡容積不再變化時，水位變化就完全反映了由于儲水量的增加而逐漸上

27、升。因此，實際水位曲線如圖中H線，即當給水量階躍變化后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)一段起始慣性段。用傳遞函數(shù)來描述時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)?？杀硎緸椋?式中：為延遲時間，s;為響應(yīng)速度，即給水流量改變一個單位流量時，水位的變化速度，（mms-1）/（th-1）.3.1.2 汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性蒸汽流量擾動主要來自氣輪機的負荷變化，這是一個經(jīng)常發(fā)生的擾動，屬于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的外擾。在蒸汽流量D擾動作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖3.3所示： 圖3.3 蒸汽流量擾動下的水位響應(yīng)曲線當蒸汽流量D突然增加時，從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看，蒸汽量D大于給水量W，水位應(yīng)下降，

28、如圖中直線1所示。但實際情況并非這樣，由于蒸汽用量的增加，瞬間必然導(dǎo)致汽包壓力的下降。汽包內(nèi)的水沸騰突然加劇，水中汽包迅速增加，由于汽包容積增加而使水位變化的曲線如圖3中2所示。而實際顯示的水位響應(yīng)曲線3為曲線1和曲線2的合成。從圖上可以看出，當蒸汽負荷增加時，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始時，水位不僅不下降，反而迅速上升，然后在下降（反之，蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后上升）這種現(xiàn)象稱之為“虛假水位”12。蒸汽流量擾動時，水位變化的動態(tài)特性可用函數(shù)表示為： 式中：T2曲線3的時間常數(shù)；K2為曲線3的放大系數(shù)；為曲線3的響應(yīng)速度。3.2 汽包水位的控制方案汽包水位的控制是自動調(diào)

29、節(jié)給水流量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，使汽包液位保持在工藝允許的范圍內(nèi)。汽包液位控制分為三種：單沖量控制、雙沖量控制和三沖量控制。3.2.1 單沖量控制系統(tǒng)如圖3.4所示是單沖量變量水位控制系統(tǒng)。控制汽包水位時以給水量為操作變量，鍋爐液位為輸入變量組成單沖量控制系統(tǒng)，單沖量即汽包水位。此系統(tǒng)在蒸發(fā)量小時，水在汽包內(nèi)停留時間較長，“虛假水位現(xiàn)象”不顯著，能夠滿足生產(chǎn)的要求；在蒸發(fā)量相當大，蒸汽負荷突然增加時，“虛假水位現(xiàn)象”十分明顯，調(diào)節(jié)器收到錯誤的“假水位”信號，不但不開大給水閥增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，反而關(guān)小調(diào)節(jié)閥的開度，減少給水量。對于小容量鍋爐來說，它的蓄水量較大，水面以下的汽包體積不占

30、很大比重。因此，給水容積延遲和假水位現(xiàn)象不明顯，可以采用單沖量控制系統(tǒng)。對于大型超高壓（接近臨界壓力）鍋爐也可采用這種控制對象，因為在超高壓汽和水密度相差不大，假水位現(xiàn)象不顯著。但是，對于大量的大中型鍋爐來說，這種系統(tǒng)不能滿足要求。因為汽機耗氣量改變所產(chǎn)生的假水位將引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作，致使汽包水位激烈地上下波動，嚴重的影響設(shè)備的壽命和安全。所以對大中型鍋爐不能采用單沖量控制系統(tǒng)，必須尋求其他解決辦法。 圖3.4 單沖量水位控制系統(tǒng)對于大型超高壓（接近臨界壓力）鍋爐也可采用這種控制對象，因為在超高壓汽和水密度相差不大，假水位現(xiàn)象不顯著。但是，對于大量的大中型鍋爐來說，這種系統(tǒng)不能滿足要求。

31、因為汽機耗氣量改變所產(chǎn)生的假水位將引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作，致使汽包水位激烈地上下波動，嚴重的影響設(shè)備的壽命和安全。所以對大中型鍋爐不能采用單沖量控制系統(tǒng)，必須尋求其他解決辦法。3.2.2 雙沖量控制系統(tǒng) 圖3.5 雙沖量控制系統(tǒng)在單沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上適當引入了對蒸汽流量的測量，用來減弱“虛假水位”引起的調(diào)節(jié)器誤動作，這是一個前饋與單回路的復(fù)合控制系統(tǒng)。將測量出蒸汽負荷的大小，根據(jù)物料平衡原理，只要給水量與蒸發(fā)量相等，水位將保持不變，從而克服“假水位”的影響。這樣利用前饋控制負荷擾動和反饋控制來克服其他的擾動因素的設(shè)計思路不僅能消弱調(diào)節(jié)器的誤動作，還能使調(diào)節(jié)閥動作給水、水位波動減弱，起到改善

32、控制品質(zhì)的作用。但是，此系統(tǒng)只是消弱了由“假水位”引起的調(diào)節(jié)器誤動作，并沒有消弱“虛假水位現(xiàn)象”，同時由于負荷擾動引起的水位變化速度比給水變化引起的水位變化速度要快的多，所以，此系統(tǒng)調(diào)節(jié)也會產(chǎn)生較大的水位波動。雙沖量水位控制系統(tǒng)存在的問題是：控制作用不能及時的反映給水方面的擾動，當給水量發(fā)生擾動時，要等到汽包水位變化時才通過調(diào)節(jié)器作用執(zhí)行器進行調(diào)節(jié)，滯后時間長，水位波動較大。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不能保持正常時，不宜采用雙沖量控制11-17。3.2.3 三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個弱點，即調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定是線性，這樣要做到靜態(tài)補償不是很準；同時對于

33、給水系統(tǒng)的擾動不能直接補償。為此，將給水流量信號引入，構(gòu)成三沖量控制。三沖量控制系統(tǒng)如圖3.6：圖3.6 三沖量控制系統(tǒng) 三沖量控制對單、雙沖量控制方案取長補短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。例如，當耗氣量D突然階躍增大時，一方面由于假水位現(xiàn)象水位會暫時升高，它使調(diào)節(jié)器錯誤地指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)增加給水量。另一方面，D的增大又通過雙沖量控制作用指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)增加給水量。實際給水量是增大還是減少，取決于系統(tǒng)系數(shù)的整定。當假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號都能正確地指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。只要參數(shù)整定合適，當系數(shù)恢復(fù)平衡以后，給水量必然等于蒸汽流量，水位H也就會維持在設(shè)定值。3.2.4 幾種控制系統(tǒng)方案的比較單沖量水位

34、控制是汽包水位自動控制中最簡單最基本的一種形式，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)，但它不能克服“虛假水位”的影響，而且沒有給水流量信號的反饋，所以水位波動較大。雙沖量水位控制系統(tǒng)是在單沖量控制的基礎(chǔ)上，引進蒸汽流量作為前饋信號。該控制系統(tǒng)的特點是：引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假水位”對調(diào)節(jié)品質(zhì)的不良影響。當蒸汽流量變化時，就有一個給水量與蒸汽量向同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假水位”引起的給水量與蒸汽量反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥從一開始就向正確的方向移動。因而大大減小了給水量與水位的波動，縮短調(diào)節(jié)的時間。而且引入的蒸汽流量的前饋信號，能改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。雙沖量水位

35、控制系統(tǒng)適用于小型低壓而且給水壓力較穩(wěn)定的鍋爐。當給水壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量控制；另外在大型鍋爐的控制中，鍋爐容量越大，壓力越來越高，汽包的相對容水量就越小，允許波動的儲水量就更少。為了把水位控制平穩(wěn)，在雙沖量水位調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上引入了給水流量信號，由水位蒸汽流量和給水流量就構(gòu)成了三沖量水位控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)里，汽包水位是被控變量，是主沖量信號，蒸汽流量，給水流量是兩個輔助沖量信號。在負荷變化時給水流量會及時做出相應(yīng)變化，調(diào)節(jié)時間也比較短，對于克服“虛假水位”的動態(tài)偏差有進一步的好處。三沖量水位控制系統(tǒng)抗干擾能力強，適用于大中型中壓鍋爐17。3.3 本設(shè)

36、計方案分析從前面的分析、比較，我認為在鍋爐水位調(diào)節(jié)中三沖量控制系統(tǒng)是最優(yōu)控制。本設(shè)計主要是以以75t/h流化床鍋爐系統(tǒng)為對象對循環(huán)流化床鍋爐汽包水位進行控制。采用PLC控制器，以鍋爐水位為主控信號，蒸汽流量為前饋信號，給水流量為控制器的反饋信號；設(shè)計適應(yīng)該鍋爐運行的控制系統(tǒng)。其主要技術(shù)指標：1、 對鍋爐水位、蒸汽流量和給水流量分別進行信號采集；2、 現(xiàn)場自動檢測儀表對生產(chǎn)中各個參數(shù)自動、連續(xù)地進行檢測；3、 通過下位機的控制，使鍋爐汽包水位維持在正常的范圍內(nèi)；4、 當水位超過上限或下限時，能及時報警。鍋爐的汽包高度為3米，水位上、下限分別為2.2和1.2米。3.4.1 三沖量控制原理及方框圖

37、通過汽包水位調(diào)節(jié)對象動態(tài)特性的研究,知道汽包水位的調(diào)節(jié)具有一定的延遲和慣性特點,即在蒸發(fā)量、給水量發(fā)生階躍變化時,調(diào)節(jié)對象H(水位)不能立即跟著作線性變化,尤其在蒸發(fā)量發(fā)生階躍變化時,有“虛假水位”現(xiàn)象。本次設(shè)計的控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來說，是一個帶有前饋信號的串級控制系統(tǒng)，其三沖量控制系統(tǒng)框圖如下：圖3.7 串級三沖量汽包水位控制原理框圖以汽包水位作為主控制信號構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路,以蒸汽流量作為前饋信號構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路,以給水流量作為串級信號構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路,由這三個回路共同構(gòu)成鍋爐汽包水位串級三沖量控制系統(tǒng)。給水流量局部反饋信號通過給水流量變送器、副調(diào)節(jié)器、給水調(diào)節(jié)組成內(nèi)回路，其作用是消除給水壓力波動

38、等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸發(fā)量平衡,它是一個快速回路;由主信號水位H通過水位變送器、主調(diào)節(jié)器、內(nèi)回路、對象調(diào)節(jié)通道組成外回路(主回路),其作用是校正水位偏差,使水位等于設(shè)定值;蒸汽流量信號作為前饋信號,其作用是使給水量很快跟蹤蒸汽流量的變化,克服虛假水位現(xiàn)象所引起的調(diào)節(jié)機構(gòu)誤動作和水位過大波動14。3.4.2 控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 圖3.8 串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)原理框圖 1、副回路分析圖3.9 副回路方框圖 副回路由副調(diào)節(jié)器、給水調(diào)節(jié)機構(gòu)K0、給水流量W、給水流量變送器K1組成。根據(jù)一般串級控制系統(tǒng)的要求，希望將副回路設(shè)置為快速

39、隨動系統(tǒng)，這樣使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。副調(diào)節(jié)器常選比例控制，這樣副回路具有近似比例帶的特性，其執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、檢測和變送器和給水反饋裝置都可似為比例環(huán)節(jié)。 副調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，其傳遞函數(shù)： 式中：為積分速度；為積分時間。 給水調(diào)節(jié)機構(gòu)可似為比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)： 給水流量變送器可似為比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)： 副回路的傳遞函數(shù)可表示為： 2、主回路分析 圖3.10 主回路方框圖主回路由主調(diào)節(jié)器、副回路、被控對象G01（s）、水位變送器K2組成。 副調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，其傳遞函數(shù)： 式中：為積分速度；為積分時間。 被控對象的傳遞函數(shù)即汽包在給水擾動下的傳遞函數(shù)：

40、水位變送器可似為比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)： 主回路的傳遞函數(shù)可表示為： 3、前饋回路分析該前饋屬于一種附加擾動輸入補償，附加的補償裝置所提供的控制作用，主要起到對擾動影響“防患未然”的效果。故應(yīng)按照不變性原理來設(shè)計，即保證系統(tǒng)輸出與作用在系統(tǒng)上的擾動完全無關(guān)3。在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正，使靜態(tài)水位值總是等于給定值。因此，前饋裝置的選擇將不受靜態(tài)特性無差條件的限制，可根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴重程度來確定，從而改善負荷擾動時控制過程的質(zhì)量。由于在負荷擾動時，水位的最大偏差（第一個波幅）往往出現(xiàn)在擾動發(fā)生后不久（虛假水位現(xiàn)象造成），這個水位最大偏差的數(shù)值取決于擾動的大小、

41、擾動的速度和鍋爐的特性，蒸汽流量信號加強后的前饋作用對水位的最大偏差減小起不了多大作用。加強蒸汽流量信號怕作用，在于減少控制過程中第一個波幅以后的水位波動幅度和縮短控制過程的時間，蒸汽流量信號也不需要過分加強15。 4、整個控制系統(tǒng)分析三沖量水位控制系統(tǒng)由主調(diào)節(jié)器PIl和副調(diào)節(jié)器PI2組成，主調(diào)節(jié)器PIl接受汽包水位信號去控制副調(diào)節(jié)器PI2。副調(diào)節(jié)器除接受主調(diào)節(jié)器輸出信號IH外，還接受水量反饋信號Iw和蒸汽量信號ID，組成了一個三沖量的串級控制系統(tǒng)，其中副調(diào)節(jié)器的作用是通過內(nèi)回路進行蒸汽流量D和給水流量W的比值調(diào)節(jié)，并快速消除給水側(cè)的擾動。主調(diào)節(jié)器主要通過調(diào)節(jié)副調(diào)節(jié)器進行水位的校正，使水位保持

42、在給定值。在確定調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)的前提下，按單回路控制系統(tǒng)，可以確定FC（即為副調(diào)節(jié)器）為正作用。汽包液位和給水流量增加都需要關(guān)小調(diào)節(jié)閥，即對閥位的動作方向要求是一致的，故LC（即為主調(diào)節(jié)器）是反作用。其調(diào)節(jié)過程：根據(jù)串級控制系統(tǒng)選擇主、副控制器的正、反作用的原則，水位控制器LC選反作用，流量控制器FC為正作用，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥。當水位由于擾動而升高時，因LC反作用，它的輸出下降，使FC給定值減小而輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水流量減小，水位下降，保持在設(shè)定值上；當蒸汽流量增加時，F(xiàn)C給定值增加而輸出減小，調(diào)節(jié)閥的開度增加，給水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不變；副回路克服給水自身的擾動，要進一

43、步地穩(wěn)定了水位的自動控制；給水流量增加，F(xiàn)C輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水量減小，從而保持水蒸汽平衡12-14。3.4.3 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 對于整個系統(tǒng)傳遞函數(shù)如下： （1）在控制輸入下的閉環(huán)傳遞函數(shù)令 有（2） 擾動輸入下的傳遞函數(shù) 可依據(jù)“不變性”原理來確定前饋控制器，即達到完全補償時 （3） 整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下：由此可知，這屬于一個高階系統(tǒng)(分母屬于四階，分子屬于2階)，由勞斯穩(wěn)定判據(jù)可判斷其穩(wěn)定性。設(shè): C= E= F= G= N=根據(jù)勞斯穩(wěn)定判據(jù)計算可知：只要保證EFCGNE0就可以保證勞斯穩(wěn)定判據(jù)的第一列元素的符號全為正，則該系統(tǒng)穩(wěn)定.第四章 循環(huán)流化床鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

44、硬件設(shè)計 該系統(tǒng)的硬件主要有給水流量變送器、蒸汽流量變送器、液位變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等組成。4.1 變送器的選擇 變送器是將被測工藝參數(shù)，通過其傳感元件的檢測，轉(zhuǎn)換部件的放大和變換，輸出一個統(tǒng)一的相應(yīng)的氣壓或電流信號，再傳送到指示記錄儀、運算器和調(diào)節(jié)器，供指示、記錄和調(diào)節(jié)。4.1.1 液位變送器的選擇液位變送器是對壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理，實現(xiàn)對水、油及糊狀物的體積、液高、重量的準確測量和傳送，有投入式、直桿式、法蘭式、螺紋式、電感式、旋入式、浮球式結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝簡單，使用方便、互換能力強，高品質(zhì)傳感器的靈敏度高，響應(yīng)速度快，準確反映

45、流動或靜態(tài)液面的細微變化，測量準確度高。 這次設(shè)計中我采用的是GWLF導(dǎo)波雷達液位變送器10，它的工作原理是：導(dǎo)波雷達液位計是依據(jù)時域反射原理(TDR)為基礎(chǔ)的雷達液位計，雷達液位計的電磁脈沖以光速沿鋼纜或探棒傳播，當遇到被測介質(zhì)表面時，雷達液位計的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時間成正比，經(jīng)計算得出液位高度。 GWLF導(dǎo)波雷達液位變送器，是采用最新的雷達技術(shù)而生產(chǎn)的兩線制、直流24V供電的液位變送器，它遠遠優(yōu)于許多傳統(tǒng)的測量技術(shù)。該產(chǎn)品使用了新型外殼，將接線板和測量線路板分別置于兩個室中，其角度更適于接線、組態(tài)和觀察顯示數(shù)

46、據(jù)。 雷達信號通過導(dǎo)波桿傳播，而不是通過空氣傳送，導(dǎo)波桿上的空氣和凝結(jié)水不會影響性能，可測量介電常數(shù)低至1.4的介質(zhì)（如丁烷）。測量時除了導(dǎo)波管外，無需套管/豎管，測量不受泡沫、波動、湍流甚至攪拌機葉片等狀態(tài)影響，測量數(shù)據(jù)與工況（過程溫度、過程壓力、介質(zhì)密度）的變化無關(guān)，可快速跟蹤液面。 導(dǎo)波雷達液位變送器的技術(shù)參數(shù)：輸出信號：420mA或420mA帶HART協(xié)議分辨率:模擬：0.01mA，顯示：0.1mm；環(huán)境溫度：-4080工作溫度：220；工作壓力：1.0，2.5，4.0,6.3Mpa；電源：普通型：1136VDC 本安型：1128.6VDC 隔爆型（帶本安電子單元）1636VDC 導(dǎo)波

47、雷達液位變送器選用型號：GWLF-MA2/iSFE-1000為導(dǎo)波雷達液位變送器，本安型，標準同軸式探頭，公稱壓力 4.0MPa，探頭材質(zhì)316不銹鋼，過程溫度200，過程連接34NPT，420mA電流輸出，探頭長度1000mm。4.1.2 流量變送器的選擇本次設(shè)計中，需要蒸汽流量測量變送器和給水流量測量變送器，我都選用渦街流量變送器，因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。渦街流量變送器,主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其

48、特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。渦街流量變送器的特點：不受溫度、壓力的影響，同時不易堵，不易卡，不易結(jié)垢，耐高溫，高壓；安全防爆，適用于惡劣環(huán)境使用壽命長，具有良好的共模干擾抑制能力;可在很寬的流量范圍內(nèi)精確測量氣體、液體和蒸汽的流量而不受流體物理性質(zhì)的影響。 渦街流量變送器的技術(shù)參數(shù)：測量流體：飽和蒸汽、過熱蒸汽、氣體、液體（避免多相流）。測量范圍:測量液體流速下限（m/s）流速上限（m/s）氣體（含蒸汽）770液體0.77額定壓力：1.6MPa、2.5MPa、6.3MPa流體溫度：-40250(普通型)，100350

49、(普通型)輸出信號：脈沖輸出、420mA電流輸出，RS485通訊等三種輸出可供選擇電氣接口：M20*1.5 防護等級：IP65表體處理：傳感器表體采用不銹鋼噴砂，放大器外殼采用噴塑。環(huán)境溫度：-3560（無LCD）、-560（帶LCD）相對濕度：5%95綜合以上對渦街流量變送器的敘述，我選擇的給水流量變送器和蒸汽流量變送器的型號如下：給水流量變送器的型號：ST-LU-100YF1J1L2E1T1P3D2B1 給水流量在14200m3/h 有溫壓補償，采用法蘭連接式、通徑DN100、常溫測量、DC24V供電、4-20mA輸出（二線制）蒸汽流量變送器的型號：ST-LU-50YF1J3L2E1T3P

50、3D2B1 蒸汽流量在35350m3/h 有溫壓補償，采用法蘭連接式、通徑DN50、常溫測量、DC24V供電、4-20mA輸出（二線制）。4.2 執(zhí)行器的選擇在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，執(zhí)行器起著十分重要的作用，是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器的控制信號，自動地改變操縱量，達到對被調(diào)參數(shù)進行調(diào)節(jié)的目的。因此是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的終端部件，而調(diào)節(jié)閥則是執(zhí)行器中最廣泛使用的形式，執(zhí)行器的好壞直接影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常工作2。執(zhí)行器一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作，執(zhí)行器包括執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)，本設(shè)計采用的電動執(zhí)行器。 一般情況下，由于等百分

51、比特性的調(diào)節(jié)閥能適應(yīng)負荷變化范圍較大的場合，因此在工程上常常優(yōu)先選用。根據(jù)以上選取電動執(zhí)行器的原則：調(diào)節(jié)機構(gòu)選擇ZDJV電子式電動V型調(diào)節(jié)球閥，配用PSQ系列電動執(zhí)行機構(gòu)。ZDJV型的電動調(diào)節(jié)閥無需另配伺服放大器，有輸入控制信號（4-20mADC或1-5ADC）及單相電源即可控制運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對壓力、流量、溫度、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。閥芯上開有V型切口，與硬密封閥座相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生剪切力，可將纖維切斷，防止卡死，具有流通能力，調(diào)節(jié)精度高，可調(diào)比大，密封性好，重量輕等特點。適用于除小口徑，角型、三通連接外的大部分場合，是替代進口產(chǎn)品的最佳產(chǎn)品，特別適用于泥漿和含有纖維性介質(zhì)，以及含有微小固體懸浮物介質(zhì)的調(diào)節(jié)

52、，廣泛應(yīng)用于造紙業(yè)、制糖、石油、化工、冶金等行業(yè)的工業(yè)過程自動控制系統(tǒng)中。PSQ系列角行程電子式一體化電動執(zhí)行機構(gòu)，體積小、重量輕、功能強、智能操作器內(nèi)裝、操作方便。PSQ系列角行程電動執(zhí)行機構(gòu)，以90角行程輸出力矩為50Nm-3000Nm，適用于90旋轉(zhuǎn)閥門（如球閥、蝶閥）和風(fēng)門開關(guān)或調(diào)節(jié)控制。其特點:一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，位置變送器和伺服放大器做為兩個獨立部件均可直接裝入執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部，直接接受4-20mA控制信號，輸出4-20mA或1-5VDC閥位反饋信號，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便;有轉(zhuǎn)矩開關(guān)保護，可防止因閥門產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩而損壞閥桿;驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制作的高速同步電機，運

53、行平穩(wěn)。具有體積小、力矩大、抗堵轉(zhuǎn)、控制精度高等特點。 選擇的執(zhí)行器型號為：ZDJV941F64P Z：自控閥門 D：以PSQ系列為執(zhí)行機構(gòu) J表示角行程 V表示V形球閥 9：以電動形式傳動 41表示法蘭連接 F：四氟乙烯密封 64表示公稱壓力6.4MPa P：不銹鋼閥體材料。 該型號的執(zhí)行器其公稱通徑可在25-300mm之間；其流量特性為等百分比特性。4.3 調(diào)節(jié)器的選擇本設(shè)計選用西門子S7200型PLC,該機型具有編程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、易于擴展和通信聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點,易實現(xiàn)其數(shù)字PID控制算法。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-20

54、0系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等16。1基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表4.1表4.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號輸入點輸出點可帶擴展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個擴展模塊78路數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點S7-200CPU22414107個擴展模塊168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU22624162個擴展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU226XM24162個擴展模塊248路數(shù)字