基于ABB通用變頻器三菱PLC的風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE- 35 - / NUMPAGES351引言目前,在我國大多數(shù)風(fēng)機(jī)在使用過程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等。許多單位仍然采用落后的調(diào)節(jié)檔風(fēng)板或閥門開啟度的方式來調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等。這實(shí)際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費(fèi)電能和金錢為代價(jià)來滿足工藝和工況對氣體流量調(diào)節(jié)的要求。這種落后的調(diào)節(jié)方式，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源，而且調(diào)節(jié)精度差，很難滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)與服務(wù)等方面的要求，負(fù)面效應(yīng)十分嚴(yán)重。 變頻調(diào)速出現(xiàn)為風(fēng)機(jī)改造帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調(diào)速性能日趨完美，已被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的

2、交流調(diào)速。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)程。 變頻調(diào)速用于交流異步電機(jī)調(diào)速，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何交、直流調(diào)速方式。而且結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試使用方便、保護(hù)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著，已經(jīng)成為交流電機(jī)調(diào)速的最新潮流。 鍋爐風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)是按最大工況來考慮的，在實(shí)際使用中有很多時(shí)間風(fēng)機(jī)都需要根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是用開關(guān)風(fēng)門、閥門的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式增大了供風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)流損失，在啟動(dòng)時(shí)還會有啟動(dòng)沖擊電流，且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的，調(diào)節(jié)速度緩慢，減少損失的能力很有限，也使整個(gè)系統(tǒng)工作在波動(dòng)狀態(tài)；而通過在鍋爐風(fēng)機(jī)上加裝變頻調(diào)速裝置

3、則可一勞永逸的解決好這些問題，可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，并可通過變頻節(jié)能收回投資。 采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著。實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長了設(shè)備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊。電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪音對環(huán)境的影響。具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能。運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)靈活多樣，可手動(dòng)控制也可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且可與鍋爐其他自控裝置進(jìn)行電氣連鎖，實(shí)現(xiàn)鍋爐的自動(dòng)保護(hù)與計(jì)算機(jī)控制，不會因事故影響生產(chǎn)。安裝時(shí)可不破壞原有的配電設(shè)施與環(huán)境，不影響生產(chǎn)。只需調(diào)節(jié)電位器旋鈕即可調(diào)整風(fēng)量，操作方便。2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能原理2.1風(fēng)機(jī)水泵控制

4、設(shè)備現(xiàn)狀在工業(yè)用風(fēng)機(jī)中，如鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)等，大部分是額定功率運(yùn)行，風(fēng)機(jī)流量的設(shè)計(jì)均以最大風(fēng)量需求來設(shè)計(jì)，其調(diào)整方式采用檔板，風(fēng)門、回流、起停電機(jī)等方式控制，無法形成閉環(huán)控制，也很少考慮省電。電氣控制采用直接或 Y-啟動(dòng)，不能改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，無法具有軟啟動(dòng)的功能，機(jī)械沖擊大，傳動(dòng)系統(tǒng)壽命短，震動(dòng)與噪聲大，功率因數(shù)較低等是其主要的難點(diǎn)。三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)關(guān)系如公式(2.1)所示 (2.1)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； 轉(zhuǎn)差率；電機(jī)極對數(shù)；電源頻率，Hz。對于選定的電動(dòng)機(jī)而言，轉(zhuǎn)差率和電動(dòng)機(jī)極對數(shù)均為常數(shù)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于電源頻率，變頻器就是通過改變電源頻率的方式來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變風(fēng)量

5、的目的。由于轉(zhuǎn)速與頻率之間是線性關(guān)系，其轉(zhuǎn)速的全程調(diào)節(jié)性能均較好，調(diào)節(jié)較為平滑。變頻器是一種比較理想的改變電源的裝置。2.2風(fēng)機(jī)水泵的節(jié)能原理用調(diào)速代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量，是一個(gè)節(jié)電的有效途徑。如圖2.1給出了風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)和變頻調(diào)速兩種控制方式下風(fēng)路的壓力-風(fēng)量（H-Q）關(guān)系。圖2.1 壓力-風(fēng)量關(guān)系其中：曲線是風(fēng)機(jī)在某一較低速度下的H-Q曲線； 曲線風(fēng)機(jī)在而定的轉(zhuǎn)速下的H-Q曲線；曲線1是風(fēng)門開度最大的風(fēng)路H-Q曲線曲線2是風(fēng)機(jī)在某一較小開度下的風(fēng)路H-Q曲線?？梢钥闯?，當(dāng)實(shí)際工況風(fēng)量由下降到時(shí)，如果在風(fēng)機(jī)以額定轉(zhuǎn)速的運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下調(diào)節(jié)風(fēng)門開度，則工況點(diǎn)沿曲線由A移到B；如果風(fēng)門開度最大的條

6、件下用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則工況點(diǎn)沿曲線1由A移到C點(diǎn)。顯然，B點(diǎn)與C點(diǎn)的風(fēng)量一樣，但C點(diǎn)的壓力要比B點(diǎn)風(fēng)機(jī)的壓力小得多，也就是說，風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速運(yùn)行方式下，節(jié)能效果明顯。2.3流體力學(xué)的觀點(diǎn)風(fēng)機(jī)流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。因而，理想情況下有如表2.1所示表2.1風(fēng)機(jī)流量、轉(zhuǎn)速、壓力、功率理想情況下關(guān)系流量(%)轉(zhuǎn)速(%)壓力(%)功率(%)10010010010090908772.980806451.270704934.360603621.650502512.5由上表可見：當(dāng)需求流量下降時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。如，當(dāng)流量需求減少一半時(shí)

7、，如通過變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的 12.5% ，即可節(jié)約 87.5 %的能源。如采用傳統(tǒng)的擋板方式調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然也可相應(yīng) HYPERLINK :/ ztjn /news/40.html 降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則有天壤之別。 目前絕大多數(shù)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實(shí)現(xiàn)的，這種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式不但使風(fēng)機(jī)的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為節(jié)約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經(jīng)濟(jì)效益，采用 HYPERLINK :/ ztjn /gaoya.html 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風(fēng)門擋板，已成為各 HYPERLINK :/ ztjn /news/

8、46.html 鍋爐使用單位節(jié)能改造的重點(diǎn)。3鍋爐系統(tǒng)控制方案的確定3.1鍋爐組成鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的密閉壓力容器，是鍋和爐的組合體。鍋是溶水產(chǎn)汽（或熱水）的部分，也是汽、水系統(tǒng)。爐是燃料燃燒的放熱部分，也就是煤、風(fēng)、煙、灰系統(tǒng)。鍋爐就是汽、水系統(tǒng)和煤、風(fēng)、煙、灰系統(tǒng)的統(tǒng)一體鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 3.1.1汽、水系統(tǒng)汽、水系統(tǒng)由省煤器、汽包、對流管束、水冷壁、過熱器等組成，如圖3.1所示。圖3.1 汽、水系統(tǒng)省煤器：鍋爐省煤器是鍋爐尾部煙道中將鍋爐

9、給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，由于它吸收的是比較低溫的煙氣，降低了煙氣的排煙溫度，節(jié)省了能源，提高了效率。汽包：汽包也稱鍋筒。是自然循環(huán)鍋爐中最重要的受壓元件。汽包分成汽空間和水空間，用來進(jìn)行蒸汽凈化，對下降管進(jìn)行可靠供水，保證鍋爐正常水循環(huán)。汽包的作用主要是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過熱三過程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)。對流管束：對流管束是指水管鍋爐上下兩端分別與上下鍋筒聯(lián)接的一束鋼管，是小型水管鍋爐的重要蒸發(fā)受熱面。水冷壁：水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數(shù)排鋼管組成，分布于鍋爐爐膛的四周。它的部為流動(dòng)的水或蒸汽。水冷壁的作用是吸收爐膛中高溫火焰或煙氣的輻射熱量,在管產(chǎn)生蒸汽或熱水，并

10、降低爐墻溫度,保護(hù)爐墻。過熱器：鍋爐中將飽和溫度或高于飽和溫度的蒸汽加熱到規(guī)定過熱溫度的受熱面，又稱蒸汽過熱器。3.1.2煤、風(fēng)、煙、灰系統(tǒng)煤、風(fēng)、煙、灰系統(tǒng)由給煤斗、爐排、空氣預(yù)熱器、風(fēng)室、煙道、煙囪、灰斗車等組成，如圖3.2所示。煤斗：煤斗裝有一分離篩，分離篩下安裝偏心滾輪，分離篩與偏心滾輪由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)來回晃動(dòng)，分離篩下方有分行齒閘門，分行齒閘門由滾輪帶動(dòng)，對分離篩篩下的煤進(jìn)行分行后進(jìn)入燃燒器。爐排：鍋爐中堆置固體燃料并使之有效燃燒的部件。整個(gè)爐排主要包括框架和爐排片兩個(gè)部分?？諝忸A(yù)熱器：空氣預(yù)熱器簡稱為空預(yù)器，多用于燃煤電站鍋爐。是鍋爐尾部煙道中的煙氣通過部的散熱片將進(jìn)入鍋爐前的空氣預(yù)

11、熱到一定溫度的受熱面。風(fēng)室：鍋爐風(fēng)室要求密閉性能好，調(diào)節(jié)靈活，布風(fēng)合理，降低了空氣過量系數(shù)，提高了鍋爐的熱效率煙道：煙道是用于引導(dǎo)煙氣或布置受熱面的煙氣通道。煙囪：將煙氣導(dǎo)向高空的管狀建筑物。煙囪作用是拔火拔煙，排走煙氣，改善燃燒條件。煤煤場破碎輸送機(jī)煤斗空氣預(yù)熱器送風(fēng)機(jī)風(fēng)熱風(fēng)管風(fēng)室除灰斗受熱面除灰設(shè)備灰場除塵器引風(fēng)機(jī)煙囪灰渣煙鍋爐燃燒室圖3.2 煤、風(fēng)、煙、灰系統(tǒng)圖3.1.3附屬系統(tǒng)根據(jù)工作的需要，還要建立相應(yīng)的服輸系統(tǒng)，包括上煤系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、儀表自動(dòng)化系統(tǒng)等。上煤系統(tǒng)：由儲煤場將煤混合好，有運(yùn)送機(jī)械送至煤倉，進(jìn)入煤斗，然后隨爐排送入爐燃燒。通風(fēng)系統(tǒng)：由鼓風(fēng)機(jī)

12、將空氣送入預(yù)熱器，是進(jìn)入爐膛的風(fēng)溫提高，很快與燃料在高溫狀態(tài)下進(jìn)行劇烈的氧化燃料反映，長生很多的熱燃?xì)?，將熱傳給汽、水系統(tǒng)、燃?xì)鉁囟认陆狄院笮纬蔁煔忭樦膊客ㄟ^省煤器和空氣預(yù)熱器由引風(fēng)機(jī)吸到煙道入煙囪排至大氣。除灰系統(tǒng)：由冷灰斗、除灰機(jī)等組成。由爐排末端漏下的灰通過冷灰斗落入除灰機(jī)排走。給水系統(tǒng)：由儲水箱、給水泵、給水管路、省煤器等組成。經(jīng)過軟化的水進(jìn)入儲水箱，由給水泵通過給水管打入省煤器進(jìn)入汽包。供氣系統(tǒng)：由過熱器、減溫器、集汽包、供汽管路等組成。由鍋爐汽包引出的飽和蒸汽，通過過熱器把蒸汽的溫度提高到一定程度，由減溫器控制所需溫度，再由蒸汽通道送至用戶。儀表系統(tǒng)：由蒸汽、水流量、壓力、溫度、

13、液位指示，給煤、送風(fēng)等機(jī)械和自動(dòng)化調(diào)節(jié)裝置等組成。3.2鏈條鍋爐鏈條鍋爐是機(jī)械化程度較高的一種層燃爐，是火床燃燒的一種。煤在水平運(yùn)動(dòng)的路牌上燃燒，空氣經(jīng)預(yù)熱器從爐排下方自下而上的引入。煤從煤斗落到爐排上，經(jīng)過爐閥門時(shí)被刮成一定厚度后進(jìn)入爐膛，沒在爐排上分段燃燒成渣，爐渣隨著爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)排出。爐膛中燃燒的煤所釋放的熱量，被爐膛周圍的水壁吸收而在汽包中達(dá)到汽、水分離，高溫高壓蒸汽進(jìn)入分汽缸通過換熱站供用戶。燃燒產(chǎn)生的煙氣被引風(fēng)機(jī)帶動(dòng)經(jīng)過省煤氣、空氣預(yù)熱器換熱后再經(jīng)過除塵排入大氣。工藝流程圖如圖3.3所示。圖3.3 工藝流程圖爐排燃燒的特點(diǎn)是：燃料在固定的、活絡(luò)的、推動(dòng)的、震動(dòng)的或轉(zhuǎn)動(dòng)的爐排上燃燒。燃

14、燒所需空氣由爐排下供給，與燃料氣激烈化學(xué)反應(yīng)，放出熱量，并形成具有較高溫度的煙氣，在爐膛空間繼續(xù)燃燒放出熱量，最后離開爐膛，進(jìn)入對流熱面、尾部受熱面、進(jìn)行換熱，由煙囪拍之大氣。鏈條爐排是一種可以循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的爐排。燃燒進(jìn)入爐膛后，隨著爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)，依次完成預(yù)熱、干餾、著火、燃燒、燃燼階段。由于運(yùn)行可靠，燃燒穩(wěn)定，被廣泛采用。鏈條爐拍的煤，借煤的自重通過煤斗落到爐排上。用煤的多少，是根據(jù)過路的符荷，用煤閥板控制。煤閥板上的金屬框架嵌有耐火材料。此外，它由機(jī)械傳動(dòng)調(diào)節(jié)其開度。為了防止煤閥板燒壞、變形，一方面耐火材料要具備較高的耐火度，另一方面，還可以在煤閥板上安裝循環(huán)水冷卻管，冷卻煤閥板。鏈條爐排的一次

15、空氣，是由爐排下部進(jìn)入的。風(fēng)道可以由一側(cè)引入，對于較寬爐排，也有從兩側(cè)同時(shí)引入的。一半分段送入，俗稱分段送風(fēng)。分段風(fēng)室三至五個(gè)相互隔絕，每個(gè)風(fēng)室都有蝴蝶擋板控制其風(fēng)壓與風(fēng)量。風(fēng)室是由薄鋼板焊接成的。爐排工作面約有40%實(shí)在較高溫度下工作，其余的爐排在下面空走著，使?fàn)t排片得到了良好的冷卻。鏈條爐排的后部裝有擋渣裝置，其作用為了延長灰渣在爐排后部的停留時(shí)間，以使夾雜在灰渣中的可燃物進(jìn)一步燃盡。3.3鍋爐系統(tǒng)控制原理3.3.1鍋爐自動(dòng)運(yùn)行的主要任務(wù)鍋爐自動(dòng)運(yùn)行的主要任務(wù)是：保持汽包水位在規(guī)定的圍，控制蒸汽壓力的穩(wěn)定，控制爐膛負(fù)壓在規(guī)定的圍，維持經(jīng)濟(jì)燃燒。工業(yè)鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象。有多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)和

16、被調(diào)節(jié)參數(shù)，并且還存在錯(cuò)綜復(fù)雜的擾動(dòng)參數(shù)。參數(shù)的相互作用如圖3.4所示圖3.4 爐輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間的影響示意圖鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的對象，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)節(jié)參數(shù)之間，存在許多交叉影響。因此，理想的鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該是多回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐收到某一擾動(dòng)后，同時(shí)協(xié)調(diào)地動(dòng)作，改變其調(diào)節(jié)量，是所有的被挑梁都具有一定的調(diào)節(jié)精度。鍋爐控制系統(tǒng)包括：汽包水位控制系統(tǒng)、給煤控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。3.3.2給煤控制系統(tǒng)爐膛燃燒系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)：使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，同時(shí)保持經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行。控制原理框圖如圖3.5所示。圖

17、3.5 給煤控制原理框圖3.3.3汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。水位高會導(dǎo)致蒸汽帶水進(jìn)入過熱器并在過熱管結(jié)垢，影響傳熱效率嚴(yán)重的將引起過熱器爆管。水位過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過熱而爆管。影響鍋爐汽包水位變化的因素共四方面：(1) 給水方面的擾動(dòng)，包括給水母管壓力的變化和給水變頻器的變化。(2) 蒸汽負(fù)荷的變化。(3) 燃料量的變化。(4) 汽包壓力的變化，汽包壓力對汽包水位的影響是通過汽包部汽、水系統(tǒng)的“自凝結(jié)”和“自蒸發(fā)”起作用的。液位定值控制方式采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。易于實(shí)現(xiàn)的單回路PID控制，但是這種控制方式解決不了汽包運(yùn)行中出現(xiàn)的“虛

18、假液位”現(xiàn)象。為了克服“虛假液位”現(xiàn)象，必須采取三沖量控制。三沖量分別為汽包水位、給水流量、蒸汽流量。整個(gè)控制系統(tǒng)形成兩個(gè)閉合回路?；芈芬皇怯山o水流量測量裝置、調(diào)節(jié)算法、給水變頻器構(gòu)成的水流量回路，又稱回路。作用是消除給水側(cè)的擾動(dòng)穩(wěn)定給水流量，水位控制中起輔助作用?；芈范怯伤蛔兯推?、調(diào)節(jié)算法、整個(gè)回路與對象控制通道所構(gòu)成的水位回路，又稱外回路。作用是消除各種擾動(dòng)對水位的影響，維持汽包水位接近給定值。蒸汽流量信號是前饋信號。在回路中只形成開路，不影響上面兩個(gè)閉環(huán)的穩(wěn)定性。三沖量控制在系統(tǒng)中的作用有兩個(gè)，作用一是改善蒸汽干擾對水位的控制品質(zhì)，克服虛假水位所引起的調(diào)節(jié)算法的擾動(dòng)操作輸出；作用二是

19、與給水流量信號配合，達(dá)到希望的水位靜特性。三沖量給水系統(tǒng)框圖如圖3.6所示。圖3.6 三沖量給水系統(tǒng)框圖3.3.4爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 鍋爐正常運(yùn)行中，爐膛負(fù)壓應(yīng)保持在20Pa到50Pa的負(fù)值圍。復(fù)壓過大，漏風(fēng)嚴(yán)重，總的風(fēng)量增加，煙氣熱量損失增大，同時(shí)引風(fēng)機(jī)的電耗增加，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒；負(fù)壓偏正，爐膛要向外噴火，不利于安全生產(chǎn)。所以爐膛負(fù)壓必須進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。爐膛負(fù)壓的控制原理圖如圖3.7所示。圖3.7 爐膛負(fù)壓控制原理框圖3.3.5鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)利用單PID實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)的控制。控制原理框圖如圖3.8所示。圖3.8 鼓風(fēng)機(jī)控制原理框圖4 PLC、變頻器的選型4.1 PLC基本單元、模擬量輸入和輸出模塊的

20、選擇系列中有關(guān)模擬量的特殊功能模塊有（2路模擬量輸入）、（4路模擬量輸入）、（8路模擬量輸入）、（4路熱電阻直接量輸入）、（4路熱電偶直接量輸入）、（2路模擬量輸出）、（4路模擬量輸出）和（2路溫度PLC控制模塊）等根據(jù)鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的模擬量輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)，如表4.1所示。我們選擇模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和基本單元。表4.1鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出變量序號名稱量程圍通道號取值圍報(bào)警上線報(bào)警下線備注1主汽壓力02.5 MPaCH112.5 MPa1.35MPa1.35MPaAD2爐膛負(fù)壓2000200 PaCH22000200 Pa5Pa5Pa3蒸汽流量040t/hCH3040無無4給水流量

21、050t/hCH4050無無5引風(fēng)調(diào)節(jié)050HzCH71050無無6鼓風(fēng)調(diào)節(jié)050HzAD81050無無7引風(fēng)變頻調(diào)節(jié)050HzCH11050無無DA8送風(fēng)變頻調(diào)節(jié)050HzCH21050無無4.2 模擬量輸入和輸出模塊介紹4.2.1模擬量輸入模塊介紹4.2.1 .1概述模擬量輸入模塊是FX系列專用的模擬量輸入模塊。該模塊有8個(gè)輸入通道（CH），通過輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。電壓輸入時(shí)，輸入信號圍為DC-10+10V，輸入阻抗為200k，分辨率為2. 5mV；電力輸入時(shí)，輸入信號圍為DC-20+20mA，輸入阻抗為250，分辨率為2uA（DC+4+20mA時(shí)）。模擬量輸入模

22、塊可以與、系列PLC的基本單元連接。與系列PLC相連時(shí)，需要用一個(gè)。的工作電源為DC24V，模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)，但各通道之間沒有隔離。消耗PLC主單元或有源擴(kuò)展單元5V電源槽50mA的電流。占用基本單元的8個(gè)映像表，即在軟件商戰(zhàn)8個(gè)I/O數(shù)點(diǎn)，在計(jì)算PLC的I/O時(shí)可以將這8個(gè)點(diǎn)作為PLC的輸入點(diǎn)來計(jì)算。4.2.1 .2的接線的接線圖如圖4.1所示。圖中模擬輸入信號采用雙絞屏蔽電纜與連接，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源或其他可能產(chǎn)生電氣干擾的導(dǎo)線。如果輸入有電壓波動(dòng)，或者在外部接線中有點(diǎn)氣干擾，可以接一個(gè)0.10.47uF（25V）的電容。如果是電流輸入，應(yīng)該將端子V+和I+連接。接地端與PL

23、C主單元接地端連接，如果存在過多的電氣干擾，再將外殼接地端和接地端連接。4.2.1 .3緩存(BFM)的分配和模擬量模塊部有一個(gè)數(shù)據(jù)緩存寄存器區(qū)，它由32個(gè)16位的寄存器組成，編號為BFM#0#3399。數(shù)據(jù)緩存寄存器區(qū)容，可以通過PLC的FROM和TO指令來讀、寫。注意不要用FROM和TO指令來讀、寫保留數(shù)據(jù)緩沖寄存器(BFM #18,#23，#25，#31，#33#40,#49，#50，#59，#60，#69，#70，#79，#80，#89，#90，#99，#100，#127#197)。圖4.1 的接線圖4.2.2模擬量輸出模塊介紹4.2.2 .1概述位的數(shù)字轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。有兩路輸出，

24、通過端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸出狀態(tài)。電壓輸出時(shí)，輸出信號圍為DC-10+10V，可以接負(fù)載阻抗為1k,分辨率為5mV，綜合精度位0.1V；電流輸出時(shí)，輸出信號圍為DC+4+20mA，可以接負(fù)載阻抗不模擬量輸入輸出模塊也是系列專用的模擬量輸入輸出模塊。該模塊將12大于250 ，分辨率為20 uA，綜合精度為0.2mA。模擬量模塊的工作電源位DC24V,模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)。模擬量模塊的兩個(gè)輸出通道，要占用基本單元的8個(gè)映像表，既在軟件上占8個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)，在計(jì)算PLC的I/O時(shí)可以將這8個(gè)點(diǎn)作為PLC的輸出點(diǎn)來計(jì)算。4.2.2 .2的接線的接線如圖4.2所示。圖中模擬輸出信

25、號采用雙絞屏蔽電纜與外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源線或其他可能產(chǎn)生電氣干擾的導(dǎo)線。當(dāng)電壓輸出有波動(dòng)或存在大量噪聲干擾時(shí)，可接一個(gè)0.10.47uF（25V）的電容。對于電壓輸出，應(yīng)將端子I+和V1-連接。接地端與PLC主單元接地端連接。圖4.2 的接線圖4.2.2 .3的緩沖寄存器（BFM）分配模擬量模塊每部有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器區(qū)，它由32個(gè)16 位的寄存器組成，編號為BFM#0#31，其容與作用如表4.2所示。數(shù)據(jù)緩沖寄存器容可以通過PLC的FROM和TO指令來讀、寫。表4.2緩沖寄存器（BFM）的分配BFM容備注#0通道初始化，用2位16進(jìn)制數(shù)H表示，2位數(shù)字從右至左分別控制CH1.CH

26、2兩個(gè)通道。每位數(shù)字取值圍為0.1，其含義為：0表示輸出圍為-10V+10V;1表示輸出圍為+4mA+20mA#1通道1存放輸出數(shù)據(jù)#2通道2#3#4保留#5輸出保持與復(fù)位，缺省值為H00H00表示CH2保持、CH1保持H01表示CH2保持、CH1復(fù)位H02表示CH2復(fù)位、CH1保持H03表示CH2復(fù)位、CH1復(fù)位#6#15保留#16輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值8位數(shù)據(jù)存于b7b0#17裝換通道設(shè)置將b0由1變成0，CH2的D/A轉(zhuǎn)換開始；將b1由1變成0，CH1的D/A轉(zhuǎn)換開始；將b2由1變成0，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)保持；#18#19保留#20復(fù)位到缺省值和預(yù)設(shè)值缺省值為0，設(shè)為1時(shí)，所有設(shè)置將復(fù)位缺

27、省值#21禁止調(diào)整偏置和增益值b0、b1位設(shè)為1、0時(shí)，禁止；b1、b0位設(shè)為0、1時(shí)，允許（缺省值）#22偏置，增益調(diào)整通道設(shè)置B3與b2、b1與b0分別表示調(diào)整CH2、CH1的增益與偏置值#23偏置值設(shè)置缺省值為0000，單位為mV或uA#24增益值設(shè)置缺省值為5000，單位為mV或uA#25#28保留#29錯(cuò)誤信息表示本模塊的出錯(cuò)類型#30識別碼（K3010）固定為K3010，可用FROM讀出識別碼來確認(rèn)此模塊#31禁用4.3變頻器的選型變頻器的正確援用對于機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，選擇變頻器，要按照機(jī)械設(shè)備的類型、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性、調(diào)速圍、靜態(tài)速度精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和使用環(huán)境的要

28、求，決定選用何種控制方式和防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器最合適。所為合適是在滿足機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工藝生產(chǎn)要求和使用場合的前提下，實(shí)際變頻器應(yīng)用的最佳性價(jià)比。4.3.1機(jī)械設(shè)備的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性在實(shí)踐中將生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的不同，分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載、流體類負(fù)載。4.3.1 .1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載這類負(fù)載中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n無關(guān)，任何轉(zhuǎn)矩下TL總保持恒定或基本恒定，負(fù)載功率則隨著伏在轉(zhuǎn)速的增高而線性增加。傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等摩擦類負(fù)載以與起重機(jī)、提升機(jī)、電梯等中立負(fù)載，都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低俗時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且要有足夠的過載能力。如果需要在低速下長

29、時(shí)間穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)溫升過高。4.3.1 .2恒功率負(fù)載這類負(fù)載的特點(diǎn)是需求轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n大體成反比，但它們的乘機(jī)即功率卻近似保持不變。金屬切削機(jī)床的主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、薄膜生產(chǎn)線中卷取機(jī)、開卷機(jī)等，都屬于恒功率負(fù)載。機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，TL不可能無限增大，在低速下變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速是，最大允許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于

30、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大的允許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率圍相一致時(shí)，即在所謂“匹配”的情況下，電動(dòng)機(jī)的容量均最小。4.3.1 .3流體類負(fù)載在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度圍所產(chǎn)生的阻力大致與速度平方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的平方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的立方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的立方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。4.3.2在選擇變頻器時(shí)因注

31、意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：(1) 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。(2) 選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外應(yīng)充分考慮變頻器的輸出含有高次諧波，會造成電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率都會變壞。 (3) 變頻器若要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 (4) 當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長度總和在變頻器的容許圍。如果超過規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來選擇變頻器。另外變頻器的控制方式只能為V/F控制方式

32、，并且變頻器無法保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過流、過載保護(hù)，此時(shí)需在每臺電動(dòng)機(jī)上加熔斷器來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。 (5) 對于一些特殊的應(yīng)用場合會引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。(6) 使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，高次諧波亦增加輸出電流值。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。(7) 變頻器用于變極電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意選擇變頻器的最大額定電流在變頻器的額定輸出電流以下。另外，在運(yùn)行中進(jìn)行極數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)先停止電動(dòng)機(jī)工作，否則會造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，惡劣時(shí)會造成變頻器損壞。 (8) 驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)時(shí)，變頻器沒有防爆構(gòu)造，應(yīng)將變頻器設(shè)置在危險(xiǎn)場所之外。 (9)使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減

33、速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤滑方式的制約。潤滑油潤滑時(shí)，在低速圍沒有限制；在超過額定轉(zhuǎn)速以上的高速圍，有可能發(fā)生潤滑油用光的危險(xiǎn)。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。(10) 變頻器驅(qū)動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，大多是利用已有的電動(dòng)機(jī)。 (11) 變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，與工頻電源相比，降低輸出容量10%20%，變頻器的連續(xù)輸出電流要大于同步電動(dòng)機(jī)額定電流與同步牽入電流的標(biāo)幺值的乘積。 (12) 對于壓縮機(jī)、振動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的負(fù)載和油壓泵等有峰值負(fù)載情況下，如果按照電動(dòng)機(jī)的額定電流或功率值選擇變頻器的話，有可能發(fā)生因峰值電流使過電流保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象。(13) 當(dāng)變頻器控制羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，由于其起動(dòng)電流

34、很大，所以選擇變頻器時(shí)一定要注意變頻器的容量是否足夠大。(14) 選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級是否與現(xiàn)場的情況相匹配。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會影響變頻器的長久運(yùn)行。 (15) 單相電動(dòng)機(jī)不適用變頻器驅(qū)動(dòng)。 4.3.3根據(jù)負(fù)載特性選擇適當(dāng)?shù)目刂品绞降淖冾l器變頻器的種類繁多，功能強(qiáng)大，變頻器的性能為調(diào)速性能的決定性因素，變頻器采用什么樣的控制方式也很重要。各種變頻器控制方式的性能特點(diǎn)如表4.3所示。表4.3變頻器控制方式的性能特點(diǎn)控制方式U/f控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制比較項(xiàng)目開環(huán)閉環(huán)無速度傳感器帶速度傳感器速度控制1：401：401：1001：10001：100啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩3Hz時(shí)150%3Hz時(shí)

35、150%1Hz時(shí)150%0Hz時(shí)150%0Hz時(shí)200%靜態(tài)速度精度（23）%0.03%0.2%0.02%（0.10.5）%反饋裝置無速度傳感器無速度傳感器無零速度運(yùn)行不可不可不可可可控制響應(yīng)性慢慢較快快快特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，可用于通用籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速精度高，可用于通用籠型異步電動(dòng)機(jī)不需要速度傳感器，力矩的響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)較簡單，速度控制圍較廣力矩控制性能良好，力矩的響應(yīng)好，調(diào)速精度高，速度控制圍廣不需要速度傳感器，力矩的響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)較簡單，速度控制圍較廣缺點(diǎn)低速力矩難保證，不能力矩控制，調(diào)速圍太小低速力矩難保證，不能力矩控制，調(diào)速圍小，要增加速度傳感器需要設(shè)定電動(dòng)機(jī)參數(shù)，需要

36、自動(dòng)測試功能需要正確設(shè)定電動(dòng)機(jī)參數(shù)，需有自動(dòng)測試功能，需要高精度速度傳感器需要設(shè)定電動(dòng)機(jī)參數(shù)，需有自動(dòng)測試功能主要應(yīng)用場合用于一般的風(fēng)機(jī)，泵類節(jié)能調(diào)速或者一臺變頻器帶多臺電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)場合用于保持壓力，溫度，流量，PH定值等過程控制場合用于一般工業(yè)設(shè)備，大多數(shù)調(diào)速場合用于要求精確控制力矩和速度的高動(dòng)態(tài)性能應(yīng)用場合用于要求精確控制力矩的高動(dòng)態(tài)性能應(yīng)用場合，如起重機(jī)，電梯，軋機(jī)等綜上所述，異步電動(dòng)機(jī)變頻控制選用不同的控制方法，就可以得到不同性能特點(diǎn)的調(diào)速特性。4.3.4根據(jù)安裝環(huán)境選取變頻器的防護(hù)結(jié)構(gòu)變頻器的防護(hù)結(jié)構(gòu)要與其安裝環(huán)境相適應(yīng)，這就要考慮環(huán)境溫度，濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這與變

37、頻器能否長期，安全，可靠運(yùn)行關(guān)系重大。大多數(shù)變頻器廠商可提供以下幾種常用的防護(hù)結(jié)構(gòu)供用戶選用。(1) 開放型IP00。它從正面保護(hù)人體不能觸摸到變頻器部的帶電部分，適用于安裝在電控柜或電氣室的屏，盤，架上，尤其是多臺變頻器集中使用較好，但它對安裝環(huán)境要求較高。(2) 封閉型IP20、IP21.這種防護(hù)結(jié)構(gòu)的變頻器四周都有外罩，可在建筑物的墻壁上掛式安裝，它適用于大多數(shù)的室安裝環(huán)境。(3) 密封型IP40、IP42.它適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境條件較差的場合。(4) 閉型IP45，IP55.它具有防塵，防水的防護(hù)結(jié)構(gòu)，適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境條件差，有水淋，粉塵與一定腐蝕性氣體的場合。由于風(fēng)機(jī)和水泵是最普通的

38、負(fù)載，對變頻器的要求最為簡單，只要變頻器容量等于電動(dòng)機(jī)容量即可，（空壓機(jī)，水泵，泥沙泵，快速變化的音樂噴泉需加大容量）所以我們根據(jù)電動(dòng)機(jī)選擇以下變頻器。電動(dòng)機(jī)銘牌：額定功率：110KV 額定轉(zhuǎn)速：1486r/min額定頻率：50Hz 額定電流：200.84A型號：Y315S4 額定電壓：380V風(fēng)機(jī)屬于平方律負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，無瞬間過載問題，且低速時(shí)轉(zhuǎn)矩小，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量應(yīng)滿足公式(4.1)、(4.2)、(4.3)(4.1)(4.2)(4.3)式中，負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率；電動(dòng)機(jī)的效率（通常為0.85）；電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（通常約為0.95）；電動(dòng)

39、機(jī)的電壓，V；電動(dòng)機(jī)的電流，A；電流波形修正參數(shù)；變頻器的額定容量，KVA；變頻器的額定電流，A。根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)計(jì)算如下所以選擇普通功能U/f控制的變頻器，在此選用ABB變頻器ACS800系列，變頻器類型為ACS800-04-0210-3,容量為160KVA，電流為432A，完全滿足以上計(jì)算要求。4.4控制軟件的設(shè)計(jì)對于鍋爐的鼓，引風(fēng)機(jī)的控制我們采用工業(yè)過程控制中最廠用的PID控制即可。下面介紹什么是PID控制算法。4.4.1 PID控制簡介PID（比例、積分、微分）控制是發(fā)展較早、理論成熟、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，主要應(yīng)用于工業(yè)過程控制中。其優(yōu)點(diǎn)在于：原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)

40、構(gòu)改變靈活、適用性強(qiáng)、魯棒性能強(qiáng)。PID控制器的連續(xù)表達(dá)式PID控制器由比例環(huán)節(jié)（Proportional）、積分環(huán)節(jié)（Intergral）、微分環(huán)節(jié)（Differential）組成，連續(xù)PID一般表達(dá)式為：(4.4)傳遞函數(shù)模型為： (4.5)或不完全微分 (4.6)當(dāng)N為無窮大時(shí)為純微分運(yùn)算，實(shí)際中N取10即可。PID控制器的離散表達(dá)式位置式PID： (4.7)傳遞函數(shù)模型為： (4.8)位置式PID的缺點(diǎn)是由于采用全量輸出，因此每次輸出均與過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對誤差累加，控制量對應(yīng)的該是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置偏差，因此會出現(xiàn)大幅變化，這在某些場合時(shí)不允許的，因此這種情況下采用增量式PID。

41、增量式PID：(如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)) (4.9)積分分離PID：可提高控制性能，加入積分的目的是消除靜差，提高控制精度，當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)，取消積分作用，以免由于積分作用使得系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，超調(diào)量增大；當(dāng)被控量接近設(shè)定值時(shí)加入積分作用，以消除靜差。 (4.10)其中為積分項(xiàng)開關(guān)系數(shù) 為人為設(shè)定的閾值。比例控制性能分析比例控制是一種最簡單的控制方式，控制器的輸出與輸入誤差成比例關(guān)系，當(dāng)輸入誤差為零時(shí)，輸出為零。屬于有差調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)誤差為階躍輸入幅值。比例控制只改變系統(tǒng)增益而比改變系統(tǒng)相位，它對系統(tǒng)的影響主要反映在系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、上升時(shí)間和穩(wěn)定性上。當(dāng)比例系數(shù)增大，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差將減小，加快系統(tǒng)響

42、應(yīng)速度，但會使系統(tǒng)超調(diào)量增大，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例積分控制性能分析積分控制通常和比例一起使用，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，但影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)積分系數(shù)增大，積分作用越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，但超調(diào)量也增大，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。比例微分控制性能分析微分通常與比例控制一起使用，主要作用是加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，有一定的超前作用。當(dāng)微分系數(shù)增大時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減小，但穩(wěn)定性變差，屬有差調(diào)節(jié)。研究微分作用可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏差信號發(fā)生跳躍性變化，微分作用會產(chǎn)生一個(gè)很大的階躍，會對系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)造成沖擊，所以為避免出現(xiàn)這樣的微分動(dòng)作，實(shí)際中我們常把微分作用放在反饋回路中或微

43、分先行控制，這時(shí)微分作用的輸出信號很平滑。在計(jì)算機(jī)控制中，為消除控制動(dòng)作過于頻繁，消除頻繁動(dòng)作引起的振蕩，可采用帶死區(qū)的PID控制。4.4.2引風(fēng)機(jī)的PLC控制程序模擬量模塊的使用在系列可編程控制器基本單元的右側(cè)，可以連續(xù)最多8塊特殊模塊，他們的編號從最靠近基本單元的那一個(gè)開始順次變?yōu)?7號。圖4.3所示為我們采取的一種連接方式。該配置使用作為基本單元，連接、兩塊模擬量模塊，。它們的編號分別為0、1。圖4.3功能模塊編號圖緩沖寄存器（BFM）分配系列可編程控制器基本單元與、等模擬量模塊之間的數(shù)據(jù)通信是由FROM指令和TO指令來執(zhí)行的。FROM是基本單元從、讀數(shù)據(jù)的指令，TO是從基本單元將數(shù)據(jù)寫

44、到、的指令。實(shí)際上，讀、寫操作都是對、的緩沖寄存器BFM進(jìn)行的。在的BFM中BFM#0和BFM#1是進(jìn)行各通道初始化的，出廠設(shè)置為H0000，在BFM#0和BFM#1中寫入各個(gè)通道的初始化值，最低位數(shù)字控制最小通道，最高位數(shù)字控制最大通道。四位數(shù)字可以設(shè)定為03：0表示輸入圍-10V+10V（選擇電壓輸入），分辨率0.63mV；1表示輸入圍-10V+10V（選擇電壓輸入），分辨率2.50mV；2表示電壓輸入模式，直接顯示模擬值（-10000+10000），分辨率1mV；3表示輸入圍+4mA+20mA（選擇電壓輸入），分辨率2.00uA；4表示輸入圍+4mA+20mA（選擇電壓輸入），分辨率4.

45、00uA；5表示電流輸入模式，直接顯示模擬值（4000020000V，分辨率2.00uA；6表示輸入圍-20mA+20mA（選擇電壓輸入），分辨率2.50uA；7表示輸入圍-20mA+20mA（選擇電壓輸入），分辨率5.00uA；8表示電流輸入模式，直接顯示模擬值（-20000+20000），分辨率2.50uA；9E略；F表示關(guān)閉通道。根據(jù)需要，將CH1CH6設(shè)定為電流輸入，輸入圍為+4mA+20mA，CH7CH8關(guān)閉，所以將BFM#0中的值設(shè)定為H3333，BFM#1中的值設(shè)定為H3333，的識別碼是K3010。模擬量輸入的梯形圖編程如圖4.4所示。4.4 模擬量輸入處理PLC梯形圖在BFM

46、#30中存放的是特殊功能模塊的識別碼，只有確定了模塊的編號并確認(rèn)識別碼正確才能進(jìn)行模擬量得讀寫。的識別碼是K2050。的PID指令PID指令的編號為FNC88，如圖4.5所示原操作數(shù)S1、S2、S3和目標(biāo)操作數(shù)D均為數(shù)據(jù)寄存器，16位指令，占9個(gè)程序步。S1和S2分別用來存放給定值SV和當(dāng)前測量到的反饋值PV，S3S3+24用來存放控制參數(shù)的值，運(yùn)算結(jié)果MV存放在D中。原操作數(shù)S3占用從S3開始的25個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。PID指令是用來調(diào)試用PID運(yùn)算程序，在PID運(yùn)算開始之前，應(yīng)使用MOV指令將參數(shù)設(shè)定值預(yù)先寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中。如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器，不需要重復(fù)寫入。如果目標(biāo)操作數(shù)

47、D有斷電保持功能，應(yīng)使用初始化脈沖M8002的常開觸點(diǎn)將其復(fù)位。PID指令可以同時(shí)多次使用，但是用于計(jì)算的S3、D的數(shù)據(jù)寄存器元件號不能重復(fù)。PID指令可以在定時(shí)中斷、子程序、步進(jìn)指令和轉(zhuǎn)移指令使用，但是應(yīng)將S3+7清零（采用脈沖執(zhí)行的MOV指令）之后才能使用。控制參數(shù)的設(shè)定和PID運(yùn)算中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，“運(yùn)算錯(cuò)誤”標(biāo)志M8067為NO，錯(cuò)誤代碼存放在D8067中。PID指令采用增量式PID算法，控制算法中還綜合使用了反饋一階慣性數(shù)字濾波、不完全微分和反饋量微分等措施，使該指令比普通的PID算法具有更好的控制效果。圖4.5 PID指令表4.4 PID控制參數(shù)與設(shè)定原操作數(shù)參數(shù)設(shè)定圍或說明備注

48、S3采樣周期（Ts）132767ms不能小于掃描周期S3+1動(dòng)作方向（ACS）bit0:0為正作用；1為反作用。bit1:0為無輸入變化量報(bào)警；1為有輸入變化量報(bào)警。bit2:0為無輸出變化量報(bào)警；1為有輸出變化量報(bào)警。bit3bit15不用S3+2輸入濾波常數(shù)（L）099%對反饋量的一階慣性數(shù)字濾波環(huán)節(jié)S3+3比例增量（Kp）132767S3+4積分時(shí)間（T1）032767（*100ms）0與作同樣處理S3+5微分增益（KD）0100(%)S3+6微分時(shí)間（TD）032767（*100ms）0為無微分S3+7S3+19-PID運(yùn)算占用S3+20輸入變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值032767由用戶設(shè)

49、定ACT(S3+1)為K2K7時(shí)有效，即ACT的bit1和bit2至少有一個(gè)為1時(shí)才有效；當(dāng)ACT的bit1和bit2都為0時(shí)，S3+20S3+24無效。S3+21輸入變化量（減方）報(bào)警設(shè)定值032767S3+22輸入變化量（增方）報(bào)警設(shè)定值032767S3+23輸入變化量（減方）報(bào)警設(shè)定值032767S3+24報(bào)警輸出bit0：輸入變化量（增方）超出bit1：輸入變化量（減方）超出bit2：輸入變化量（增方）超出bit3：輸入變化量（減方）超出給煤機(jī)轉(zhuǎn)速變送器通過PLC輸出（420mA）信號作為鼓風(fēng)機(jī)變頻器輸入信號，控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速圍：4 mA對應(yīng)0r/min；20mA對應(yīng)全速r/min。變頻

50、器不作PID調(diào)節(jié)，只做轉(zhuǎn)速控制。爐膛負(fù)壓檢測量通過PLC輸出信號作為引風(fēng)機(jī)變頻器的輸入信號控制引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)障礙時(shí)，變頻器輸入信號通過電位器手動(dòng)給定，排除故障后恢復(fù)為自動(dòng)控制方式。這種方式控制簡單，操作方便，可靠性高。該控制系統(tǒng)考慮了連鎖保護(hù)，一旦鼓風(fēng)機(jī)或引風(fēng)機(jī)停機(jī)，或者變頻器出現(xiàn)故障，即報(bào)綜合故障信號，PLC立即實(shí)現(xiàn)連鎖，鍋爐系統(tǒng)停爐，保證鍋爐安全。如果因?yàn)殄仩t汽包液位低、路膛負(fù)壓超高或超低、爐膛熄火等原因引起PLC連鎖，PLC立即輸出信號使引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)。為了保證鍋爐安全運(yùn)行，要求PLC控制程序設(shè)計(jì)為先啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，2分鐘后才能啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)；停機(jī)時(shí)，必須先停鼓風(fēng)機(jī)，5分鐘后

51、才能停引風(fēng)機(jī)；引風(fēng)機(jī)因故障而停機(jī)時(shí)，必須立即停止鼓風(fēng)機(jī)。若變頻器有故障時(shí)，可以轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制，工頻運(yùn)行，故障排除后，恢復(fù)為變頻運(yùn)行，從而更有效地保證了過路的安全運(yùn)行。5鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試5.1模擬量輸出模塊偏執(zhí)于增益的調(diào)整5.1.1偏置值和增益值的設(shè)置出廠時(shí)偏置值和增益值已經(jīng)設(shè)置成：數(shù)字值為04000，電壓輸出為010V。當(dāng)用作電流輸出時(shí)，必須重新調(diào)整偏置值和增益值。偏置值和增益值的調(diào)節(jié)是對數(shù)字值設(shè)置時(shí)間的輸出模擬值，可以通過的容量調(diào)節(jié)器，并使用電壓和電流表來完成。增益值可設(shè)置為04000的任意數(shù)字值。為了得到12位的最大分辨率，電壓輸出時(shí)，對于10V的模擬輸出值，數(shù)字量調(diào)整到4000；電流輸出

52、時(shí)，對于20mA的模擬輸出值，數(shù)字值調(diào)整到4000。偏置值也可以根據(jù)需要任意進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，電壓輸入時(shí)，偏置值設(shè)為0V；電流輸入時(shí)，偏置值設(shè)為4mA。5.1.2偏置值和增益值時(shí)調(diào)整偏置與增益注意：(1) 對通道1和通道2分別進(jìn)行偏置調(diào)整和增益調(diào)整。(2) 反復(fù)交替調(diào)整偏置值和增益值。直至獲得穩(wěn)定的數(shù)值。(3) 當(dāng)調(diào)整偏置、增益時(shí)，按照先增益調(diào)整后偏置調(diào)整的順序進(jìn)行。5.2變頻器PID撥位勢選擇器開關(guān)設(shè)置PID撥位勢選擇器開關(guān)的設(shè)置如圖5.1所示圖5.1 PID撥位勢選擇器開關(guān)的設(shè)置5.3變頻器與PLC的連接鍋爐風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)是采用PLC實(shí)現(xiàn)過程控制，PLC的模擬量信號輸出接至變頻器的外部信

53、號給定。我們采用420mA的信號。由于變頻器在運(yùn)行過程中會打來較強(qiáng)的電磁干擾，為了保證PLC不因變頻器主電路的斷路器與開關(guān)器件等產(chǎn)生的噪聲而出現(xiàn)故障，再將變頻器和PLC配合使用時(shí)還必須注意以下幾點(diǎn)：(1) 對PLC本體按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地。此時(shí)，應(yīng)避免與變頻器使用共同的接地線，并在接地時(shí)盡可能使兩者分開。(2) 當(dāng)電源條件不太好時(shí)，應(yīng)在PLC的電源模塊以與輸入/輸出模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲的變壓器等。此外，如有必要在變頻器一側(cè)也應(yīng)采取相應(yīng)措施。(3) 當(dāng)變頻器和PLC安裝在同一操作柜中時(shí)應(yīng)盡可能使與變頻器和PLC有關(guān)的電線分開。(4) 通過使用屏蔽線和雙絞線達(dá)到提高抗

54、噪聲水平的目的。5.4鍋爐系統(tǒng)的投運(yùn)5.4.1控制對象的掌握鍋爐系統(tǒng)經(jīng)過便頻改造后，去掉了風(fēng)門，鼓風(fēng)量、引風(fēng)量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用變頻器，由此導(dǎo)致控制對象的性質(zhì)有一定的變化。所以在自動(dòng)控制投運(yùn)前應(yīng)先掌握對象的特征。鍋爐系統(tǒng)的給水、燃燒、鼓風(fēng)、引風(fēng)等各個(gè)相關(guān)變量的相互影響，可以通過手操定性地了解系統(tǒng)的特性。5.4.2開環(huán)運(yùn)行試驗(yàn)每個(gè)回路在投運(yùn)以前，必須進(jìn)行開環(huán)實(shí)驗(yàn)，以便檢驗(yàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向、控制運(yùn)動(dòng)和控制參數(shù)是否正常，為閉環(huán)投運(yùn)做好準(zhǔn)備和增加成功的把握。例如，對于加煤控制，調(diào)節(jié)給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，觀察看系統(tǒng)正常時(shí)，輸入給煤轉(zhuǎn)速的最大值和最小值，以為閉環(huán)投運(yùn)時(shí)輸出量的限幅做準(zhǔn)備。5.4.3控制回路的投運(yùn)次序控

55、制部分是直接影響設(shè)備和生產(chǎn)安全的，加之頭暈的難度很大，因此絕對不能一次將所有回路投入自動(dòng)，應(yīng)該一個(gè)一個(gè)地投運(yùn)。對于如何確定投運(yùn)次序，可以根據(jù)想以后難原則，相關(guān)的回路盡量集中在一起。例如，鼓風(fēng)控制和爐膛負(fù)壓控制的引風(fēng)控制就是相互關(guān)聯(lián)的，可以將相關(guān)的回路一起投運(yùn)。如果某個(gè)回路投運(yùn)成功，可以改善其他回路的投運(yùn)條件，則該回路應(yīng)先投運(yùn)。再則投運(yùn)時(shí)必須與用戶的鍋爐操作人員密切配合，才可以確保生產(chǎn)安全。系統(tǒng)試投成功后還應(yīng)該在工藝允許的條件下進(jìn)行一定的擾動(dòng)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)靜態(tài)指標(biāo)是否滿足工藝要求，如不滿足，應(yīng)分析原因，修改控制參數(shù)，再次投入。5.4.4、外擾動(dòng)試驗(yàn)對于外擾動(dòng)比較頻繁且擾動(dòng)幅度較大的對象，可直接利用

56、隨機(jī)外擾動(dòng)（如鍋爐的負(fù)壓擾動(dòng)）進(jìn)行考驗(yàn)。人為擾動(dòng)必須在工況穩(wěn)定試做。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定時(shí)，將操作器突然由自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)，人為地將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變化一個(gè)開度，再迅速轉(zhuǎn)為自動(dòng)，觀察被調(diào)參數(shù)是否逐漸接近給定值。5.5投運(yùn)時(shí)出現(xiàn)的工程問題與解決方案用變頻器調(diào)速技術(shù)改造交流電動(dòng)機(jī)已成為降低成本、降低能源消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的手段之一，但是變頻器在工作時(shí)，由于電路中電壓與電流的脈沖和高頻振蕩的諧波分量造成電磁干擾，使變頻器成了一個(gè)強(qiáng)磁干擾源，從而影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至造成設(shè)備的損壞。系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力，也稱為電磁兼容性，使之系統(tǒng)在電磁干擾環(huán)境下，保持品質(zhì)不致降低或改變和該系統(tǒng)不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生電磁影響的能力。在實(shí)際

57、控制系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行中，不可避免地會遇到EMC問題。一些未考慮EMC的項(xiàng)目需要重新敷線。幾種常見的抑制電磁擾動(dòng)的方法如下：(1) 在供電系統(tǒng)配線方面，應(yīng)使電源引線盡量短且粗，避免公共線，以降低共阻抗耦合，保障線路壓降在允許的圍；盡量采用扭絞線，抑制電磁感應(yīng)干擾；各種饋線（如交流線、直流線、邏輯信號線和模擬信號線、非穩(wěn)壓的直流線、燈泡與繼電氣等感性負(fù)載驅(qū)動(dòng)線）應(yīng)分開布線。(2) 傳輸線的走線要盡量可能遠(yuǎn)離其他電氣線路并且不行架設(shè)。通常使信號線與功率線分開走線，電力電纜則須單獨(dú)走線；不同類型的線應(yīng)分別裝入不同的電纜管或電纜槽里，并盡量使其有最大可能的空間；信號線應(yīng)盡量靠近地線或者用地線包圍。(3)

58、 屏蔽線或電纜的屏蔽層，工作時(shí)都要接地，以便抑制靜電感應(yīng)干擾。而且屏蔽層的接地要與系統(tǒng)一端浮地的結(jié)構(gòu)形式配合，才能取得更好的抗干擾效果。5.6 PID控制系器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類： 5.6.1例臨界比例法例臨界比例法適用于被控對象已知的場合，且被控對象是三階或以上。首先將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下閉環(huán)投入運(yùn)行，由大到小改變比例帶（稱為比例帶），使對象為等幅振蕩過程，此時(shí)比例帶為臨界比例帶，相鄰波峰時(shí)間間隔稱為等幅振蕩周期。利用該方法進(jìn)行PI

59、D控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1) 首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作。(2) 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期。(3) 在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。表5-1例臨界比例法參數(shù)整定計(jì)算調(diào)節(jié)圍KpKiKdP2detak0PI2.2detak0.833Tk0PID1.67detak0.5Tk0.125Tk溫度T: P=2060%，T=180600s，D=3-180s；壓力P: P=3070%，T=24180s；液位L: P=2080%，T=60300s；流量L: P=40100%，T=660s。5.6.2經(jīng)驗(yàn)

60、法經(jīng)驗(yàn)法是在實(shí)踐中總結(jié)出來并在現(xiàn)場中得到廣泛的應(yīng)用的有效的方法。經(jīng)驗(yàn)法簡單可靠，但需要有一定現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)，有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到最佳整定參數(shù)。 驗(yàn)法的整定步驟： (1) 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0，實(shí)際微分系數(shù)k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由 小到大改變比例系數(shù)S1，讓擾動(dòng)信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。(2) 取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0，同樣讓擾動(dòng)信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。 (3) 積分系數(shù)S0保持不變，改變比例系數(shù)S1，觀察控制過程有無改善，如有