鍋爐畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要在當(dāng)今多種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中，鍋爐仍然是一重要的構(gòu)成部分。伴隨現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對能源運(yùn)用率的規(guī)定越來越高，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理隨之規(guī)定越來越高。但在我們國家，除了某些大中型鍋爐采用了先進(jìn)的控制技術(shù)外，絕大多數(shù)中小企業(yè)所用的鍋爐，如10T/h、20T/h鍋爐，大部分還在采用儀表/繼電器控制，甚至還是人工操作，已無法滿足規(guī)定。據(jù)此，本文針對一臺10T/h工業(yè)鍋爐，提出了一套PLC的控制系統(tǒng)方案。本文以一臺10T/h鍋爐的PLC控制系統(tǒng)為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)論述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在該系統(tǒng)中，應(yīng)用了Siemens企業(yè)的S7-300系列PLC，根據(jù)鍋爐的控制特點(diǎn)，分析系統(tǒng)的控制規(guī)定，實(shí)現(xiàn)給煤自動(dòng)調(diào)整，送風(fēng)自動(dòng)調(diào)整，引風(fēng)自動(dòng)調(diào)整，水泵給水的自動(dòng)調(diào)整，根據(jù)系統(tǒng)控制規(guī)定分析系統(tǒng)所需的PLC配置，以及備控量的I/O點(diǎn)數(shù)及I/O口分派，查閱S7-300使用手冊在理論上分析確定PLC的構(gòu)成及使用事項(xiàng)，并用其編程軟件Step7設(shè)計(jì)鍋爐控制的梯形圖、STL語句及PLC通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的水位三沖量控制、燃燒過程自動(dòng)控制、蒸汽壓力自動(dòng)控制等功能；基于鍋爐運(yùn)行安全的考慮，該系統(tǒng)中鍋爐由PLC控制，PLC、上位機(jī)構(gòu)成一種MPI網(wǎng)，運(yùn)用Siemens企業(yè)的MPI全局通訊技術(shù)及WinCC的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鍋爐的上位機(jī)的冗余控制，關(guān)鍵詞:鍋爐變頻器PLCPIDWinCCStep7MPI全局通訊AbstractNowadaystheboilersarestillanimportantcomponentamongvariouspowerequipmentsinindustrialenterprises.Alongwiththefastdevelopmentofmodemindustry，highefficientenergyutilizationispursuedmoreandmore.AndtheboilerareakindofPrimaryequipmentsforconvertingrawenergyintosecondaryenergy，sotheircontrolandsupervisionisveryimportantforpromotingenergyutilizationefficiency.Butinourcountry，onlysomebigandmedium-sizedboilershaveadopted.Advancedcontroltechnique.Mostboilersbeingusedbymediumandsmallenterprises，suchas10T/hand20T/hboilers，arecontrolledbymete/relays，orevenmanually.Thatcannotmeetdemand.Inthispaper，acontrolsystemschemeofPLC+IPCisProposed，whichisaimingata10T/hindustrialboilers.AnadvancedboilercontroltechniquecomposedofPLC，inverter，andcommunicationaredetaillydescribedwithrespecttheoryandapplicationinthispaper，whichisbasedontwoPLCcontrolsystemsof10T/hboilersincertainplant.TheS7-300seriesPLCofsiemenscompanyisadoptedintheboilercontrolsystems.TheStep7programmingsoftwareisusedtodesigntheladderchart，theSTLlanguageandthePLCcorrespondencenetwork.Automaticcontrolfortheboilershasbeenrealized，suchasthreeimpulsecontrolforthewaterlevel，burningProcesscontrol，vaporpressurecontrol.Moreover，anamicableman-machineinterface，automaticstorageofimportantboilerrundata，andautomaticprintofreportsinneedisrealizedbyusingtheconfigurationssoftwareWinCCofSiemenscompany.EachboilerinthesystemiscontrolledbyonePLCrespectively.PLCandIPCshapedintoaMPInet.ByusingtheMPIoverallsituationtelecommunicationtechniqueandtheWinCCsoftwareofSiemenscompanyredundancycontrolsofthetwoIPCaredesignedforthesafety.Theautomaticcontrolofpublicfacilitiessuchasdeoxidizationequipmentisalsorealizedinthesystem.Keywords:boiler，inverter，PLC，PID目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)實(shí)狀況 11.2工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)和特點(diǎn) 11.2.1工業(yè)鍋爐控制的任務(wù) 11.2.2工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制 21.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制 41.3PLC控制的長處 71.4本文重要內(nèi)容 8第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 92.1系統(tǒng)控制規(guī)定 92.2鍋爐本體構(gòu)造 92.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 102.3.1電機(jī)控制模式 102.4各重要回路控制方略 122.4.1鍋爐生產(chǎn)工藝流程圖及汽水系統(tǒng) 122.4.2主程序框圖如下： 132.4.3自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖： 142.4.4給水調(diào)整回路 142.4.5汽包壓力調(diào)整回路 152.4.6爐膛負(fù)壓調(diào)整回路 162.4.7水位控制程序框圖： 182.4.8燃燒控制回旅程序框圖： 19第三章系統(tǒng)硬件構(gòu)成 203.1總體構(gòu)造 203.2系統(tǒng)硬件構(gòu)成 203.3重要器件選擇 203.4系統(tǒng)供電 333.5系統(tǒng)接地 343.6系統(tǒng)運(yùn)行方式 343.7PLC配置及I/O點(diǎn)分派： 353.7.1鍋爐給水 353.7.2鍋筒 363.7.3給煤 373.7.4鼓風(fēng)和引風(fēng) 383.7.5爐膛 393.7.6出渣機(jī)： 403.7.7蒸汽管路和省煤器： 40第四章系統(tǒng)軟件和設(shè)置 424.1PLC軟件設(shè)計(jì) 424.1.1Step7簡介 424.1.2Step7的PlD功能塊 454.1.3PLC程序總體構(gòu)造 504.1.4功能模塊編程 524．2系統(tǒng)通訊 564．3本章小結(jié) 57結(jié)束語 58道謝 59參照文獻(xiàn) 60附錄1原理圖 61附錄2外文 62附錄3翻譯 65第一章緒論1.1工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)實(shí)狀況目前在我們國內(nèi)，鍋爐仍然是多種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中重要的構(gòu)成部分。不過，除了某些大中型鍋爐采用了先進(jìn)的控制技術(shù)，如DCS,FCS，一般的小型鍋爐的控制仍較落后，仍在使用儀表、繼電器作為重要的控制手段(如DDZ-II或III型系列儀表)，需要過多的人為參與，不僅工作人員的工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且鍋爐的熱效率很低，資源揮霍嚴(yán)重。雖然目前的儀表不少已趨智能化，在鍋爐上也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)或半自動(dòng)控制，不過，由于其不菲的價(jià)格、缺乏管理功能等種種原因，其應(yīng)用受到很大限制。此外，當(dāng)今的大部分中小企業(yè)使用的鍋爐容量普遍在20T/h如下，鍋爐只有兩三臺，企業(yè)根據(jù)其經(jīng)濟(jì)的承受能力，一般都不也許選用價(jià)格昂貴的大型控制系統(tǒng)。這也是我們小型鍋爐的控制技術(shù)水平不高的重要原因之一【2】。不過，伴隨能源問題的突出，企業(yè)現(xiàn)代化管理水平的提高，尚有環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理的規(guī)定越來越高，目前的企業(yè)中的小型鍋爐的控制技術(shù)不提高將難以適應(yīng)生產(chǎn)的需要。因此，這就需要在鍋爐控制技術(shù)上進(jìn)行變革，需要設(shè)計(jì)一種性價(jià)比合理的、使用和維護(hù)以便的新型工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)。1.2工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)和特點(diǎn)1.2.1工業(yè)鍋爐控制的任務(wù)工業(yè)鍋爐的功能是生產(chǎn)具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽或熱水，滿足外部對負(fù)荷的需求。為滿足此規(guī)定，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，規(guī)定鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動(dòng)檢測、自動(dòng)程序控制、自動(dòng)保護(hù)等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，擾動(dòng)源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負(fù)荷的規(guī)定，其工作過程中的各重要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制，為此，鍋爐的重要控制任務(wù)為【3】；(1)保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍及給水穩(wěn)定；(2)保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍；(3)穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量；(4)保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全運(yùn)行。完畢上述的任務(wù)需要監(jiān)控五個(gè)重要的被調(diào)整量和四個(gè)調(diào)整量，詳細(xì)如圖1-1：圖1-1鍋爐重要參量這些調(diào)整量和被調(diào)整量之間實(shí)際上互有關(guān)聯(lián)、互相制約，很難單獨(dú)確定某一量的大小。在實(shí)際運(yùn)行中，處理的措施是設(shè)置幾種相對獨(dú)立的調(diào)整系統(tǒng)來簡化調(diào)整過程。在中小型工業(yè)鍋爐中，一般只要對兩個(gè)相對獨(dú)立的調(diào)整對象進(jìn)行調(diào)整就能基本滿足一般顧客的規(guī)定，即給水過程控制和燃燒過程控制。1.2.2工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制1給水控制的必要性工業(yè)鍋爐給水的基本任務(wù)是在多種負(fù)荷條件下，控制給水量，使進(jìn)入鍋爐的給水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對于鍋筒鍋爐，這種平衡的標(biāo)志是鍋筒水位維持在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。對于工業(yè)鍋爐，水位的高下對鍋爐的安全運(yùn)行和生產(chǎn)工藝規(guī)定影響很大。水位過高，蒸汽帶水量過多，減少蒸汽品質(zhì)，會(huì)在蒸汽管道內(nèi)發(fā)生水沖擊，甚至?xí)l(fā)生滿水事故;水位過低，則會(huì)破壞水循環(huán)，以至燒壞某些受熱面，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致爆炸事故，因此維持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定是十分必要的【12】。2給水控制的難點(diǎn)鍋爐運(yùn)行時(shí)，要保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，須不停地往鍋筒內(nèi)補(bǔ)水。由于給水的溫度比鍋筒內(nèi)的水溫低，若給水量忽然增長，會(huì)使汽包內(nèi)水溫下降，汽水混合物的汽化程度發(fā)生變化，水位有下降的趨勢。這樣，在一段時(shí)間內(nèi)由給水引起的水位增高的趨勢和由汽化程度變化引起的水位下降的趨勢基本相等，導(dǎo)致鍋筒水位基本不變的狀態(tài)，即水位的等效純滯后現(xiàn)象。因此，為減少這種影響，給水過程應(yīng)當(dāng)是持續(xù)的。不過，工業(yè)上蒸汽負(fù)荷是有波的，有的波動(dòng)還很大，所認(rèn)為保持鍋筒水位，給水量就應(yīng)隨負(fù)荷及時(shí)調(diào)整。不過，在蒸汽負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，尤其是在負(fù)荷變化較大的狀況下，鍋爐常常會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”。其現(xiàn)象是:當(dāng)負(fù)荷忽然大幅增長時(shí)，水位迅速上升，然后水位又迅速下降;當(dāng)負(fù)荷忽然大幅下降時(shí)，水位迅速下降，然后水位又迅速上升。出現(xiàn)“虛假水位”的原因是:當(dāng)負(fù)荷忽然大幅增長時(shí)，鍋筒內(nèi)的蒸發(fā)量不能很快跟上，導(dǎo)致氣壓下降，鍋筒內(nèi)的水的溫度就會(huì)從本來壓力下的飽和溫度降到新壓力下的飽和溫度，此時(shí)，釋放出的大量熱量使鍋筒內(nèi)的水蒸發(fā)，產(chǎn)生大量氣泡，汽水混合物容積膨脹，水位升高。待大量氣泡逸出水面時(shí)，鍋水內(nèi)的氣泡數(shù)量減少，汽水混合物容積減少，水位下降。同理，在負(fù)荷迅速下降時(shí)，將經(jīng)歷一種相反的過程【5】?！疤摷偎弧睂﹀佂菜豢刂坪懿焕?。當(dāng)蒸汽負(fù)荷忽然增大時(shí)，本應(yīng)增長給水量，但由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，鍋筒水位迅速上升，給水量信號反而減小，擴(kuò)大了給水量和蒸汽量之間的不平衡，必然導(dǎo)致水位控制的動(dòng)態(tài)特性變差:同理，當(dāng)蒸汽負(fù)荷忽然減小時(shí)，仍會(huì)由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，使水位控制的動(dòng)態(tài)特性變差?？梢姡豢刂撇荒芎啒愕馗鶕?jù)鍋筒水位瞬時(shí)的高下來調(diào)整給水量的大小，必須考慮“虛假水位”的影響。3三沖量給水自動(dòng)調(diào)整鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)、雙沖量給水自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)和三沖量給水自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)三種，目前應(yīng)用較廣且比較成熟的是三沖量給水自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)示意如圖1-2。在三沖量給水調(diào)整系統(tǒng)中，調(diào)整器接受鍋筒水位、給水流量和蒸汽流量三個(gè)信號，其中鍋筒水位是主變量，給水流量是反饋信號，蒸汽流量是前饋信號。當(dāng)給水流量因給水壓力變化、給水調(diào)整閥開度變化等原因而發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，由于給水流量信號的反饋?zhàn)饔?，可以迅速消除擾動(dòng)，穩(wěn)定給水流量。蒸汽流量不經(jīng)PID調(diào)整而此前饋方式加入，能克服因“虛假水位”而引起的調(diào)整器誤動(dòng)作，有效地改善水位控制，使得水位控制精度提高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能變好【4】。三沖量給水調(diào)整系統(tǒng)的控制方案合用于燃煤鏈條式、燃油、燃?xì)庖约柏?fù)荷變動(dòng)大的鍋爐。圖1-2三沖量給水調(diào)整示意圖圖1-3三沖量串級控制圖1.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制1控制任務(wù)鍋爐的基本構(gòu)成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫?zé)煔鈹y帶的熱量為“鍋”的受熱面吸取，以產(chǎn)生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設(shè)備—“爐”，其任務(wù)是針對不一樣燃料的燃燒特性，為其完全燃燒發(fā)明良好的條件，以求燃料將其熱量最大程度地釋放出來。鍋爐的燃燒控制直接關(guān)系著與否對環(huán)境導(dǎo)致污染、與否節(jié)能及能否給企業(yè)帶來效益。因此，鍋爐的燃燒控制自動(dòng)化數(shù)年來倍受重視。鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制的重要任務(wù)是:(1)保持蒸汽壓力穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行中蒸汽負(fù)荷隨時(shí)發(fā)生變化，并反應(yīng)到蒸汽壓力波動(dòng)，這樣就必須隨時(shí)變化燃料量以適應(yīng)負(fù)荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。(2)保證經(jīng)濟(jì)燃燒為了得到最經(jīng)濟(jì)的燃燒工況，就要保持燃料量和送風(fēng)量之間有合適的比例，當(dāng)燃料量變化時(shí)，必須對應(yīng)地調(diào)整送風(fēng)量，使它與燃煤量相配合。(3)保持爐膛壓力一定中小型工業(yè)鍋爐目前一般采用爐膛負(fù)壓運(yùn)行方式，且負(fù)壓維持在100Pa以內(nèi)。爐膛負(fù)壓過小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會(huì)引起爐膛噴火等事故:負(fù)壓過大，會(huì)引起漏風(fēng)量增大，影響鍋爐熱效率，不利于經(jīng)濟(jì)燃燒，同步使引風(fēng)機(jī)電耗量增大。因此，必須嚴(yán)格保證爐膛負(fù)壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護(hù)和安全運(yùn)行都是有利的，這也是保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒和安全性的重要指標(biāo)。雖然燃燒控制系統(tǒng)是一種多參數(shù)變量的調(diào)整系統(tǒng)，但一般都把它簡化成互相聯(lián)絡(luò)、親密配合但又相對獨(dú)立的3個(gè)單變量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，即:以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒的送風(fēng)調(diào)整系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)整系統(tǒng)。2蒸汽壓力控制蒸汽壓力是反應(yīng)蒸汽供需關(guān)系平衡與否的重要指標(biāo)，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高，會(huì)加速金屬材料的蠕變;汽壓偏低，闡明供需關(guān)系不平衡，設(shè)備消耗的蒸汽量不小于既有的產(chǎn)汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產(chǎn)和維持運(yùn)行的需要。對于燃煤鏈條爐，蒸汽壓力的控制重要通過給煤量的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，也即調(diào)整爐排的轉(zhuǎn)速。給煤量大，供應(yīng)的熱量多，鍋水吸熱多，產(chǎn)生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當(dāng)然，給煤量必須與鼓風(fēng)量配合，一定給煤量對應(yīng)最佳鼓風(fēng)量，鼓風(fēng)量小，燃燒不完全，鼓風(fēng)量大帶走過多熱量。并且，根據(jù)工藝規(guī)定，當(dāng)負(fù)荷增長時(shí)，應(yīng)先增長鼓風(fēng)量，再增長給煤量:負(fù)荷減小時(shí)，先減少給煤量，后減少鼓風(fēng)量。蒸汽壓力的控制過程是個(gè)大慣性大滯后過程，目前這個(gè)過程的控制大多仍采用PID控制。這是由于PID控制具有構(gòu)造簡樸、實(shí)現(xiàn)輕易和魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，并且PID控制器不需要精確的數(shù)學(xué)模型，其控制參數(shù)的物理意義清晰，控制器輕易在線調(diào)整。不過，為實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，目前己有不少新的算法的應(yīng)用，如非線性PID控制算法、模糊算法等等。3經(jīng)濟(jì)燃燒鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒波及諸多變量，如空氣過剩系數(shù)、煙氣含氧量、風(fēng)煤比，各變量之間互相影響又相對獨(dú)立，要使鍋爐實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，必須綜合考慮多種有關(guān)原因，并進(jìn)行合理控制。國內(nèi)外己有不少機(jī)構(gòu)對鍋爐控制進(jìn)行了研究，并有有關(guān)的先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件問世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還很少。國內(nèi)的有關(guān)控制大多仍基于老式的控制方略，如PID控制、比值控制、串級控制、前饋控制等，在此基礎(chǔ)上加進(jìn)某些優(yōu)化技術(shù)，如PID控制器參數(shù)自整定、自適應(yīng)控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒。尚有一點(diǎn)需要闡明，在目前的鍋爐中為使燃料完全燃燒，大都增設(shè)了二次風(fēng)，以加強(qiáng)煙氣和空氣的擾動(dòng)、混合和延長煙氣流程，減少化學(xué)未完全燃燒損失，同步使煙氣中的煤粒在爐膛內(nèi)停留較長時(shí)間，使其得到充足燃燒。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，合理使用二次風(fēng)能使鍋爐的熱效率提高3-5%左右。4爐膛負(fù)壓控制影響爐膛負(fù)壓的原因主是鼓風(fēng)量和引風(fēng)量，一般爐膛負(fù)壓重要通過控制引風(fēng)量的大小來控制。在這里，爐膛負(fù)壓作為被控對象，引風(fēng)量作為控制對象，當(dāng)然這是在鼓風(fēng)量一定的前提下說的。當(dāng)鼓風(fēng)量發(fā)生變化的時(shí)候，引風(fēng)量也要跟著變化，一般是把鼓風(fēng)量作為引風(fēng)控制的前饋量，在鼓風(fēng)量增長時(shí)立即增長引風(fēng)量，當(dāng)鼓風(fēng)量減少時(shí)，通過一段時(shí)間再減少引風(fēng)量。5連鎖控制在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運(yùn)行，在某一機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，要有即時(shí)報(bào)警和有關(guān)保護(hù)，并觸發(fā)與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連鎖。鍋爐運(yùn)行規(guī)定的連鎖動(dòng)作大體有如下幾項(xiàng):(1).鼓風(fēng)電機(jī)規(guī)定當(dāng)引風(fēng)電機(jī)停止、爐排電機(jī)停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超過上限時(shí)，鼓風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。啟動(dòng)時(shí)，只有引風(fēng)機(jī)運(yùn)行起來后才開鼓風(fēng)機(jī)。(2).引風(fēng)電機(jī)規(guī)定當(dāng)鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超過上限時(shí)，引風(fēng)電機(jī)自動(dòng)停止。(3).爐排電機(jī)規(guī)定當(dāng)鼓風(fēng)電機(jī)或引風(fēng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，爐排電機(jī)立即停止運(yùn)行。在正常啟停時(shí)，當(dāng)鼓風(fēng)和引風(fēng)開起來后再開爐排電機(jī)，停機(jī)時(shí)先停爐排電機(jī)。(4).給水泵規(guī)定鍋筒水位超過上上限時(shí)，給水泵自動(dòng)停止。給水泵的控制還要考慮除氧水箱水位的下限，在其靠近空時(shí)，也要停止給水泵。1.3PLC控制的長處可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)簡稱PLC，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初重要用于次序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，均有很大的提高。目前的PLC己不只是開關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了次序控制、邏輯控制的范圍，具有了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(ProgrammableController)，簡稱PC，不過為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為PLC.實(shí)際上，PLC就是以嵌入式CPU為關(guān)鍵，配以輸入、輸出及通訊等模塊，可以以便地用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。它以其高可靠性、高穩(wěn)定性、編程簡樸和易于使用，在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，使得整個(gè)控制系統(tǒng)在功能的可靠性、配置的靈活性等方面較之過去產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。當(dāng)然，與所有的器件同樣，PLC自身也有其局限性，它無法向操作者顯示動(dòng)態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝變化時(shí)，無法以便、迅速地變化有關(guān)參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜某些的控制系統(tǒng)中，PLC一般與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱工控機(jī)，是針對工業(yè)用途而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，與一般的商業(yè)PC機(jī)相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性，同步構(gòu)造上也更便于擴(kuò)展;另首先，它與商業(yè)PC機(jī)同樣，有著十分豐富的商品軟件支持，可以開發(fā)出適合顧客的直觀、以便的圖形操作界面。目前，工業(yè)控制中所采用的工業(yè)PC+PLC控制系統(tǒng)中，PLC重要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算和控制輸出，可以接受開關(guān)接點(diǎn)等數(shù)字信號，還可以直接接受原則的過程量，如4-20mA電流、1-5V電壓、熱電偶、熱電阻等模擬信號?；贖MI技術(shù)的工業(yè)PC機(jī)構(gòu)成了OS操作員站或ES工程師站，重要的功能是數(shù)據(jù)歸檔、趨勢記錄、報(bào)警提醒以及參數(shù)設(shè)定，提供了運(yùn)行人員和控制系統(tǒng)的一種交互方式。伴隨網(wǎng)絡(luò)通信功能的不停增強(qiáng)，PLC與PLC及計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在其中掛接在線通用計(jì)算機(jī)，實(shí)目前線組態(tài)、編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，這樣就已經(jīng)具有了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC價(jià)格和可靠性優(yōu)勢，使之可與老式的集散控制系統(tǒng)相競爭。伴隨PLC成本的下降和性能的提高，一般PLC己能滿足小型鍋爐的控制規(guī)定，且性價(jià)比較高。1.4本文重要內(nèi)容本文以一臺l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)為研究對象，重要做了如下幾種方面的工作：(1)在深入理解鏈條燃煤鍋爐的工藝過程，以及國內(nèi)蒸汽鍋爐控制現(xiàn)實(shí)狀況，尤其對一臺l0T/h鍋爐控制系統(tǒng)研究，討論了PLC+工業(yè)PC在鍋爐控制中的應(yīng)用的可行性；(2)論述了一臺l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)的總體構(gòu)造設(shè)計(jì)；(3)簡介了子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；(4)討論了燃燒過程中優(yōu)化控制方略；(5)詳細(xì)簡介了控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)控制規(guī)定本控制系統(tǒng)控制一臺l0T/hDHL10-1.25-AIII型鍋爐，結(jié)合鍋爐自帶的部分手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)如下功能：1.鍋爐給煤系統(tǒng)：給煤自動(dòng)調(diào)整；2.鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)：送風(fēng)自動(dòng)調(diào)整；3.鍋爐引風(fēng)系統(tǒng)：引風(fēng)自動(dòng)調(diào)整；4.鍋爐燃燒控制系統(tǒng)：給煤、送風(fēng)和引風(fēng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)鍋爐最佳經(jīng)濟(jì)燃燒；5.水箱水位實(shí)時(shí)監(jiān)控：水位監(jiān)視與報(bào)警；6.循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控：循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵狀態(tài)監(jiān)視與報(bào)警；7.鍋爐多種連鎖保護(hù)：保證鍋的安全運(yùn)行。2.2鍋爐本體構(gòu)造DHL10-1.25-AIII型角管式鍋爐為單鍋筒橫向布置組裝鍋爐，鍋爐的燃燒方式采用輕型鏈條爐排，鍋爐爐膛及水冷系統(tǒng)為膜式壁構(gòu)造，整臺鍋爐呈單層布置，配置鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵、出渣機(jī)、除塵器及部分電氣控制裝置。煙氣燃料系統(tǒng)：燃料從煤斗通過煤閘門，經(jīng)刮平后隨爐排緩慢進(jìn)入爐膛，著火燃燒后產(chǎn)生的煙氣通過煙氣出口窗，進(jìn)入對流管束，在其中上下向流動(dòng)，然后通過鍋爐的煙道，依次進(jìn)入省煤器、除塵器等設(shè)備后，由引風(fēng)機(jī)將煙氣從煙囪排向大氣?；以到y(tǒng)：燃料經(jīng)燃燒后生成的灰渣在爐排尾部落入渣坑，經(jīng)出渣機(jī)排出，爐排的漏煤和漏灰由鏈條爐排前部的落灰斗內(nèi)掏出。送風(fēng)系統(tǒng)：空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入風(fēng)道，通過鏈條爐排兩側(cè)的風(fēng)道，進(jìn)入爐排下的風(fēng)室，通過爐排進(jìn)入爐膛。二次風(fēng)裝置：多孔分層錯(cuò)列射流式二次風(fēng)裝置保證燃料在爐膛內(nèi)充足燃燒。由上面的描述可知，此鍋爐的燃料供應(yīng)可通過爐排轉(zhuǎn)速來調(diào)整，由于這里沒有過熱器，產(chǎn)出的是該廠需要的是飽和蒸汽，因此有關(guān)的計(jì)量和顯示應(yīng)按照飽和蒸汽的特性來設(shè)置。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想在以上分析的基礎(chǔ)上，我們對系統(tǒng)作如下各控制部分設(shè)計(jì)。2.3.1電機(jī)控制模式控制系統(tǒng)中根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不一樣具有2類電機(jī)，一類帶有變頻器驅(qū)動(dòng)，如引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、給水泵、爐排機(jī);另一類通過直接控制接觸器的通斷來驅(qū)動(dòng)，如除渣機(jī)、進(jìn)水泵。對于帶變頻器的電機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置了“現(xiàn)場控制”和“計(jì)算機(jī)控制”2種操作方式?！艾F(xiàn)場控制”是指在中控室的操作臺通過啟停按鈕及手操器對電機(jī)進(jìn)行操作的一種方式，“計(jì)算機(jī)控制”是指在中控室操作員站計(jì)算機(jī)上通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示屏等設(shè)備對電機(jī)進(jìn)行操作的一種方式。電機(jī)的啟停次序存在約束關(guān)系，如啟爐的次序?yàn)椋阂L(fēng)機(jī)——鼓風(fēng)機(jī)——爐排機(jī)，停爐的次序則相反:爐排機(jī)——鼓風(fēng)機(jī)——引風(fēng)機(jī)。變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)和調(diào)速功能，在電機(jī)到達(dá)轉(zhuǎn)速規(guī)定后，PLC會(huì)發(fā)出信號積極關(guān)閉變頻器的動(dòng)作，保護(hù)變頻器的使用壽命，電機(jī)切換到公頻狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，對于帶變頻器的電機(jī)控制如下圖所示：圖2-1變頻器控制電機(jī)原理圖對于不帶變頻器的電機(jī)，分為2種狀況進(jìn)行控制。對于除渣機(jī)，由于工作任務(wù)簡樸，只設(shè)置現(xiàn)場操作箱，在現(xiàn)場對其直接進(jìn)行啟停操作。對于軟水箱進(jìn)水泵，在現(xiàn)場設(shè)置1個(gè)操作箱，通過操作箱上的“現(xiàn)場控制”及“計(jì)算機(jī)控制”轉(zhuǎn)換開關(guān)對其操作方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對于電機(jī)的控制如下圖所示：圖2-2控制電機(jī)的電氣原理圖對于給水泵和軟水箱進(jìn)水泵，由于其每兩臺水泵對應(yīng)一套設(shè)備，如1臺給水泵供應(yīng)一臺鍋爐，2臺軟水箱進(jìn)水泵供應(yīng)一套軟水箱。鑒于此狀況，將給水泵和軟水箱進(jìn)水泵的控制方式設(shè)計(jì)為兩臺水泵互為備用的方式，當(dāng)其中一臺水泵出現(xiàn)故障問題時(shí)，此外一臺備用水泵可以自動(dòng)切換到工作狀態(tài)，使鍋爐爐筒或軟水箱的供水不會(huì)出現(xiàn)中斷，保障了鍋爐運(yùn)行的安全。在切換過程中，PLC控制程序?qū)?huì)做PID調(diào)整參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整傳播，使水泵的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移不會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)。此外，在PLC控制程序中還設(shè)計(jì)有水泵的運(yùn)行累積時(shí)間判斷程序，使水泵啟動(dòng)時(shí)優(yōu)先啟動(dòng)運(yùn)行累積時(shí)間較短的那臺，這樣可使兩臺水泵均保持良好的運(yùn)行、備用狀態(tài)。2.4各重要回路控制方略2.4.1鍋爐生產(chǎn)工藝流程圖及汽水系統(tǒng)工藝流程圖如下：圖2-1鍋爐工藝流程圖工藝流程可分為給煤、水汽、風(fēng)3大部分。分別闡明如下：1給煤：燃煤由皮帶輸送到鍋爐煤倉，落下平鋪到爐排。爐排電機(jī)經(jīng)變速后帶動(dòng)爐排轉(zhuǎn)動(dòng)，爐排將煤送入爐膛參與燃燒。燃燒后的灰渣在爐膛后部落入碾渣機(jī)，最終由刮板除渣機(jī)除走。調(diào)整爐排電機(jī)轉(zhuǎn)速即可調(diào)整燃料供應(yīng)量以控制燃燒；2水汽：原水經(jīng)軟水加壓泵加壓，進(jìn)機(jī)械過濾器過濾、鈉離子互換器互換，成為軟水，進(jìn)入軟水箱臨時(shí)儲(chǔ)存。再由除氧器泵加壓打入除氧器除氧，后經(jīng)鍋爐給水泵加壓，經(jīng)省煤器進(jìn)入鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由內(nèi)部集汽管搜集，輸送到分汽缸送出;調(diào)整軟水泵轉(zhuǎn)速可調(diào)整進(jìn)入軟水箱的水量。調(diào)整除氧器加壓泵轉(zhuǎn)速可調(diào)整進(jìn)入除氧器水量。調(diào)整鍋爐給水泵轉(zhuǎn)速可調(diào)整進(jìn)入鍋筒水量。進(jìn)而可調(diào)整軟水箱、除氧器、鍋筒三者的水位；3風(fēng)經(jīng)送風(fēng)機(jī)送到空氣預(yù)熱器被高溫?zé)煔饧訜幔腿霠t排下方，經(jīng)分風(fēng)板分派進(jìn)入爐膛參與助燃，燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器、水膜除塵器，最終由引風(fēng)機(jī)抽走，經(jīng)煙囪排出。調(diào)整送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)整參與燃燒的風(fēng)量，調(diào)整引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)整爐膛的負(fù)壓。2.4.2主程序框圖如下：2.4.3自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖：2.4.4給水調(diào)整回路由于汽包水位在蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與調(diào)整作用相反的“虛假水位”，即蒸汽負(fù)荷增大時(shí)，汽包內(nèi)蒸汽壓力減小，致使汽包內(nèi)的水沸騰，在外部看來水位非但沒有下降反而增長;同樣在蒸汽負(fù)荷減小時(shí)，汽包水位會(huì)出現(xiàn)減少的假象。因此，鍋爐給水調(diào)整是鍋爐控制中的一種難點(diǎn)，采用一般的PID調(diào)整算法是很難獲得很好的控制效果的，甚至?xí)韲?yán)重的安全問題。為克服“虛假水位”現(xiàn)象對給水控制系統(tǒng)導(dǎo)致的不利影響，在蒸汽參數(shù)穩(wěn)定、給水流量容許的狀況下給水控制系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)切換到三沖量調(diào)整系統(tǒng)。負(fù)荷不小于30%時(shí)一般采用三沖量串級調(diào)整系統(tǒng)來調(diào)整給水泵變頻器，以使汽包水位滿足鍋爐運(yùn)行規(guī)定。在給水控制三沖量調(diào)整系統(tǒng)中汽包水位信號作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。為保證給水自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有效工作，采用變速積分PID控制算法進(jìn)行調(diào)整，在水位偏差較大時(shí)，積分時(shí)間減小，在水位偏差較小時(shí)，積分時(shí)間加大，以使系統(tǒng)很快到達(dá)設(shè)定水位值。此外，在異常狀況下系統(tǒng)也可切至手動(dòng)操作，在給水流量或蒸汽流量檢測出現(xiàn)問題時(shí)，也可切換為雙沖量控制。給水控制系統(tǒng)控制方略如下圖所示：圖2-2給水控制系統(tǒng)2.4.5汽包壓力調(diào)整回路維持汽包壓力恒定是重要的控制規(guī)定。當(dāng)負(fù)荷的蒸汽用量發(fā)生變化時(shí)，汽包壓力就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。此時(shí)為了維持汽包壓力恒定，必須變化進(jìn)入鍋爐的燃料量和助燃空氣量。要從能量平衡的角度來構(gòu)造汽包壓力調(diào)整回路，即由燃料加入量維持汽包壓力恒定。在汽包壓力控制系統(tǒng)中，通過調(diào)整入爐燃料量來控制汽包壓力，以滿足鍋爐的運(yùn)行規(guī)定，所有入爐燃料量是影響的重要原因之一。汽包壓力控制系統(tǒng)得到的燃料量指令和風(fēng)量指令，分別送往燃料量控制系統(tǒng)和送風(fēng)控制系統(tǒng)。汽包壓力調(diào)整回路控制方略如圖所示：圖2-3主汽壓力控制系統(tǒng)2.4.6爐膛負(fù)壓調(diào)整回路鍋爐爐膛壓力調(diào)整系統(tǒng)由爐膛負(fù)壓測量值及引風(fēng)機(jī)變頻器控制信號來構(gòu)造控制方案。爐膛壓力調(diào)整系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓測量值通過慣性延滯處理后與給定值一起送入控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果動(dòng)作引風(fēng)機(jī)變頻器，從而調(diào)整爐膛負(fù)壓滿足鍋爐運(yùn)行規(guī)定。由于引風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，需通過一段時(shí)間爐膛負(fù)壓才發(fā)生變化，故在上述控制方案中直接把引風(fēng)機(jī)速度實(shí)測反饋信號作為前饋信號送入調(diào)整輸出中，以提高引風(fēng)風(fēng)量變化時(shí)調(diào)整系統(tǒng)響應(yīng)的迅速性。爐膛壓力調(diào)整系統(tǒng)控制方略如下圖所示：圖2-4爐膛負(fù)壓控制回路2.4.7水位控制程序框圖：2.4.8燃燒控制回旅程序框圖：第三章系統(tǒng)硬件構(gòu)成3.1總體構(gòu)造本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)加工控機(jī)的上、下位機(jī)控制構(gòu)造。其中，PLC負(fù)責(zé)硬件開關(guān)量I/0的控制和模擬信號的采集與調(diào)整，并通過MPI進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊。工控機(jī)用來進(jìn)行參數(shù)修改與設(shè)定、手動(dòng)/自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、數(shù)據(jù)存貯與查詢等工作。工控機(jī)通過MPI與PLC相連，進(jìn)行互相通信。3.2系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖3-1系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖3.3重要器件選擇本控制系統(tǒng)重要器件包括工控機(jī)、PLC、變頻器等。它們的選擇在保證功能的同步盡量規(guī)定高可靠性和使用以便。1．工控機(jī)上位機(jī)選用工控行業(yè)應(yīng)用廣泛的研華工控機(jī)，詳細(xì)配置是：IPC610機(jī)型，2.4G/P4CPUDDR256M內(nèi)存，80G硬盤。該機(jī)型內(nèi)部底板上有8個(gè)ISA總線插槽，4個(gè)PCI總線插槽和2個(gè)CPU主板插槽，可以以便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。此外，選配戴爾19寸彩顯，外接打印機(jī)。工控機(jī)通過Siemens的CP5611卡與PLC通訊。CP5611是一款PCI卡，可用于將編程器或計(jì)算機(jī)連接到PROFIBUS或MPI接口，其數(shù)據(jù)傳播率為9.2Kbit/s-12Mbit/s。2.PLC選型下位機(jī)PLC選用Siemens的S7-300通用型PLC。SIMATICS7-300通用型可編程控制器能適合自動(dòng)化工程中的多種應(yīng)用場所，是一種模塊化中小型PLC系統(tǒng)，多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多以便功能的I/0擴(kuò)展模塊，使顧客可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴(kuò)展。在國內(nèi)，S7-300以其模塊化、無排風(fēng)扇構(gòu)造、易于實(shí)現(xiàn)分布、易于顧客掌握等特點(diǎn)，成為多種控制任務(wù)的以便又經(jīng)濟(jì)的處理方案，能滿足從小規(guī)模到中等性能的控制規(guī)定。PLC工作構(gòu)成框圖：圖3-2PLC構(gòu)成框圖S7-300通用型PLC由如下幾部分構(gòu)成：(1)中央處理單元(CPU)多種CPU有多種不一樣的性能，例：有的CPU上集成有輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU上集成有PROF工BUS-DP通訊接口等。(2)信號模塊(SM)用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。(3)通訊處理器(CP)用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)連接。(4)功能模塊(FM)用于高速計(jì)數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)控制)和閉環(huán)控制。S7-300通用型PLC具有如下諸多功能:(5)豐富的指令集和功能庫包括350多條指令，包括二進(jìn)制邏輯、括號指令、成果賦值、存儲(chǔ)、計(jì)數(shù)、裝載、傳播、比較、移位、循環(huán)、產(chǎn)生補(bǔ)碼、塊調(diào)用、跳轉(zhuǎn)等，尚有定點(diǎn)運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算功能，用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算。尤其是集成了諸多原則控制功能塊，如PID，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過程控制。(6)高速的指令處理0.6-0.1p的指令處理時(shí)間完全滿足中等到較低的性能規(guī)定。(7)以便顧客的參數(shù)賦值只用一種帶原則顧客接口的軟件工具就可給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值，節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費(fèi)用。(8)人機(jī)界面(HMI)以便的人機(jī)界面服務(wù)己經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對話的編程規(guī)定大大減少。(9)診斷功能CPU的智能化的診斷系統(tǒng)能持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能與否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時(shí)、模塊更換等等)。(10)口令保護(hù)多級口令保護(hù)可以使顧客高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)容許的復(fù)制和修改。(11)操作方式選擇開關(guān)操作方式選擇開關(guān)像鑰匙同樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能變化操作方式，可防止非法刪除或改寫顧客程序。(12)功能強(qiáng)大的通訊技術(shù)SIMATICS7-300CPU支持執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器與CPU之間的過程和現(xiàn)場通訊，以及可編程控制器互相之間的數(shù)據(jù)通訊。此外，S7-300系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，構(gòu)造緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸以便等長處。綜合前面的分析，本系統(tǒng)包括如下不一樣性質(zhì)的I/0點(diǎn):30個(gè)開關(guān)量輸入，7個(gè)開關(guān)量輸出，13個(gè)模擬量輸入，3個(gè)模擬量輸出。根據(jù)I/0點(diǎn)數(shù)確實(shí)定及應(yīng)用場所的區(qū)別，尚有配置的裕量規(guī)定，本系統(tǒng)配置了如下模塊(單臺鍋爐)：(1)2個(gè)模擬量輸入模塊SM331(AI8*12Bit)：可提供具有12位辨別率的總數(shù)為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道：(2)1個(gè)模擬量輸入模塊SM331(AI8*RTD)：可提供總數(shù)為8路的熱電阻輸入通道；(3)1個(gè)模擬量輸出模塊SM332(AO4*12Bit)：可提供具有12位辨別率的總數(shù)為4路的數(shù)模轉(zhuǎn)換通道；(4)2個(gè)數(shù)字量輸入模塊SM321(DI32*24VDC)：可提供總數(shù)為64路的開關(guān)量輸入通道；(5)2個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322(DO16*RelAC120V/230V)：可提供總數(shù)為32路的開關(guān)量輸出通道；中央處理單元CPU314；總共8個(gè)I/0模塊，加上CPU模塊恰好合用一塊機(jī)架(rack0)，詳細(xì)器件排列如圖2-2：圖3-3系統(tǒng)PLC配置圖圖3-4電氣控制系統(tǒng)框圖對上述各模塊詳細(xì)簡介如下：(1)模擬量輸入模塊SM331(AI8*12Bit)該模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號，用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，具有12到14位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于各流量、壓力和爐膛溫度的檢測，將各變送器傳過來的兩線制或四線制電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)镾7-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(正常數(shù)值為-27647～+27648)，由于此模擬量輸入模塊占據(jù)的是0導(dǎo)軌上的4槽和5槽，因此根據(jù)SIMATICS7-300它的I/O地址分派，4槽占用地址（0.0～0.7），5槽占用地址（4.0～4.7）。該模塊的關(guān)鍵部件是A/D轉(zhuǎn)換器，采用積分法轉(zhuǎn)換，可選的積分時(shí)間有：2.5ms,16.6ms,20ms和l00ms，對應(yīng)克制工頻400Hz,60Hz,50Hz和lOHz，按照我國既有的50Hz供電頻率，此處可選20ms或50Hz。在該模塊中，8個(gè)模擬量輸入通道共用一種積分式A/D轉(zhuǎn)換器，每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成一種輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量類型和測量范圍，每個(gè)通道組都可選擇診斷及診斷中斷。模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。此外，根據(jù)使用闡明將有關(guān)的輸入通道與模塊上的M端或COMP端短接或斷開，可以使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能。(2)模擬量輸入模塊SM331(AI8*RTD)該模塊直接接入RTD溫度傳感器，如:Pt100,Pt200,Pt500,Ptl000,Ni100,Ni120,Ni1000,Cu10等，具有16位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于水箱和省煤器溫度的檢測。此模擬量輸入塊占據(jù)的是6槽，因此I/O地址為（8.0～8.7）。該模塊使用4個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成一種輸入通道組，每個(gè)通道組共用1個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，可以按通道組任意選擇測量類型和溫度系數(shù)，每個(gè)通道組都可選擇斷線診斷及診斷中斷。模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300CPU之間是光電隔離的，整個(gè)模塊可選擇超范圍硬件診斷、掃描周期末硬件診斷及診斷中斷。(3)模擬量輸出模塊SM332(AO4*12Bit)該模塊可直接輸入電壓或電流信號，具有12位的轉(zhuǎn)換精度，在本系統(tǒng)中用于輸出鼓風(fēng)、引風(fēng)、爐排和給水的調(diào)整信號，將S7-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(正常數(shù)值為一27647～+27648)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器需要的電壓或電流信號。此模塊占據(jù)的是第7槽，因此I/O地址為（12.0～12.3）。該模塊的關(guān)鍵部件是D/A轉(zhuǎn)換器，4個(gè)模擬量輸出通道共用一種D/A轉(zhuǎn)換器，每個(gè)輸出通道均可按需要選擇輸出類型和輸出范圍，以及與否診斷。此外，每個(gè)輸出通道都可設(shè)置一替代值，在CPU處在STOP狀態(tài)時(shí)，以此值作為輸出值。模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。(4)數(shù)字量輸入模塊SM321(DI32*24VDC)該模塊接受現(xiàn)場的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)(直流24V供電)，并通過光電隔離和濾波，將其轉(zhuǎn)化為S7-300內(nèi)部信號電平。該模塊具有32位獨(dú)立的輸入點(diǎn)，每個(gè)輸人點(diǎn)有一種綠色發(fā)光二極管(LED)顯示其輸入狀態(tài)，高電平(13～30VDC)時(shí)LED亮。信號從高到低或從低到高的輸入延時(shí)為1.2～4.8ms。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電禍合器隔離。此模塊占據(jù)的是第8和第9兩個(gè)槽位，因此它的I/O地址分別為8槽（16.0～19.2），9槽（20.0～23.2）。(5)數(shù)字量輸出模塊SM322(DO16*RelAC120V/230V)該模塊的輸出以繼電器的觸點(diǎn)形式輸出，輸出為高電平時(shí)，對應(yīng)輸出通道中的繼電器觸點(diǎn)閉合，接通外部電路，同步對應(yīng)的綠色發(fā)光二極管(LED)亮。這里使用的繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)壽命可達(dá)5200萬次(根據(jù)負(fù)載類型和大小有所不一樣)，如對于24VDC/0.5A的感性負(fù)載，開關(guān)壽命可達(dá)50萬次。該模塊總共有16個(gè)帶隔離的輸出點(diǎn)，8點(diǎn)為一組，可用于AC/DC電磁閥、接觸器、電機(jī)啟動(dòng)器、電機(jī)和指示燈。輸出通道與背板總線及通道之間均有光電隔離。此模塊占據(jù)的是第10，和第11號槽位，因此他們的I/O地址分別為，10槽（24.0～25.5），11槽（28.0～29.5）。(6)中央處理單元CPU314CPU314可以進(jìn)行高速處理以及中等規(guī)模的I/0配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。其位操作指令時(shí)間不不小于100ns，具有48KB/16K指令的工作存儲(chǔ)器(應(yīng)用)，1KB/1KB的I/O地址區(qū)，2KB的位存儲(chǔ)器，1024個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB),256個(gè)S7定期器，256個(gè)S7計(jì)數(shù)器，1K的I/O地址空間，容許256個(gè)模擬量通道，最多可配置4個(gè)機(jī)架(即32個(gè)模板)。CPU314集成的MPI接口可以與S7-300/400建立4個(gè)靜態(tài)和8個(gè)動(dòng)態(tài)連接，或與編程器、PC,OP建立4個(gè)靜態(tài)連接。對于靜態(tài)連接，一種被編程器占用，一種被OP占用。通過MPI口，使用“全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊”可以建立連接16個(gè)CPU的簡樸網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)用S7的組態(tài)工具STEP7可設(shè)置MPI站地址、定義最大掃描周期和負(fù)荷，以及自測試功能，還可定義可保持存儲(chǔ)位、計(jì)數(shù)器、定期器和數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，定義啟動(dòng)日期、啟動(dòng)時(shí)間和周期作出反應(yīng)。3.SITOP電源(10A)及其容量計(jì)算Siemens的SITOP電源可由AC120/230V供電，輸出2A,5A,l0A和20A直流電源，滿足B級噪音克制規(guī)定。電源模塊的選擇準(zhǔn)則是其輸出功率必須不小于CPU模塊與所有I/O模塊之和，并且要有30%左右的余量，故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)須考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗。表3—1列出了在24V直流負(fù)載電源下，所選用的多種S7-300模塊的電流損耗以及從24V負(fù)載電源吸取的電流。表3—1各模塊電流、容量表模塊通過背板總線吸取的電流（最大值）從24負(fù)載電源吸取的電流（最大值、空載）功率損耗（正常運(yùn)行）CPU3142A60mA2.5WSM331(AI8*12Bit)50mA30mA1.3WSM331(AI8*RTD)100mA240mA4.6WSM332(AO4*12Bit)60mA240mA3WSM321(DI32*24VDC)15mA1mA6.5WSM322(DO16*Re1AC120/230)40mA160mA3.2W機(jī)架上由CPU314向其他模塊供應(yīng)直流24V電源，按表3—1可以計(jì)算出這些模塊從S7-300背板總線吸取的電流為：(mA)沒有超過CPU314所能轉(zhuǎn)供的電流2A。各模塊從24V電源吸取的總電流為：(mA)考慮到現(xiàn)場部分傳感器的供電最大可達(dá)6A，故選用SITOP(l0A)。4.變頻器變頻器選用富士(FUJI)的FRENIC5000G11S/Pl1S變頻器，該類變頻器具有動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制，能配合負(fù)載實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地加減速，在0.5Hz時(shí)能輸出200%的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩(22KW,30KW以上時(shí)為180%)，低轉(zhuǎn)速(1Hz)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)很小。此外，其優(yōu)良的環(huán)境兼容性、針對風(fēng)機(jī)水泵的獨(dú)特的節(jié)能設(shè)計(jì)、較強(qiáng)的保護(hù)功能、豐富的維護(hù)功能、低噪音、以便合用的電氣接口、較高的性價(jià)比，都使其成為首選。本系統(tǒng)中，爐排變頻器采用FRN1.5G11S-4型，鼓風(fēng)機(jī)(一次風(fēng)機(jī))變頻器采用FRN22P11S-4型，引風(fēng)機(jī)變頻器采用FRN55P11S-4型。圖3-5變頻器的構(gòu)造框圖變頻器具有如下的特點(diǎn)合用與控制系統(tǒng)：(1)具有磁通矢量控制、轉(zhuǎn)差賠償、負(fù)載轉(zhuǎn)距自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能。(2)可以最大程度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率。(3)能減少電機(jī)運(yùn)行損耗，尤其適合負(fù)載頻繁變化的場所。(4)FRN22P11S-4變頻器將所有功能分為9個(gè)功能組，功能組內(nèi)分許多主功能，主功能又分為許多子功能。(5)在多種模式下工作，對不一樣的工作模式，程序設(shè)定的項(xiàng)目不盡一致。(6)包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了原則化。(7)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。(8)保護(hù)功能完善、維修性能好。(9)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。5.所需傳感器選擇和工作原理圖：(1)溫度傳感器工作原理：溫度測量電路由電阻R3、R4、R5和熱敏電阻RT構(gòu)成全橋，由運(yùn)放A1提供應(yīng)橋路一種恒壓；根據(jù)所測溫度的起始點(diǎn)選擇橋路各臂電阻；所側(cè)溫度值由運(yùn)放A2所構(gòu)成的差動(dòng)放大電路輸出。此電路構(gòu)造簡樸、敏捷度高。圖3-6溫度測量電路（2）壓力變送器和差壓變送器：壓力變送器工作原理：壓力變送器由壓力、壓差測量電路和變送器電路構(gòu)成，壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各構(gòu)成一種電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相似，所不一樣的是低壓室壓力是大氣壓或真空。A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其值被微處理器用來鑒定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。此外，它進(jìn)行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，傳感器微調(diào)等運(yùn)算，以及診斷和數(shù)字通信。D/A轉(zhuǎn)換器把微處理器來的并經(jīng)校正過的數(shù)字信號微調(diào)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在EEPROM內(nèi)，雖然斷電也保留完整。數(shù)字通信線路為變送器提供一種與外部設(shè)備(如275型智能通信器或采用HART協(xié)議的控制系統(tǒng))的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數(shù)字信號，并通過回路傳送所需信息。輸出穩(wěn)定的+10V鼓勵(lì)電壓，壓力變送器滿量程輸出電壓為30mV圖3-7壓力壓差測量電路圖3-8差壓變送器電路原理圖(3)渦街流量計(jì)的工作原理：渦街流量計(jì)是目前化工生產(chǎn)過程中普遍使用的流量測量儀表,其轉(zhuǎn)換電路是智能渦街流量計(jì)電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。合理選擇外圍器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了低功耗、智能化、模塊化、原則化,并具有功能組態(tài)、參數(shù)設(shè)定、故障診斷、數(shù)據(jù)修正等功能。處理了以往流量計(jì)的功耗大、性能不穩(wěn)定問題。工作原理：在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：式中—旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速(m/s)—斯特勞哈爾數(shù)—旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中通過渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特性寬度有關(guān)，可用下式表達(dá)：式中—旋渦的釋放頻率(Hz)—流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度(m/s)—旋渦發(fā)生體特性寬度(m)—為斯特羅哈數(shù)，無量綱，它的數(shù)值范圍為0.14－0.27由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，再由式可以求出流量，其中為流體流過旋渦發(fā)生體的截面積。當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí)，運(yùn)用壓電傳感器測出與流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，輸出到二次儀表，進(jìn)行累積、顯示。圖3-9電流變送器電路圖（4）變送器的工作原理圖：變送器由傳感器和信號處理電路構(gòu)成。其中傳感器感壓面有惠斯頓電橋,當(dāng)增長壓力時(shí),電橋各橋臂電阻值發(fā)生變化。通過信號處理電路，轉(zhuǎn)換成電壓變化,最終將其轉(zhuǎn)換成原則（4～20）mADc信號輸出，這里以壓力傳感器為例，其他溫度變送器原理同出與此，只是壓力傳感器變換為溫度傳感器，其原理見圖：圖3-10變送器電路原理圖工作電壓12.5V～36VDC

輸出信號4mA～20mADC（模擬，二線制）

測量范圍相對壓力：最大0～60MPa最小0～1.6kPa

絕對壓力：最大0～60MPa最小0～20kPa

負(fù)相對壓力：-0.1MPa～1MPa（5）液位傳感器的工作原理：VG4620是一種單片式液位報(bào)警控制集成電路，雙列直插8腳封裝，使用簡樸該電路向位與液體中的傳感器電極發(fā)送信號，并檢測返回的信號，根據(jù)其信號衰減量來鑒定液面的詳細(xì)位置。經(jīng)典工作電壓為6V；電源電流為200MA；傳感器輸入電壓為6V;輸出電流為500MA；最大耗散功率0.8W；圖3-11液位檢測控制電路傳感器檢測的信號，需要通過測量放大電路，才能輸出可供PLC執(zhí)行的電流，電壓下面的電路圖可以實(shí)現(xiàn)這種信號放大功能。其電路原理圖如下：圖3-12測量放大電路3.4系統(tǒng)供電本系統(tǒng)供電系統(tǒng)如圖2-3所示。圖3-13系統(tǒng)供電系統(tǒng)所有控制回路采用統(tǒng)一供電線路供電，由單獨(dú)的一路電源經(jīng)3000VA的在線式UPS，向鍋爐控制系統(tǒng)供電，線路上沒有任何大功率設(shè)備，控制室內(nèi)的其他電器如照明系統(tǒng)、空調(diào)等，均沒有連接到該供電系統(tǒng)上。考慮到雷電對供電系統(tǒng)的影響，以及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性規(guī)定，采用在線式UPS既能保證電源平穩(wěn)，又可在短時(shí)停電時(shí)繼續(xù)顯示鍋爐的有關(guān)參數(shù)，以利于司爐工及時(shí)調(diào)整。3.5系統(tǒng)接地系統(tǒng)的接地問題一直是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一部分，對的接地是控制系統(tǒng)可成功操作的關(guān)鍵。在系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)接地系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致人員的觸電傷害及設(shè)備的損壞。本系統(tǒng)設(shè)置了兩類接地:安全地和屏蔽地。安全地又稱保護(hù)地，是為了防止設(shè)備外殼的靜電積累、防止導(dǎo)致人身傷害而采用的保護(hù)措施，用以保證運(yùn)行操作人員的人身安全。工廠供電一般為交流380V和220V，一般狀況下，設(shè)備機(jī)殼是不帶電的。當(dāng)故障發(fā)生，導(dǎo)致電源供電火線與外殼等導(dǎo)電金屬部件短路時(shí)，這些金屬部件就形成了帶電體，假如沒有很好的接地，操作人員不小心觸到這些帶電體，就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此，必須保證金屬外殼良好接地。此外，機(jī)殼接地還可以防止靜電的積聚和起到屏蔽的作用。需要接安全地的設(shè)備重要是操作臺外殼、各操作箱外殼、儀表盤、控制柜外殼等所有操作人員可接觸及到的各個(gè)金屬部分。安全地的接觸電阻一般不不小于4歐姆即可。一般接地點(diǎn)和控制室建筑物的接地帶連接在一起即可獲得等電位，但由于鍋爐房(尤其是煙囪)有避雷針接地點(diǎn)，這些點(diǎn)在受到雷擊時(shí)也許會(huì)有瞬間地電位大幅度提高現(xiàn)象，因此現(xiàn)場將系統(tǒng)安全地的入地點(diǎn)設(shè)在了遠(yuǎn)離避雷針的入地點(diǎn)，同步將機(jī)柜、操作臺外殼等均固定于預(yù)埋在地基中的角鋼(接地極)之上(角鋼與廠房接地網(wǎng)連接在一起)，并將安全地的接地線牢固地接在角鋼上，保證了良好的接地連接。屏蔽地是指輸入信號電纜的屏蔽層接地，它可以把信號傳播時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號質(zhì)量。本系統(tǒng)中PLC安裝在操作臺內(nèi)，因此在操作臺內(nèi)安頓了屏蔽地匯流排，屏蔽線分別接到屏蔽地匯流排上，兩個(gè)操作臺的屏蔽地匯流排用絕緣的銅導(dǎo)線連到一點(diǎn)，接入到鍋爐房外專門的接地極。該接地極在鍋爐房接地網(wǎng)15米以外，且接地電阻不超過2歐姆。3.6系統(tǒng)運(yùn)行方式 1.手動(dòng)方式這種方式下，操作人員可以單獨(dú)開、停任何設(shè)備。當(dāng)然，多種報(bào)警及必要的保護(hù)仍有效。2.自動(dòng)方式這種方式下，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟、停，多種連鎖有效，各控制過程按設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整。系統(tǒng)也可以掙脫工控機(jī)和PLC，由按鈕、旋鈕等實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，此時(shí)，鍋爐的水位等信號可由儀表觀測到。當(dāng)然，若工控機(jī)和PLC未斷電，上位機(jī)上也可觀測到這些信號。3.7PLC配置及I/O點(diǎn)分派：圖3-14PLC配置構(gòu)造圖變送器、變頻器、各開關(guān)信號輸入輸出均接入PLC控制器的輸入輸出模塊。3.7.1鍋爐給水本系統(tǒng)有二臺給水泵，其中一臺正常使用，一臺備用，規(guī)定可隨時(shí)切換，水泵只有啟?？刂?。據(jù)此，給水環(huán)節(jié)中可以采用調(diào)整閥調(diào)整給水流量，為保護(hù)和形成閉環(huán)持續(xù)控制，給水管路中需要加入給水流量和給水壓力檢測，鍋筒部位加入持續(xù)液位和壓力檢測，對應(yīng)的配置如下:表3—2給水配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1給水流量I0.0AI渦街流量計(jì)2給水壓力檢測I0.1AI壓力變送器3給水泵運(yùn)行Q24.0DO泵18.5KW4給水泵運(yùn)行反饋I16.0DI輔助觸點(diǎn)5給水泵運(yùn)行故障I16.1DI熱繼電器6給水泵啟動(dòng)I16.2DI按鈕7給水泵停止I16.3DI按鈕8鍋筒水位I0.2AI液位變送器9鍋筒高水位檢測及報(bào)警I16.4DI接點(diǎn)液位計(jì)10鍋筒低水位檢測及報(bào)警I16.5DI接點(diǎn)液位計(jì)11給水量調(diào)整I16.6DI電動(dòng)調(diào)整閥12給水量調(diào)整Q24.1DO電動(dòng)調(diào)整閥其對應(yīng)的I/O點(diǎn)配置模塊如下圖所示：3.7.2鍋筒鍋筒水位有電接點(diǎn)液位計(jì)檢測上下限，鍋筒壓力由指針壓力表顯示，沒有持續(xù)的檢測，故需要加入鍋筒液位和壓力傳感器，檢測其持續(xù)量，詳細(xì)配置應(yīng)如下:表3—3鍋筒配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1鍋筒水位I0.3AI液位變送器2鍋筒高水位檢測及報(bào)警I16.7DI接點(diǎn)液位計(jì)3鍋筒低水位檢測及報(bào)警I16.8DI接點(diǎn)液位計(jì)4鍋筒壓力檢測I0.4AI差壓變送器3.7.3給煤本鍋爐由給煤機(jī)往煤斗中加煤，給煤機(jī)有正反轉(zhuǎn)和啟?？刂?煤閘門由司爐工手動(dòng)調(diào)整，不需控制;爐排由一般交流電機(jī)通過減速機(jī)帶動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒，規(guī)定其速度持續(xù)可調(diào)，故需要在此加入變頻控制，其配置應(yīng)如下:表3—4給煤配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1給煤機(jī)運(yùn)行Q24.2DO電機(jī)7.5KW2給煤機(jī)運(yùn)行反饋I16.9DI輔助觸電3給煤機(jī)運(yùn)行故障I17.0DI熱繼電器4給煤機(jī)上煤反饋I17.1DI行程開關(guān)5給煤機(jī)啟動(dòng)I17.2DI按鈕6給煤機(jī)停止I17.3DI按鈕7爐排運(yùn)行Q24.3DO電機(jī)8爐排運(yùn)行反饋I17.4DI輔助觸點(diǎn)9爐排運(yùn)行故障I17.5DI熱繼電器10爐排運(yùn)行調(diào)整Q12.0AO變頻器1.1KW11爐排啟動(dòng)I17.6DI按鈕12爐排停止I17.7DI按鈕給煤I/O點(diǎn)配置及選用模塊如下：3.7.4鼓風(fēng)和引風(fēng)引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)均為交流電機(jī)，風(fēng)門只能分檔手動(dòng)調(diào)整，其中引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)規(guī)定速度可調(diào)，故需要為引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)分別增長變頻控制，詳細(xì)配置應(yīng)如下:表3—5鼓風(fēng)引風(fēng)配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1送風(fēng)壓力I0.5AI壓力變送器2煙氣壓力I0.6AI壓力變送器3一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I17.8DI按鈕4一次風(fēng)機(jī)停止I17.9DI按鈕5一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行Q24.4DO電機(jī)22KW6一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋I18.0DI輔助觸點(diǎn)7一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障I18.1DI熱繼電器8一次風(fēng)調(diào)整Q12.1AO變頻器22KW9二次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I18.2DI按鈕10二次風(fēng)機(jī)停止I18.3DI按鈕11二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行Q24.5DO電機(jī)11KW12二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋I18.4DI輔助觸點(diǎn)13二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障I18.5DI熱繼電器14引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I18.6DI按鈕15引風(fēng)機(jī)停止I18.7DI按鈕16引風(fēng)機(jī)運(yùn)行Q24.6DO電機(jī)55KW17引風(fēng)機(jī)運(yùn)行反饋I18.8DI輔助觸點(diǎn)18引風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障I18.9DI熱繼電器19引風(fēng)調(diào)整Q12.2AO變頻器55KW鼓風(fēng)引風(fēng)I/O點(diǎn)分派及模塊選擇：3.7.5爐膛為實(shí)現(xiàn)爐膛負(fù)壓自動(dòng)控制和爐膛溫度控制與賠償，需要增長下列檢測點(diǎn)：表3—6爐膛配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1爐膛溫度I0.7AI熱電偶2爐膛負(fù)壓I4.0AI微差壓變送器3.7.6出渣機(jī)：出渣機(jī)只有正反轉(zhuǎn)和啟停動(dòng)作，故保持其配置如下：表3—7出渣和脫硫配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1出渣機(jī)運(yùn)行Q24.7DO電機(jī)1.5KW2出渣機(jī)運(yùn)行反饋I19.0DI輔助觸點(diǎn)3出渣機(jī)運(yùn)行故障I19.1DI熱繼電器4出渣機(jī)啟動(dòng)I20.0DI按鈕5出渣機(jī)停止I20.1DI按鈕3.7.7蒸汽管路和省煤器：控制和監(jiān)測以及數(shù)據(jù)記錄分析，需要增長如下配置：表3—8蒸汽管路和省煤器配置序號控制內(nèi)容地址分派I/O類型備注1蒸汽管壓力I4.1AI壓力變送器2蒸汽管流量I4.2AI渦街流量變送器3省煤器進(jìn)口水溫I8.0AI溫度傳感器4省煤器出口水溫I8.1AI溫度傳感器通過記錄計(jì)算控制系統(tǒng)，I/O實(shí)際點(diǎn)數(shù)為53點(diǎn)，其中模擬量輸入13點(diǎn)，模擬量輸出3點(diǎn)，數(shù)字量輸入30點(diǎn)，數(shù)字量輸出7點(diǎn)。由上面所述可知，該監(jiān)控對象的監(jiān)控量較少，監(jiān)控量的分布相對較為集中，一臺鍋爐用一種PLC就可實(shí)現(xiàn)對這些量的控制，當(dāng)然，也可以考慮采用DCS或FCS控制形式。象Siemens的S7-300PLC，也有現(xiàn)場總線形式(如ProfibusDP)的，其CPU模塊上帶有DP口，通過ProfibusDP總線可連接各現(xiàn)場站，但這樣的CPU模塊和現(xiàn)場站的價(jià)格比通用型CPU模塊(不帶DP口)要高出許多。通用型的PLC一般都集成有MPI接口，也可連成網(wǎng)絡(luò)，能以便地實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)以及PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。從性價(jià)比上看，選用通用型的PLC比較合適。第四章系統(tǒng)軟件和設(shè)置本系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)分為PLC的軟件設(shè)計(jì)和工控機(jī)的軟件設(shè)計(jì)兩部分，使用的軟件分別為Siemens企業(yè)的Step7和WinCC。4.1PLC軟件設(shè)計(jì)PLC軟件既有制造廠家提供的系統(tǒng)程序，又有顧客自行開發(fā)的應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序?yàn)轭櫩统绦虻拈_發(fā)提供運(yùn)行平臺，同步，還為PLC程序的可靠運(yùn)行及信號與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的處理。顧客程序由顧客按詳細(xì)的控制系統(tǒng)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里所說的PLC軟件設(shè)計(jì)即是指顧客自行開發(fā)的應(yīng)用程序。4.1.1Step7簡介STEP7編程軟件用于SIMATCS7、M7、C7和基于PC的WinCC，是提供編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的原則工具。為了在上位機(jī)上使用STEP7，在計(jì)算機(jī)上需配置工業(yè)以太網(wǎng)通信卡CP1613將計(jì)算機(jī)連接到工業(yè)以太網(wǎng)，用于下載和上載PLC的顧客程序和組態(tài)數(shù)據(jù)。STEP7容許兩個(gè)或多種顧客同步處理一種工程項(xiàng)目，不過嚴(yán)禁兩個(gè)或多種顧客同步寫訪問。PLC系統(tǒng)硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測程、啟動(dòng)和維護(hù)、文獻(xiàn)建擋、運(yùn)行和診斷功能等，所有在STEP7下得到實(shí)現(xiàn)。在STEP7中，可通過建立一種項(xiàng)目來管理一種自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對項(xiàng)目集中管理，它可以以便地瀏覽SIMATICS7、M7、C7和WinCC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP7多種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。下圖顯示了使用STEP7設(shè)計(jì)完畢一項(xiàng)自動(dòng)化任務(wù)的基本環(huán)節(jié)：圖4-1設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)框圖SIEMENSS7-300系列PLC常用的編程語言有三種:語句表編程語言(STL)、梯形邏輯編程語言(LAD)和功能塊圖編程語言(FBD)，當(dāng)然，根據(jù)IEC1131-3原則，尚有其他編程語言可供選擇，如構(gòu)造文本S7-SCL或次序功能圖S7-Graph.STEP7不是一種單一的應(yīng)用程序，而是由一系列應(yīng)用程序(工具)構(gòu)成的軟件包下圖顯示STEP7原則軟件包中的重要工具:圖4-2Step軟件包的構(gòu)成SIMATIC編輯器：在SIMATIC管理器(SIMATICManager)環(huán)境中進(jìn)行項(xiàng)目的編程和組態(tài)，每一種操作所需要的工具均由SIMATICManager自動(dòng)運(yùn)行，因此顧客不需要分別啟動(dòng)各個(gè)不一樣的工具。對于顧客來說，SIMATICManager提供了STEP7原則軟件包的集成、統(tǒng)一的界面。硬件組態(tài)：該工具為自動(dòng)化項(xiàng)目的硬件進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。可以對PLC機(jī)架上的硬件進(jìn)行配置，設(shè)置多種硬件模塊的參數(shù)，例如輸入輸出模塊參數(shù)等。符號編輯器：該工具用于創(chuàng)立和管理所有的全局符號。為輸入輸出信號(Input/Output)、位存儲(chǔ)(BitMemory)和塊(Bfock)設(shè)定符號和注釋。使用這個(gè)工具生成的符號表是全局有效的，可供其他所有工具使用。因而，一種符號的任何變化都能自動(dòng)被其他工具識別。編程工具：該工具集成了梯形邏輯圖LAD(LadderLogic)、語句表(statementList)和功能塊FBD(FunctionBlockDiagram)三種編程語言的編輯、編譯和調(diào)試功能。硬件診斷：該工具可以對PLC站的各硬件模塊進(jìn)行在線狀態(tài)診斷，先是有關(guān)的故障信息和狀態(tài)信息。NetPro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)：該工具用于組態(tài)通訊網(wǎng)絡(luò)連接，包括網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通訊設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。1.梯形邏輯(LAD)如圖4-3，它是Step編程語言的圖形體現(xiàn)方式，它的指令語法與繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以直觀地顯示出電信號在電源示意線之間的流動(dòng)。Network2:Titile圖4-3梯形邏輯圖2.語句表(STL)如圖4-4，它是Step7編程語言的文本體現(xiàn)方式。假如一種程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時(shí)會(huì)按每一條指令一步一步地執(zhí)行，與我們學(xué)過的MCS-51匯編語言相似。為使編程更輕易，語句表已能運(yùn)用某些高層語言構(gòu)造(例如，構(gòu)造數(shù)據(jù)的訪問和塊參數(shù))。Network2:Title:A(0I0.00Q0.0)ANI0.1ANM5.0=Q0.0圖4-4語句表3.功能塊圖(FBD)如圖4-5，它是Step7編程語言的圖形體現(xiàn)方式。它使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來體現(xiàn)邏輯。復(fù)合功能(如數(shù)學(xué)功能)也可用邏輯框相連直接體現(xiàn)。語句表編程語言(STL)、梯形邏輯編程語言(LAD)和功能塊圖編程語言(FBD)這三種編程語言在Step7編程環(huán)境下可以互相轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)不一樣編程人員的編程習(xí)慣。Network2:Title:圖4-5功能塊圖4.1.2Step7的PlD功能塊在Step7中集成了PID調(diào)整功能塊FB41(持續(xù)量)、FB42(開關(guān)量)和脈沖轉(zhuǎn)換功能塊FB43，同步還提供了用于這些PID功能塊參數(shù)在線整定的功能塊FBSO(持續(xù)量)和FB51(開關(guān)量)，以及調(diào)度功能塊FCI，以便顧客使用其PID調(diào)整功能。這里對程序中將要用到的功能塊作一簡樸簡介。Step7還提供了某些其他類型的PDI功能塊，如原則P功功能塊、溫度調(diào)整P功功能塊等等，這里就不再贅述。1.FB41(CONT_C)FB41(CONT_C)命名為continuouscontroller，在S7PLC中用于控制輸入和輸出量為持續(xù)信號的控制對象，可以通過參數(shù)設(shè)置，將其設(shè)定為P、PI或PID控制器，其控制框圖如圖4-6。圖4-6FB41（CONT_C）控制框圖其中的SP、PV代表通過線性處理后的設(shè)定值和過程值，在“誤差信號處理”中通過控制死區(qū)限定，交由“PID算法”處理，其輸出值通過再次線性處理和限幅，以實(shí)數(shù)形式(LMN)或模擬量模板承認(rèn)的字形式(LMN_PER)輸出。在處理過程中，還可以選擇手動(dòng)模式，以設(shè)定的手動(dòng)值作為控制器輸出。對于系統(tǒng)幾種調(diào)整回路，使用西門子STEP7編程軟件中集成的原則PD調(diào)整功能塊FB41來實(shí)現(xiàn)。FB41是用于控制持續(xù)變化的模擬量PD調(diào)整功能塊，它可以作為單獨(dú)的PID定點(diǎn)控制器或在多循環(huán)控制中作為級聯(lián)控制器、混合控制器和比例控制器使用。FB41的功能基于帶有一種模擬信號的采樣控制器的PID控制算法，假如必要的話，可以通過脈沖發(fā)送器(PULSEGEN)進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號，來控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個(gè)或三個(gè)步進(jìn)控制器。FB41的調(diào)用可以在PLC的定期中斷塊中來進(jìn)行，以保證精確的調(diào)用時(shí)間間隔。在對FB41進(jìn)行調(diào)用時(shí)，需對其外部輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行賦值，各參數(shù)的含意如下：；COM_RST：重新啟動(dòng)PID。當(dāng)該位TURE時(shí)，PID執(zhí)行重啟動(dòng)功能，復(fù)位PID內(nèi)部參數(shù)到默認(rèn)值。一般在系統(tǒng)重啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行一種掃描周期，或在PID進(jìn)入飽和狀態(tài)需要退出時(shí)用這個(gè)位；MAN_ON：手動(dòng)值ON。當(dāng)該位為TURE時(shí)，PD功能塊直接將MAN的值輸出到LMN，這個(gè)位是PD的手動(dòng)/自動(dòng)切換位；PEPER_ON：過程變量外圍值ON。過程變量即反饋量，PID調(diào)整塊可直接使用過程變量P即，也可使用PIW規(guī)格化后的值；P_SEL：比例選擇位。該位ON時(shí)，選擇P(比例)控制有效;一般選擇有效I_SEL：積分選擇位。該位ON時(shí)，選擇I(積分)控制有效;一般選擇有效；INT_HOLDBOOL：積分保持位；I_ITL_ONBOOL：積分初值有效。I-ITUIAL(積分初值)變量和這個(gè)位對應(yīng)，當(dāng)此位ON時(shí)，則使用I-ITLVAL變量積分初值。一般當(dāng)發(fā)現(xiàn)PID功能的積分值增長比較慢或系統(tǒng)反應(yīng)不夠時(shí)可以考慮使用積分初值；D_SEL：微分選擇位。該位ON時(shí)，選擇D(微分)控制有效；CYCLE：采樣周期；SP_INT：PID調(diào)整的給定值；PV_IN：PD的調(diào)整反饋值；PV_PER：未經(jīng)規(guī)格化的反饋值，由PEPER-ON選擇有效；