基于plc的天然氣鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀設(shè)計(jì)文檔】

摘 要 目前天然氣鍋爐的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)天然氣鍋爐的科學(xué)研究也越來(lái)越多。為解決我國(guó)天然氣鍋爐產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀存在的主要問(wèn)題，采用 控制技術(shù)和設(shè)備對(duì)我國(guó)天然氣鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造。西門子 造的天然氣鍋爐控制系統(tǒng)，根據(jù)自動(dòng)控制基本原理實(shí)現(xiàn)了鍋爐更高效率和更高可靠性的啟動(dòng)、停止、暫停和異常處理；在此控制系統(tǒng)中對(duì)鍋爐燃燒各項(xiàng)參數(shù)等可進(jìn)行高效檢測(cè)、校正和調(diào)節(jié)；其中鍋爐水位、壓力等參數(shù)控制亦可由 現(xiàn)控制。 首先是對(duì)天然氣鍋爐基本結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行原理進(jìn)行研究和分析；主要研究臥式天然氣鍋爐，根據(jù)天然氣鍋爐控制系統(tǒng)的工藝要求設(shè) 計(jì)控制方案；設(shè)置好具體參數(shù)，進(jìn)行 I/O 口的估算和分配，選擇西門子為控制系統(tǒng)核心，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)外部接線圖，并對(duì)其它組成部件如變頻器、電機(jī)等進(jìn)行選擇；最后根據(jù)系統(tǒng)流程圖進(jìn)行主電路接線圖的設(shè)計(jì)，完成梯形圖，最后進(jìn)行程序的校驗(yàn)和仿真。 關(guān)鍵詞 ： 天然氣鍋爐 汽包水位 變頻器 傳感器 t of is to of To of in LC in 7LC of on of to of is of In as be as be by LC to is of of to of , 7LC as on of of as so on to to of of of 目 錄 第一章緒論 . 1 題研究的背景及意義 . 1 . 2 . 2 文所做工作 . 3 第二章硬件選擇及設(shè)計(jì) . 4 型的選擇 . 4 量估算 . 5 它器件的選型 . 7 . 20 統(tǒng)總梯形圖 . 21 . 21 . 26 第四章鍋爐燃燒的分析 . 32 然氣鍋爐的基本組成部分 . 32 爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) . 32 . 33 . 34 第五章鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 35 然氣鍋爐系統(tǒng)控制要求 . 35 燒過(guò)程、水位高低控制 . 35 然氣鍋爐系統(tǒng)藝流程 . 36 定天然氣鍋爐的設(shè)計(jì)方案 . 36 藝參數(shù)控制 . 37 體設(shè)計(jì)思路 . 38 果評(píng)價(jià) . 40 用意義 . 40 用范圍和前景 . 40 要進(jìn)一步改進(jìn)之處 . 41 參考文獻(xiàn) . 41 致 謝 . 43 1 基于 區(qū)天然氣鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一章緒論 環(huán)境和能源問(wèn)題是全球關(guān)注焦點(diǎn)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不相稱 ,能源結(jié)構(gòu)影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活。我國(guó)在九十年代末進(jìn)行過(guò)鍋爐產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模改造雖引進(jìn)部分先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品但并未徹底解決問(wèn)題，傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式并未改變，使得污染有日益嚴(yán)峻的趨勢(shì)。這就需要我們重新審視我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)和借鑒西方先進(jìn)國(guó)家的有益做法，調(diào)整我國(guó)鍋爐產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和工藝，同時(shí)要結(jié)合國(guó)情努力改造我國(guó)鍋爐產(chǎn)業(yè)的設(shè)備和控制方法，減少污染的排放?；诖藶榱吮Ｗo(hù)我們的環(huán)境為了造福后代，同時(shí)踐行國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略，作為科研人員要大力研發(fā)節(jié) 能降污染的技術(shù)和產(chǎn)品，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品和設(shè)備進(jìn)行研究改造，站在工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略角度采用適當(dāng)先進(jìn)技術(shù)改造工業(yè)鍋爐和眾多天然氣鍋爐產(chǎn)品。主要研發(fā)以天然氣、天然氣為燃料的天然氣或燃?xì)忮仩t，用改良的新產(chǎn)品陳舊落后產(chǎn)能的舊設(shè)備，此舉也符合國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略要求，替換高耗能、污染重的鍋爐更是現(xiàn)實(shí)的需要。 題研究的背景及意義 隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)以及電力電子技術(shù)快速提高，國(guó)內(nèi)外以繼電器為基礎(chǔ)的自動(dòng)化儀表工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)也得到發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。在上個(gè)世紀(jì) 60年代前期，我國(guó)鍋爐的控制系統(tǒng)開始得到迅速發(fā)展 ;到了 60年代的中后期，我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外全自動(dòng)的燃?xì)忮仩t的控制系統(tǒng)；到了上個(gè)世紀(jì)的 70 年代末，我國(guó)逐漸自主研發(fā)了一些工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化儀器，同時(shí)，在工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)方面也在逐步推廣應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)適用于配用各種進(jìn)口以及國(guó)產(chǎn)燃燒器的燃?xì)忮仩t，對(duì)鍋爐實(shí)行全自動(dòng)控制，包括鍋爐水位、蒸汽壓力、燃 燒系統(tǒng)的參數(shù)檢測(cè)、指示、報(bào)警、調(diào)節(jié)等進(jìn)行控制，該系統(tǒng)將這種思路引入到小區(qū)取暖天然氣鍋爐上，將更具有效率高、節(jié)約能源、高可靠性的安全系統(tǒng)，符合環(huán)保要求，完善的智能控制等優(yōu)點(diǎn)。 2 當(dāng)今世界范圍內(nèi)，天然氣鍋爐因燃燒效率高、易于控制、利于節(jié)能減排等眾多優(yōu)勢(shì)已被眾多企業(yè)所接納、采用，成為傳統(tǒng)舊鍋爐的首選替代品而深受歡迎。 隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的迅速升級(jí)，鍋爐產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入了快速發(fā)展期，雖然天然氣鍋爐的應(yīng)用越來(lái)越普及，鍋爐的燃燒效率和控制水平也得到不斷地提高，但是就目前情況而言仍存在很多問(wèn)題。 21世紀(jì)我國(guó)能源短 缺問(wèn)題更突出，能源問(wèn)題已經(jīng)成為我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的“瓶頸”，大力推行節(jié)能減排是國(guó)家勢(shì)在必行的強(qiáng)大戰(zhàn)略，適合時(shí)宜地進(jìn)行鍋爐的使鍋爐高效安全運(yùn)行，切實(shí)提高我國(guó)天然氣鍋爐燃燒控制自動(dòng)化程度是我國(guó)天然氣鍋爐未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自 20世紀(jì) 70年代以來(lái)，隨著可編程控制器（ 出現(xiàn)和在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的大量應(yīng)用以及各種先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展特別是智能控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，天然氣鍋爐控制水平大為改善，其運(yùn)行效率得到大幅提高。國(guó)內(nèi)外天然氣鍋爐發(fā)展迅速，美日、西歐等國(guó)技術(shù)遙遙領(lǐng)先。天然氣鍋爐應(yīng)用雖廣，但我國(guó)總體 水平不高，同先進(jìn)國(guó)家比仍有較大差距。我國(guó)總體水平相當(dāng)西方國(guó)家 20世紀(jì) 80年代。 我國(guó)天然氣鍋爐現(xiàn)狀存在問(wèn)題： （ 1）可控對(duì)象主要為開關(guān)量設(shè)備，精確連續(xù)調(diào)節(jié)困難； （ 2）控制方案不合理，控制器一旦故一般的做法是斷電處理，人工操作； （ 3）未完全實(shí)現(xiàn)天然氣鍋爐的自動(dòng)控制，控制水平受限，可靠性較低。 設(shè)計(jì)研究的意圖 （ 1） 運(yùn)用所學(xué)的 識(shí)，獨(dú)立完成基于 小區(qū)天然氣鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ， 實(shí)現(xiàn)小區(qū)天然氣取暖鍋爐的自動(dòng)控制溫度、給水排水、鍋爐水位、蒸汽壓力、高溫報(bào)警、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度及加熱進(jìn)氣量等功 能。使得小區(qū)的天然氣取暖鍋爐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和運(yùn)行，節(jié)約能源和節(jié)省成本。 （ 2）采用 關(guān)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)精確連續(xù)調(diào)節(jié)，提高天然氣鍋爐效率； 3 （ 3）設(shè)計(jì)方案適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下應(yīng)用。能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯、過(guò)程控制，控制器減少故障，減少斷電故障； （ 4）據(jù)統(tǒng)計(jì)一臺(tái) 效率提高 1，相當(dāng)年省煤 200噸，約人民幣 50000元，效益明顯。對(duì)天然氣鍋爐進(jìn)行改造，可將鍋爐熱效率提高 5。使鍋爐達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，減少煙氣，減少污染。 文所做工作 本設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面： （ 1） 畫出基本的裝置示意圖 （ 2）寫出裝置的具體流程圖 （ 3）件電路設(shè)計(jì)、硬件選 （ 4）編寫 I/O 分配表、繪制 （ 5）畫出梯形圖、寫出語(yǔ)句表 4 第二章硬件選擇及設(shè)計(jì) 型的選擇 本系統(tǒng)是一個(gè)小型集中控制系統(tǒng) ,型主要取決于控制系統(tǒng)輸入、輸出開關(guān)信號(hào)的數(shù)量、用戶程序的長(zhǎng)短及相關(guān)的功能。根據(jù)此控制系統(tǒng)的要求 ,I/4 個(gè) ,輸入點(diǎn)為 12 點(diǎn) ,輸出點(diǎn)為 22 點(diǎn)。并且考慮到為以后的 I/O 擴(kuò)展 ,我們選擇了性能價(jià)格比較高的西門子點(diǎn)數(shù)之和為 24 點(diǎn)的 機(jī) 中輸入點(diǎn)為 14 點(diǎn) ,輸出點(diǎn)為 10點(diǎn)；可以有 7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理功能。 I/O 擴(kuò)展模塊選擇一個(gè)輸入輸出擴(kuò)展模塊 一個(gè)輸出模塊 各模塊在 I/ 2 圖 2模塊分布圖 各模塊的編址情況如表 2 表 2模塊編址表 主機(jī) I/O 模塊 1 I/O 5 7能強(qiáng)大，其特點(diǎn)是 16： （ 1） 4點(diǎn)、 24點(diǎn)和 40點(diǎn)三種，最多可連接 7個(gè)子模塊，最多可擴(kuò)展 256，其中 輸出過(guò)程變量映像取為1282822，有很強(qiáng)通信功能，可以擴(kuò)展通信模塊。； （ 2） 可選用不同的子系列，還可選用多種基本單元、拓展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同 I/ （ 3）體積小，功能強(qiáng)，使用方便，程序語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)。 量估算 主要有兩方面：一是 I/是存儲(chǔ)器容量 。 （ 1） I/17 查閱西門子 型號(hào) ，在產(chǎn)品說(shuō)明書上可以查的到，在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上應(yīng)該加上 10%余量。 （ 2）存儲(chǔ)器容量估算 西門子新推出了兩款 新存儲(chǔ)卡 （ 6456K），如果要使用配方功能和數(shù)據(jù)記錄（歸檔）功能，則必須使用其中一種存儲(chǔ)卡。這兩種存儲(chǔ)卡具有以下功能： 項(xiàng)目文檔 6 o 存儲(chǔ) 圖）文件， 件 o 可完整的 目可以方便的傳送到存儲(chǔ)卡中，也就是說(shuō)最新的用戶文檔可以儲(chǔ)存在現(xiàn)場(chǎng) 配方處理功能 o 定義并向存儲(chǔ)卡中下裝配方：產(chǎn)品數(shù)據(jù)，設(shè)備參數(shù) o 而可以更好的使用內(nèi)存：可以實(shí)現(xiàn)從存儲(chǔ)卡中向 數(shù)據(jù)記錄 o 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、以及故障信息 o 可選的時(shí)間標(biāo)記 o 記錄文件可以通過(guò)資源管理器傳送到 置超級(jí)電容外插電池卡”的機(jī)制。 在 掉電后為 存時(shí)間可達(dá)幾天之久，具體時(shí)間見表 1、表 2。 級(jí)電容就可以充電。要獲得規(guī)格表中的數(shù)據(jù)保持時(shí)間，電容必須連續(xù)充電 24小時(shí)。 單獨(dú)定貨），在超級(jí)電容耗盡后為 連續(xù)無(wú)供電時(shí)，它可使用 200天（即保持?jǐn)?shù)據(jù)達(dá) 200天）。0年。 （ 3）基本參 數(shù) 該控制系統(tǒng)共有 5個(gè)輸入（啟動(dòng) 止 汽壓力 位下限 7個(gè)輸出（預(yù)熱 風(fēng) 火 火 氣 水閥 水閥 輸入 /輸出（ I/O）口的總點(diǎn)數(shù)為 12，根據(jù)西門子 知該型號(hào) ，在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上應(yīng)該加上 10%慮到該系統(tǒng)的控制要求精度不是很高和對(duì)成本的控制，最后選擇 2414個(gè)輸入點(diǎn)， 10個(gè)輸出點(diǎn)）作為該系統(tǒng)的 表 4 表 2新 24N 規(guī)格表 產(chǎn)品 24N 定貨號(hào) 6147 技術(shù)數(shù)據(jù) 與 24614術(shù)數(shù)據(jù)相同 輸出 10個(gè)輸出點(diǎn)，漏型 電壓范圍 24V 5 C) 邏輯 1 (最小 ) 外部電壓幅值 外部 10K 上拉電阻 邏輯 0 (最大 ) 1M +04V， 最大負(fù)載時(shí) 新產(chǎn)品 24 擬量 I/果不用，端子可以移走。 表 224 體模擬量 I/O 規(guī)格 電壓信號(hào) 電流信號(hào) 模擬量輸入 I 2 10 V 模擬量輸出 I 1 0 - 10 V 0 - 20 它器件的選型 壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器，輸出 0用 224根據(jù)工藝數(shù)選擇合適量程。 汽包壓力表（電接點(diǎn)壓力表）帶有上限和上上限開關(guān)，當(dāng)指針指向上限位置時(shí)，上限開關(guān)自接通，當(dāng)指針指向上上限位置時(shí)，上上限開關(guān)自動(dòng)接通。如下圖： 圖 2接點(diǎn)壓力表） 統(tǒng)的 I/O 接口以及硬件接線圖 由前面所述可知該系統(tǒng)有 5個(gè)輸入， 7個(gè)輸出，如表 2 表 2系統(tǒng)輸入、輸出示意 輸入 輸出 啟動(dòng) 然氣預(yù)熱 8 蒸汽壓力 停止 風(fēng)機(jī)送風(fēng) 汽壓力 火變壓器（子火） 限水位 斯閥（母火） 限水位 噴氣口噴氣 水閥 水閥 上表以及所選機(jī)型 224出 該系統(tǒng)的硬件接線圖，如圖 2 圖 2系統(tǒng)硬件接線圖 對(duì)天然氣鍋爐的實(shí)際情況，我們采用 220單不需添加變壓器，普通電網(wǎng)就能提供。系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)如圖 2 9 圖 2系統(tǒng)供電電路 在圖中，系統(tǒng)總電源過(guò)總開關(guān)接入 開關(guān)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源系統(tǒng)的控制，交流 220電源通過(guò)電源開關(guān)接入隔離變壓器。隔離變壓器 交流穩(wěn)壓器或統(tǒng)電源開關(guān) L N 源開關(guān) N N 10 圖 2 11 爐水位控制圖 圖 2環(huán)泵控制流程圖 下圖 2 開始 啟動(dòng)循環(huán)泵 啟動(dòng) 1#變 頻器 啟動(dòng) 1#變頻器 壓力不否 切換到工頻運(yùn)行 啟動(dòng)另一臺(tái)泵 壓力過(guò)停止一臺(tái)泵 另一臺(tái)切換到變頻運(yùn)行 壓力控制 定變頻器頻率 結(jié)束 2#變頻器 是 否 啟動(dòng)水泵 是 否 是 否 12 1 # 循 環(huán) 水 泵F R 5P 7K M 7變 頻 器K M 8Q F 8 Q F 9K M 92 # 循 環(huán) 水 泵P 循 環(huán) 水 泵F R 7P 1 0K M 1 0變 頻 器K M 1 1Q F 1 1 Q F 1 2K M 1 24 # 循 環(huán) 水 泵F R 8P 6圖 2循環(huán)泵系統(tǒng)電氣控制圖 統(tǒng)主電路接線圖 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)主電路圖如圖 2圖中所示 2、 風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵。 圖 2風(fēng)機(jī) 圖 2水泵 圖 2路器 13 Q 3 Q F 1K M 1F R 1輸 入端 子F R - A 7 4 0 3 K M 3F R 3Q F 3M 43 Q F 4控制端 4K M 43 8 0 V0 5 3 Q F 2K M 2F R 2F 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的主電路圖 機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制選型 機(jī)及噴氣泵的選型 本課題選用的 行氣泵的選型。鼓風(fēng)機(jī)為 率為 氣泵功率為 定電壓為 380V，型號(hào)為 圖 2氣泵 圖 2風(fēng)機(jī)為 圖 2燃?xì)忮仩t 功率為 功率為 變頻器選型 本設(shè)計(jì)采用的變頻器是西門子公司研發(fā)的 14，該變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)速率精度高、調(diào)節(jié)平滑、簡(jiǎn)單易行、操作方便且其功率小，耗能小。變頻器西門子 物圖如圖 2 14 示。 圖 2變頻器西門子 圖 2頻器內(nèi)部接線示意圖 測(cè)元件選型 溫度檢測(cè)傳感器 號(hào)為 子計(jì)機(jī)等配套使用。它可以直接測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的 50范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度；測(cè)量蒸汽溫 15 度、水溫和天然氣溫度的熱電阻型號(hào)均相同。 圖 2度檢測(cè)傳感器 16 第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 統(tǒng)流程圖 Y Y N N Y N 啟動(dòng) 開給水泵 H 開爐排電機(jī)鼓風(fēng)機(jī)點(diǎn)火 H、 水閥 風(fēng)機(jī) 變頻器 2 開放氣閥 聲光報(bào)警停止?fàn)t排電機(jī)、給水泵、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī) 17 圖 3爐控制流程圖 運(yùn)行過(guò)程：按啟動(dòng)按鈕，開給水泵，汽包加水，汽包水位 H 檢測(cè)，若汽包水位 續(xù)給加水，系統(tǒng)循環(huán)，到汽包水位高于 H 下 ；若汽包水位 下 時(shí)，開爐排電機(jī)、引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)，點(diǎn)火。若汽包壓力 上 ，返回，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行；若汽包壓力 上 ，打開放氣閥，打開放氣閥，汽包壓力 P 小于汽包壓力 P 上上 ，系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行；打開放氣閥后，汽包壓力高于汽包壓力 P 上上 ，各設(shè)備均停止，同時(shí)報(bào)警。天然氣鍋爐如圖 3 統(tǒng)控制的梯形圖 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求我們繪制出相應(yīng)的梯形圖： 動(dòng) 啟動(dòng)，按下 熱 1； 60S 后送風(fēng) 火 2記時(shí)； 54燃燒并 時(shí)； 55， 4，啟動(dòng)完成。根據(jù)制要求，可繪出相應(yīng)的梯形圖，如圖 3 18 圖 3統(tǒng)啟動(dòng)梯形圖 止 停止下 預(yù)熱 5，中間繼電器 4記時(shí)， 3子 19 火和母火 02和風(fēng) 成停止。根據(jù)系統(tǒng)停止的控制要求，繪制出相應(yīng)的梯形圖，如圖 5 圖 3統(tǒng)停止梯形圖 常自動(dòng)關(guān)火 緊急情況，蒸汽壓力 4超過(guò)上限，即 間繼電器 1，子火 火 氣 時(shí)間繼電器 清； 20電器 2，中間繼電器 爐完畢。 通天然氣預(yù)熱 統(tǒng)重新起燃過(guò)程。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，繪制出相應(yīng)的梯形圖，如圖 3 20 3統(tǒng)異常情況自動(dòng)關(guān)火梯形圖 爐水位控制 水位于下限， 閥 水閥 水位到達(dá)一定位置。水位高于上限，即 水閥 水閥 1 開。根據(jù)控制要求繪制出梯形圖，如圖 3 圖 3統(tǒng)水位控制梯形圖 統(tǒng)總梯形圖 系統(tǒng)的總梯形圖如圖 3 統(tǒng)運(yùn)行控制 （ 1）控制順序表 1）啟動(dòng)過(guò)程（ 輸出 1：預(yù)熱（ 噴氣（ 時(shí)間繼電器（ M） ：送風(fēng)（ 子火 數(shù) 50） ：母火 3輸出 4：噴氣 ）停止過(guò)程（ 輸出繼電器（ 輸出 5：（ 火 火 時(shí)輸出 5：間隔時(shí)間 數(shù) 200）、（ 22 3）異常情況下輸入： 蒸汽壓力輸入： 高限水位輸入： 低限水位輸入： ： 1控制輸出 7：（ 數(shù) 200） ）開閥：包水位低 水閥 汽包水位高 水閥 006、 （ 2）梯形圖 1）畫出梯形圖 通過(guò)寫出以上的控制順序表，大致可以編寫最后的梯形圖了，最后得到系統(tǒng)的總梯形圖如圖 3 23 24 25 圖 3統(tǒng)總控制梯形圖 2）系統(tǒng)運(yùn)行梯形圖分析 1）啟動(dòng)，按下 熱 間 602啟動(dòng)并自鎖，子火2記時(shí)； 54燃燒并 55， 3母火 動(dòng)完成。 26 2）停止，按下 預(yù)熱 5，中間繼電器 4記時(shí)， 3子火和母火 02和送風(fēng) 成停止。 3）緊急情況，蒸汽壓力 4超過(guò)上限，即 間繼電器 1，子火 火氣 時(shí)間繼電器 行清爐； 20電器 2，中間繼電器 爐完畢。 通天然氣預(yù)熱 統(tǒng)重新起燃過(guò)程。 4）水位控制：水位低于下限， 水閥 水閥 水位到達(dá)一定位置。水位高于上限，即 水閥 水閥 統(tǒng)水位運(yùn)行控制 課題中將汽包水位下限 0限 10包水位給定設(shè)定值 0用傳感器為 0 定的壓力 用傳感器為 0給水量 蒸氣取值范圍是 0 28 m3/h（選用流量傳感器分別為測(cè)水流量選用電磁流量計(jì)，測(cè)蒸汽選用渦街傳感器流量對(duì)應(yīng)關(guān)系都為 0m3/。在 極性通道對(duì)應(yīng)為 0味著液位 10008 m3/2000，全部通道采集選用 0模塊 模塊 （ 0頻器按照默認(rèn)參數(shù)，調(diào)整搭載的電機(jī)基本參數(shù)）。 傳感 器電壓接線如下圖： 27 圖 3傳感器電壓接線 表 3極性 滿量程輸入 分辨率 N N 0 - 10V N - 5V - 20A 雙極性 滿量程輸入 分辨率 F N 5V N 擬量的輸入 /輸出都可以用下列的通用換算公式換算： ( (v - ( + 中： 表 328 換算結(jié)果 換算對(duì)象 換算結(jié)果的高限 換算結(jié)果的低限 換算對(duì)象的高限 換算對(duì)象的低限 它們之間的關(guān)系可以圖示如下： 圖 3模擬量比例換算關(guān)系 水位控制梯形圖模擬量采集直接使用子程序如圖 3 29 圖 3統(tǒng)梯形圖 30 令向?qū)В梢詭椭脩舴奖愕厣梢粋€(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的 向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù) 戶只需在主程序中調(diào)用 可以完成 制任務(wù)。 制算法，也支持開關(guān)量輸出；既支持連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，也支持手動(dòng)參與控制。建議用戶使用此向?qū)?duì) 程，以避免不必要錯(cuò)誤。如果用戶不能確定中文編程界面的語(yǔ)義，我們建議用戶使用英文版本的 免對(duì)向?qū)е邢嚓P(guān)概念發(fā)生誤解。 在 的命令菜單中選擇 后在指令向?qū)Т翱谥羞x擇 令： 圖 3選擇 導(dǎo) 在使用向?qū)r(shí)必須對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，在隨后彈出的對(duì)話框中選擇 “，確認(rèn)編譯。如果已有的程序中存在錯(cuò)誤，或者有沒(méi)有編完的指令，編譯不能通過(guò)。 如果你的項(xiàng)目中已經(jīng)配置了一個(gè) 路，則向?qū)?huì)指出已經(jīng)存在的 讓你選擇是配置修改已有的回路，還是配置一個(gè)新的回路： 31 圖 3擇需要配置的回路 配置完 導(dǎo)，需要在程序中調(diào)用向?qū)傻?程序（如下圖） 圖 3程序 32 第四章鍋爐燃燒的分析 然氣鍋爐的基本組成部分 天然氣鍋爐主要組成及作用 16： 預(yù)熱器：將天然氣預(yù)熱到適當(dāng)溫度以達(dá)良好汽化狀態(tài)； 汽包：鍋筒、沸水管構(gòu)成，鍋爐主要被控部分； 爐膛：天然氣燃燒并放出熱能的設(shè)備； 引風(fēng)設(shè)備：引風(fēng)機(jī)； 送風(fēng)設(shè)備：鼓風(fēng)機(jī)和組成； 燃料供給設(shè)備：主要由氣槍和氣管組成。 下面是天然氣鍋爐的實(shí)物圖。 圖 4然氣鍋爐實(shí)物圖 爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 鍋爐水位的控制部分，主要由以下部分構(gòu)成，鍋爐、水泵、水箱最后連接工業(yè)設(shè)備或者用戶。水經(jīng)補(bǔ)水箱進(jìn)入水泵，水泵由電機(jī)控制，控制鍋爐水位的調(diào)節(jié)，鍋爐經(jīng)循環(huán)水泵連接工業(yè)設(shè)備或者用戶，回水回流進(jìn)補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱內(nèi)有水量檢測(cè)裝置，在補(bǔ)水箱內(nèi)進(jìn)行水量的調(diào)價(jià)校正，鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi) 的檢測(cè)傳感器檢測(cè)水位，將信號(hào)輸出，比較，調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定水位在穩(wěn)圍內(nèi)。天然氣鍋爐水控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 33 圖 4體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 然氣鍋爐的工作過(guò)程 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求可得運(yùn)行框圖，如圖 4 回水 工 業(yè) 設(shè) 備 補(bǔ)水箱 補(bǔ)水泵 鼓風(fēng)機(jī) 循環(huán) 水泵 鍋 爐 自來(lái)水 繼續(xù) 關(guān)閉 異常情況消失 啟動(dòng) 啟動(dòng) 啟動(dòng) 氣預(yù)熱子火燃燒 母火燃燒 噴氣 送風(fēng) 清爐完成 停止 常情況 水 位 低 于下限 出水閥 進(jìn)水閥 水 位 高 于上限 關(guān)閉 燃燒過(guò)程中 關(guān)閉 關(guān)閉 關(guān)閉 繼續(xù) 34 圖 4統(tǒng)運(yùn)行框圖 天然氣鍋爐的工作過(guò)程分析： （ 1）啟動(dòng)：吹掃 點(diǎn)火 （ 2） 正常啟動(dòng)：監(jiān)測(cè)火焰 溫度監(jiān)測(cè) 自動(dòng)負(fù)荷調(diào)整； （ 3）正常停止：切斷燃料 程序復(fù)原。 計(jì)方法 （ 1）溫度、液位數(shù)據(jù)采集 17 用 ： 8通道電壓 /電流輸入模塊和 4通道電路 /電壓輸出模塊進(jìn)行。測(cè)輸出一個(gè) 0通過(guò)設(shè)置 ，把電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，程序周期讀取，所讀信號(hào)與設(shè)定值比較。 （ 2）數(shù)據(jù)處理 用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的 責(zé)數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存。采集的溫度信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較。 （ 3） 1）據(jù)工藝過(guò)程分析控制要求； 2）根據(jù)要求確定所需設(shè)備，選定 配 點(diǎn)、設(shè)計(jì)連接圖； 3）進(jìn)行 4）編制梯形圖，編程器將程序鍵入到 5）運(yùn)行程序校驗(yàn)。 圖 4統(tǒng)框圖 計(jì)算機(jī) （ 1）天然氣鍋爐控制要求 1) 天然氣預(yù)熱器進(jìn)行天然氣預(yù)熱，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，接點(diǎn)火器，開瓦斯閥，噴氣泵噴氣； 2) 在停止過(guò)程中，按停止按鈕，氣罐關(guān)閉，預(yù)熱器關(guān)，噴氣泵關(guān)； 3) 燃燒中，出現(xiàn)異常（即蒸汽壓力超過(guò)設(shè)定允許值或水位過(guò)高或過(guò)低）就能關(guān) K；異常情況消失后，天然氣鍋爐系統(tǒng)返回開始，系統(tǒng)可運(yùn)行； 4) 進(jìn)行水位控制，水位于下限（高于上限），進(jìn)水閥開（關(guān)）。 （ 2）鍋爐系統(tǒng)示意圖如圖 314。 圖 5然氣鍋爐系統(tǒng)組成示意圖 燒過(guò)程、水位高低控制 天然氣經(jīng)天然氣預(yù)熱器預(yù)熱，接點(diǎn)火變壓器，變壓器工作，天然氣霧即被高壓電火花點(diǎn)燃。鍋爐的瓦斯閥門被打開，鼓風(fēng)機(jī)抽風(fēng)送風(fēng)，噴氣泵電機(jī)工作經(jīng)噴氣槍噴氣，點(diǎn)火變壓器關(guān)閉，瓦斯閥門關(guān)閉。 水位太高，蒸汽大量帶水，降低 燃燒品質(zhì)；水位偏低，鍋膛各溫差較大，形 36 成熱應(yīng)力，極限情況出現(xiàn)崩裂；水位過(guò)低，則易發(fā)生缺水事故。鍋爐負(fù)荷變化，鍋爐水位相應(yīng)快速變化，據(jù)此須用自動(dòng)控制持水位。 然氣鍋爐系統(tǒng)藝流程 工藝流程圖如圖 3 圖 5然氣鍋爐運(yùn)行工藝流程圖 定天然氣鍋爐的設(shè)計(jì)方案 可編程序控制器（ 鍋爐燃燒過(guò)程的主要控制器 15，各個(gè)部件經(jīng)綜合控制，實(shí)現(xiàn)鍋爐工作過(guò)程和水位、壓力控制。 燃燒預(yù)熱 鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng) 打開瓦斯閥門 接通點(diǎn)火變壓器 噴氣泵噴氣 關(guān)閉瓦斯閥門 關(guān)閉點(diǎn)火變壓器 異常情況消失后 出現(xiàn)異常 按下停止按鈕 噴氣泵關(guān)閉 自動(dòng)關(guān) K 燃燒預(yù)熱器關(guān)閉 燃燒 鼓風(fēng)機(jī)繼續(xù)送風(fēng)持續(xù) 15s 后停止 啟動(dòng)進(jìn)水閥關(guān)閉排水閥 水位低于下限 水位高于上限 啟動(dòng)排水閥關(guān)閉進(jìn)水閥 37 的溫度、壓力、水位、煙氣含量、噴氣量等等反饋到 過(guò)比較和校正將信號(hào)輸出，控制執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水位等過(guò)程，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制 16。 設(shè)計(jì)的天然氣鍋爐燃控制系統(tǒng)主要由可編程序控制器 系統(tǒng)原理框圖如圖 3 圖 5然氣鍋爐系統(tǒng)原理框圖 藝參數(shù)控制 （ 1） 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 17 經(jīng)查閱相關(guān)資料，給水量隨給水壓力變動(dòng)、給水閥開度改動(dòng)等從而發(fā)生擾動(dòng)，本系統(tǒng)中由于給水量給出的反饋，擾動(dòng)可以被迅速消除，給水量保持穩(wěn)定。鍋爐蒸汽量以前饋方式加入，解決“假水位”而引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)，使水位控制精度大為提高，動(dòng)態(tài)輸入響應(yīng)變好。給水系統(tǒng)控制框圖如圖 3 圖 5水調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制框圖 （ 2）爐膛負(fù)壓的控制 頻器 電機(jī) 執(zhí)行器件 傳感器 檢測(cè)開關(guān) 顯示器 - H 蒸汽流量 液位調(diào)節(jié)器 汽包 +/- 給水閥 給水流量 流量變送液位變送 38 爐膛負(fù)壓的大小或者擾動(dòng)主要是受鼓風(fēng)量和引風(fēng)量的影響，主要通過(guò)控制引風(fēng)量的大小可進(jìn)行爐膛負(fù)壓控制，爐膛負(fù)壓為輔助被控對(duì)象。爐膛負(fù)壓控制，設(shè)定值輸入，經(jīng)調(diào)節(jié)，輸出給變頻器，變頻器通過(guò)改變頻率控制引風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，引風(fēng)量得到調(diào)節(jié)進(jìn)而爐膛壓力也會(huì)變化，經(jīng)壓力傳感器檢測(cè)反饋到設(shè)定值 18，進(jìn)比較對(duì)設(shè)定值進(jìn)行修正。本控制系統(tǒng)框圖如圖 3 圖 5膛負(fù)壓控制系統(tǒng)方塊圖 體設(shè)計(jì)思路 總體設(shè)計(jì)思路是針對(duì)當(dāng)前我國(guó)流行的臥式內(nèi)天然氣鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出的基于 位自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò) 止、暫停和異常情況處理；通過(guò) 自動(dòng)控制系統(tǒng)以西門子 下位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)傳輸和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸轉(zhuǎn)換，通過(guò)顯示器借助圖形數(shù)字軟件完成數(shù)據(jù)顯示工作，從而了實(shí)現(xiàn)天然氣鍋爐燃燒系統(tǒng)各部件的數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制，通過(guò)這種控制改造其控制水平和硬件可靠性都得到很大提高。 通 過(guò) 制鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，提高了效