【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）工業(yè)鍋爐微機DDC控制系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 1 e to a is DC a as of so to of a of in so of of to DC of DC it is an to a of in of of in of in in to to to to to it to in at to to in to of is to a of to as oo is to of a in at at of a at it we an at a to to at We at we a of in a 計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 2of to of of in of DC us of of in in to a of to to , of an of is in we of of in a a is to DC of 計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 3 摘要 我們這次畢業(yè)設(shè)計課題是工業(yè)鍋爐的微機 據(jù)現(xiàn)狀，由于我國的整個鍋爐生產(chǎn)技術(shù)水平還比較落后，所以我國燃燒供熱所用的鍋爐的燃燒效率還相當?shù)?，而且也使得鍋爐的燃燒不充分，而造成大氣污染加重，所以這就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展人們開始利用各種先進的儀器和技術(shù)組成計算機控制系統(tǒng)來代替人工復(fù)雜的控制操作，直接數(shù)字控制 統(tǒng)（ 便是其中之一。直接數(shù)字控制 是工業(yè)生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)中用的最廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式，在這類系統(tǒng)中的計 算機，除了經(jīng)過輸入通道對多個工業(yè)過程參數(shù)進行巡回檢測采集外，它還代替了模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)氣，按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)則進行調(diào)解運算，然后將運算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。 我們這次設(shè)計就是以雙交叉燃燒控制為基礎(chǔ)作的，利用前饋 串級 比值控制系統(tǒng)對整個工作過程加以嚴格控制，模擬實物進行的設(shè)計。 本設(shè)計鍋爐的燃燒控制是采用雙交叉控制系統(tǒng)，是以維持合適的空氣、燃料比值為手段，從而保證了較高的熱效率。也就是利用一個測煙道中的氧含量的傳感器（氧化鋯）隨時測的氧含量，信號在計算機處理后 ，利用一個串級控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)空氣和燃氣的流量，同時在這之間我們加入了一個前饋控制系統(tǒng)，即在燃料的流量和計算機之間，把燃料的流量通過前饋信號提前進入計算機，從而通過計算機總的模塊的控制而去調(diào)節(jié)空氣的流量，使得空氣和燃氣之間維持在最佳的搭配量。 我們在設(shè)計開始之初，我們翻閱了大量的相關(guān)資料，在熱力公司進行了參觀，對鍋爐的整體構(gòu)造以及鍋爐的控制形式有了一個初步的模型。我們在本設(shè)計的第二章中系統(tǒng)的介紹了燃燒鍋爐的基本構(gòu)造和工作過程。 為了進一步模擬鍋爐的微機控 鍋爐的 控制系統(tǒng)所需的元件也進行了選擇，比如傳感器，變送器，控制器，執(zhí)行器，變頻器，以及各種模塊等等。 由于現(xiàn)代化的技術(shù)發(fā)展，計算機在現(xiàn)代化的生產(chǎn)中體現(xiàn)了非常重要的作用，同樣我們在這次設(shè)計中也利用計算機軟件的作用，第八章詳細介紹了工業(yè)組態(tài)軟件 組態(tài)的過程。 整個報告共分為八個部分，對工業(yè)鍋爐的微機 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 4第一章 緒 論 言 鍋爐是人類供熱，取暖的主要來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史，期間，從低級到高級，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。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為發(fā)展國民經(jīng)濟的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需氣使非常大的，然而我國的能延齡用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，有這極為重要 的實際意義。此外，是鍋爐能以地制宜地有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐額定運行及運行效率，安全可靠地供熱等課題。 課題的提出與課題任務(wù) 正是由于鍋爐應(yīng)用日益廣泛，所以我們這次的畢業(yè)設(shè)計課題就定為設(shè)計一套完善的模擬鍋爐控制系統(tǒng)，即：工業(yè)鍋爐的微機 制系統(tǒng)。 氣含氧量，爐膛壓力控制，達到安全生產(chǎn)，降低煤耗，提高效率的目的。 示及報警功能。 爐的發(fā)展 鍋爐向兩個發(fā)展方向的過程和結(jié)構(gòu)形式演變。 第一個方向，是鍋爐內(nèi)部增加受熱面，形成煙管鍋爐系列。起初現(xiàn)在鍋筒內(nèi)折射一個火，筒 ，也成爐膽，即單火筒鍋爐。煤在火筒內(nèi)燃燒放熱。后來增加了兩個火筒 及雙火筒鍋爐。為了進一步增大鍋爐容量，后來又發(fā)展到用小直徑的煙管取代火筒以增加受熱面，形成了煙管鍋爐和火筒煙管鍋爐組合鍋爐。其共同的特點是：煙氣在火筒或煙管內(nèi)流動放熱，低溫工質(zhì) 水，則在火筒式煙管外側(cè)吸熱，升溫和汽化。 顯而易見，這類鍋 爐的爐膛一般都較小。鍋爐四周又被作為輻射受熱面的筒壁所圍住，所以爐內(nèi)溫度較低，燃燒條件較差，難于燃用低質(zhì)煤。而且煙氣縱向沖刷設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 5 壁面。串熱效率較差，排煙溫度較高，熱效率低。此外爐筒直徑大，既不易提高氣壓油增加鋼耗量，蒸發(fā)量也受到限制。對于煙管鍋爐，還存在結(jié)構(gòu)剛性大，煙管排列緊密使清理水垢困難和煙管內(nèi)容易堵灰等缺點。誠然，這類鍋爐也有一定的優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，水的容積大，能較好適應(yīng)負荷的變化，水質(zhì)要求低等。因此有的結(jié)構(gòu)類型至今還被使用。 第二個方向，實在鍋筒外部發(fā)展受熱面，形成水管鍋爐系列，大約到了 19世 紀中頁，鍋爐開始在爐筒外面在整設(shè)計各正經(jīng)較小的圓筒受熱面。后來，進一步發(fā)展增加圓筒數(shù) 目減小效圓筒直徑以至于鋼管取代圓筒的做法，有利于蒸汽參數(shù)的提高和傳熱的改善。最后終于出現(xiàn)了水管鍋爐。它的特點使煙氣在管外沖刷流動而放出熱量，氣體在管內(nèi)流動而吸熱和蒸發(fā)。 水管鍋爐的出現(xiàn)，是鍋爐發(fā)展的一大飛躍，它擺脫了火筒，煙管鍋爐受熱筒尺寸的制約，無論在燃燃燒條件，傳熱效果和受熱面的布置等方面都得到了根本性的改善，為提高鍋爐的容量，參數(shù)和熱效率創(chuàng)造了良好的條件，金屬耗量也大為下降。 水管鍋爐的發(fā)展趨勢 :水管鍋爐，整連箱橫水 管鍋爐，分連箱橫水管鍋爐，直水管鍋爐，三鍋筒彎水管鍋爐，雙鍋筒彎水管鍋爐 ,單鍋筒水管鍋爐，直流鍋筒。 縱觀鍋爐的發(fā)展歷史，真正走上現(xiàn)代化的道路也不過是四，五十年的時間，隨著工業(yè)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代化鍋爐整朝著大容量，高參數(shù)的方向發(fā)展。 爐微機 制的意義以及目的 鍋爐式鍋名經(jīng)濟中重要的供熱設(shè)備。電力，機械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不同，工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣，因此所需的鍋爐容量，蒸汽參數(shù)，結(jié)構(gòu)，性能方面也不 相同。 鍋爐式供熱之源，鍋爐機器設(shè)備的任務(wù)在于安全，可靠，有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，進而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。 通常，我們把用于動力，發(fā)電方面的鍋爐稱之為動力鍋爐，把用于工業(yè)及采暖方面的鍋爐成為供熱鍋爐，又稱工業(yè)鍋爐。 為了提高熱及效率，動力鍋爐向著高壓，高溫和大容量方向發(fā)展。而供熱鍋爐，除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外，所生產(chǎn)的熱水均不需要鍋高溫的壓力和溫度，容量也無需很大。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐設(shè)備日益廣泛的用于工業(yè)的各個部門，成為發(fā)展國民經(jīng)濟的重要熱工設(shè)備之一。從量大，面廣這一角度來說，除電 力以外的各行業(yè)中，主要運行的始終是小型低壓鍋爐。在我國社會主義現(xiàn)代化的建設(shè)中能源的增長大大落后于生產(chǎn)的增長。在國民經(jīng)濟日趨進步的今天，國家要求工農(nóng)業(yè)每年總產(chǎn)值翻兩番，但能源只能翻一番，這就要求通過節(jié)能措施，以提高能源的有效利用，有效的彌補設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 6能源供應(yīng)方面的缺口，這是一迫切的任務(wù)。顯然，面對量大，面廣的供熱鍋爐，如何挖掘潛力，提高它的熱效率，有著極為重要的實際意義。此外，是鍋爐能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐額定輸出及運行效率 ，安全可靠的供熱等課題，所以我們利用微機控制，設(shè)計出一整套比較合理的鍋爐運行設(shè)備。 通過加熱爐熱效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，是燃料流量與空氣流量調(diào)節(jié)回路參照各自對應(yīng)的實測流量，在允許范圍內(nèi)變化，達到動態(tài)時，能維持燃料流量與空氣流量恰當?shù)年P(guān)系，從而提高燃燒效率、節(jié)省燃料、起到節(jié)能、環(huán)保作用。 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 7 第二章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 要設(shè)計一套完整的，性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先我們就必須了解一般燃燒鍋爐的基本構(gòu)造和燃燒過程。 爐的基本構(gòu)造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。它通過煤、 油或天然汽等燃料的燃燒過程釋放出化學(xué)能，并通過傳熱過程把能量傳遞給水，把水變成蒸氣或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。 鍋爐的主要設(shè)備： 氣鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因而管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。 爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。 爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達到規(guī)定的數(shù)值。 鍋筒：是自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負荷變化的設(shè)備。（ 須指出，直流鍋爐內(nèi)無鍋筒。） 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護爐壁的作用。 過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽的換熱器。過熱器一般都裝在爐膛出口。 省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料。同時，由于提高了進入氣包的給水溫度，所以減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長了氣包的使用壽命。 燃燒設(shè)備：將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充分燃燒。 引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機，煙囪，煙道幾部分。用它將鍋爐中的煙 氣連續(xù)排出。 送風(fēng)設(shè)備：包括有鼓風(fēng)機和分道組成。用它來供應(yīng)燃料所需的空氣。 給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。 空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所需要的換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后，可以進一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機組的效率。 水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度，以防止在鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。 燃料供給設(shè)備：由運煤設(shè)備，原煤倉和儲媒斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所需燃料供應(yīng)。 除灰除塵設(shè)備 :是收集鍋爐灰 渣并運往儲灰場地的設(shè)備。 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 8此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥，水位表，高低水位報警器，壓力表，主氣閥，排污閥，止污閥等。還有用來消除受熱面上積灰以利用傳熱的吹灰器，以提高鍋爐運行的經(jīng)濟性。本設(shè)計由于篇幅其間，則就不必考慮這些問題了。 爐的工作原理及過程 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個同時進行的過程：燃料的燃燒過程 、水的汽化過程、煙氣向水的傳熱過程。 料的燃燒過程： 首先將燃料（這里用煤）加到煤斗中，借助于重力下落在爐排面上，爐排接電動機通過變速齒輪箱減速 后由鏈輪來帶動，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動，燃料所需要的空氣是由風(fēng)機送入爐排腹中風(fēng)倉后，向上穿過爐排到達燃料層，進行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔狻Ｈ剂先紵Ｏ碌幕以?，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗，（若是燃氣式鍋爐就沒有這一部分了）這整個過程稱為燃燒過程。 的汽化過程 水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水循環(huán)和水分離過程。經(jīng)處理的水由泵加壓，先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱，然后進入氣鍋。鍋爐工作時氣鍋的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽，水混合物。位于煙溫較低區(qū)段的對流灌束，因受熱較弱，汽水工質(zhì) 的容量較大，而位于煙溫較高區(qū)段的對流管束，因受熱強烈，相應(yīng)的汽水工質(zhì)的容量較小，從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒，而容量小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒形成了鍋水的自然循環(huán)。此外，為了阻止水循環(huán)和進行疏導(dǎo)分配的需要，而筒鍋上集箱上的汽水混合物導(dǎo)入爐墻外的不受熱地上鍋筒。 蒸汽所產(chǎn)生的過程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。以及在鍋筒本身空間的重力分離力作用，是汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進入蒸汽過熱氣，而分離下來的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不 被燒壞，是鍋爐能長期安全運行的必要條件。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要的設(shè)備。 氣向水的傳熱過程： 由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上，都布置一排水管，俗稱水冷壁。高溫?zé)煔馀c水冷壁進行強烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。繼而煙棋手引風(fēng)機，煙囪的引力爾向爐膛上方流動。煙氣出煙窗爐膛出口）并略過防渣管后，就沖刷蒸汽過熱 一組垂直放置的蛇型管受熱面，使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受煙氣加熱而得到的過熱。煙氣流經(jīng)過過熱氣后掠過脹接在上、下鍋筒間的對流管束， 在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“ S”型形成曲折地橫向沖刷，再次以對流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。沿途降低著溫度的煙氣最后進入尾部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱氣內(nèi)的工質(zhì)進行熱交換后，以經(jīng)濟的較低的煙溫排出鍋爐。省煤器實際上同給水預(yù)熱氣和空設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 9 氣預(yù)熱器一樣，斗設(shè)置在鍋爐尾部（低溫）煙道，以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了燃料。 以上就是一般鍋爐工水的過程，一個鍋爐進行工作，其主要任務(wù)是： 要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。 保證燃燒過程的經(jīng)濟性。 保持鍋爐負壓恒定。通常我們是爐膛負壓保持在微負壓（ 80 為了完成上述三項任務(wù)，我們對三個量進行控制：燃料量，送風(fēng)量，引風(fēng)量。從而使鍋爐能正常運行。 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 10第三章 工業(yè)鍋爐的微機控制的原理 鍋爐微計算機控制，是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)，它是微型計算機軟、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐 30 多萬臺，每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染等嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率 ，降低耗煤量，用微機進行控制是一件具有深遠意義的工作。 作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，減輕操作人員的勞動強度。采用微計算機控制，能對鍋爐進行過程的自動檢測、自動控制等多項功能。 鍋爐微機控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機、手自動切換操作、執(zhí)行機構(gòu)及閥、滑差電機等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機，手自動切換操作部分，手動時由操作人員手動控制，用操作器控制滑差電機及閥等，自動時對微機發(fā) 出控制信號經(jīng)執(zhí)行部分進行自動操作。微機對整個鍋爐的運行進行監(jiān)測、報警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運行，除此以外為保證鍋爐運行的安全，在進行微機系統(tǒng)設(shè)計時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。 微機控制系統(tǒng)由機箱、通道箱、 印機、鍵盤、報警裝置、低通濾波器及 I/完成對給水、給煤、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進行自動控制，使鍋爐的汽包水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上，以保證鍋爐的安全 運行，平穩(wěn)操作，達到降低煤耗、提高供汽質(zhì)量的目的，同時對運行參數(shù)如壓力、溫度等有流程動態(tài)模擬圖、光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說明，還可對汽包水位、壓力、爐溫等進行越限報警，發(fā)出聲光信號，還可定時打印出十幾種運行參數(shù)的數(shù)據(jù)。以形成生產(chǎn)日志和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計報表 、 有定時打印、隨機打印等幾種方式。 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置，目前有幾種，功能較好首推可編程序控制器 合于多臺大型鍋爐控制，由于 電保護、自診斷等功能，所以抗干擾能力強，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低 。 于通信和聯(lián)網(wǎng)，多臺 行同位鏈接及計算機進行上位鏈接，實現(xiàn)一臺計算機和若干臺 是價格較高，如果是控制單臺，資源不能充分利用，多臺鍋爐控制能提高性能價格比，如果從長遠觀點看，其壽命長，故障率低，易于維修，值得選用。 第二種是 16位 于其性能價格比較高，所以國內(nèi)用的較多，微機內(nèi)部一般采用總線式模塊結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，維修方便， 線結(jié)構(gòu)很適于工業(yè)環(huán)境，按測量參數(shù)的多少和控制回路的數(shù)目選配相應(yīng)的模板，在操作上，考慮到現(xiàn)場人 員的技術(shù)水平，對開機操作，控制目標，控制參數(shù)的修改，手 /自動設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 11 切換等設(shè)置了最簡便的操作 。 第三種是智能儀表控制，以單（雙）回路可編程控制器為主，以 為上位機，彼此間采用 連，它可以接受多路模擬量及開關(guān)量輸入，實現(xiàn)復(fù)雜的運算、控制、通信及故障診斷功能，出于危險分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關(guān)量輸入，但只有一（二）路采用 4 20原則上只控制一（二）個執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合合作，它作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動控制、計算機及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物 。該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。 鍋爐控制系統(tǒng)，一般有燃燒、水位等控制系統(tǒng)。燃燒控制實質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標，量出而入不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化成比例地調(diào)整燃料量與送風(fēng)量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用，其中保持合適的 “ 空燃比 ” 是一個重要因素。 “ 空燃比 ” 是指燃燒中空氣量與燃燒量的比值系數(shù)。 汽包水位控制系統(tǒng)，實質(zhì)上是維持鍋爐進出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調(diào)整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽 包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。 爐膛負壓控制系統(tǒng)是使進出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)，一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的控制指標，通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達到空氣量進出平衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開度作為前饋量構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)。 微機鍋爐控制技術(shù)具有良好實用前景，既可節(jié)能又可提高鍋爐的運行 管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國內(nèi)只有幾百臺鍋爐采用微機控制，占總數(shù)的很小一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重。同時，該技術(shù)也在不斷完善和提高，在進一步降低造價及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做。 在供水鍋爐控制的過程中，我們用的了幾種基本的控制方式，有單回路的控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)等幾種方式。下面我們就這幾種控制方式做一個介紹。 單回路控制系統(tǒng) 簡單控制系統(tǒng)是由一個被控對象、一個測量元件及變送、一個控制器和一個執(zhí)行器所組成的單回路反饋控制系統(tǒng)。 簡單控制系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整和投運，能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，尤其適用于被控對象時滯和時間常數(shù)都較小，負荷和干擾變化比較平緩，或者對被控變量要求不太高的場合。按被控要求的工藝變量來分，最常見的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。 一個簡單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計，應(yīng)考慮以下幾個問題。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過程中設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 12各個變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系，分析被控對象的特點；然后根據(jù)工藝的要求選擇被控變量、操縱變量，合理選擇控制系統(tǒng)中的測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器，建立一個較為合理的控制 系統(tǒng) 。有多個控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，還要考慮各個控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響，并按可能使每個控制系統(tǒng)對其它控制系統(tǒng)的影響為最小的原則來建立各個控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以我們必須要掌握它。其中方框圖如下圖 示： 圖 回路控制系統(tǒng)方框圖 其中 Y（ S）為被控變量， Q（ S）為操縱變量， S） 。 F（ N）為干擾，號，Q（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為控制通道， F（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為干擾通道。 S）， S）， S）分別是控制器、執(zhí)行器 、被控對象、測量變送單元的傳遞函數(shù)。 級控制系統(tǒng) 義及方框圖 在多回路控制系統(tǒng)中，用兩臺控制器相串接，一個控制器的輸出作為另一個控制器的設(shè)定值，這樣的系統(tǒng)稱為串級 控制系統(tǒng)。其方框圖如圖 在串級控制系統(tǒng)中，對象被分為主對象 們的輸出分別稱設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 13 為主被控變量 2。 被控變量的檢測變送單元。接收主被控變量測量值 ，接收副被控變量測量值 。副控制器的 設(shè)定值值 1，顯然副控制器是在外設(shè)定情況下工作的，它的輸出 來滿足對主，副被控變量的某種組合所提出的要求。在任何只有單個操縱變量的系統(tǒng)中，只能有一個被控變量可以獨立設(shè)定。換句話說，在任意給定時刻，只能有一個獨立的設(shè)定值，這就是主設(shè)定值 被控變量的設(shè)置通常是為了保證和提高主被控變量的控制質(zhì)量，而對其本身一般都沒有嚴格的要求，它依賴于主控制器的輸出 級控制系統(tǒng)的特點： 與簡單控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個 副回路，所以具有以下幾個主要特點。 對于進入副回路的擾動具有較快，較強的克服能力。 改善主控制器的廣義對象的特性。 對負荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 副回路可以按照主回路的需要更精確控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。 級控制系統(tǒng)的使用場合 ： 用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。 用于時滯大的對象。 用于容量滯后大的對象。 用于克服對象的非線性。 合理的設(shè)計串級控制系統(tǒng)，才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮，一般來說，一個結(jié)構(gòu)合理的串級控制系統(tǒng)，當擾動從副回路進入時，其最大偏差將是簡單控制系統(tǒng)的 1101100；當擾動從主對象進入時串級系統(tǒng)仍比簡單控制系統(tǒng)控制的效果好的多。最大偏差仍能縮小到 1/31/5，因此，必須十分重視串級控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。 計注意事項： 主 副回路的選擇。 a. 副回路必須包括主要擾動，而且應(yīng)包括盡可能多的擾動。 b. 主 副對象的時間常數(shù)應(yīng)匹配。 c. 應(yīng)考慮工藝上的合理性。 d. 要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟性。 主 副控制器控制規(guī)律的選擇。 控制器的正 反作用的確定。 控制器防止積分飽和的措施。 流量副回路中開方器的引入。 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 饋控系統(tǒng) 饋控制系統(tǒng)的概念： 前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所生產(chǎn)被控變量參數(shù)變化的原因進行控制的系統(tǒng)，其實質(zhì)上是一種抗擾動進行的開環(huán)控制系統(tǒng)方式，它通過前饋調(diào)節(jié)器來補償擾動對被控參數(shù)的影響。使作用在系統(tǒng)上的一個或幾個主要的擾動與被控參數(shù)完全無關(guān)或部分無關(guān)，從而達到系統(tǒng)提高控制精度的目的。 所謂可測，主要是指擾動可直接測量，也不排斥可間接測量的，擾動不可測量，前饋無法實施。 所謂顯著，不在乎擾動本身的大小，而是指擾動對控制變量的數(shù)值有顯著的影響。 所謂頻繁，是指擾動出現(xiàn)的次數(shù)較多。 饋控制系統(tǒng)的特點 ： 前饋控制是一種開環(huán)控制。 前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對象特性決定的。 前饋控制是一種按擾動量進行調(diào)節(jié)的控制。 前饋控制只能克服那個可測而不可控的擾動量。 饋控制系統(tǒng)的分類： 依據(jù)是否引入反饋控制以及兩者相結(jié)合的方式，我們通常將前饋控制系統(tǒng)可分為三類： 單純的前饋控制系統(tǒng)。 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋作用相乘。 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋作用相加。（代數(shù)和）我們通常將前饋控制與反饋控制（如圖 結(jié)合起來，其優(yōu)點如下： a. 在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控 制，可以大大簡化前饋控制系統(tǒng)，只須對影響被控參數(shù)最顯著的干擾進行補償，而對其他許多次要的干擾，可依靠反饋予以克服，這樣既保證了精度，又簡化了系統(tǒng)。 b. 由于反饋回路的存在，降低了讀前饋控制算式精度的要求。由于對前饋控制精度的要求降低，為工程上實現(xiàn)較簡單的控制創(chuàng)造了條件。 c. 在反饋系統(tǒng)中，提高反饋控制的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性有矛盾，往往為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而不能實現(xiàn)高精度的控制。而前饋 反饋控制則能實現(xiàn)高精度的控制，穩(wěn)定性好和控制及時的作用。 d. 由于反饋控制的存在，提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 15 圖 饋 控制系統(tǒng)方框圖 在實際工作中，如果對象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過程對被控參數(shù)的控制精 度 要 求 又 很 高 ， 這 時 則 可 采 用 前 饋 串 級 控 制 （ 如 圖 ?？刂谱饔脭_動作用這種系統(tǒng)的優(yōu)點是能同時克服進入前饋回路和進入串級副回路的干擾對被控參數(shù)的影響。此外，由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定值，這樣便降低了對閥門特性的要求。實踐證明，這種前饋 串級控制系統(tǒng)可以獲得很高的控制精度，在計算機控制系統(tǒng) 中常被采用。 另外，在控制過程中，我們還利用前饋控制過程對系統(tǒng)進行補償，其補償過程的曲線如下圖所示。通過對控制系統(tǒng)的補償，則可大大提高系統(tǒng)的性能。 圖 饋控制系統(tǒng)的補償曲線 圖 饋 串級控制系統(tǒng)方框圖 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 16第四章 工業(yè)鍋爐的微機 統(tǒng)的控制 在鍋爐的燃燒過程中 ,由于空氣和燃燒之間有著一定的比值關(guān)系 ,既有一定的燃燒則就需要一定的空氣 ,還有煙道中空氣過剩系統(tǒng) ,即空氣 (煙囪中 )氧氣的含量等等 ,都影響著鍋爐的燃燒 ,如果燃燒不當 ,不但會污染空氣 ,而且會可能危及到工作人員的人身安全 因此便有了工作鍋爐的微機 直接數(shù)字控制 統(tǒng) 直接數(shù)字控制 統(tǒng)（ 工業(yè)生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式 它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器 ,按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)定進行調(diào)節(jié)運算 ,然后將運算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機構(gòu) ,以實現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組 成原理框圖如圖 系統(tǒng)中除了輸入和輸出通道外 ,一般還有一個功能較強的控制操縱臺 ,在操縱臺上可調(diào)整被控參數(shù)的給定值、顯示或打印采樣值、聲光報警裝置也在操縱臺上如圖 圖 接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 17 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 (圖 ,先由測量變送器測取工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù) ,經(jīng)過輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計算機的輸入信號 ,計算機根據(jù)確定的控制規(guī)律進行運算 ,并發(fā)出信號 ,再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號直接驅(qū)動執(zhí)行器 . 而且通過采樣實現(xiàn)對多個回路的控制 還能實現(xiàn)串級 ,前饋等復(fù)雜的控制 ,直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實現(xiàn)常規(guī)的 例、積分、微分 )調(diào)節(jié) ,也可實現(xiàn)其它復(fù)雜或先進的調(diào)節(jié)規(guī)律 ,調(diào)節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件 一般不需作大的變動 ,所以使用比較靈活 ,線”的時實的半環(huán)控制系統(tǒng)。 機 統(tǒng)的時間散性 : 微機 是以定時采樣和階段控制來代替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此 ,確定合適的采樣周期和 A/D、 D/A、轉(zhuǎn)換器的字長是提高系統(tǒng)控制精確 ,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵 。 機 統(tǒng)的分時控制方式 : 一臺微機 統(tǒng)要控制多個回路 微機要完成 (1)采樣和 A D 轉(zhuǎn)換 ,(2)運算 ,(3)輸出控制信號 3 個部分的工作 ,所以投機控制每一個回路需要的時間應(yīng)為這三個部分所花費時間之和 微機 用了“分時”控制的方法 ,即將某一回路的采樣和 A 算、輸出控制三部分的時間前后回路錯開 ,放在不同的控制時間里 既保證了控制過程的正常進行 ,又能充分利用系統(tǒng)中的各種設(shè)備 ,大大提高了效率 . 機 統(tǒng)的人機交換 : 計算機控 制系統(tǒng)的人機交往有時也稱“人機對話”或“人機通訊” ,這是一種微機控制系統(tǒng)必須具備的溝通操作者和微機互相聯(lián)系的功能 鈕、開關(guān)等器件向微機控制系統(tǒng)送入控制意圖 ,微機控制系統(tǒng)則通過顯示屏、打印機、各種指示燈向操縱者送出有關(guān)信息 還都通過相應(yīng)借口連接有以 印機、控制鍵盤、越限報警裝置等 ,有些可靠要求較高的微機 動切換裝置或雙機控制切換裝置 . 機 統(tǒng)的控制規(guī)律 : 控制規(guī)律是一個控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的 關(guān)鍵 是微機著控制理論和微機技術(shù)的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的 相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn) 目前的微機 有簡單 ,有復(fù)雜 ,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關(guān)控制 ,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠遠超出了早期的 盡管如此 ,所以直到現(xiàn)在 ,控制規(guī)律 . 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動化的提高 ,較簡單的單回路參量的 環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機 值控設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐微機 制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動化 18制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。 業(yè)鍋爐的微機 制工作原理 現(xiàn)場模擬量信號通過變送器轉(zhuǎn)換成 過有關(guān)端子輸入計算機 A/電阻信號通過電阻信號轉(zhuǎn)換板與其它現(xiàn)場毫伏信號進入信號調(diào)理板，再輸入 A/ A/D 轉(zhuǎn)換后以實際工程量屏幕顯示氣包水位、蒸汽壓力 等 影響工業(yè)鍋爐運行安全性、經(jīng)濟性的主要參數(shù)以及給水調(diào)節(jié)閥位、給煤機構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機構(gòu)的位置信號，這些信號用來控制、打印制表、數(shù)據(jù)存儲、經(jīng)濟量累積核算等。對工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進行直接控制是微機 一般飽和蒸汽鏈條爐為列，相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別輸出四個調(diào)節(jié)信號，通過 I/、給水、送風(fēng)、引風(fēng)等執(zhí)行機構(gòu)。輸送至爐排執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號，通過變頻器來改變進入鍋爐的燃料量，輸送至給水執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號通過改變電動執(zhí)行機構(gòu)，改變給水調(diào)節(jié)閥門的位置，從而改變進入鍋爐的給水量，輸送至送風(fēng) 至送風(fēng)執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號通過改變電動執(zhí)行機構(gòu)（或變頻調(diào)速裝置）改變送風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開度（調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速），從而改變進入鍋爐的送風(fēng)量，輸送至引風(fēng)執(zhí)行機構(gòu)（變頻調(diào)速電機）的調(diào)節(jié)信號通過電動執(zhí)行機構(gòu)（變頻調(diào)速電機）改變引風(fēng)機入口調(diào)節(jié)板或碟閥（調(diào)速電機轉(zhuǎn)速），從而改變鍋爐輸出的煙汽流量，使爐膛煙壓保持相應(yīng)的負值。對其它爐型，皆有相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號輸出，并控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備。 空氣和燃料的控制 : 鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后 ,注入鍋爐內(nèi) ,在進水管道內(nèi) ,用一流量傳感器檢測到流量信號后 ,經(jīng)流量變松器把流量信號 這一物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標準信號 ,送入儀表、運算器、調(diào)節(jié)器中 ,其中為了使儀表的輸出信號同流量信號呈線形關(guān)系 ,我們在中間加入一個開方器 ,同時 ,在進水端檢測出它的進水溫度 (預(yù)熱后 ),送給調(diào)節(jié)器 ,然后 ,再從出水端檢測出出水溫度 ,也送給調(diào)節(jié)器 用一減法器計算出溫度 ,將前面所測得的流量乘以 (乘法器 )溫差 ,即可求得進水管道中所注入的水所需的熱量 溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工設(shè)定值水平 間進行控制計算 ,將輸出信號作為結(jié)果輸出 ,將前面原料加熱所需要的熱量加到該輸出 信號中 ,作為燃料流量的設(shè)定值 ,與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測出此時燃料的流量值 ,做一差值計算 ,從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的大小 ,進而進行熱量控制 . 燒雙交叉控制 工業(yè)鍋爐的微機 ）所示 雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達到燃燒時始終維持低過?？諝庀禂?shù)，從而保證了較高的燃燒效率，同時減少了排煙對環(huán)境的污染。 雙交叉燃燒控制實際上是以