工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、寧夏理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書工業(yè)鍋爐控制方案設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 40512205 學(xué)生姓名： 曹新龍 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化12102班 指導(dǎo)老師： 趙瑩萍 目 錄引言21文獻(xiàn)綜述31.1鍋爐的基本構(gòu)造31.2鍋爐的工作原理及過程41.2.1燃料的燃燒過程51.2.2水的汽化過程51.2.3煙氣向水的傳熱過程52總體方案設(shè)計(jì)72.1蒸汽溫度控制系統(tǒng)72.2蒸汽壓力控制系統(tǒng)72.3汽包液位控制系統(tǒng)82.4爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)92.5報(bào)警系統(tǒng)93具體方案實(shí)施103.1控制系統(tǒng)的硬件選型103.1.1傳感器的選型103.1.2變送器113.1.3常規(guī)控制器的控制規(guī)律及其選擇113.1.4變頻器113.1.5測(cè)速發(fā)

2、電機(jī)113.1.6計(jì)算機(jī)控制模塊123.1.7控制系統(tǒng)具體選型12具體選型見表3.1和表3.2所示。123.2硬件組成153.3軟件組成163.4控制臺(tái)16參考文獻(xiàn)1713- -寧夏理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 引言鍋爐是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中主要的供熱設(shè)備之一。電力,機(jī)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)，性能方面也不盡相同。鍋爐是供熱之源，鍋爐機(jī)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(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。為了提高熱量及效率，鍋爐向著高壓

3、，高溫和大容量等方向發(fā)展。供熱鍋爐，除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外，所生產(chǎn)的熱水不需要過高溫的壓力和溫度，容量也無需很大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求是非常大的，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實(shí)際意義。此外，鍋爐是否能應(yīng)地制宜地有效地燃用地方燃料，并滿足環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)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(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率，安全可靠地供熱等課題。 鍋爐微機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)

4、合的產(chǎn)物。工業(yè)鍋爐數(shù)量大、分布廣，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)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(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。因此,提高熱效率，提高自動(dòng)化水平及防止環(huán)境污染, 降低耗煤量與耗電量，均是設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐需考慮的重要因素。用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作。本課題的主要方向就是采用過程控制對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行控制，采用先進(jìn)的控制算法，以達(dá)到優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的作用。1 文獻(xiàn)綜述在各種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中，鍋爐是重要的組成部分,所以鍋爐的性能至關(guān)重要。要設(shè)計(jì)一套完

5、整的、性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先就必須了解一般燃燒鍋爐的基本構(gòu)造和燃燒過程。1.1 鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽或熱水的熱交換設(shè)備。它通過燃料的燃燒釋放大量熱能，并通過熱傳遞把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)和生活中所需要的熱能。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。圖1.1為簡(jiǎn)單鍋爐的大體組成部分。鍋爐的主要設(shè)備包括氣鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省煤器、燃燒設(shè)備、引風(fēng)設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、給水設(shè)備、空氣預(yù)熱器、水處理設(shè)備、燃料供給設(shè)備以及除灰除塵設(shè)備等。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

6、動(dòng)，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(dá)到規(guī)定的數(shù)值。鍋筒：使自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)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(hù)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(shí)，由于提高了進(jìn)入氣包的給水溫度，減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng)力，從而延長(zhǎng)了汽包的使用壽命。燃燒設(shè)備：將燃料和燃燒所

7、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(jī)、煙道和煙囪等幾部分。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(jī)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空氣，是一個(gè)換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后，可以進(jìn)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(jī)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(yùn)煤設(shè)備、原煤倉(cāng)和儲(chǔ)煤斗等設(shè)備組成，保證鍋爐所需燃料供應(yīng)。除灰除塵設(shè)備

8、：是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。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(bào)警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等，還有用來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)由于篇幅其間，則就不必考慮這些問題了。 圖1.1 鍋爐控制系統(tǒng)硬件組成圖1.2 鍋爐的工作原理及過程鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過煤 油或燃?xì)獾热剂系娜紵尫懦龌瘜W(xué)能，并通過傳熱過程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝羝?，蒸汽直接供給工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過蒸汽動(dòng)力機(jī) 能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 能，或通過汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?/p>

9、熱能。因此，近代鍋爐亦稱為蒸汽發(fā)生器。鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)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。1.2.1 燃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(dòng)機(jī)通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動(dòng)，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動(dòng)，燃料所需要的空氣是由風(fēng)機(jī)送入爐排腹中風(fēng)倉(cāng)后，向上穿過爐排到達(dá)燃料層，進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔?。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗，（若是燃?xì)馐藉仩t就沒有這一部分了）這整個(gè)過程稱為燃燒過程。1.2.2 水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

10、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(jìn)入氣鍋。鍋爐工作時(shí)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(duì)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(duì)流管束，因受熱強(qiáng)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)。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，使汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進(jìn)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(zhǎng)期

11、安全運(yùn)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。1.2.3 煙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(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。繼而煙氣受引風(fēng)機(jī)和煙囪的引力而向爐膛上方流動(dòng)。煙氣從爐膛出口掠過防渣管后，就沖刷蒸汽過熱器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(duì)流管束，在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“S”型曲折地橫向沖刷，再次以對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。沿途逐漸降低溫度的煙氣最

12、后進(jìn)入尾部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱器內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行熱交換后，以經(jīng)濟(jì)的較低的煙溫排出鍋爐。省煤器實(shí)際上同給水預(yù)熱器和空氣預(yù)熱器一樣，都設(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(gè)鍋爐進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是：(1)要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。(2)保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。(3)保持鍋爐負(fù)壓恒定。通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（-1080Pa）。為了完成上述三項(xiàng)任務(wù)，我們對(duì)三個(gè)量進(jìn)行控制：燃料量，送風(fēng)量，引風(fēng)量。從而使鍋爐能正常運(yùn)行。1.3難點(diǎn)分析由于調(diào)量是汽包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對(duì)給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，變化在

13、允許范圍之內(nèi)，雖然鍋爐汽包水位對(duì)蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性，但是在負(fù)荷(蒸氣流量)急劇增加時(shí)，表現(xiàn)卻類似逆響應(yīng)特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)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(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)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(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙

14、沖量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。寧夏理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 2 總體方案設(shè)計(jì)鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多變量耦合系統(tǒng)。根據(jù)主控變量可將鍋爐系統(tǒng)分為蒸汽溫度控制系統(tǒng)、蒸汽壓力控制系統(tǒng)、汽包液位控制系統(tǒng)以及爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。下面分別對(duì)這幾個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。2.1 蒸汽溫度控制系統(tǒng)因?yàn)殄仩t的運(yùn)行環(huán)境不可能是理想的狀態(tài)，蒸汽的溫度總是會(huì)受到某些干擾的影響，所以必學(xué)對(duì)蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內(nèi)得到溫度相對(duì)恒定的蒸汽。影響蒸汽溫度的主要因素是給煤量以及空煤比，所以我們采用了串級(jí)比值控制系統(tǒng)分別控制給煤量以及給風(fēng)量。另外，影響蒸汽溫度的因素還有給水量、蒸發(fā)量以及引風(fēng)量等，又考慮到了

15、控制系統(tǒng)相應(yīng)的快速性，我們又將給水量和蒸發(fā)量作為蒸汽溫度控制的前饋量構(gòu)成前饋控制系統(tǒng)。即采用前饋比值串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)蒸汽溫度進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2.1所示。圖2.1 蒸汽溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)如果過來內(nèi)壓力過低，將會(huì)降低蒸汽質(zhì)量；反之，如果鍋爐內(nèi)壓力過高，有可能導(dǎo)致爆炸等安全事故的發(fā)生。所以必須保證鍋爐的壓力處于一個(gè)適中的范圍內(nèi)，即必須對(duì)鍋爐壓力加以控制。上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)在控制蒸汽溫度的同時(shí)就直接影響了蒸汽壓力，在次不詳加介紹。壓力控制系統(tǒng)分為安全壓力控制系統(tǒng)和超壓控制系統(tǒng)。安全壓力控制系統(tǒng)是鍋爐壓力在安全壓力范圍之內(nèi)的控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是在安全的

16、基礎(chǔ)上對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使壓力維持在一定的范圍內(nèi)，以得到需要的蒸汽壓力，保證蒸汽質(zhì)量；超壓控制系統(tǒng)是鍋爐壓力超壓時(shí)所采用的壓力控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是當(dāng)壓力超出某以壓力上限的設(shè)定值時(shí)，迅速打開安全閥，使壓力迅速降低，直到降到安全范圍內(nèi)后又迅速關(guān)閉安全閥。其中安全壓力控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)，從某種意義上講，可以將其歸入分程控制系統(tǒng)一類，其結(jié)構(gòu)框圖見圖2.2所示。圖2.2 蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3 汽包液位控制系統(tǒng)如果汽包液位過高，可能會(huì)影響蒸汽質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致水滿溢出等安全事故；反之，如果汽包液位過低，鍋爐很有可能會(huì)被

17、燒壞，甚至導(dǎo)致爆炸等安全事故。能夠影響汽包液位的主要有兩大變量，那就是給水量和蒸發(fā)量，在其他條件不變的情況下，蒸發(fā)量越大，液位越低，而給水量越大則液位越高，反之則反。其中蒸發(fā)量是由工業(yè)的需要所決定的，而給水的主要作用就是用以維持汽包液位的，所以我們選擇給水量作為操縱量對(duì)汽包液位進(jìn)行控制，又因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)相應(yīng)的平穩(wěn)性和快速性，除采用串級(jí)控制外，還將蒸發(fā)量引入前饋通道，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行前饋串級(jí)控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2.3所示。圖2.3 汽包液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)如果爐膛負(fù)壓太小，甚至為正，則爐膛內(nèi)煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設(shè)備和操作人員的安全；反之，爐膛負(fù)壓過小，會(huì)使冷

18、空氣漏進(jìn)爐膛內(nèi)，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。所以必須對(duì)爐膛的壓力進(jìn)行控制。影響爐膛壓力的主要變量有給煤量、給風(fēng)量以及抽風(fēng)量等，而其中給煤量和給風(fēng)量是由蒸汽溫度、壓力以及蒸發(fā)量等因素決定的，所以要想保持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)保持不變就只有改變抽風(fēng)量，亦即通過調(diào)節(jié)抽風(fēng)量以達(dá)到控制爐膛壓力的目的。另外，又因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)相應(yīng)的快速性，同時(shí)，又因?yàn)榻o風(fēng)量和給煤量成一定的比例關(guān)系，為了提高控制品質(zhì)以及簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，我們將且盡將給煤量引入前饋通道參與了爐膛壓力的控制。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)采用了前饋串級(jí)控制，其結(jié)構(gòu)框圖見圖2.4所示。圖2.4 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.5 報(bào)警系統(tǒng)因?yàn)橄到y(tǒng)的運(yùn)行并不是

19、100%的，所以難免某些控制變量會(huì)超出可控或安全的范圍，當(dāng)出現(xiàn)這類情況時(shí)，隨時(shí)都有可能危及到現(xiàn)場(chǎng)操作人員以及工作設(shè)備等的安全，所以必須對(duì)這類情況給出相應(yīng)的報(bào)警提示，即必須安裝相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，用以提示操作人員做出相應(yīng)的必要操作，在某些可能出現(xiàn)安全事故的情況下還有用于提示人員疏散等緊急措施。在本次設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了四個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，即溫度報(bào)警系統(tǒng)、壓力報(bào)警系統(tǒng)、液位報(bào)警系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)，分別對(duì)蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負(fù)壓進(jìn)行超限報(bào)警提示。在鍋爐的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)分別對(duì)蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負(fù)壓設(shè)置了上下限值。報(bào)警系統(tǒng)就是當(dāng)相應(yīng)的實(shí)測(cè)值低于（或高于）其相應(yīng)的下限（或上限）值時(shí)給出

20、相應(yīng)的下（上）限報(bào)警，這些功能均由軟件完成，與此同時(shí)，控制系統(tǒng)還會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，使相應(yīng)的變量值進(jìn)入相應(yīng)的極限范圍，然后撤銷相應(yīng)的報(bào)警提示。寧夏理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3 具體方案實(shí)施3.1 控制系統(tǒng)的硬件選型3.1.1 傳感器的選型傳感器是一種能將與待測(cè)量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。信號(hào)處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的信號(hào)的裝置、顯示或動(dòng)作。(1) 溫度傳感器我們經(jīng)過充分考慮決定選用鎳鉻鎳硅熱電偶。這種熱電偶分度號(hào)為“K”。它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極為鎳硅。溫度測(cè)量范圍為-2001200。其特點(diǎn)是測(cè)溫范圍很寬，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線性，熱電動(dòng)勢(shì)大

21、及價(jià)格地低。缺點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)的穩(wěn)定性較B型或S型熱電偶差，且負(fù)極有明顯的導(dǎo)磁性。在使用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，只有將冷端的溫度恒定，熱端電動(dòng)勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)。由于熱電偶的分度表是以冷端溫度為零時(shí)作出的，因此，在使用時(shí)要正確地反映熱端溫度，必須使冷端溫度恒定為零。這樣我們就需要進(jìn)行一些補(bǔ)償措施。1) 溫法。2) 補(bǔ)償導(dǎo)線法。3) 計(jì)算修正法。4) 電橋補(bǔ)償法。其中，電橋補(bǔ)償法的連接電路如圖3.1所示。圖3.1 電橋補(bǔ)償法連接電路(2) 流量傳感器、壓力傳感器我們?cè)谶M(jìn)行流量、壓力的信號(hào)測(cè)量時(shí)，所使用的流量傳感器、壓力傳感器都統(tǒng)一裝在了變送器上，即信號(hào)同時(shí)在變送器中測(cè)知，并且把它變成420mA的電信

22、號(hào)。3.1.2 變送器變送器是將被測(cè)工藝參數(shù)，通過其傳感元件的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換部件的放大和變換，輸出一個(gè)統(tǒng)一的相應(yīng)的氣壓或電流信號(hào)，再傳送到指示記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器，供指示、記錄和調(diào)節(jié)使用。在本次設(shè)計(jì)中我們主要用到的差壓變送器是DDZIII 型壓變送器。它的工作原理是：被測(cè)壓力信號(hào)P1、P2分別引入敏感元件的兩側(cè)，敏感元件將其轉(zhuǎn)換成作用與主杠桿下端的輸入力F1使主杠桿以軸封膜片為支點(diǎn)而偏轉(zhuǎn)，并以力F沿水平方向推動(dòng)矢量機(jī)構(gòu)。矢量機(jī)構(gòu)將推力F分解成F2和F3，F(xiàn)2使矢量機(jī)構(gòu)的推板向上偏轉(zhuǎn)，并通過連接簧片帶動(dòng)副杠桿以支點(diǎn)M逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，這使固定在副杠桿的差動(dòng)變壓器的銜鐵靠近差動(dòng)變壓器，兩者之間距離的變化量

23、再通過低落頻位移檢測(cè)放大器轉(zhuǎn)換并放大為4-20mA 直流電流又流過電磁反饋裝置的反饋動(dòng)圈產(chǎn)生的力矩M1、M2達(dá)到平衡時(shí)，變送器便達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，低頻位移檢測(cè)放大器的輸出電流I反映了所測(cè)大小。3.1.3 常規(guī)控制器的控制規(guī)律及其選擇一套控制系統(tǒng)主要是由被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)變送器等完成一定任務(wù)的元部件構(gòu)成的，這些元部件各自都有本身的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性、控制方案以及干擾的形式和幅值。一般說來，被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)變送器等元部件一旦選定，其特性就被固定下來了，所以，設(shè)計(jì)的剩下的一項(xiàng)主要任務(wù)就是確定控制規(guī)律、合理地選擇控制器的形式及參數(shù)，以得到最佳的控制質(zhì)量。3.1.4 變頻器給電動(dòng)機(jī)提

24、供頻率可變電源的設(shè)備就是變頻器，變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心部分。變頻器與電動(dòng)機(jī)完美的控制構(gòu)成了性能優(yōu)良的變頻調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)變頻器的選型要從容量、輸出電壓、輸出頻率、保護(hù)構(gòu)造、U/F（電壓/頻率）模式、電網(wǎng)逆變器的切換、瞬停，再啟動(dòng)等方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而選擇滿足要求的機(jī)種、機(jī)型。3.1.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)速換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，輸出的電壓與轉(zhuǎn)速成正比，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)轉(zhuǎn)速的信號(hào)元件等。測(cè)速發(fā)電機(jī)分直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)兩類。我們這次用的是交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。3.1.6 計(jì)算機(jī)控制模塊為了使危險(xiǎn)性更小，使煙道中的氧含量降低，滿足用戶的不同要求等原因，我們?cè)阱仩t燃燒控

25、制系統(tǒng)的過程中，將煙道中的含氧量、爐膛溫度，空氣進(jìn)量，燃?xì)膺M(jìn)量等參數(shù)信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，在這其中，我們用到了很多的輸入，輸出模塊，并且對(duì)它們做出了很高的要求， 從而使系統(tǒng)的可靠性，快速性，安全性等的性能指標(biāo)得到很大的提高。3.1.7 控制系統(tǒng)具體選型 具體選型見表3.1和表3.2所示。表3.1 控制系統(tǒng)選型（一）檢測(cè)點(diǎn)儀表名稱規(guī)格型號(hào)安裝地點(diǎn)溫 度爐膛溫度鎳鉻-鎳硅熱電偶插深：1=1000量程：01200分度號(hào)：KWRN-120爐體熱電偶溫度變送器量程：01200分度號(hào)：KSBWR-0404P傳感器之后配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝爐膛出口煙溫鎳鉻-鎳硅熱電偶插深：1

26、=1000量程：01200分度號(hào)：KWRN-120爐體省進(jìn)煙溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1=1000分度：PT100WZP-220省進(jìn)煙管省出煙溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1=1000分度：PT100WZP-220省出煙管省進(jìn)水溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1/L=150/300分度號(hào)：PT100WZP-220省進(jìn)水管省出水溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1/L=150/300分度號(hào)：PT100WZP-220省出水管熱水溫度鉑電阻溫度計(jì)插深：1/L=300/450分度號(hào)：PT100WZP-220熱水管上回水溫度鉑電阻溫度計(jì)插深：1/L=300/450分度號(hào)：PT100WZP-220熱水管上回水溫度熱電阻溫度變送器量程：01200S

27、BWZ-0703P與回水在一起配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝室外溫度鉑電阻溫度計(jì)500500分度號(hào)：PT100WZPW-30室外室內(nèi)溫度鉑電阻溫度計(jì)500500分度號(hào)：PT100WZPW-30室內(nèi)續(xù)表3.1檢測(cè)點(diǎn)儀表名稱規(guī)格型號(hào)安裝地點(diǎn)壓 力爐膛負(fù)壓差壓變送器量程：-12050Pa配：1/2-14npt 引壓件C11SBCC-13-1312/032爐體后側(cè)配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝省進(jìn)煙壓壓力變送器量程:-10000Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-13112/032爐體后側(cè)省出煙壓壓力變送器量程:-20000Pa

28、配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-13112/032除塵間配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝引風(fēng)機(jī)壓力壓力變送器量程:-40000Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-13112/032除塵間鼓風(fēng)機(jī)壓力壓力變送器量程:04000Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-13112/032除塵間配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝熱水壓力量程:01Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-27112/031爐體后側(cè)回水壓力壓力變送器量程:01Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-27112/03

29、1循環(huán)泵房配電器雙回路供電：24V-DCDFPX-2100控制柜后架裝補(bǔ)水壓力壓力變送器量程:01Pa配:1/2-14npt 引壓件C11SBYC-27112/031水泵間流 量熱水流量差壓配電器測(cè)量范圍：0640Kpa配：三閥組T1SBBC-14112/031爐體后側(cè)孔板包括：環(huán)室，跟部閥，法蘭LGBH-1501A配電器雙回路供電：24V-DCDFQX-2100控制柜后架裝調(diào) 速引風(fēng)機(jī)調(diào)速交流變頻器功率：75KWACS-501-060-3低壓配電室Q型手操器輸入輸出：420Ma DC供電：24V-DCDFQX-2100控制柜上鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速交流變頻器功率：35KWACS-501-025-3低壓配

30、電室Q型手操器輸入輸出：420Ma DC供電：24V-DCDFQX-2100控制柜上鍋爐微型控制器包括：主控制柜副控制柜控制室表3.2控制系統(tǒng)選型（二）控單元MCU-ll冗余型CPU Pentium 以上，64M內(nèi)存以上，Cache：128KB 中斷級(jí)：15顯示器PC123TM型19高清晰度 分辨率：800600網(wǎng)卡ET-100以太網(wǎng)卡速率為100MbpsHubET-HUB16端口以太網(wǎng)Hub端子底座普通端子底座連接現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)模擬量的輸入輸出模塊PLC818H（2塊）16路單端輸入12位A/D，單通道12位D/A，16位D/lO手操模塊HSFM人工操作控制輸出,保證系統(tǒng)的可控性電源模塊HSFM

31、193交流供電：220VAC 30，50Hz 1Hz輸出功率：24，4A二次顯示儀表CH92 可處理八路模擬輸入信號(hào)自動(dòng)切換顯示操作臺(tái)2P500MACS專用鍵盤FB006打印機(jī)HP1120C彩色噴墨打印機(jī)工業(yè)配線箱PCLK1050執(zhí)行器LKJ型(環(huán)境溫度：25+55）報(bào)警器GDAW2000高、低限報(bào)警（由軟件設(shè)置）氧化鋯OVSE800 無熱電偶，外徑25mm，有效長(zhǎng)度820mm- 24 -寧夏理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3.2 硬件組成工業(yè)鍋爐生產(chǎn)過程的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，生產(chǎn)車間噪聲、振動(dòng)都較大，溫度較高、各種大功率電氣控制柜與電機(jī)較多，它們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算控制設(shè)備的性能提出了嚴(yán)格要求，為此，選擇價(jià)格

32、適中的研華工業(yè)PC計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)檢測(cè)與控制。系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3.2所示。圖中：溫度檢測(cè)共四路、壓力檢測(cè)共三路、電動(dòng)執(zhí)行閥的閥位檢測(cè)共三路（圖3.2未畫出）。溫度信號(hào)通過溫度變送器變換，再經(jīng)PCL-818調(diào)理板，變成標(biāo)準(zhǔn)的A/D轉(zhuǎn)換器輸入的電信號(hào)，由A/D采樣卡（所選型號(hào)：PCL-813B，是32通道隔離型的12位A/D輸入卡）把數(shù)字信號(hào)送入工控機(jī)。工控機(jī)根據(jù)這一溫度信號(hào)與給定溫度比較，送入PID控制算法運(yùn)算后，得到控制量，將控制量送給D/A輸出卡（所選型號(hào)：PCL-728，是2通道隔離型的12位D/A輸出卡），輸出模擬控制信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入給定，從而控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)蒸汽流量的大小，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。閥位檢測(cè)信號(hào)的變換和處理類同溫度檢測(cè)情況。圖3.2 系統(tǒng)的硬件組成框圖另外，操作控制臺(tái)通過是32通道隔離型的數(shù)字輸入卡和輸出卡與工控機(jī)相連，完成系統(tǒng)的開關(guān)按鍵操作與聲光指示功能。3.3 軟件組成本設(shè)計(jì)采用WinCC組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)任務(wù)界面，四個(gè)顯示界面。任務(wù)界面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、處理及發(fā)送。顯示界面負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)、控制及報(bào)警工作。任務(wù)界面由一系列的控制模塊組成，在鍋爐任務(wù)界面：AI表示模擬量輸入模塊，它負(fù)責(zé)將從I/O設(shè)備模擬量輸入部分所獲取的數(shù)據(jù)提供給其它模