基于plc的鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 .......................................................................... 8 系統(tǒng)功能 ....................................................................................................... 9 燃燒自動控制系統(tǒng)組成 ............................................................................. 10 第 3 章 PLC 型號及擴(kuò)展單元的選型 .................................................................... 13 PLC 選型 ..................................................................................................... 13 CPU 選型、 I/O 分配及模塊擴(kuò)展 ............................................................... 14 第 4 章 輸出設(shè)備的選擇 ......................................................................................... 18 現(xiàn)場儀表的選型 ......................................................................................... 18 溫度檢測儀表的選型 ........................................................................ 18 壓力檢測儀表的選型 ....................................................................... 20 含氧量檢測儀表的選型 ................................................................... 21 輸出設(shè)備的選擇 ......................................................................................... 23 調(diào)節(jié)閥的選型 ........................................................................................... 23 變頻器的選型 ........................................................................................... 23 第 5 章 軟件編程 ..................................................................................................... 28 控制算法 ...................................................................................................... 28 流程圖 .......................................................................................................... 30 梯形圖 .......................................................................................................... 32 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒 論 鍋爐燃燒 自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義及內(nèi)容 鍋爐是國民經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。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(yùn)行的始終是小型低壓鍋爐。我國是產(chǎn)煤大國，也是用煤大國，一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占 70％左右，優(yōu)中質(zhì)煤、劣質(zhì)煤均豐富。 八十年代初，作為國家十二項(xiàng)重大建設(shè)工程項(xiàng)目之一的 300MW、 600MW 火電站項(xiàng)目開始啟動，要求其控制系統(tǒng)由具有監(jiān)控計(jì)算功能的計(jì)算機(jī)和能根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成，它的綜合技術(shù)水平應(yīng)相當(dāng)于當(dāng)時(shí)美國同類型電廠的實(shí)際裝備水平。 近二十年來，電子技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，分散型控制系統(tǒng)（ DCS）以它強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢和良好的性能價(jià)格比正在逐漸壟斷大型過程控制系統(tǒng)的市場 。 本系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)鼓、引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，避免看火工調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板以滿足風(fēng)量要求，節(jié)約了電能， 降低看火工的勞動強(qiáng)度；利用 PLC 實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制變頻器的頻率給定，避免遠(yuǎn)距離使用電位器易受干擾的缺點(diǎn)，同時(shí)數(shù)字顯示變頻器的輸出頻率。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。煙氣經(jīng)除塵器，由吸風(fēng)機(jī)送入煙囪后，排入大氣。從燃燒反應(yīng)動力學(xué)角度看，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)控制在動力燃燒區(qū) (或過渡區(qū) )內(nèi)。 .3 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點(diǎn) (1)燃料適應(yīng)性廣 這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。其截面熱負(fù)荷約為 ～ ，接近或高于煤粉爐。 (8)床內(nèi)不布置埋管受熱面 循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問題。單片機(jī)是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點(diǎn)出發(fā)向著增強(qiáng)控制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展。在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的電動機(jī)是全速運(yùn)行，即不論生產(chǎn)工藝的需求量大小，該風(fēng)機(jī)都提供給固定數(shù)值的風(fēng)量，而生產(chǎn)工藝要求對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量及溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時(shí)，采用的方法是利用調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這就使得能量在風(fēng)門節(jié)流中消耗很大。鍋爐控制系統(tǒng)可以分為汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。引風(fēng)電機(jī)速度隨著爐膛負(fù)壓值的變化而變化。可由含氧量來判斷燃燒工況是否處于最佳狀態(tài)。 循環(huán)流化床鍋爐 需要檢測的熱工參數(shù)： 1. 床溫 床溫 是指燃燒密相區(qū)內(nèi)流化物料的溫度。 床高 越大，測得的差壓值亦越高。對風(fēng)量的調(diào)整原則是在一次風(fēng)量滿足流化的前提下，相應(yīng)地調(diào)整二次風(fēng)。所謂爐膛負(fù)壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400 系列、OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、 Ab 公司的 SLC5/05 等系列產(chǎn)品。但是模塊式 PLC 的硬件組態(tài)方便靈活， I/O 點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出死諳熟的比例、 I/O 模塊使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也方便，因此比較復(fù)雜的、要求比較高的系統(tǒng)一般采用模塊式 PLC。它的輸出類型有晶體管（ DC）、繼電器（ DC/AC）兩種輸出方式。 10 個(gè)數(shù)字輸出量為 ，每個(gè)負(fù)載的一端與輸出點(diǎn)相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連，輸出端的 L+提供 24V 電源。 EM235 具有 4 路模擬量輸入 /一路模擬量輸出（占用 2 路輸出地址）， EM232具有兩路模擬量輸出， 可以滿足要 求。 熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。普通型熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組成；而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。 產(chǎn)品采用德國 HTC 材料生產(chǎn)而成。溫度變送器與模擬量擴(kuò)展模塊連接圖 如圖所示。它的工作原理是：被測差壓信號 P 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 沿水平方向推動矢量機(jī)構(gòu)。習(xí)慣上，變送器的實(shí)際使用量程應(yīng)在儀表最大量程的 3/4 左右。 產(chǎn)品特點(diǎn) ， 靈敏度高，精度高 ， 測量值可現(xiàn)場數(shù) 字顯示 ， 帶有空氣過濾器可測潮濕渾濁氣抗脈動沖擊，受動壓影響小 ， 有耐高溫品種，可正負(fù)壓復(fù)合測價(jià)格更優(yōu)惠 ， 安裝使用方便，可靠 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 氧量計(jì)與擴(kuò)展模塊接線圖 設(shè)計(jì)選用安徽天康集團(tuán)股份有限公司的 YFC 氧化鋯氧量分析儀 。 ●氧量表有多點(diǎn)溫控溫度，由用戶自行設(shè)定。它對傳感器輸出的氧電勢 “ E ” 進(jìn)行運(yùn)算，按 “ 奈斯特 ” 公式實(shí)時(shí)快速地計(jì)算出煙氣的氧含量，并在計(jì)算 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 中引入雙友愛數(shù)校正法，同時(shí)具有傳感器本底、氧電勢調(diào)節(jié)功能。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動化程度越來越高，正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 變頻器采用西門子 MM430 系列，此變頻器共有 20 多個(gè)控制端子，分為 4 類，輸入信號端子、頻率模擬設(shè)定輸入端子、監(jiān)視信號輸出端子和通信端子。 輸出信號的作用是對變頻器運(yùn)行狀態(tài)的指示，或向上位機(jī)提供這些信息。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 在系統(tǒng)中，對鍋爐的燃燒控制需要三臺電動機(jī)，分別用于控制引風(fēng)電機(jī) 轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，給煤電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 MM430 變頻器內(nèi)部有較為完善的基于電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的電子式熱過載繼電器 ， 但它需要在現(xiàn)場檢測正確的電動機(jī)參數(shù) ， 有時(shí)感覺多有不便 ， 所以使用外部熱繼電器為后備保護(hù) ， 反饋信號使用模入通道 AN2。 圖 西門子 MM430 變頻器 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 PLC 與變頻器連接圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 第 5 章 軟件編程 控制算法 燃燒鍋爐自動控制的關(guān)鍵問題是燃料的測量。 用一個(gè)比值器來保證給煤與送風(fēng)量成一定比例。外置式換熱器解決了隨著鍋爐容量增大 ,受熱面布置困難的矛盾 ,使鍋爐受熱面的布置更靈活。一般來說，料層差壓應(yīng)控制在 70009000Pa 之間。 在鍋爐的運(yùn)行過程中床高不能夠進(jìn)行直接的測量，但是可通過測量料層差壓來間接反應(yīng)床高。 只需要調(diào)節(jié)錐形閥的開度就可以來調(diào)節(jié)爐溫。 本設(shè)計(jì)用氧量信號來控制燃燒過程。 指示燈使用 24V 供電以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性 兩個(gè)模出通道設(shè)置為電壓輸出，按變頻器手冊說明，需在端子上并聯(lián)一個(gè) 500電阻進(jìn)行電流／電壓轉(zhuǎn)換，但在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于輸出電壓表 V V2 的內(nèi)阻關(guān)系模出通道滿偏并不能在 500 電阻上取得 10V 電壓，所以電阻增加到， 520 結(jié)合變頻器內(nèi)部對兩個(gè)模出通道標(biāo)定使輸出電壓達(dá)到 10V。壓力變送器 輸出正比于 給定頻率 的 1～ 5V 電壓信號 經(jīng)隔離后反饋到 MM430 變頻器完成閉環(huán)控制 。 P+、 N為通信接口端子， 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 接口。 PTC 端子用于電動機(jī)內(nèi)置 PTC 測溫保護(hù)，為 PTC 傳感器輸入端。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。儀表操作方便，維護(hù)最小。電解質(zhì)質(zhì)量關(guān)系到儀器檢測精度。 ●浮溫型傳感器工作溫度低，容易選擇安裝點(diǎn) ●傳感器重現(xiàn)性、互換性好，無須作本底補(bǔ)償，可用標(biāo)準(zhǔn)氣在線標(biāo)定。% 177。 選擇變送器接觸介質(zhì)部分的材料是一個(gè)很重要的問題，材質(zhì)選得合適，儀表可以經(jīng)久耐用，否則儀表用不了多長時(shí)間就要損壞。 如果把差壓變送器的負(fù)室通大氣壓，正壓室通壓力，則差壓變送器就成了壓力變送器，但它有自己 的優(yōu)點(diǎn)如：價(jià)格低；壓力在 之間完全可以使用壓力變送器，而且準(zhǔn)確度更高。廣泛用于各種對溫度進(jìn)行測量的監(jiān)控系統(tǒng)中，輸出信號可接數(shù)顯儀表、 PLC、變頻器等設(shè)備，并對終端接收設(shè)備起保護(hù)作用。因此，具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐急冷急熱、導(dǎo)熱好和抗 高溫蠕變等特性。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接剩下的顏色。接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。 工業(yè)用熱電阻一般采用 Pt100、 Pt Cu50、 Cu100，鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下 200800 攝氏度，銅熱電阻為零下 40 到 140 攝氏度。對于未用的輸入通道應(yīng)短接（如 C+、C）。 CPU 選型、 I/O分配及模塊擴(kuò)展 燃燒控制系統(tǒng)需要檢測的 參數(shù) 檢測量 輸入點(diǎn)