鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 （5）三、 PID控制器的類型選用位置型控制 （6） PID位置型控制示意圖PID位置算法調(diào)節(jié)閥 被控對象r（t）c（t） PID位置型控制示意圖位置型PID算法的程序流程1)位置型的遞推形式 （7）2)位置型PID算法的程序流程只需在增量型PID算法的程序流程基礎(chǔ)上增加一次加運(yùn)算Δu(n)+u(n1)=u(n)和更新u(n1)即可。計(jì)算e(n)計(jì)算計(jì)算計(jì)算+計(jì)算計(jì)算計(jì)算+u（n1）e(n1)到e(n2)e(n)到e(n1)u(n)到u(n1)返回 位置型PID算法的程序流程圖第4章 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和水泵通過變頻器來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過工控機(jī)和可編程控制器對鍋爐系統(tǒng)中的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)控制。控制系統(tǒng)以兩臺(tái)工業(yè)控制機(jī)作為上位機(jī)，以PLC(可編程控制器)為下位機(jī)。上位機(jī)采用高可靠性的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過監(jiān)控軟件完成人機(jī)界面及故障報(bào)警功能，下位機(jī)采用西門子公司S7200可編程控制器，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。本系統(tǒng)采用集中控制，分為三層，:主控機(jī)西門子S7200系列可編程序控制器及擴(kuò)展模塊輔控機(jī)變頻器電氣控制回路傳感器與變送器1引風(fēng)機(jī)變頻器電氣控制回路2鼓風(fēng)機(jī)傳感器與變送器變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器3 、4循環(huán)泵變頻器電氣控制回路傳感器與變頻器5 、6補(bǔ)水泵 鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖管理層: 系統(tǒng)采用兩臺(tái)工控機(jī)作為上位機(jī)，其中一臺(tái)作為主控機(jī)，另一臺(tái)為輔控機(jī)，構(gòu)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)。通過MPI多點(diǎn)接口與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊，對現(xiàn)場鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對鍋爐的遠(yuǎn)程控制。操作人員也隨時(shí)可以通過計(jì)算機(jī)，了解現(xiàn)場每臺(tái)鍋爐的運(yùn)行狀況，并對風(fēng)機(jī)、水泵等電機(jī)進(jìn)行啟停控制和參數(shù)設(shè)定。另一方面，關(guān)于鍋爐運(yùn)行及網(wǎng)管系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)，則存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。在需要的時(shí)候，可以在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示，或由打印機(jī)打印出來?，F(xiàn)場控制層: 該層以西門子S7200系列可編程控制器為核心，一方面通過MPI多點(diǎn)接口與上位機(jī)通訊，接收上位機(jī)管理層的控制命令。另一方面運(yùn)用RS485總線與各變頻器進(jìn)行通信，分別對鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、爐排電機(jī)、循環(huán)泵和補(bǔ)水泵等進(jìn)行啟停控制和電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，一旦電機(jī)啟動(dòng)完畢，即使PLC與上位機(jī)通訊故障，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與變送層: 這一層是集散控制系統(tǒng)的最底層，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理和變送等工作。這些數(shù)據(jù)主要包括鍋爐的出水溫度、出水壓力、鍋筒壓力、爐膛溫度、爐膛壓力以及總出水溫度、總出水壓力、總回水壓力等。變送器將采集的溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號并傳送給可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 控制器選型及配置采用西門子S7200系列可編程控制器。 S7200實(shí)物圖一、PLC系統(tǒng)配置根據(jù)系統(tǒng)控制要求，綜合考慮系統(tǒng)對PLC運(yùn)算能力的要求等因素，選用西門子的S7200系列PLC，CPU模塊選用CPU226。 S7 200系列可編程控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。系統(tǒng)組成:(1)電源負(fù)載模塊：用于將SIMATIC S7200連接到直流24V和交流220V兩種供電電源電壓，輸出類型有晶體管和繼電器兩種輸出方式，它與CPU模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接。(2)中央處理單元(CPU226)：本機(jī)集成24輸入/16輸出，I/O共計(jì)40點(diǎn)，和CPU224相比，程序存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一杯，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量增加到10KB，它具有2個(gè)通信口，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。(3)I/O擴(kuò)展模塊：對于I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況沒就必須增加I/O擴(kuò)展模塊，對I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充。本機(jī)選用1個(gè)EM222（4點(diǎn)）作為數(shù)字量的擴(kuò)展。1個(gè)EM235，1個(gè)EM232作為模擬量的擴(kuò)展。主機(jī)CPU226模塊2EM222DO4模塊3EM235AI4/AO1模塊4EM232AO2 模塊連接方式(4)PROFIBUSDP 模塊EM227：通過該模塊可以把S7200 PLC連接到PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)中，從而使其作為DP網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)從站。 I/O地址分配表PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。（1）PLC的開關(guān)輸入端口包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止按鈕，電機(jī)啟動(dòng)、停止按鈕，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕、變頻器故障及檢修復(fù)位、以及變頻器工頻、變頻運(yùn)行信號，另外PLC輸入端口還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點(diǎn)。 開關(guān)量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址1鍋爐自動(dòng)位SF12鍋爐手動(dòng)位SF23出水溫度SF34室外溫度SF45循環(huán)泵自動(dòng)SF56循環(huán)泵手動(dòng)SF67啟動(dòng)1號循環(huán)泵SF78啟動(dòng)2號循環(huán)泵SF89定時(shí)加熱SF910循環(huán)泵定時(shí)按鈕SF1011超壓保護(hù)BP112超溫保護(hù)BT13水箱壓力上限BP2U14水箱壓力下限BP2L15手動(dòng)停止循環(huán)泵1SF1116手動(dòng)停止循環(huán)泵2SF1217系統(tǒng)啟停SF1318警鈴消除SF1419循環(huán)泵1缺相KF120循環(huán)泵2缺相KF221補(bǔ)水泵1缺相KF322補(bǔ)水泵2缺相KF423引風(fēng)機(jī)啟停SF1524鼓風(fēng)機(jī)啟停SF16（2）PLC的輸出端口包括各種故障指示以及變頻器故障給PLC的信號，PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)PLC設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。以上的配置都留有余量，為以后的系統(tǒng)擴(kuò)展提供方便。 開關(guān)量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址1循環(huán)泵1號QA12循環(huán)泵2號QA23補(bǔ)水泵1號QA34補(bǔ)水泵2號QA45超溫報(bào)警PG16超壓報(bào)警PG27循環(huán)泵1號燈PG38循環(huán)泵2號燈PG49補(bǔ)水泵1號燈PG510補(bǔ)水泵2號燈PG611報(bào)警鈴PB112啟動(dòng)指示燈PG713低水位14高水位15工頻運(yùn)行16變頻運(yùn)行17引風(fēng)機(jī)燈PG818鼓風(fēng)機(jī)燈PG9（3）模擬量輸入輸出點(diǎn)的分配表 模擬量輸入分配表序號 名稱文字符號端口地址1出水溫度模擬輸入AIW02室外溫度模擬輸入AIW23水位檢測輸入AIW44壓力檢測輸入AIW6 模擬量輸出分配表序號 名稱文字符號端口地址1出水溫度模擬輸出AQW02室外溫度模擬輸出AQW23水位檢測輸出AQW44壓力檢測輸出AQW6 系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵采用變頻啟動(dòng)和調(diào)速。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，雖然變頻器本身就有欠壓、過壓，過流、過載等保護(hù)功能，但是對于有工頻運(yùn)行的水泵電動(dòng)機(jī)，還需要在工頻電源下面接入相應(yīng)的熱繼電器，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)。 控制系統(tǒng)的主回路本系統(tǒng)采用4臺(tái)變頻器連接4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中1號變頻器控制引風(fēng)電機(jī)，功率為90KW，變頻工作方式，電機(jī)通過一個(gè)接觸器和變頻器輸出電源相聯(lián)，3號變頻器控制鼓風(fēng)機(jī)，功率為37KW，變頻工作方式，電機(jī)通過一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接。2號變頻器控制一臺(tái)循環(huán)泵，4號變頻器控制一臺(tái)循環(huán)泵，功率都為75KW，一臺(tái)作為備用，均采用變頻工作方式。補(bǔ)水泵，爐排電機(jī)等采用工頻運(yùn)行方式，功率為5KW。變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過隔離開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U. V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上。按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始工作，使接觸器線圈帶電并保持，從而使接觸器動(dòng)作，1變頻器、3變頻器接通電源，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。 在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)動(dòng)作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)、欠壓、過壓保護(hù)，電機(jī)的故障指示，變頻器的故障指示以及報(bào)警輸出，模擬量的輸入、輸出模塊。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)的工作狀態(tài)。手動(dòng)控制時(shí)，首先扳動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SF1,使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SF2，接觸器QA1吸合并自保，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),運(yùn)行指示燈PG3亮。當(dāng)接觸器QA1吸合時(shí)，中間繼電器QA3接通，變頻器STF接通，變頻器啟動(dòng)。當(dāng)變頻器故障輸出時(shí)