基于plc的鍋爐控制系統設計-資料下載頁

【導讀】摘要也稱內容提要，概括研究題目的主要內容、特點，文字要精練。一般不少于400字，外文摘要的內容應與中文摘要相對應。機、泵類提供動力。隨著工業的不斷發展、規模不斷擴大，生產過程不斷的改革。容量多參數、高效率方向發展，以及從節能出發進行各種設備的改革。了保證安全、穩定生產和節能，對鍋爐的自動控制就成為非常不要。之一，得到了較快的發展。國內外應用實踐表明，與常規煤粉鍋爐相比，采用這。輯控制功能,而且還具有了運算、數據處理和數據傳送等功能。目前城市供暖的鍋。繼電器邏輯控制。這類系統自動化程序很低,大部分操作還是由手動來完成,只能。床汽鍋爐的自動控制，并實現了整個系統的優化控制。

　　

【正文】 模塊接線圖 設計選用安徽天康集團股份有限公司的 YFC 氧化鋯氧量分析儀 。 產品特性 ●氧化鋯固體電解質管選用多元級配超細顆粒原料成型，壁薄、致密、本底電勢力。 ●采用相變增韌技術，氧化鋯固體電解質管強度高，抗冷熱急變性好。傳感器能快速插入爐內。 ●浮溫型傳感器工作溫度低，容易選擇安裝點 ●傳感器重現性、互換性好，無須作本底補償，可用標準氣在線標定。 ●氧量表精度高，操作簡單，便于現場安裝使用。 ●氧量表有 010mA,420mA DC 兩 路隔 離 模擬量輸出。 （ 2） %或 （ 2）％兩種檢測量程供用戶選擇設置。 ●氧量表有多點溫控溫度，由用戶自行設定。 YFC 氧化鋯氧量分析儀是一種新穎的智能化工業自控儀表。可以對諸多的工業爐窯、站鍋爐所排放煙氣中的氧量作快速準確在線檢測分析為及時調正空燃比提供可靠的技術參數，最終達到經濟燃燒和減少煙氣排放保護環境目的。 氧量分析儀主要部件是氧傳感器，而氧化鋯固體電解質制成的濃差電池又是氧傳感器的關鍵元件。電解質質量關系到儀器檢測精度。選用三元級配同時添加適量昂貴的氧化 鈧，所以傳感器的響應速度、本底電勢、檢測精度和比電陰性能明顯得到提高。特別采用相變增韌技術和超細顆粒注漿成型工藝所生和的電解質管壁薄，致密，抗熱沖擊性能好，是等靜壓成型制品所不能媲美的。 氧分析儀的氧量表是采用單片機組成的智能化儀表。它對傳感器輸出的氧電勢 “ E ” 進行運算，按 “ 奈斯特 ” 公式實時快速地計算出煙氣的氧含量，并在計算 本科生畢業設計（論文） 23 中引入雙友愛數校正法，同時具有傳感器本底、氧電勢調節功能。氧表能對傳感器實行準確可靠聽恒溫控制及溫度設定。儀表有氧量 “ O(2) ” ,氧電勢 “ E ” ，溫度 “ ℃ ” 顯示，還具有 010mA,420mA 雙路隔 離 模擬量輸出，帶負載能力大。氧表的檢測量程有 ％（ 2）或 ％ O(2)供用戶選擇，最終在主板上作一次設定。儀表操作方便，維護最小。 輸出設備的選擇 調節閥的選型 在 燃燒控制系統中 的控制中， 需要調節閥對 排渣管的排料量 的進行控制。 調節閥 屬于執行機構，包括氣動、電動和液動三大類，但是液動執行機構使用較少，同時氣動執行機構中使用最廣泛的是氣動薄膜執行機構，因此執行機構的選擇主要是指氣動薄膜執行機構和電動執行機構的選擇 。 電動調節 閥是 工業自動化 過程控制中的重要執行單元 儀表 。隨著工業領域的自動化程度越來越高，正被越來越多的應用在各種工業生產領域中。與傳統的氣動調節閥相比具有明顯的優點：節能（只在工作時才消耗電能），環保 （無碳排放），安裝快捷方便 ，設計采用電動調節閥。 變頻器 的選型 在 PLC 控制引風機調節爐膛負壓的控制系統中，爐膛負壓是鍋爐燃燒系統重要的調節量，它的好壞影響著燃燒質量的好壞以及生產生活的安全， PLC 是一種可編程的控制器，通過它對引風機的控制來調節爐膛負壓，進而實現了系統的可靠運行， 通過控制柜面板 引 風機轉速調節器調節 引 風機轉速 ,在 鼓風量 一定的前提下 ,引風量隨著爐堂負壓值的變化自動調節引風機轉速 ,使鍋爐處于微負壓下運行 。該系統的設計降低 了電能以及燃料的損耗，設備的運行更加可靠。 變頻器是利用電力半導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。我們現在使用的變頻器主要采用交 —直 —交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 本科生畢業設計（論文） 24 變頻器采用西門子 MM430 系列，此變頻器共有 20 多個控制端子，分為 4 類，輸入信號端子、頻率模擬設定輸入端子、監視信號輸出端子和通信端子。 DIN1至 DIN6 為數字輸入端子，一般用于變頻器外部控制 ，其具體功能由相應設置決定。例如出廠時設置 DIN1 為正向運行， DIN2 為反向運行等，根據需要通過修改參數可以改變功能。使用輸入信號可以完成對電動機的正反裝控制、復位、多級速度設定、自有停車、 點 動等控制操作。 PTC 端子用于電動機內置 PTC 測溫保護，為 PTC 傳感器輸入端。 DIN DIN2 為模擬信號輸入端子，分別作為頻率給定信號和閉環時的 反饋信號輸入。變頻器提供了三種頻率模擬設定方式：外接電位器設定、 010V 電壓設和 420mA 電流設定。當用電壓或電流設定時，最大的電壓 或電流對應變頻器輸出頻率設定的最大值，變頻器有兩路頻率設定通道，開環控制時只用 AIN1 通道，閉環控制時使用 AIN2 通道作為反饋輸入，兩路模擬設定值進行疊加。 輸出信號的作用是對變頻器運行狀態的指示，或向上位機提供這些信息。 KAKA KA3 為繼電器輸出。其功能也是可編程的，如故障報警狀態指示等。 AOUTAOUT2 端子為模擬量輸出 020mA 信號其功能可是可編程的，用 于輸出指示運行頻率、電流等。 P+、 N為通信接口端子， 是一個標準的 RS485 接口。通過此通信接口。可以實現對變頻器的遠程控制，包括運行 /停止及頻率設定控制，也可以與端子控制進行組合完成對變頻器的控制。 變頻器可以使用數字操作面板控制，也可以使用端子控制，也可以使用 RS485通信接口對其遠程控制。 本科生畢業設計（論文） 25 圖 在系統中，對鍋爐的燃燒控制需要三臺電動機，分別用于控制引風電機 轉速、鼓風電機的轉速，給煤電機的轉速。 MM430 的內置 PID 和 Bico 能夠實現簡單反饋和邏輯控制 ， 避免在簡單任務中使用 PLC 或復雜的繼電控制 ， 從而給設計人員帶來極大的靈活性 ， 降低了系統的成本 ， 在變頻器單機的情況下實現了友好的操作界面和控制功能 ， 有效地降低了操作人員的勞動強度 ，能夠根據系統的要求調節電機的轉速。 變頻器有兩種工作方式手動方式與自動方式，由于要實現鍋爐風煤比隨鍋爐負荷變化的自動調，變頻器采用自動方式。在對引風電動機的控制中， 給定轉速信號 ， 引風電機，電機壓力變送器組成一個 PID 閉環控制系 統 ， 給定信號為 PLC 本科生畢業設計（論文） 26 輸出的頻率信號，變頻器通過控制電機轉速來達到對風量的控制，反饋量為電機風室的壓力。壓力變送器 輸出正比于 給定頻率 的 1～ 5V 電壓信號 經隔離后反饋到 MM430 變頻器完成閉環控制 。 如圖 3 所示由 PLC 提供給定電壓信號進入模入通道 AN1 電壓表 V1 指示給定電壓，電壓表表盤標定為風量 0～ 80t ／ h 和轉速輸出頻率 0～ 50Hz 兩條刻度以方便操作，使用數字輸入通道 DI1 用于變頻器的啟動停機，當 KA 斷開時變頻器處于停止輸出 , 當 KA 接通時變頻器處于輸出狀態。指示燈 HG1 和 HG2 同時點亮以 指示變頻器當前工作狀態， FR 為電動機熱繼電器常閉觸點。使用數字輸入通道 DI3。 MM430 變頻器內部有較為完善的基于電動機數學模型的電子式熱過載繼電器 ， 但它需要在現場檢測正確的電動機參數 ， 有時感覺多有不便 ， 所以使用外部熱繼電器為后備保護 ， 反饋信號使用模入通道 AN2。 模出通道 AO1 設置為變頻器 輸出頻率指示，模出通道 AO2 設置為變頻器輸出電流指示，數字輸出 指示燈 用于變頻器故障或報警指示 ， HG2 用于當變頻器輸出頻率低于 5Hz 超過 5s 指示 ,系統正常運行時輸出頻率一般在 8Hz～ 45Hz。 當指示燈 HG1 點亮時表明 風量 波動較大 ， 電動機轉速過 高 不宜長時間運行 。 HG3 指示變頻器出現故障。 指示燈使用 24V 供電以增強系統的可靠性 兩個模出通道設置為電壓輸出，按變頻器手冊說明，需在端子上并聯一個 500電阻進行電流／電壓轉換，但在調試時發現，由于輸出電壓表 V V2 的內阻關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 結合變頻器內部對兩個模出通道標定使輸出電壓達到 10V。 系統中用到了 3 個電機 分別來控制引風電機的風量、鼓風電機的風量、給煤電機的給煤量 ，所以要采用 3 個變頻器。對引風機、鼓風機 采用閉環控制，將風室的壓力作為反饋量，用變頻器本身具有的 PID 功能組成兩個簡單的閉環控制系統，系統的給定量又 PLC 經過計算后輸出。 對給煤電機采用簡單的開環控制，幽PLC 來對給煤量進行調節。 圖 西門子 MM430 變頻器 本科生畢業設計（論文） 27 圖 PLC 與變頻器連接圖 本科生畢業設計（論文） 28 第 5 章 軟件編程 控制算法 燃燒鍋爐自動控制的關鍵問題是燃料的測量。在目前條件下，要實現準確測量進入爐膛中的燃料還 很困難，因此常采用比值信號、熱量信號、氧量信號控制燃燒過程， 采用熱量信號的燃燒過程自動控制系統中，燃燒的經濟性要用兩個流量（燃料量與送風量、熱量與送風量，蒸汽流量與送風量）的比值作間接指標。在運行中如直接采用空氣系數α能比較正確地反應燃燒經濟性的指標。因此，測量煙氣的成分可以更正確地表示燃燒的經濟性。 本設計用氧量信號來控制燃燒過程。 以前人們常在鍋爐運行中應用 CO2 分析器，分析煙氣成分，判斷爐膛燃燒工況。但是 CO2分析儀表的測量滯后太大，根本不能作為自動控制信號之用，而且煙氣中 CO2的含量和過剩空氣系數α之 間的關系也不是固定不變的，通過實踐認識到，比較好的方法是利用氧化鋯直接測量煙氣中的含氧量，一則氧化鋯氧量計滯后時間和慣性小，二則煙氣中的含氧量和過剩空氣系數之間的關系比較穩定。 當負荷變化時， ，煙氣中的含氧量發生變化，使燃料調節器去改變燃料量以維持煙氣中的含氧量。 用一個比值器來保證給煤與送風量成一定比例。 在送風量變化的同時，爐膛負壓發生變化，引風調節器去改變引風量，以維持爐膛負壓。在這個控制系統中，燃料調節器保證經濟燃燒 。 PID 圖 風煤比控制系統結構圖 氧量 變送器 出口煙氣含量 給煤機 PID 給風機 出口 壓力 壓力變送器 PID 引風機 爐膛負壓 壓力變送器 K 圖 爐膛負壓控制系統結構圖 本科生畢業設計（論文） 29 設計中 鍋爐中引入了四個外置式換熱器 (英文簡稱 EHE),解決了尾部煙道受熱面多 ,不宜布置的難題 ,使爐膛溫度控制更為靈活。 只需要調節錐形閥的開度就可以來調節爐溫。 爐膛、分離器、回料閥和外置式換熱器構成了循環流化床鍋爐的物料熱循環回路 ,煤與石灰石在燃燒室內完成燃燒及脫硫反應 ,產生的煙氣分別進入四個分離器 ,進行氣固兩相分離 ,經過分離器凈化的煙氣進入尾部煙道。分離器分離下來的高溫物料一部分直接返回爐膛 ,另一部分進入外置式換熱器 ,外置換熱器入口設有錐型閥 ,通過調整錐型閥的開度來控制外置換熱器和回料閥的循環物料分 配。在爐膛兩側下部對稱布置 4 個外置式換熱器 ,外置式換熱器外殼由鋼板制成 ,內襯絕熱材料和耐磨耐火材料。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。 通過錐形閥的開度控制進入外置式換熱器內的熱物料量 ,提高過熱汽溫的同時 ,降低熱物料的溫度。 900℃ 左右的高溫物料通過外置式換熱器換熱后 ,返回爐膛時基本上只有 400℃ 到 500℃ ,低溫物料進入爐膛 ,能降低爐膛內床溫 ,將床溫控制在840℃ 左右 ,既能減少爐膛內的低溫結焦和高溫結焦 ,還能控制氮氧化物的生成量 ,同時 ,在此床溫下 ,通過加入石 灰石粉與爐膛內產生的二氧化硫反應 ,生成硫酸鈣 ,大大降低了二氧化硫的排放量。 對 爐溫的控制 采用最常規的 PID 控制算法，從控制原理的角度分析， 可采用反饋式 PID 控制 ，反式 PID 控制 是依據被控變量與設定值之差來決定控制行為的 ，可保證控制精度。 在鍋爐的運行過程中床高不能夠進行直接的測量，但是可通過測量料層差壓來間接反應床高。 料層差壓是一個反映燃燒室 床高 的參數。通常將所測得的風室與燃燒室上界面之間的壓力差值作為料層差壓的監測數值，在運行都是通過 監視料層差壓值來得到 床高 大小的。 床高 越大，測得的差壓值亦越高。一般來說，料層差壓應控制在 70009000Pa 之間。 床高 (即料層差壓 )可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調節。應根據所燃用