实训报告 锅炉控制系统.doc

控制系统综合实验 目 录第1章 锅炉控制系统工艺分析11.1汽包水位调节系统11.2过热蒸汽温度调节系统21.3 锅炉燃烧过程控制系统控制2第2章 锅炉系统控制设计32.1 锅炉仪表的选择32.2 锅炉传感器的选择42.3 锅炉控制方案分析4第3章 基于紫金桥的锅炉系统监控程序设计63.1 主控界面的程序设计63.2 趋势界面的程序设计113.3 仪表界面的程序设计13第4章 结论与体会16参考文献1716第1章 锅炉控制系统工艺分析锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有:1.1 汽包水位调节系统 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为逆响应特性，即所谓的虚假水位，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。 控制目标值：在操作界面上利用鼠标键盘实现对水泵启停的控制；在仪表盘上使用原有的DDZ-III操作器对水泵进行手动/自动调节控制。系统给水自动调节分为三种模式：单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量；双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈反馈控制方式；三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈串级反馈控制方式。冲量水位控制实现方式：在异常情况下，如液位偏离正常值较大时，采用规则控制，可以快速恢复水位，保证锅炉的安全稳定运行；当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时，可根据矛盾的主要方面进行两者的协调控制；它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，实质上是蒸汽流量前馈与水位流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。1.2 过热蒸汽温度调节系统锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于35t锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。 炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，35t锅炉的Pf=100Pa来进行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。保因此，锅炉燃烧过程自动控制系统按照控制任务的不同可分为三个子控制系统，即蒸汽压力控制系统、烟气氧量控制系统和炉膛负压控制系统。1.3 锅炉燃烧过程控制系统控制 使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料量与空气量之间保持一定比例，为了完成上述目标，燃烧过程的自动控制系统要完成以下三方面的任务：首先，保持锅炉输出蒸汽压稳定；其次，调节送风量与燃烧量的比例；最后，保持锅炉炉膛负压的稳定。第2章 锅炉控制系统设计2.1 锅炉仪表的选择 锅炉的附件及仪表是锅炉安全经济运行不可缺少的一个组成部分。如果锅炉的附件不全，作用不可靠，全部或部分失灵，都会直接影响锅炉的正常运行。所以，必须保证锅炉的附件及仪表准确，灵敏，可靠。 安全阀是锅炉三大安全附件（安全阀，压力表，水位表）之一，其作用是保证锅炉排水时，由人工抬起，以排除或吸入空气。蒸气锅炉采用全启式安全阀，热水锅炉既可采用权启式又可采用微启式安全阀。在一定工作压力下安全运行。如果锅炉超过允许规定时，安全阀一方面产生较大音响，引起操作人员警觉，及时采取措施，另一方面起排气，减压作用，使锅炉压力迅速降低，保证锅炉安全。同时，锅炉在没有空气阀的情况下，安全阀可在冷炉进水时生火及无压排水时，由人工抬起，以排除或吸入空气。蒸汽锅炉采用全启式安全阀，热水锅炉既可采用全启式又可采用微启式安全阀。安全阀的安全操作与日常维护保养：锅炉安装或移装后，投入运行前，应对安全阀进行调查；对于员全阀的泄漏，首先要分析其泄露原因，然后在采取措施；安全阀经过调查校验后，应加锁或铅封；要防止与安全阀无关的异物将以保证安全阀动；安全阀使用一段时间后，为防止阀芯与阀座粘住，可定期进行手动或自动排汽（排水）试验，以检查安全阀动作的可靠性。 锅炉上使用的压力表是测量锅炉气压或水压大小的仪表。司炉人员可通过压力表的指示值，控制锅炉的气压升高或降低，对热水锅炉可了解循环水压力的波动，以保证锅炉在允许工作压力下安全运行。 下列位置需装设压力表：首先，热水锅炉的进水阀出口和出水阀进口；其次，热水锅炉循环水泵的进水管和出水管上；然后，蒸气锅炉给水调节阀前，再其次，可分式省煤器出口，蒸汽锅炉过热器出口和主汽阀之间，燃油锅炉油泵进,出口；最后，燃气锅炉气源入口。 水位表是锅炉主要安全附件之一，是利用液体连通各部位水面均在同一平面上的原理，监视锅筒（或锅壳）内水位的一种安全装置。通过水位表显示水位的高低，以指示锅炉内水面的位置，司炉人员依此进行正确操作，保证锅炉安全运转。2.2 传感器的选择 静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。420mA、 05v、 010mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。 利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。将低于参考点气压的压力(压强)差变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。 用于测量室内和室外的环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。室温传感器和管温传感器的形状不同，但温度特性基本一致。按温度特性划分，目前美的使用的室温管温传感器有二种类型：1、常数B值为4100K3%，基准电阻为25对应电阻10K3%。温度越高，阻值越小；温度越低，阻值越大。离25越远，对应电阻公差范围越大；在0和55对应电阻公差约为7%；而0以下及55以上，对于不同的供应商，电阻公差会有一定的差别。2.3 锅炉控制方案分析 锅炉给水压力的控制采用水泵变频恒压供水，通过安装在出水管网上的压力变送器，把管网压力信号变成420mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，调节水泵的供水量，使供水管网上的压力保持在给定的压力值上。当用水量超过或少于运行泵的供水量时，通过PLC控制切换进行加泵或减泵，即根据用水量的多少由PLC控制工作泵的数量增减以及变频器对运行泵的转速调节，实现恒压供水的目的。除氧水箱水位的控制采用水泵变频与工频供水，通过安装在除氧水箱上的差压变送器，把水箱水位信号转变成420mA的标准信号送入PLC，PLC通过PID程序运算后，得出输出信号给变频器，由变频器控制电机的转速，调节水箱给水量，使除氧水箱的水位保持在给定的水位上。给除氧水箱供水还包括冷凝水箱水位的控制，当冷凝水箱水位高时，启动冷凝水泵，当冷凝水箱水位低时，停止冷凝水泵，防止冷凝水箱出现溢流现象，减少水源浪费。根据除氧水箱水位的高低，由PLC控制软水泵和冷凝水泵数量及变频器对软水泵的转速调节，实现恒水位供水。 软水箱水位的控制采用电磁阀控制，通过安装在软水水箱上的差压变送器，把水箱水位信号变成420mA的标准信号送入PLC，PLC通过PID运算后输出控制信号，当软水水位低时，增加电磁阀开度，当软水水位高时，可减少电磁阀开度。水处理自动控制系统需要检测和控制的工艺参数主要有：压力、流量、液位、转速、阀门开度、水泵的运行/停止、阀门的开/关、变频器的运行/停止等等，系统共有模拟量输入11路, 模拟量输出4路，数字量输入40路,数字量输出20路。 第3章 基于紫金桥的锅炉控制系统监控程序设计3.1主控界面的程序设计紫金桥工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索紫金桥工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到紫金桥开发或运行环境等。在紫金桥软件的安装目录中找到工程管理器，点击“新建工程”，创建一个新的工程如图3-1所示。图3-1 创建新工程点击新创建的工程打开紫金桥组态软件，点击“文件”下拉菜单中的“新建”，在弹出的对话框内进行对窗口名字，画布背景色，画布的大小等属性的输入和更改。如图3-2所示。图3-2 创建新画布在新创建的画布上进行画静态图，使用画图工具对管道和其他图形进行绘制，使用的的画图工具如图3-3所示。图3-3 绘图工具使用紫金桥软件中自带的图形拖拽窗口进行复杂图形的选择，将选择的图形拖拽到画布上，就实现了复杂图形的绘制。如图3-4所示。图3-4 拖拽窗口 将图形拖拽到窗口上之后，点选图形之后，在窗口的左下角的属性面板中对于图片的大小，颜色等属性进行编辑，如图3-5所示。 图3-5 属性面板 在利用图形编辑、图库，并将各种图形的属性更改和排版之后得到静态图如图3-6和图3-7所示。 图3-6 锅炉控制系统静态图 图3-7 锅炉热网工艺静态图对画面进行简单设计，对图中的管道双击后出现图3-8窗口界面进行如图设计。对图中需要设计的液位如图3-9所示执行。 图3-8 流动属性 图3-9 液位设计 点击绿色按钮使画面演示，弹出系统启动画面，等待过后出现3-10 运行系统选择窗口图。选择不同窗口，会出现如图3-11,3-12等分别为选择锅炉控制和锅炉热网工艺流程的动态截图。 图3-10 选择窗口界面 图3-11 锅炉系统运行动态图图3-12 热网流程动态图3.2 趋势界面的程序设计 在拖拽窗口中找到趋势分析选项点开后，找到历史趋势图形，点击历史趋势图形，并将其拽到画布上，如图3-13所示。图3-13创建历史趋势将历史趋势拖拽到画布上后会出现一个图形，图形如图3-14所示图3-14 历史趋势图双击历史趋势图进行对历史趋势图进行设置，设置页面如图3-15所示。图3-15 历史趋势设置分别点击1号笔号、2号笔号对其进行变量的选择，分别将变量选定之后再对曲线的颜色和类型等进行编辑，然后点击保存按钮，将工程运行得到了历史曲线，如图3-16所示。图3-16 循环水历史趋势图3.3 仪表界面的程序设计为使画面观察更加直观、明显，将主控界面中的水罐上的液位用仪表显示出来。在画面中选择“选择子图”按钮，在弹出的窗口图3-17中在左侧选择仪表，选择所需要的仪表图，脱至主窗口。 图3-17 仪表选择窗口双击所选择的的仪表，弹出“属性”窗口，选择“变量名”右侧的窗口，在“变量选择”中选择数据库中与液位一，液位二同步的数据名称，如图3-18。 图3-18 液位仪表设计窗口设置好后，运行系统界面，得到如图3-19所示的动态图。 图3-19 仪表运行动态图第