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基于 plc 锅炉 实时 监控 控制系统 设计 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6279

资源描述：

文档包括:

说明书一份。42页。15600字左右。

任务书一份。

开题报告一份。

计划周记进度检查表一份。

外文翻译一份。

内容简介：

编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 基于 控制系统设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923174 学生姓名： 曹 律 指导教师： 潘国锋 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 基于 控制系统设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923174 学生姓名： 曹 律 指导教师： 潘国锋 （职称：副教授 ） （职称： ） 2012年 11月 25日 课题来源 自拟题目 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） （ 1）课题科学意义 锅炉作为我国最重要的能源转换之一，对我们的生产、生活都有着很大程度的影响，直接体现在我国南方的火力发电厂和北方供热采暖系统中。早期的锅炉都采用继电 器 接触器控制，随着时代的发展和科技的进步，缺点和弊端不断体现出来，这种老式的控制方式已不能适应大规模的生产活动。 术已经被运用在新的科技控制领域中，因此使用 制技术对锅炉控制系统的优化改造是本次设计的主要内容。 考虑到现存煤矿资源的储量以及社会发展的环保趋势，对锅炉监测控制方式的改革就有了一定的意义和价值。本次的课题要求是通过使用 实时监测锅炉的全程运作，通过计算机对 序的设计，依靠 现全自动的控制系统。这样一来，既能提高操作者对锅炉的操控性，又能减少人力资源和运行成本。 （ 2） 锅炉控制的 研究状况及其发展前景 传统的工业锅炉大多采用的是继电器 接触器控制，给水、鼓风、引风等基本的控制部分均为现场手动控制，其控制系统一般由输入电路、控制电路、输出电路和生产现场这四分部分组成。但是随着科技的进步，企业生产量得到扩大，这种控制调节方式在面对逐渐严格和多样化的生产工艺要求时，已经无法起到相应的精确控制。手动控制的方式不但操作性差、能耗较大、效率偏低，再加上监测手段的不完善，使得整个锅炉一直处于安全隐患之中。 我国早期的锅炉都以煤矿为主要能源，虽然我国工业经过了几十年年发展，生产水平有了 很大的提高，但在以往的生产影响下，很多企业无法采用天然气等新能源来替代煤矿作为主要能源。从全球来看，国内的控制技术落后与国外，国外的自动化控制技术相对完善，而国内的锅炉控制单元大多采用常规的控制仪表，和世界的先进水平相差较大。 因此我国锅炉控制的发展方向就是实现全过程的自动化，以最少的运行和维护成本、最安全和环保的工作环境来提高锅炉设备的生产。 研究内容 了解锅炉系统的控制原理，国内外的研究发展现状； 完成 锅炉控制系统的硬件设计， 并利用 成控制系统设计 ； 完成系统硬件的选型， 序设计 ； 熟练掌握有关编程软件，并提供电气原理图，接线图等 ； 完成设计说明书的撰写，并翻译外文资料 1 篇。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 对锅炉实时监控进行了解后，对各个控制硬件进行选型，并利用 相关知识对汽包控制系统和燃烧控制系统的设计，并用得出的结论进行选型。还要绘制相关电气原理图，接线图，流程图，梯形图等。 研究计划及预期成果 研究计划： 2012 年 11 月 17 日 1 月 13 日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填毕 业设计开题报告书 ， 学习并翻译一篇与毕业设 计相关的英文材料。 2013 年 1 月 15 日 3 月 5 日： 拟好论文框架，写好第一章绪论，并构思所需要 的图纸 。 2013 年 3 月 8 日 3 月 12 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 14 日 4 月 11 日： 完成锅炉 制的 硬件设计，并利用 成控制系统设计，大致完成所需程序图。 2013 年 4 月 12 日 4 月 25 日： 完成有关硬件的选型； 序设计，并校验设 计图。 2013 年 4 月 26 日 5 月 15 日：毕业论文撰写和修改工作。 预期成果： 达到预期的实验结论： 利用 成控制系统设计，完成有关硬件的选型，完成论文撰写。 特色或创新之处 实现锅炉的实时自动监控控制 ，并且保证锅炉运行的经济性和安全性。 对整体系统的各个控制系统进行逐个 研究，思路清晰，简洁明了，行之有效。 已具备的条件和尚需解决的问题 现已查阅到锅炉 制的相关资料 。 需要查阅课本和相关资料，熟悉 程 。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 or is a of as of on or in LC is to to to in or A is an of a be in to a 1. LC in to of by of or of as to 968 a an 84 it a to of on is to be of 977 EG of 84 is on s It M, of 4 at of 84 is of 2. to a of to a of on a be in a of to . a to on of of so as a of in As it to be is to is as as A is in a to of be in up to or LC on to of on is to LC of LC by of to or LC In of is a to LC a a as 3. he of LC to of to I/O a to in of it is to in on is to of to as In to of do to to in or in as is in as in is In by in a (a in a is in a by by of to of 2 4 up is 3 a CD a of at a , by a 4to on a to a to a so of to CD or be of a of 4. he is as I/O) LC to as of On or or be a or LC , if (a , of A , to of or A to as as a on a LC a in F1 is as of be in of a to as a a or in (of a to to MI as LC in a on a by a or a to is in LC in AM or a LC be to of 1131-3 be A on a as of 1131-3 to to of LC to , LC of a be 5. to a of in of is to of to be is on of so of a LC is to of a On in of to of be of a or of or a be by an a in A be or of be so of be to an of of as of be as in of or in to be LC so a be to a A be to of a a or of a be CS LC or As to in on 1131-3 to 6. or as n ff 1 , of a or a is n a 4 V , 2 V DC n, , a of as by of on of to 632,768 32,767. by or a to of an - 10 V mA be an - 32767. 中文译文 可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器 （ 或可编程序控制器是 用于机电 自动化 过程 中 的数字计算机 ，例如 生产线上的机械控制、 游乐设施或照明装置 的控制 。可编程控制器 广泛运用于工业机器中 。与通用的计算机不同的是， 专为多 个 输入和输出 管理 ，扩展温度范围 、免 受电磁噪音 影响、 抗震动和冲击 所设计 。控制 器的 操作程序通常存储在电池 供电 或非易失性 的 内存中。 实时 的 系统，因为 系统产生的输出结果必须在有限的时间内回馈到输入 ，否则会导致 意外 操作。 1. 历史 为了满 足美国通用汽车制造业的需求，人们发明了 可编程逻辑控制器最初 在汽车行业中被采纳是在软件版本代替重装的硬连线控制板时。 明 之前， 汽车制造业的 控制 、 程序化和安全联锁逻辑是 通过 上百或上千的继电器、凸轮计时器 、鼓定序仪 和专用的闭环控制器来完成的。 在每年设备模型更新过程是非常耗时且 成本高昂， 这是因为 电工需要 给每个中转站单独地接电线 。 在 1968年 美国通用公司发布了一个提议，电子替代硬连线中继系统 。获奖的提案来自马萨诸塞的贝得福得同事。 首个 选定 为 084，因为 这 是贝得福得同事的第八十四 个项 目。贝得福得同事建立了一家致力 于开发 、生产、销售，和服务这一新产品 的公司 ： 莫迪康 (代表模 块化 数字控制器。迪克 莫利 该项目的负责人之一，被公认为是 1997 年，古尔德电子公司收购莫迪康，后来被德国通用电力公司收购，而目前的所有者是法国施耐德电气公司。 084模型之一 首次被 设在 马萨诸塞州北部安多弗的莫迪康总部 。 这是专门为通用汽车服务的 ， 并且 经过 了 近二十年的不间断服务。 莫迪康在其产品中一直使用 84这个名字直至 98的出现。 汽车工业仍是 2. 发展 早期的可编程控制器是设计来取代继电器逻辑系统。这些可编程控制器的“阶梯逻辑”与继电器逻辑示意图非常类似的。选择此程序表示法的目的是为了减少对现有技术人员的培训需求。其他早期的可编程控制器使用一个基于堆栈编程逻辑求解器进行求解的指令列表编程。 现代可编程控制器可以在各种各样的方式下被编程，从梯形逻辑语言到更加传统的编程语言例如 语言。另一个方法是状态逻辑，基于状态转换图为可编程控制器设计的一种高级编程语言。 很多早期可编程控制器没有可编程终端的逻辑图形表示法，逻辑反而是被描绘成一系 列在一些版本的布尔格式的逻辑表达式，类似于布尔代数。随着编程码发展，在梯形逻辑的使用变得更加常见。更新的格式如国家逻辑和功能块（这是类似的逻辑描述使用数字逻辑集成电路时的方式）的存在，但它们仍没有梯形逻辑语言流行。一个主要原因是可编程控制器解决问题用一个可预测和重复序列的逻辑相比于其他格式，而且梯形逻辑语言可以更容易地让程序员（写逻辑的人）在逻辑时间内发现所有问题。 程 到 20 世纪 80 年代中期，早期的 是用专有的编程版或专用编程终端，往往有专门的功能键，代表各种 序逻辑元件。程 序存储在盒式磁带盒上。由于缺少内存容量用于打印和文献的设备非常少。最古老的可编程控制器使用的是非易失性磁核心内存。 近期 算机通过以太网 程软件允许输入梯式逻辑编程。通常，软件提供了用于调试和故障排除的功能，例如在操作或模拟过程中 软件将上传和下载 某些型号的 该方案还是得从个人电脑传输到 3. 功能 功能经过多年的发展，包括连续的继电器控制，运动控制，过程控制，分布式控制系统和网络。一些现代 储，处理能力和通信能力相当于台式电脑。，可使一台通用台式计算机在某些应用中重叠使用某一可编程控制器。考虑到 就是为什么 为 台式计算机系统中运行不是很稳定，而且台式计算机硬件没有被设计成同等级别的耐温度、湿气、振动和耐用作为可编程控制器的处理器。此外除基于逻 辑，操作系统的桌面硬件局限之外，例如 作系统不适合自己的确定性逻辑的执行，结果就是 管如此，这样的桌面逻辑运用仍可以在一些少重要的场合被使用，像一些对应用程序要求没那么高的自动化实验室和小型设施中，因为他们的价格一般都远远低于昂贵的 在最近数年，小产品称为 编程逻辑继电器），因为名字相似，变得更常见并被接受。这些很像已经应用于轻工业的 只有少部分的输入 /输出（例如一些真实的输入输出信号），实现了 低成本。由几位不同制造商生产的这些小型设备，通常尺寸和形状都是相同的，并且由更大的 作商来填满他们低端产品规格。俗名包括 制器、纳米 数的控制器有在 8到 12输入、 4到 8输出，多达 2个模拟输入。尺寸通常是 4英寸宽、 3英寸高、 3英寸深。大多数这样的设备有一个小邮票大小的液晶屏幕来观看简化梯形逻辑和输入 /输出点（只有一小部分程序被可见于给定的时间）的状况，并且这些屏幕由一个电磁四通摇臂按钮操纵加上四个不同的用于浏览和编辑的逻辑电钮，类似于录像机遥控按钮。大多数控制器有一个为通 过连接 个人计算机的小插座，以便程序员编程时可使用简单的 像普通的 常是模块化和可扩展的 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 基于 控制系统设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923174 学生姓名： 曹 律 指导教师： 潘国锋 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论 文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 锅炉实时监控控制系统设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923174 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 基于 锅炉实时监控控制设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 锅炉作为我国最重要的能源转换之一，对我们的生产、生活都有着很大程度的影响，直接体现在我国南方的火力发电厂和北方供热采暖系统中。早期的锅炉都采用继电器 接触器控制，随着时代的发展和科技的进步，缺点和弊端不断体现出来，这种老式的控制方式已不能适应大规模的生产活动。 术已经被运用在新的科技控制领域中，其高度的灵活性和智能操控技术对现代工控技术有着巨大影响，因此使用 制技术对锅炉控制系统的优化改造能实现该生产行业的重大 革新。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 根据国内外锅炉的发展现状，对锅炉控制系统提出设计方案； 设计锅炉控制系统的控制方案，完成对锅炉系统的控制； 设计锅炉控制所需的硬件，完成控制系统的硬件设计及接线图； 设计锅炉控制的 序，完成软件梯形图 ； 根据设计说明书的撰写，完成一篇 外文资料及相应翻译。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 曹 律 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 在工业迅速发展的推动下，我国的经济水平得到了大幅的提升。锅炉作为最重要的动力机械设备起着不可替代的作用，因此锅炉有着巨大的发展前景，但是我国锅炉的燃烧效率较低，也就使得锅炉的供能不够高效。 本设计结合 制技术对这一问题进行了重点的研究。采用现代计算机技术对锅炉进行优化控制，从而大大提高其燃烧效率，节约一次能源，减少所产生的环境污染，对社会经济和环境质量的提高有很大的意义。 通过对锅炉各个部分控制要求的 研究，结合参考文献和实际情况设计锅炉的自动控制系统。所研究设计的控制系统可以对锅炉 进行集中监测、控制、管理。集中体现在对锅炉燃烧控制、水位汽包控制、过热蒸汽温度控制以及安全系统的控制设计。 本设计采用 核心控制器，同时结合变频器技术、传感器与检测技术以及以太网技术将所有设备构成一个整体，并与其他操作设备建立起良好的通信，对锅炉进行集散控制。通过 编程软件对 行 软件编程，构成对锅炉的实时监控系统。 关键词： 锅炉 ； 控制； V of of as an it is to of of on LC To to of on on of of it an of be on It on of of of of 7LC as At it of to as a up a It a of V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 课题的内容和意义 . 1 炉技术的现状及其未来的发展前 景 . 1 炉技术的现状 . 1 炉的发展趋势 . 2 课题的目的及要求 . 2 2 锅炉系统控制方案设计 . 3 炉运行过程简介 . 3 炉结构及其工艺介绍 . 3 炉的工作过程 . 4 炉水位控制方案设计 . 4 炉汽包水位控制要求 . 4 炉汽包水位控制方案设计 . 5 炉燃烧控制方案设计 . 5 炉燃烧控制要求 . 5 蒸汽压力控制方案设计 . 6 风控制方案设计 . 7 风控制方案设计 . 8 炉过热蒸汽温度控制方案设计 . 8 热蒸汽温度控制方案要求 . 8 热蒸汽减温器的安装设计 . 8 结 . 9 3 锅炉控制系统设计 . 10 炉控制系统硬件设计 . 10 件型号选定 . 10 炉控制系统硬件设计 . 12 炉系统软件设计 . 13 ，对经济的推动有着巨大的影响，因此对锅炉的不断优化也是现 代科技发展的一个重要方向。随着时代的推进、计算机技术的迅猛发展以及网络技术的迅速崛起，计算机自动控制技术已经被运用到社会生产的各个领域，因此也衍生了许多工业控制计算机。如今常用的工控机类别有： 线工业电脑（ 可编程控制系统（ 分散型控制系统（ 现场总线系统（ 数控系统（ 种 1。 成熟的技术支持、高度可靠性、强抗干扰能力、小体积、高效率低能耗等特点在工业控制系统设备的行业有着很大占有率。由此可以预见，利用 控制工业生产有着巨大的前景。 课 题 的内容 和 意义 锅炉作为我国最重要的能源转换之一，对我们的生产、生活都有着很大程度的影响，直接体现在我国南方的火力发电厂和北方供热采暖系统中。早期的锅炉都采用继电器 接触器控制，随着时代的发展和科技的进步，缺点和弊端不断体现出来，这种老式的控制方式已不能适应大规模的生产活动。 术已经被运用在新的控制领域中，因此使用 考虑到现存煤矿资源的储量以及社会发展的环保趋势，对锅炉监控控制方式的改革就有了一定的意义和价值。本课题的要求是通过使用 实时监控锅炉的全程运作，通过计算机对锅炉控制程序进行设计，再依靠 现全自动的控制系统。这样一来，既能提高操作者对锅炉的操控性，又能减少人力资源和运行成本。 炉技术的现状及其未来的发展前景 炉技术的现状 传统的工业锅炉大多采用的是继电器 接触器控制，给水、鼓风、引风等基本的 控制部分均为现场手动控制，其控制系统一般由输入电路、控制电路、输出电路和生产现场这四分部分组成。在以往传统的锅炉生产环节中，老式控制系统运用很普遍，但是随着科技的进步，企业生产量得到扩大，这种控制调节 方 式在面对逐渐严格和多样化的生产工艺要求时，已经无法起到相应的精确控制，越来越显得落后。老式的手动控制方式不但在操作性方面不够便捷人性化，而且在锅炉运行时会持续高的能耗，转化效率极低，此外在监测的方法上，系统的监测控制不够完善，往往会使整个锅炉系统运行在安全隐患中。对于重要的控制量一旦超过规定范围，又无法及时调整，对周边操作人员的人身安全会构成很大威胁。 我国的锅炉工业和国外相比发展的较晚。虽然我国工业经过了几十年的发展，生产水平有了很大的提高，但以往的锅炉都以煤矿为主要能源，在早期锅炉生产的影响下，很多企业 无法采用天然气等新能源来替代煤矿作为主要能源。从全球来看，国内的控制技术落后于国外，国外的控制技术先进，其自动化控制程度相当完善，而国内的锅炉控制单元大无锡太湖学院学士学位论文 2 多采用常规的控制仪表，和世界的先进水平相差较大。 炉的发展趋势 锅炉的经济性、先进性、安全性、环保性决定了该设备的好坏及其控制系统的优劣。 从经济性上来讲，要求锅炉的能耗小，维护成本低，自动化控制程度高。 从锅炉的技术上讲，整个全自动控制系统要采用高效率、高质量的控制元件来保证，依靠微机技术智能化控制，优化每个调节量，提高节能效果。 从安全性方 面上讲，锅炉控制系统的各个部分能够单独控制，但又相互联系，遇到紧急故障时可以单独停止以保证现场的操作人员的安全。 从环保性方面上讲，通过计算机的调节管理，减少锅炉及其他系统设备对环境的污染，尤其是对大气和水质的要求。 课题的目的及要求 动化控制系统有着很高的优越性，对于不同的生产环境只需改变内部的程序，控制系统就能 做相应的调整，作出针对性改变，无需改变外部设备的选用和排布，体现出此类控制系统的良好适用性，有较强的经济和现实价值。 本设计综合运用串级控制、比值控制以及前馈控制等控制 方式，实现了燃料量控制调节主蒸汽压力，送风量控制调节烟气含量以及引风量控制炉膛负压的要求，并有效克服了彼此间的干扰。并根据课题要求设计出相应的硬件控制系统 ,采用相应编程软件在 基于 锅炉实时监控控制系统设计 3 2 锅炉系统 控制方案设计 燃煤蒸汽锅炉的工作原理为生产出符合压力和温度要求的水蒸汽，以满足负载设备的生产要求，同时还要保证整个生产的经济性和安全性。实现锅炉实时监控的重点在于保持汽包水位在设定范围、维持蒸汽压力处于规定范围、保证锅炉的 燃烧效率及确保炉膛负压在给定范围。 炉运行过程简介 炉结构及其工艺介绍 锅炉是一种生产蒸汽或热水的换热设备。它由本体、附属设备及附件仪表组成。本体主要有“锅”和“炉”两部分组成。在常见的锅炉设备中，链条炉排锅炉的结构紧凑、系统成熟、性能稳定等特点，使得它被运用的尤为广泛。 “锅”和“炉”两部分组成了锅炉，锅为汽水系统，炉为燃烧系统。 汽水系统的作用是有效吸收燃料放出的热量，将水加热成为水蒸汽。液体被给水电机送到省煤器和汽包，接着进入下降管、水冷壁，水在水冷壁中加热后成为汽水混合物又 回到汽包并经过汽、水分离，分离出的水继续进入下降管循环，饱和蒸汽则离开汽包进入过热器系统 2。饱和蒸汽经过热器升温后，通过主蒸汽管道送入汽轮机进行最终的生产运作。 燃 烧 器炉膛汽包过热器省煤器空气预热器炉墙水冷壁饱和蒸汽出口管道烟汽出口图 锅”的结构示意图 燃烧系统主要任务是使燃料在炉内良好燃烧，放出热量。它由炉膛、烟道、燃烧器、空气预热器等组成。此外，锅炉本体还包括用来构成封闭炉膛和烟道的炉墙，以及用来支无锡太湖学院学士学位论文 4 撑设备的构架。 磨煤机送风机空 气预热器炉膛烟气管道烟囱引风机除尘器给煤机排 渣 管 道煤斗燃烧器图 炉”的结构示意图 炉的工作过程 煤矿传送带把燃煤送至煤斗 ,通过磨机磨煤后由空气管进入的热空气进行粗细分离，分离出不符合要求的粗煤被返回至煤磨机，合格的细煤粉存到煤粉仓库，按炉膛燃烧的需求量送至炉膛，粗细分离产生的粉尘与一部分热空气被排粉机通过输送管道送至炉膛，经过燃烧器后参与炉膛的燃烧 。 煤粉在炉膛内迅速燃烧后放出大量热，使炉膛的温度达到上千摄氏度或更高的温度。炉膛四周内壁布置着许多水冷壁，炉膛上方布置着过热器等受热面。过热器的作用是吸收炉膛内的热量，降低火焰温度，保护炉墙不被烧坏。此外为了防止熔化的煤灰黏在烟道等受热面上，烟气向上流动到达炉膛上面的出烟口时，烟气温度必须低于煤灰的熔点。 最后，燃烧产生的废气经除尘器、引风机等过滤大量飞灰后通过烟囱排入大气。 炉水位控制方案设计 炉汽包水位控制 要求 汽包水位在锅炉的运行过程中起着 十分重要的 作用，决定着锅炉的工作质量。汽包水位作为锅炉安全运行的前提条件，如果 太低 则 会破坏锅炉的水循环， 引发水冷壁管 破裂 和锅体干烧等现象，如果 汽包 受此影响损坏，还会引发爆炸；水位过高会 使得 汽水 混合物无法正常分离，产生“带水”蒸汽， 引起过热管壁结垢，而且 这种 不合格的水蒸汽 不满足生产的要求， 会使 相关负载 设备的 传动 叶片损坏。 整个给水系统控制最易出现也是最难解决的问题是锅炉的“虚假水位”，具体体现为：负荷突然大幅度增加时，水位迅速上升，但随后又迅速地下降；负荷突然大幅度下降时，水位迅速下降，随后又迅速上升。 因此水位控制的主要目的在于有效的调节汽包处于规定范围，并且解决锅炉的虚假水位问题。 基于 锅炉实时监控控制系统设计 5 炉汽包水位控制 方案设计 对于汽包水位的控制一般有单冲量、双冲量和三冲量三种控制方案 。 三级冲量控制系统与单冲量、双冲量控制系统有明显的优越性，虽然双冲量控制系统可以克服单冲量控制系统无法克服的“虚假水位”问题，但是它还是无法做到对调节阀的静态补偿和无法及时克服给水系统的干扰。 因此工业锅炉汽包水位控制一般都采用 三冲量控制 的方式，即为在双冲量水位调节控制系统的基础上加 入给水流量信号构成的三冲量控制系统：汽包水位为主冲量信号、给水流量为反馈信号、蒸汽流量为前馈信号。 蒸汽流量前馈主调节器汽包水位给定值给水电机副调节器 汽包给水流量变送器汽包水位变送器+- 冲量汽包水位控制方案图 炉燃烧控制方案设计 炉燃烧控制要求 工业锅炉是一个多输入输出、非线性的复杂控制对象，当某个参数变化时，其他的参数都会做出相应的改变，各个参数之间相互关系错综复杂，并且相互影响。 锅炉燃烧过程中的主要控制任务是给煤控制、给风控制和炉膛负压控制。 实现燃料量控制调节蒸汽压力，送风量控制调节烟气含量以及引风量控制炉膛负压，并有效克服了彼此间的干扰，保证锅炉经济安全运行的同时又能使产生的蒸汽可以满足设备负荷的需求。 给煤量送风量引风量蒸汽压力蒸汽流量炉膛负压图 炉输入输出变量的关系示意图 无锡太湖学院学士学位论文 6 蒸汽压力控制方案设计 锅炉主蒸汽压力是整个燃烧控制系统的重要调节参数之一，引起蒸汽压力变化的因素有许多，给煤量、蒸汽流量是其中主要的两个原因。引起蒸汽压力改变的干扰有两种：给煤量 M 的变化的干扰和蒸汽流量 D 变化的干扰。 如图 示，当给煤量 M 突然改变时，煤粉由加入到燃烧发出热量有一定延迟，液体吸热变为气体有需要一段时间，故在煤粉加入后的一段时间内，主蒸汽压力 会马上上升，而是经过一段时间才会开始上升。 如 图 示，主蒸汽压力 蒸汽流量 D 增加后下降，此时如果给煤量 M 不再增加，不再提供热量，主蒸汽压力 会一直下降，直至增加给煤量 M 来产生热量，并与蒸汽流量 D 相互平衡后才能恢复锅炉的主蒸汽压力。 图 煤量阶跃变化时，主 图 煤量阶跃变化时，主 蒸汽压力的反应曲线 蒸汽压力的反应曲线 如图 示，主蒸汽压力的控制系统是一个串级控制系统。主蒸汽压力调节器作为主调节器，给煤调节器为副调节器，主蒸汽压力调节器的输出与给煤量的给定预设值作为输出送至给煤量调节器，控制变频器调速，从而改变给给煤量。 主蒸汽压力调 节 器给煤量调节器给煤量变频器给煤机 炉膛给煤量变送器主蒸汽变送器- 值主蒸汽压 力图 蒸汽压力控制方案图 基于 锅炉实时监控控制系统设计 7 风控制方案设计 送风调节的目标是维持系统风煤比处于规定范围以保证煤粉燃烧的经济性。但因为烟氧量主要由送风量决定，因为在控制时不能及时调 节烟氧量，所以采用由烟气含氧量为主回路，送风量为副回路构成的串级控制，并结合比值控制调节送风量和给煤量，优化送风控制系统，保证烟氧量处于稳定值。 烟氧量（烟气含氧量），即过剩空气系数 。实际生产中通常以烟气含氧量或过剩空气系数表示供给空气量的大小。燃烧过程中，如果 过小，煤粉无法完全燃烧，产生大量的一氧化碳，造成环境污染；反之，当 过大时，高温燃烧产生烟气会带走过多热量，产生大量 样引起环境污染。给煤量稳定时，燃烧效率 与风煤比的关系如图 示： 燃 烧 效 率 %/ NO x 、 量风煤比燃 烧 效 率NO x 含量量最高燃烧效率图 烧效率与风煤比关系示意图 对于送风量，烟气含氧量是衡量其是否合适的重要标准，以送风量为调节量，烟气含氧量为被调节量构成一个串级比值控制系统，其控制系统结构方案如图 示。 烟氧量调节器送风量调节器送风量调节阀炉膛送风量变送器给煤量变送器烟氧量变送器给煤量烟氧量送风量烟氧量预设值图 风控制系统结构方案图 图 示的控制系统中，经过主蒸汽压力温度补偿的给煤量能良好的反应出外界负荷的变化，给煤量经过变送器转换后的信号在外界负荷变化时能够及时改变送风回路的负无锡太湖学院学士学位论文 8 荷，以确保整个燃烧过程都有合适的风煤比。 主调节器为烟氧量调节器，主调节器接受烟氧量与烟氧量定值信号；副调节器为送风量调节器，它接受给煤信号，并结合送风量反馈信号及烟氧量调节器的输出作为输入信号，再将此信号送到副调节器，粗调回路的风煤比。主回路用来进行烟氧量校正调节，起细调作用。通过主副回路不断调节风煤比，以确保炉膛的最优燃烧率。 风控制方案设计 引风量控制系统的主要任务在于调节控制引风调节阀，确保引风量 始终稳定在规定范围，由此维持炉膛负压的稳定 。一旦 炉膛内 燃烧 情况 发生变化，炉膛负压 就会立即发生波动， 因此 要使锅炉能正常运行就必须控制炉膛负压。 炉膛顶部的烟气压力 即为炉膛负压 。 锅炉运行时，炉膛负压若过低，不仅热量损失增加，使锅炉灭火等不利情况；炉膛负压若过高 ，则 炉膛内的高温烟气甚至火焰就会外泄，产生巨大的安全隐患，又会 导致煤耗量的增加，加大锅炉的运行成本，增加企业负担。 如图 示，炉膛负压控制系统选择单回路控制系统。由于送风调节系统和引风调节系统的关联作用明显且联系复杂，因此转变送风系统的送风量为 前馈 信号后，将其与引风量信号一起送入引风控制装置，形成一个快速补偿系统。 引风控制装置挡 板调节阀炉膛炉膛负压变送器+引风量调节器 值 炉膛负压图 风控制系统结构方案图 炉过热蒸汽温度控制方案设计 热蒸汽温度控制方案要求 锅炉过热蒸汽温度控制系统的任务是维持过热器出口蒸汽温度在 规定 范围内，并 保证过热器管壁温度 始终处在安全值 。 过热蒸汽温度控制 一般采用 减温水流量调节法 来实现 。 减温器等相关设备结构简单，操作起来简便快捷，因此通过 减温水来调节 过热器出口蒸汽温度 的办法 应用较 为广泛 。 在安装减温器时应尽可能 靠近蒸汽 的 出口， 确 保过热器 工作的 安全 。 热蒸汽减温器的安装设计 为了保护过热器、提高蒸汽温度调节的灵敏性，过热蒸汽温度控制系统都采用前后两个喷水减温器。第一个减温器安装在前屏过热器后面，调节幅度和惰性都较大。因为末级的过热器热惯性小，第二个减温器安装在末级过热器前方，以便迅速调节出口蒸汽温度。 汽温控制一般采用两个调节器串联互相配合的工作模式，彼此协调，当一级减温器出基于 锅炉实时监控控制系统设计 9 现扰动时，它立即进行调节，随后二级减温器对扰动再次调节。相较 于单一控制系统来说，优势明显。 结 锅炉的控制系统主要在于汽包水位的控制和燃烧过程的控制，以及过热蒸汽的控制。其中汽包的水位采用三冲量串级控制，提高了水位系统的稳定性；在燃烧控制中，关于给煤量、送风量、引风量的控制分别给出可行的控制方案，以确保对应主蒸汽压力、烟氧量、炉膛负压都处于给定范围。最后对过热蒸汽的调节则保证了锅炉运行的稳定安全。 无锡太湖学院学士学位论文 10 3 锅炉控制系统设计 本次课题的控制系统中，参与运作的主要设备器件有电动机、变频器、调节变送 器、调节阀、直流电源、 中电动机和变频器实现对各个控制环节的调节；变送器和调节阀对重要控制参数进行调节调整；直流电源为整个系统中的直流元器件供能； 为核心控制器最终实现锅炉的控制系统。 炉控制系统硬件设计 件型号选定 1. 电动机 在锅炉汽包水位控制系统和燃烧控制系统中，电动机是主要的动力设备。选择了合适的电动机才能保证供水准确、给煤适当，让锅炉运作更为稳定安全。 以常见工业锅炉的蒸发量为 35t/h，汽包压力 道直径为 50例，电机的正常工作功率 大约为： 51 0 0 0 03600 2 . 53 . 1 45 0 0 0 0 0/103 5 0 0 022 （ 由估算结果可以选定 110三相异步电动机即可满足上产要求。由于主回路中必须接入变频器来对电机进行调速控制，因此选定采用鼠笼式异步电动机，无需采用绕线式异步电机。 西玛特机电设备有限公司 生产的 列变频调速三相异步电动机 满足这次设计 要求，适合型号为 细参数如下表 3 表 3牌参数 参数 对应内容 参数 对应内容 品牌： 型号： 额定功率： 额定转速： 西玛牌 1000（ 产品类型： 极数： 额定电压： 产品认证： 三相异步电动机 8 极 380(V) . 变频器 变频器是实现变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的 软起动 、变频调速、提高运转精度、改变 功率因数 、过流 /过压 /过载保护等功能 4。 采用变频器调节来取代风门、挡板、阀门的直接控制方案，实现给煤、给水、送风以及引风等被调参数的调节。变频器的调节范围广，且调整特性曲线光滑稳定，能实现连续的平稳调节，精度、可靠性、效率都更高，操作简单，绿色环保。 从电机的选型可以知道电动机工作在 50三相交流电时的功率约为 100于基频以下的交流异步电机工作时为恒转矩输出，此时电机的转速会小于额定转速，故电机的输出功率也会小于其额定功率，同时由于电机的转矩保持不变，因此工作电流和在 50 基于 锅炉实时监控控制系统设计 11 根据以上的分析和市场调查，可选择选择 司的 列的变频器。该变频器可以输入 3800/60相交流电，输出 380相交流电并通过控制信号控制其输出频率，其全功率范围是 够满足 锅炉电机的功率要求。 3. 变送器 变送器 （ 就是把 传感器输出 的 信号转 化成能 被 控制设备接收的数字 信号的一种信号转化元件，它可以把 传感器 的 非电量 输入变 成电 流或电压 信号 ， 同时 将这些电信号放大后传送给控制和监测设备 。 大多实时监测信号都由 变送器 发出，但是 不同的 模拟量 信号 需要 相应 的传感器 结合对 应的变送器 来产生 。 变送器 多种多样，常见的 工控变送器有压力变送器，流量变送器，电流变送器，电压变送器等 。 在自动化控制方面，变送器的作用是 举足轻重 的 。 变送器把非电量信号 转 化 成电 信号的同时，还能将其 放大 ， 这就是变送器优于传感器的地方。 根据控制要求，采用 115 系列电容式变送器和 氧量变送器。它可将生产过程中的液体、气体、蒸汽、气体含氧量等介质的压力、差压、液位、流量、含量等参数的变化转换为中间变量，即差动电容变化 C，并把它们转换成 4直流电流输出信号送至各个有关单元进行显示或者调节控制。 4. 调节阀 调 节阀是整个控制回路的一个重要的组成部分，调节阀的使用是否合理与系统能否稳定安全运行及其控制正确无误息息相关。 根据传动能源的不同，调节阀可以分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三 类。其中液动和气动调节阀应用最为广泛，具有结构简单，动作迅速，性能可靠稳定，适用于防火防爆场合等特点。在此次设计中所使用到的给水量调节阀、送风量调节阀、引风量调节阀，电动调节阀与气动调节阀就能实现整个回路的控制调节作用。 根据本次设计的要求，选用 列电动阀。它能够有效调节给煤量与空气的流量，在其对数流量特性控制下，当阀体小开度时，调节阀的放大系数小，控制比较稳定；当大开度时，其放大系数增大，控制效果更明显更灵敏。 5. 开关电源 锅炉控制系统中，除了需要接入三相交流电以外，一些控制器 件的电源为 如 控制部件就需要在 才能正常工作，为此控制回路中要接入一个开关电源来为其提供稳定的 24V 直流电。 本次控制系统设计选用施耐德开关电源 采用脉冲宽度调制（ 式，由于没有没有工频变压器，工作温度低、体积更小、重量更轻；功率晶体管工作在开关状态下，使得晶体管的能耗很小，转化效率高，其转化效率比线性电源高处一倍以上，内部自带短路、过载、过压等基本保护措施。 具体产品规格如下： 无锡太湖学院学士学位论文 12 表 3细参数 参数 相关内容 参数 相关 品牌： 型号： 调制方式： 晶体管连接方式： 类型： 耐德 冲宽度调制 ( 半桥式 C 电源 输入电压： 输出电流： 输出电压： 输出功率： 工作效率： 220V 4V 100W 100% 6. 次设计采用的是西门子公司的 核心控制器。 于模块式 要由机架、 块、信号（ I/O）模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程计算机组成 ，通过 块或通信模块借口， 连接到通信网络，可以与计算机、其他 其他设备进行通信与控制 3。 西门子 极高的性价比在国际国内市场占