电厂输煤及燃烧控制系统的设计

1、太原科技大学毕业设计（论文）目 录摘 要IIIABSTRACTIV第1章 系统的介绍、控制要求和总体方案- 1 -1.1 系统的介绍- 1 -1.2 系统的控制要求- 3 -1.3 系统总体控制方案- 4 -第2章 控制系统的硬件设计- 7 -2.1 控制系统的组成- 7 -2.1.1 输煤系统- 7 -2.1.2 燃烧控制系统- 11 -2.2 变频器（MICROMASTER 440系列变频器）- 12 -2.2.1 变频器的工作原理- 13 -2.2.2 变频器的构成- 13 -2.2.3 变频器的参数设置- 13 -2.3 控制系统的硬件设计图- 15 -第3章 控制系统的软件设计- 1

2、8 -3.1 PLC控制系统- 18 -3.1.1 PLC控制系统的介绍- 18 -3.1.2 PLC控制系统的基本结构、原则和步骤- 19 -3.1.3 PLC控制系统的工作原理- 21 -3.1.4 PLC控制系统的编程语言和基本指令- 22 -3.1.5 PLC控制系统的主要特点- 23 -3.1.6 PLC控制系统的应用范围- 24 -3.2 PID介绍- 25 -3.2.1 PID过程控制的基本概念- 25 -3.2.2 PID的算法- 26 -3.2.3 相关系数对系统性能的影响- 27 -3.2.4 数字PID控制器- 27 -3.2.5 主、副调节器正、反作用方式的确定- 28

3、 -3.2.6 采样周期的选择- 29 -3.2.7 PID控制的参数选择- 30 -3.3 模拟扩展模块EM235- 30 -3.3.1 EM235的介绍- 30 -3.3.2 EM235的工作单元- 31 -3.3.3 EM235的工作程序- 32 -3.3.4 EM235的常用技术参数- 32 -第4章 控制系统的程序- 34 -4.1 输煤系统的设计- 34 -4.1.1 I/O分配表- 34 -4.1.2 程序梯形图- 34 -4.2 燃烧控制系统的设计- 42 -4.2.1 I/O分配表- 42 -4.2.2 程序梯形图- 42 -参考文献- 60 -致 谢- 61 -电厂输煤及燃

4、烧控制系统的设计摘 要本设计用于电厂输煤和燃烧控制系统的硬件及软件。电厂输煤系统的任务是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质、保量为机组提供燃煤的目的。整个输煤系统是火电厂十分重要的支持系统。燃烧控制系统是电厂另一个重要系统，分为液位控制和燃烧控制两大部分。本方案根据火力发电厂发展趋势及电厂现有输煤及燃料设备工况及程控系统硬件配置条件，提出了具体的系统设计方案。设计方案的重点是通过采用微机分级控制系统,充分利用计算机、可编程控制器PLC及以太网等先进控制技术,实现对输煤系统和锅炉系统设备的数据采集、集中操作、实时监视、数据存储、故障报警、语音呼叫和电视画面切换等功能。该系统具有自动化水平高、

5、控制和管理功能强大、操作简便、可靠性高等特点。关键词：火电厂，输煤系统，锅炉系统，PLC，PIDAbstractThis design is used in the hardware and software of power plant's coal-conveying and combustion control system. The task of power plants' conveying systems is unloading, piles of coal, lifting and deploying of coal. Only by this, enough

6、 high-qualified coal can be provided for coal-fired units. The whole conveying system of the power plan is quite important, so is combustion control system, which includes liquid-level control and burning control. Specific system design scheme is putted forward according to the development trend of

7、coal-fired power plants, the existing coal of plants, fuel working condition of equipment and the hardware configuration conditions of controlled system. With the adoption of the microcomputer control system by the classification, the focus of design scheme is to make full use of the computer, progr

8、ammable controller-PLC and Ethernet, and other advanced control technology to make the conveying system and boiler system equipment realize the data acquisition, centered operations, real-time monitoring, data storage, fault alarm, voice calls and the alternation of TV screen .etc. The system has th

9、e following characteristics: high automation level, the powerful control and manageable function, simple and convenient operation and high reliability.Key words:the power plant;conveying system;the boiler system;PLC;PID65 第1章 系统的介绍、控制要求和总体方案1.1 系统的介绍火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，这里介绍的是山西省神头第一发电厂

10、，主要是利用煤进行发电。它的基本生产过程是：煤通过输煤系统皮带机运输到锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。火力发电厂主要分输煤系统、锅炉（燃烧）系统、除尘系统等。系统原理图如下图1.1所示：图1.1 火力发电厂系统原理图输煤系统，是火力发电厂最基本的设备。煤场至主厂房的皮带机为双路布置，一路运行，一路备用，也可以双路同时运行。通过不同皮带的组合组成几十条不同的运煤路径，通过这些路径煤流从煤源送至煤仓。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先从轮斗机送至碎煤机内粗加工成小煤

11、块，再经过球磨机精加工成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排风机送入锅炉的炉膛内燃烧。下图1.2为输煤系统的原理图。图1.2 输煤系统原理图1、给煤间；2、1皮带；3、转运间；4、转运间；5、破碎机；6、除铁器；7、2皮带；8、受煤坑；9、给煤机，电磁铁门，堵煤振动器；10、受煤斗燃烧（锅炉）系统，是火力发电厂最重要的动力设备。它的功能是把燃料中的所贮的能量，通过燃烧转换成热能，以蒸汽或汽水的形式输向各种设备。燃料和空气按照一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽系统，产生饱和蒸汽经过负荷设备调节阀供给发电机组设备使用。整个锅炉系统主要包括：汽水系统、燃烧系统等。汽水系统，在图1.1中可见，L

12、T表示流量传感器，FT表示压力传感器，LT1、FT3、FT4、液位检测仪、给水调节阀3、4（备用）、给水泵M3、M4（备用）一起组成了汽水系统。燃烧系统，在图1.1中可见，电磁阀1、调节阀1、FT1、鼓风机、引风机2、进煤系统组成了锅炉的燃烧系统。煤粉经过给煤电机带动炉排进入炉膛，先开引风机2，后开鼓风机，以保证炉膛内气压平衡。鼓风机送风至空气预热器预热后送入炉膛，燃烧过程中产生的高温气体经过加热器加热产生蒸汽，至省煤器加热锅炉炉膛汽包给水，经过空气预热器预热锅炉送风后，最终由引风机引出，排入大气。除尘系统，煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧

13、后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。在图1.1中可见，由FT2、调节阀2、电磁阀2、引风机1、除尘设备和烟塔组成。1.2 系统的控制要求输煤系统, 主要任务就是卸煤、堆煤、上煤、取煤和配煤，以达到按时保质保量为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。整个输煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。输煤系统采用自动（连锁）、手动（单机）两种控制方式，自动手动方式由开关进行切换。输煤系统还装有设备状态检测、皮带跑偏检测、料流检测器、速度检测仪和皮带撕裂检测器等。燃烧（锅炉）系统，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

14、。主要调节项目有：调节阀、锅炉给水、鼓风引风、煤粉燃烧等。主要输出量有：汽包给水、蒸汽压力、炉膛温度、鼓风引风压力等。这些输入量与输出量之间是相互制约的。然而对于这些复杂的对象，将燃烧（锅炉）系统进行工程处理，做了一些简化，划分为若干个调节系统。主要系统有汽水调节系统和燃烧调节系统。汽水调节系统汽包液位是燃烧（锅炉）系统正常运行中的一个极其重要的控制参数，保持液位正常是保证锅炉和汽轮安全运行的必要条件，汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，使蒸汽温度降低；汽包水位过低，负荷增大时，水的汽化速度加快，汽包内水量迅速减少，如不及时调整，会使汽包内的水全部汽化，破坏水的循环系统，造

15、成水冷壁管破裂，危及锅炉安全。汽包液位控制的主要任务是保持汽包内液位的恒定，使锅炉的给水流量适应锅炉的蒸发量，维持汽包液位在工艺允许的范围内。要保证液位的恒定就必须有液位检测对液位信息进行监控，而通过控制调节阀的开度可以调节给水量，所以在给水过程中利用水位仪的检测反馈信号不断调节调节阀达到动态平衡，来实现恒液位控制。但在系统中还必须有一个应急的备用给水泵M4，这是考虑到在特殊情况下，水位仪和调节阀的相对控制。水位一直降低，可能会使调节阀的开度达到最大，在这种情况下，如果只有一路水泵供水，而且水位继续下降，给水量不能增加，液位就会失去控制，严重危害锅炉系统，所以在设计中加了一个备用水泵。当常用水

16、泵的调节阀达到最大开度时，备用水泵的调节阀就会打开，这样在系统的控制下实现恒液位控制。由于汽包内蒸汽有一定的压力，要使给水能够供到汽包，就要使供水压力跟随蒸汽压力变化而变化，我们使用变频器与PLC结合调节给水泵的转速调节供水压力。在蒸汽出口和给水进口处分别设有压力检测仪，设置FT3、FT4不断向控制模块PLC和上位机反馈信号，再通过编程控制变频器输出信号来控制水泵的转速，调节给水的压力。最后考虑到汽包气压过高的安全性，于是在汽包的顶端设置一个安全阀来进行控制。燃烧调节系统燃料燃烧所产生的热量是使用蒸汽负荷的需要。燃烧量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧。引风量和送风量相适应，以保证炉膛负

17、压稳定。在鼓风和引风回路中，靠近炉膛进、出的位置设置了FT2、FT1两个压力检测仪，这样可以把鼓风机和引风机的实际工作压力反馈回来，从而调节两个风机的实际转速。靠近检测仪的外侧两个回路上设有调节阀，通过调节阀的开度控制风的流量。最后考虑到工作情况时的安全性和维护的方便性，安装了电磁阀。给煤控制回路，锅炉运行时蒸汽压力生产量直接反应锅炉燃烧的发热量，在保持最佳燃烧工作情况下，如果煤的进给量改变，蒸汽的生产量也相应改变，所以改变进煤电机的转速，就可以改变煤的进给量，从而达到蒸汽生产量的目的。所以在炉膛中的汽包壁上安设了若干个热电偶，这样根据热电偶的反馈信息就可以知道炉膛内的温度，进而控制进煤电机的

18、转速，改变进煤量。1.3 系统总体控制方案输煤皮带机系统，为保证输煤系统的正常可靠运行，该系统应该满足以下要求：供煤时，各设备的启动、停止必须遵循特定的顺序，即对各设备进行连锁控制。各设备启动和停止过程中，要合理设置时间间隔（延时）。启动延时统一设定为12s，停车延时按设备的不同要求而设定，分为10s、20s、30s、40s、60s几种，以保证停车时破碎机为空载状态，各输煤皮带机上无剩余煤；运行过程中，某一台设备发生故障时，应立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。其后方的设备按一定顺序延时连锁停车；各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自

19、动停车；可在线选择启动备用设备，在特殊情况下可由两条输煤线的有关设备组成交叉供煤方式。可显示各电机运行状况，并对输煤过程有关情况（报警、自动停机等）作出实时记录。在液位控制系统运行中，水位仪不断的将汽包液位的信号反馈到控制模块PLC中和上位机中，利用模糊PID控制原理，不断根据反馈信息来调节调节阀的开度。（假设恒液位控制要求液位为50%）当水位仪检测到汽包液位低于50%时，控制模块就会根据反馈信息向调节阀发出增大开度的命令，从而增加给水的流量。在特殊情况下，当液位一直下降，调节阀在跟随调节下可能会达到开度最大，这时就会开启备用水泵的调节阀，来满足水位调节的要求；当水位仪检测到汽包液位等于50%

20、时，控制模块就会根据反馈信息不向调节阀发出命令，调节阀就会保持原有的开度，流量不变；当水位仪检测到汽包液位高于50%时，控制模块就会根据反馈信息向调节阀发出减小开度的命令，从而减小给水的流量。这样调节阀根据水位检测仪反馈信息不断调节开度，使汽包液位达到动态平衡，即恒液位控制，原理框图如图1.3所示。图1.3 恒液位控制原理框图在水位仪和调节阀共同控制的同时，压力检测仪FT3、FT4也不断的向控制模块PLC和上位机反馈检测信息，PLC编程处理数据，根据处理结果控制变频器输出从而控制水泵的转速，使水泵的给水压力与汽包内的压力相等，确保原水进入汽包中。在燃烧控制系统运行中炉膛负压的大小对于节能影响很

21、大。负压大，被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态。它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，增加沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。在运行中，由于外界的原因（如煤的进给速度、环境温度、进风量、配方等），使得炉膛中的温度不恒定，炉膛中的热电偶将检测到的信息经温度变送器处理后送到控制模块PLC和上位机中，控制模块进而调节进煤机的转速和进风调节阀开度，鼓风机变频闭环控制原理框图如图1.4所示。图1.4 鼓风机闭环控制原理框图当炉膛的温度降低时，控制器控制进煤机的转速增加，同时鼓风机的调节阀开度也增大，进风量增大；当炉膛的温度升高时，控制器控制进煤机的转速降低，同

22、时鼓风机的调节阀开度减小，进风量减小；当温度不变时，进煤机的转速不变，风量也保持不变。同时FT2、FT1也在不断向控制模块和上位机反馈信息，当用于某种原因使得炉膛内的负压改变时，系统就会命令引风机加速或减速。引风机闭环控制原理框图如图1.5所示，采用压差变送器、变频器、控制器、引风机组成的压力闭环回路自动控制引风机的转速，使炉膛保持稳定的微负压，这样提高了控制精度，又节约了能源，使引风机控制具有一定的合理性。图1.5 引风机闭环控制原理框图就这样系统处于不断的动态变换之中，最终在设定的值附近达到平衡，处于稳定的运行状态。第2章 控制系统的硬件设计2.1 控制系统的组成2.1.1 输煤系统轮斗机

23、又称“轮斗铲”，全称“轮式多斗挖掘机”。用于大规模挖掘和开采松软矿岩的露天开采矿用机械。由带勺斗的斗轮、悬臂架和带式输送机组成。勺斗前装有刨片，斗轮边破碎边装载矿岩，并经输送机运走。可连续作业，生产能力大。而现在介绍的轮斗机是参考山西省神头第一发电厂输煤系统1#轮斗机。1#轮斗机由行走电机、斗轮电机、回转电机、皮带电机、变幅电机和油泵电机六个电机组成。行走电机型号JZ2-51-16/4，功率16/4KW；斗轮电机型号Y280M-6，功率55KW，采用接法；回转电机型号JO2-72-6,功率22KW，采用接法；皮带电机型号JO3-225M-4，功率55KW，采用接法；变幅电机型号JZ2-22-6

24、，功率7.5KW，采用接法；油泵电机型号Y802-4，功率0.75KW，采用接法。下图2.1为1#轮斗机的电气控制图。图2.1 1#轮斗机的电气控制图下表2.1为1#轮斗机的设备材料表。表2.1 1#轮斗机的设备材料表序号代号元件名称型号规格数量备注1QF1断路器NS400N1400A21QF断路器NS80H180A32QF断路器NS80H150A43、4QF断路器NS160N2150A55QF断路器NS80H125A69QF断路器C65N-3P110A71、3、4、5、6FU熔断器RT14-20/6A58RTO熔断器RT0-50A291KM交流接触器LC1-D15000Q5C1150A AC

25、 220V102KM交流接触器LC1-D11511Q5C1115A AC 220V115KM1、2交流接触器LC1-D6511Q5C265A AC 220V123、4KM交流接触器LC1-D300Q7C 2300A AC 220V136、7KM交流接触器LC1-D5011Q5C250A AC 220V141、2、5KH交流接触器DWT-Y-50310-50A153、4KH电动机智能保护DWT-Y-50250-200A16TC端子TC-1503117TC端子TC-2003218TC端子TC-1003119TC端子TC-6033201KA中间继电器CA2-DN31Q5C1AC 220V212、3、

26、4、5KA中间继电器CA2-DN31M5C4AC 220V22XT端子JF5-2.5/57皮带机系统在输煤系统中的作用是电厂工程输煤燃料。在这介绍的是山西省神头第一发电厂的2#皮带机，型号为Y315M-4，功率132KW。在皮带机系统中还装有一次元件，有拉绳开关、跑偏开关、料流检测器、速度检测仪和撕裂检测器。拉绳开关，安装在皮带机两侧，成对出现。该开关有运行人员拉动，当该开关动作时，停止皮带电机。型号为LXA-35T1KS-8，U：90-380VAC。跑偏开关，安装在皮带机两侧，成对出现。当皮带位置偏离时，皮带会撞到跑偏开关的托辊，使托辊转动，从而触发报警。轻偏信号只做报警，重偏信号在报警同时

27、，停止皮带电机。下图2.2为跑偏开关安装图。图2.2 跑偏开关安装图料流检测器，用于检测带式输送机在工作过程中胶带上是否有物料。料流检测器用安装在上行胶带的下面。当皮带运送物料时，皮带下沉，使料流的托辊动作，从而发出报警信号。下图2.3为料流检测器安装图。图2.3 料流检测器安装图速度检测仪，用于带式输送机在工作过程中速度的实时检测。测速传感器安装在下行皮带上。传感器的圆轮随着皮带转动而转动。撕裂检测器，用于皮带纵向撕裂的保护。感知器采用拦索式结构，安装在胶带的下面，当胶带被异物划漏，下落的物料或异物使钢索受力，使钢球脱离开关体，开关送出报警信号。下图2.4为撕裂检测器安装图。图2.4 撕裂检

28、测器安装图碎煤机，也称球磨机。碎煤机是一种带有破碎环的冲击转子式破碎机，磨煤机的破碎吊带在随转子一起旋转的悬轴上，破碎环随转子作旋转冲击运动，而且还有绕悬轴自旋运动；碎煤机破碎过程是通过破碎环的两段工作来完成。当物料进入碎煤机破碎腔后，在第一段旋转的破碎环冲击破碎。第二段，落在筛板上的初碎颗粒，受破碎环挤压进一步破碎，同时通过筛孔排出。少量不能被破碎的物料则进入废料室，而后定期从废料室清除。出料粒度的调节是通过更换不同规格的筛板来实现的，转子与筛板之间的间隙，可根据需要通过调整机构进行调节。碎煤机的主要用途：碎煤机主要适用于燃煤电厂，因锅炉用煤通常是未经过分级的原煤，原煤粒度大多不符合锅炉用煤

29、要求，需要进行破碎，因此燃煤电厂输煤系统中都要设置磨煤机，把煤破碎成一定的粒度，以满足过路的要求。在这里我们参考的碎煤机是山西省神头第一发电厂1#碎煤机和2#碎煤机。1#碎煤机的型号为JS1-510-10，功率310KW；2#碎煤机的型号为JS1-510-10，功率为400KW。1#、2#碎煤机均采用Y连接法连接。进煤电机，我选择YCT系列的电磁调速电动机，它不需要变频器控制，本身具有调速系统。YCT系列的电磁调速电动机是一种简单、可靠、经济的交流无级调速装置。它由三相异步电动机、电磁滑差离合器、测速电动机和控制器配合后，组成一套交流无级调速装置。该系列电机有以下特点：条速范围广、调速调节平滑

30、、无失控区；起动转矩大、起动平滑；具有转速负反馈的速度自动调节系统、调速精度高、转速变化率低；控制系统简单可靠，可手控、自控、遥控，适应范围广；结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。2.1.2 燃烧控制系统风机，其转速控制采用了变频器控制，使用变频器控制的目的有节能、提高生产率、产品质量提高、设备合理化（少维护、低成本、机械标准化、简单化、全自动化）、改善和适应环境。而技术方面的优势有：原有恒速运行的异步电动机的调速控制；实现软启动和软停车，实现频繁启动和停车；不用主电路接触器即可实现正、反转；可方便的实现电气控制；可实现恶劣环境下电动机的调速运行；实现高频电动机的高速运行；高频启动时，电源

31、的容量可以减少；在整个调速范围内电网功率可以保持较高值。实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应改变送风量，使送风量与燃料量相适应。下图2.5为送风量与燃料量的关系图。图2.5 送风量与燃料量的关系图水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。而这里的水泵的控制与风机的控制一样，也采用变频器控制，只是在设置变频器接线时，没有反转控制信号端，因为水泵是不允许反转的，其他的保护和控制接线与风机的一样。调节阀属于自动化热工仪表类执行其专业设备

32、，它与调节器、检仪表等设备共同构成流体调节系统，广泛应用于各行业的自动化过程控制系统中，控制各种流体的压力、流量、温度及体积等参数以满足不同的生产工艺需要。电磁阀由两个基本功能单元组成：电磁线圈和磁芯。包含一个或几个孔的阀体。当电线圈通电或断电时，磁芯的运转将导致流体通过阀体或被切断。电磁线圈被直接安装在阀体上，磁芯被封闭在密封管中，构成一个简洁紧凑的组合。电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件属于执行器，并不限于液压、气动。电磁阀的特点是流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。水位仪又称液位仪，使用电子或其它技术用于检测液体表面、流量、流速的仪器，适用多种环境监测。水

33、位仪用来检测液体表面高度的仪表，具有很强的准确性和稳定性。流量计选择节流式传感器，可以用来测量液体、气体和蒸汽的流量。断路器在电器保护方面是很好的保护措施。断路器主要用于低电压配电系统中，作不频繁操作。它可供电路过载、短路、失压、电压降低等故障时，能自动分断故障电路，是低压配电系统中应用广泛的一种保护电器。2.2 变频器（MICROMASTER 440系列变频器）2.2.1 变频器的工作原理MICROMASTER 440是用于控制三相交流电动机速度和转矩的变频器，本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双机型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。主电路是给异步电动机提供调压调频

34、电源的电力变换部分，变频器的主电路可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。2.2.2 变频器的构成变频器通常由整流单元、高容量电容、逆变器和控制器组成。整流单元是将工作频率固定的交流电转换为直流电；高容量电容是存储转换后的电能；逆变器是由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转换成不同频率、宽度、幅度的方波；控制器是按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。2.2.3 变频器的参数设置对于传动系统来讲尚没有合适的参数设定，则对于闭环矢量控制和包括

35、电动机数据辨识程序的V/f控制的快速调试必须执行，下面的操作装置可用于执行快速调试：P0003：用户访问级 1：标准（基本应用）；2：扩展（标准应用）；3：专家（用于复杂应用）P0004：参数过滤 0：所有参数；2：变频器；3：电动机；4：速度传感器P0010：调试参数过滤 0：准备好；1：快速调试(为了参数设置电机铭牌，P0010应设定为1）P0100：欧洲/北美(输入电源频率) 0：亚、欧洲（KW），频率缺省，50Hz;1:北美（hp），频率缺省，60Hz；2：北美（KW），频率缺省，60HzP0205：变频器应用 0：恒定转矩；1可变转矩（如水甭、风机）P0300：选择点击类型 1：异步

36、电机（感应电机）；2：同步电机P0304：电动机额定电压 在铭牌上的电机电压必须检查，有关Y/接法要保证同电机端子板上的线路接法相匹配。P0305：电动机额定电流P0307：电动机额定功率 对于P0100=0或2，输入KW；对于P0100=1，输入hp。P0308：电动机额定功率因数 如果设定为0，该值自动计算。P0309：电动机额定效率 如果设定为0，该值自动计算。P0310：电动机额定频率 极对数被自动计算。P0311：电动机额定转速 如果设定为0，该值自动计算。P0335：点击冷却(输入点击冷却系统) 0：使用电机轴上安装风扇的自冷；1：强迫风冷(装有一个独立电源的冷却风扇)；2：自冷和

37、内部风扇；3：强迫风冷和内部风扇P0640：电动机过载系数 再次确定最大输出电流极限，用电机额定电流(P0305)的%表示。用P0205设定是恒转矩还是可变转矩运行。在恒转矩时过载150%，在可变转矩时过载110%。P0700：选择命令源 0：回复数字I/O到工厂缺省设定；1：BOP（传动变频器键盘）；2：端子排（工厂缺省设定）P1000：选择频率给定值 1：电动电位计给定值（MOP给定值）；2：模拟输入（工厂缺省设定）；3：固定频率给定值；4：USS在BOP链路上P1080：最小频率 输入惦记最低频率，电机用此频率运行时间频率给定值无关，在此设定的值用于两个旋转方向。P1082：最大频率 输

38、入电机最大频率，在此设定的值用于两个旋转方向。P1120：斜坡上升时间(输入斜坡上升时间s)P1121：斜坡下降时间(输入减速时间s)P1135：OFF3斜坡下降时间(输入快停斜坡下降时间s)P1300：控制方式(输入所需的控制方式) 0：带线性特性的V/f；2：带抛物线特性的V/f；3：带可编程特性的V/f；20：无传感器的矢量控制；21：有传感器的质量控制；22：无传感器的矢量转矩控制；23：有传感器的适量转矩控制。P1500：选择转矩给定值 0：无主给定值；2：模拟给定值；4：USS在BOP链路上；7：模拟给定值2。P1910：选择电机数据辨识 0：封锁；1：用参数变更辨识所有参数，它们

39、被认可并应用于调节器；2：没有参数变更辨识所有参数，它们被显示但不应用于调节器；3：用参数变更来辨识饱和曲线。P3900：快速调试结束(启动点击计算) 0：没有快速调试（没有电机计算）；1：电机计算和不包括在快速调试中的所有其他参数的复位到工厂设定；2：电机计算和I/O设定到工厂设定；3：仅电机计算，其他参数不复位。busy：这意味着控制数据正在计算然后复制，和参数一起从RAM送入ROM，在快速调速完成以后，再显示P3900。ON命令：启动电机数据辨识 用ON命令启动电机数据辨识程序（工厂设定DIN1）END：结束快速调速/传动设定。2.3 控制系统的硬件设计图总设计图如下：图2.6 系统配电

40、图图2.7 输煤系统原理图图2.8 燃烧控制系统原理图1图2.9 燃烧控制系统原理图2图2.10 PLC配置图第3章 控制系统的软件设计3.1 PLC控制系统3.1.1 PLC控制系统的介绍在本系统中我们用可编程控制器（PLC）为控制器，执行元件为调节阀、变频运行的鼓风、引风电机和水泵，主控参数为蒸汽压力，送、引风流量压力，供水压力、供水流量等。当负荷发生变化时，装置通过检测单元（压力/压差传感器等）将测出的压力、流量等信号转化为电信号4-20mA，经过A/D转换，送到PLC进行数字滤波、比较、判断并进行PID运算后，由D/A单元输出模拟量信号给变频器，变频器输出不同的电压及频率来控制各电机转

41、速，此时电机既是动力源又是调节执行机构，改变水泵的供水量，送、引风流量，实现供水压力、汽包液位、炉膛负压等自动调节的控制功能，使各种控制量基本保持在给定值。PLC的定义：国际电工委员会（IEC）于1987年对可编程序控制器下的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器的发展：可编程控制器是60年代

42、的末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）,目的是用来取代继电器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程；20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点；20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器

43、进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位；20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域

44、处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。3.1.2 PLC控制系统的基本结构、原则和步骤 PLC控制系统的基本结构：电源：可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的。可靠的电源系统是无法正常工作的。一般交流电压波动在+10%+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。中央处理单元（CPU）：是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器

45、系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU

46、的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。存储器（RAM、ROM）：主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效的保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器，用这些类型存储器固话系统管理程序和应用程序。输入

47、输出接口电路（I/O单元）：I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流型和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口向现场的执行部件输出相应的控制信号。 PLC控制系统的基本原则：(1)最大限度地满足被控对象提出的各

48、项性能指标 为明确控制任务和控制系统应有的功能，设计人员在进行设计前，就应深入现场进行调查研究，搜集资料，与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，以便协同解决在设计过程中出现的各种问题。(2)确保控制系统的安全可靠 在以提高产品数量和质量，保证生产安全为目标的应用场合，必须要求电气控制系统的可靠性。(3)力求控制系统简单 在能够满足控制要求和保证可靠工作的前提下，力求控制系统结构简单，具有经济性、实用性的特点，才能做到使用方便和维护容易。(4)留有适当的余量 考虑到生产规模的扩大，生产工艺的改进，控制任务的增加，以及维护方便的需要，要充分利用PLC易于扩充的特点，在选

49、择PLC的容量（包括存储器的容量、机架插槽数、I/O点的数量等）时，应留有适当的余量。 PLC控制系统的基本步骤：设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。PLC控制系统设计可以按以下步骤进行：1熟悉被控对象，制定控制方案 分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对 PLC控制系统

50、的控制要求。2确定I/O设备 根据系统的控制要求，确定用户所需的输入(如按钮、行程开关、选择开关等)和输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等)由此确定PLC的I/O点数。3选择PLC 选择时主要包括PLC机型、容量、I/O模块、电源的选择。4分配PLC的I/O地址 根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入/输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I/O接线图和编制程序。5设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。由于程序与硬件设计可同时进行，因此

51、，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。6联机调试 联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。3.1.3 PLC控制系统的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态

52、和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入；在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先做后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区

53、内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话吗，输入过程影响寄存器的值不会被刷新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影响寄存器会被立即更新，这根立即输入有些区别；在输出刷新阶段，当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照

54、I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经过输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。3.1.4 PLC控制系统的编程语言和基本指令PLC控制系统的编程语言：(1)顺序功能图（SFC） 是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在顺序功能图中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作是顺序功能图的三种主要元件。可以用顺序功能图来描述系统的功能，根据它可以很容易地画出梯形图程序。(2)梯形图（LAD） 是在继电气控制系统的基础上发展来的一种图形编程语言，因此梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂

55、的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，它特别适用于开关量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的输出条件等。功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。梯形图的设计应注意以下几点：梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触电的串、并连接，最后是线圈与右母线相联。梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。输入继电

56、器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其他继电器的触电来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。(3)功能块图（FED） 是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。(4)语句表（STL） S7系列PLC将指令表成为语句表。PLC的指令是一种与危机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成的程序叫做指令表或语句表程序。(5)结构文本（ST） 是为IEC1131-3标准创建的一种专用的高级编程语言，能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简捷和紧凑。PLC控制系统的基本指令：S7-200系列PLC的指令丰富，一般分为基本指令和功能指令。基本逻辑指令：S7-200系列PLC共有27条逻辑指令。逻辑指令是指构成逻辑