锅炉毕业设计

摘要在当今多种工业企业的动力设备中，锅炉仍然是一重要的构成部分。伴随现代化工业的飞速发展，对能源运用率的规定越来越高，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理随之规定越来越高。但在我们国家，除了某些大中型锅炉采用了先进的控制技术外，绝大多数中小企业所用的锅炉，如10T/h、20T/h锅炉，大部分还在采用仪表/继电器控制，甚至还是人工操作，已无法满足规定。据此，本文针对一台10T/h工业锅炉，提出了一套PLC的控制系统方案。本文以一台10T/h锅炉的PLC控制系统为背景，理论与实践相结合，详细论述了集PLC技术，变频器技术，通信技术于一体的先进控制技术在该锅炉控制系统中的应用。在该系统中，应用了Siemens企业的S7-300系列PLC，根据锅炉的控制特点，分析系统的控制规定，实现给煤自动调整，送风自动调整，引风自动调整，水泵给水的自动调整，根据系统控制规定分析系统所需的PLC配置，以及备控量的I/O点数及I/O口分派，查阅S7-300使用手册在理论上分析确定PLC的构成及使用事项，并用其编程软件Step7设计锅炉控制的梯形图、STL语句及PLC通信网络，实现锅炉的水位三冲量控制、燃烧过程自动控制、蒸汽压力自动控制等功能；基于锅炉运行安全的考虑，该系统中锅炉由PLC控制，PLC、上位机构成一种MPI网，运用Siemens企业的MPI全局通讯技术及WinCC的软件设计，实现锅炉的上位机的冗余控制，关键词:锅炉变频器PLCPIDWinCCStep7MPI全局通讯AbstractNowadaystheboilersarestillanimportantcomponentamongvariouspowerequipmentsinindustrialenterprises.Alongwiththefastdevelopmentofmodemindustry，highefficientenergyutilizationispursuedmoreandmore.AndtheboilerareakindofPrimaryequipmentsforconvertingrawenergyintosecondaryenergy，sotheircontrolandsupervisionisveryimportantforpromotingenergyutilizationefficiency.Butinourcountry，onlysomebigandmedium-sizedboilershaveadopted.Advancedcontroltechnique.Mostboilersbeingusedbymediumandsmallenterprises，suchas10T/hand20T/hboilers，arecontrolledbymete/relays，orevenmanually.Thatcannotmeetdemand.Inthispaper，acontrolsystemschemeofPLC+IPCisProposed，whichisaimingata10T/hindustrialboilers.AnadvancedboilercontroltechniquecomposedofPLC，inverter，andcommunicationaredetaillydescribedwithrespecttheoryandapplicationinthispaper，whichisbasedontwoPLCcontrolsystemsof10T/hboilersincertainplant.TheS7-300seriesPLCofsiemenscompanyisadoptedintheboilercontrolsystems.TheStep7programmingsoftwareisusedtodesigntheladderchart，theSTLlanguageandthePLCcorrespondencenetwork.Automaticcontrolfortheboilershasbeenrealized，suchasthreeimpulsecontrolforthewaterlevel，burningProcesscontrol，vaporpressurecontrol.Moreover，anamicableman-machineinterface，automaticstorageofimportantboilerrundata，andautomaticprintofreportsinneedisrealizedbyusingtheconfigurationssoftwareWinCCofSiemenscompany.EachboilerinthesystemiscontrolledbyonePLCrespectively.PLCandIPCshapedintoaMPInet.ByusingtheMPIoverallsituationtelecommunicationtechniqueandtheWinCCsoftwareofSiemenscompanyredundancycontrolsofthetwoIPCaredesignedforthesafety.Theautomaticcontrolofpublicfacilitiessuchasdeoxidizationequipmentisalsorealizedinthesystem.Keywords:boiler，inverter，PLC，PID目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1工业锅炉控制现实状况 11.2工业锅炉控制的任务和特点 11.2.1工业锅炉控制的任务 11.2.2工业锅炉给水自动控制 21.2.3工业锅炉燃烧过程自动控制 41.3PLC控制的长处 71.4本文重要内容 8第二章锅炉控制系统的总体设计 92.1系统控制规定 92.2锅炉本体构造 92.3系统设计思想 102.3.1电机控制模式 102.4各重要回路控制方略 122.4.1锅炉生产工艺流程图及汽水系统 122.4.2主程序框图如下： 132.4.3自动控制系统构造框图： 142.4.4给水调整回路 142.4.5汽包压力调整回路 152.4.6炉膛负压调整回路 162.4.7水位控制程序框图： 182.4.8燃烧控制回旅程序框图： 19第三章系统硬件构成 203.1总体构造 203.2系统硬件构成 203.3重要器件选择 203.4系统供电 333.5系统接地 343.6系统运行方式 343.7PLC配置及I/O点分派： 353.7.1锅炉给水 353.7.2锅筒 363.7.3给煤 373.7.4鼓风和引风 383.7.5炉膛 393.7.6出渣机： 403.7.7蒸汽管路和省煤器： 40第四章系统软件和设置 424.1PLC软件设计 424.1.1Step7简介 424.1.2Step7的PlD功能块 454.1.3PLC程序总体构造 504.1.4功能模块编程 524．2系统通讯 564．3本章小结 57结束语 58道谢 59参照文献 60附录1原理图 61附录2外文 62附录3翻译 65第一章绪论1.1工业锅炉控制现实状况目前在我们国内，锅炉仍然是多种工业企业的动力设备中重要的构成部分。不过，除了某些大中型锅炉采用了先进的控制技术，如DCS,FCS，一般的小型锅炉的控制仍较落后，仍在使用仪表、继电器作为重要的控制手段(如DDZ-II或III型系列仪表)，需要过多的人为参与，不仅工作人员的工作条件差，劳动强度大，并且锅炉的热效率很低，资源挥霍严重。虽然目前的仪表不少已趋智能化，在锅炉上也实现了自动或半自动控制，不过，由于其不菲的价格、缺乏管理功能等种种原因，其应用受到很大限制。此外，当今的大部分中小企业使用的锅炉容量普遍在20T/h如下，锅炉只有两三台，企业根据其经济的承受能力，一般都不也许选用价格昂贵的大型控制系统。这也是我们小型锅炉的控制技术水平不高的重要原因之一【2】。不过，伴随能源问题的突出，企业现代化管理水平的提高，尚有环境保护意识的增强，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理的规定越来越高，目前的企业中的小型锅炉的控制技术不提高将难以适应生产的需要。因此，这就需要在锅炉控制技术上进行变革，需要设计一种性价比合理的、使用和维护以便的新型工业锅炉控制系统。1.2工业锅炉控制的任务和特点1.2.1工业锅炉控制的任务工业锅炉的功能是生产具有一定压力、温度参数的蒸汽或热水，满足外部对负荷的需求。为满足此规定，并保证锅炉本体的安全经济运行，规定锅炉的控制系统具有完善的自动检测、自动程序控制、自动保护等功能。而锅炉是一多变量、多回路、多耦合的复杂系统，扰动源比较多，要保证提供合格的蒸汽以满足负荷的规定，其工作过程中的各重要工艺参数必须严格控制，为此，锅炉的重要控制任务为【3】；(1)保持锅筒水位在规定的范围及给水稳定；(2)保持炉膛负压在规定的范围；(3)稳定蒸汽温度、压力和蒸发量；(4)保持燃烧的经济性和锅炉的安全运行。完毕上述的任务需要监控五个重要的被调整量和四个调整量，详细如图1-1：图1-1锅炉重要参量这些调整量和被调整量之间实际上互有关联、互相制约，很难单独确定某一量的大小。在实际运行中，处理的措施是设置几种相对独立的调整系统来简化调整过程。在中小型工业锅炉中，一般只要对两个相对独立的调整对象进行调整就能基本满足一般顾客的规定，即给水过程控制和燃烧过程控制。1.2.2工业锅炉给水自动控制1给水控制的必要性工业锅炉给水的基本任务是在多种负荷条件下，控制给水量，使进入锅炉的给水量与送出的蒸汽在数量上保持平衡。对于锅筒锅炉，这种平衡的标志是锅筒水位维持在工艺规定的范围内。对于工业锅炉，水位的高下对锅炉的安全运行和生产工艺规定影响很大。水位过高，蒸汽带水量过多，减少蒸汽品质，会在蒸汽管道内发生水冲击，甚至会发生满水事故;水位过低，则会破坏水循环，以至烧坏某些受热面，严重时会导致爆炸事故，因此维持锅炉汽包水位的稳定是十分必要的【12】。2给水控制的难点锅炉运行时，要保持锅筒水位在规定的范围内，须不停地往锅筒内补水。由于给水的温度比锅筒内的水温低，若给水量忽然增长，会使汽包内水温下降，汽水混合物的汽化程度发生变化，水位有下降的趋势。这样，在一段时间内由给水引起的水位增高的趋势和由汽化程度变化引起的水位下降的趋势基本相等，导致锅筒水位基本不变的状态，即水位的等效纯滞后现象。因此，为减少这种影响，给水过程应当是持续的。不过，工业上蒸汽负荷是有波的，有的波动还很大，所认为保持锅筒水位，给水量就应随负荷及时调整。不过，在蒸汽负荷波动时，尤其是在负荷变化较大的状况下，锅炉常常会出现“虚假水位”。其现象是:当负荷忽然大幅增长时，水位迅速上升，然后水位又迅速下降;当负荷忽然大幅下降时，水位迅速下降，然后水位又迅速上升。出现“虚假水位”的原因是:当负荷忽然大幅增长时，锅筒内的蒸发量不能很快跟上，导致气压下降，锅筒内的水的温度就会从本来压力下的饱和温度降到新压力下的饱和温度，此时，释放出的大量热量使锅筒内的水蒸发，产生大量气泡，汽水混合物容积膨胀，水位升高。待大量气泡逸出水面时，锅水内的气泡数量减少，汽水混合物容积减少，水位下降。同理，在负荷迅速下降时，将经历一种相反的过程【5】。“虚假水位”对锅筒水位控制很不利。当蒸汽负荷忽然增大时，本应增长给水量，但由于“虚假水位”现象的作用，锅筒水位迅速上升，给水量信号反而减小，扩大了给水量和蒸汽量之间的不平衡，必然导致水位控制的动态特性变差:同理，当蒸汽负荷忽然减小时，仍会由于“虚假水位”现象的作用，使水位控制的动态特性变差。可见，水位控制不能简朴地根据锅筒水位瞬时的高下来调整给水量的大小，必须考虑“虚假水位”的影响。3三冲量给水自动调整锅炉水位控制方案一般有单冲量给水自动调整系统、双冲量给水自动调整系统和三冲量给水自动调整系统三种，目前应用较广且比较成熟的是三冲量给水自动调整系统，其控制系统示意如图1-2。在三冲量给水调整系统中，调整器接受锅筒水位、给水流量和蒸汽流量三个信号，其中锅筒水位是主变量，给水流量是反馈信号，蒸汽流量是前馈信号。当给水流量因给水压力变化、给水调整阀开度变化等原因而发生扰动时，由于给水流量信号的反馈作用，可以迅速消除扰动，稳定给水流量。蒸汽流量不经PID调整而此前馈方式加入，能克服因“虚假水位”而引起的调整器误动作，有效地改善水位控制，使得水位控制精度提高，动态响应性能变好【4】。三冲量给水调整系统的控制方案合用于燃煤链条式、燃油、燃气以及负荷变动大的锅炉。图1-2三冲量给水调整示意图图1-3三冲量串级控制图1.2.3工业锅炉燃烧过程自动控制1控制任务锅炉的基本构成是“锅”和“炉”两大部分。燃料在“炉”中燃烧放热，高温烟气携带的热量为“锅”的受热面吸取，以产生一定压力和温度的蒸汽。作为锅炉的燃烧设备—“炉”，其任务是针对不一样燃料的燃烧特性，为其完全燃烧发明良好的条件，以求燃料将其热量最大程度地释放出来。锅炉的燃烧控制直接关系着与否对环境导致污染、与否节能及能否给企业带来效益。因此，锅炉的燃烧控制自动化数年来倍受重视。锅炉燃烧过程自动控制的重要任务是:(1)保持蒸汽压力稳定锅炉运行中蒸汽负荷随时发生变化，并反应到蒸汽压力波动，这样就必须随时变化燃料量以适应负荷的需要，并保持汽压稳定。(2)保证经济燃烧为了得到最经济的燃烧工况，就要保持燃料量和送风量之间有合适的比例，当燃料量变化时，必须对应地调整送风量，使它与燃煤量相配合。(3)保持炉膛压力一定中小型工业锅炉目前一般采用炉膛负压运行方式，且负压维持在100Pa以内。炉膛负压过小，炉灰和火苗从火孔和炉门等处外溢，会引起炉膛喷火等事故:负压过大，会引起漏风量增大，影响锅炉热效率，不利于经济燃烧，同步使引风机电耗量增大。因此，必须严格保证炉膛负压稳定在某一水平，这对燃烧工况、锅炉房工作条件、炉子的维护和安全运行都是有利的，这也是保证锅炉经济燃烧和安全性的重要指标。虽然燃烧控制系统是一种多参数变量的调整系统，但一般都把它简化成互相联络、亲密配合但又相对独立的3个单变量系统来实现，即:以燃料量维持锅炉压力恒定的蒸汽压力控制系统，以送风量维持锅炉经济燃烧的送风调整系统，以引风量维持炉膛负压稳定的炉膛负压调整系统。2蒸汽压力控制蒸汽压力是反应蒸汽供需关系平衡与否的重要指标，也是表征蒸汽的重要参数。汽压偏高，会加速金属材料的蠕变;汽压偏低，阐明供需关系不平衡，设备消耗的蒸汽量不小于既有的产汽量，难以维持长期稳定的运行。因此，维持压力稳定是安全生产和维持运行的需要。对于燃煤链条炉，蒸汽压力的控制重要通过给煤量的调整来实现，也即调整炉排的转速。给煤量大，供应的热量多，锅水吸热多，产生的蒸汽压力增大，相反则蒸汽压力减小。当然，给煤量必须与鼓风量配合，一定给煤量对应最佳鼓风量，鼓风量小，燃烧不完全，鼓风量大带走过多热量。并且，根据工艺规定，当负荷增长时，应先增长鼓风量，再增长给煤量:负荷减小时，先减少给煤量，后减少鼓风量。蒸汽压力的控制过程是个大惯性大滞后过程，目前这个过程的控制大多仍采用PID控制。这是由于PID控制具有构造简朴、实现轻易和鲁棒性强的特点，并且PID控制器不需要精确的数学模型，其控制参数的物理意义清晰，控制器轻易在线调整。不过，为实现更好的控制效果，目前己有不少新的算法的应用，如非线性PID控制算法、模糊算法等等。3经济燃烧锅炉的经济燃烧波及诸多变量，如空气过剩系数、烟气含氧量、风煤比，各变量之间互相影响又相对独立，要使锅炉实现经济燃烧，必须综合考虑多种有关原因，并进行合理控制。国内外己有不少机构对锅炉控制进行了研究，并有有关的先进控制与优化软件问世，但由于种种原因，在中小型控制系统中的应用还很少。国内的有关控制大多仍基于老式的控制方略，如PID控制、比值控制、串级控制、前馈控制等，在此基础上加进某些优化技术，如PID控制器参数自整定、自适应控制、模糊控制等，最终的目的都是为了实现锅炉燃烧的在线优化，以实现经济燃烧。尚有一点需要阐明，在目前的锅炉中为使燃料完全燃烧，大都增设了二次风，以加强烟气和空气的扰动、混合和延长烟气流程，减少化学未完全燃烧损失，同步使烟气中的煤粒在炉膛内停留较长时间，使其得到充足燃烧。根据运行经验，合理使用二次风能使锅炉的热效率提高3-5%左右。4炉膛负压控制影响炉膛负压的原因主是鼓风量和引风量，一般炉膛负压重要通过控制引风量的大小来控制。在这里，炉膛负压作为被控对象，引风量作为控制对象，当然这是在鼓风量一定的前提下说的。当鼓风量发生变化的时候，引风量也要跟着变化，一般是把鼓风量作为引风控制的前馈量，在鼓风量增长时立即增长引风量，当鼓风量减少时，通过一段时间再减少引风量。5连锁控制在锅炉控制中，为保证锅炉安全运行，在某一机构发生故障时，要有即时报警和有关保护，并触发与之关联的设备实现自动连锁。锅炉运行规定的连锁动作大体有如下几项:(1).鼓风电机规定当引风电机停止、炉排电机停止、锅筒压力或蒸汽总管压力超过上限时，鼓风电机自动停止。启动时，只有引风机运行起来后才开鼓风机。(2).引风电机规定当锅筒压力或蒸汽总管压力超过上限时，引风电机自动停止。(3).炉排电机规定当鼓风电机或引风电机发生故障时，炉排电机立即停止运行。在正常启停时，当鼓风和引风开起来后再开炉排电机，停机时先停炉排电机。(4).给水泵规定锅筒水位超过上上限时，给水泵自动停止。给水泵的控制还要考虑除氧水箱水位的下限，在其靠近空时，也要停止给水泵。1.3PLC控制的长处可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC，采用的是计算机的设计思想，最初重要用于次序控制，只能进行逻辑运算。伴随微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，以及工业自动化控制愈来愈高的需求，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，均有很大的提高。目前的PLC己不只是开关量控制，其功能远远超过了次序控制、逻辑控制的范围，具有了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器(ProgrammableController)，简称PC，不过为了和个人计算机(PersonalComputer)的简称PC相区别，人们常常把可编程控制器仍简称为PLC.实际上，PLC就是以嵌入式CPU为关键，配以输入、输出及通讯等模块，可以以便地用于工业控制领域的装置。它以其高可靠性、高稳定性、编程简朴和易于使用，在现代工业企业中得到广泛应用，使得整个控制系统在功能的可靠性、配置的灵活性等方面较之过去产生了质的飞跃。当然，与所有的器件同样，PLC自身也有其局限性，它无法向操作者显示动态的设备状态参数，无法进行大批量数据的存贮与转化，尤其是当系统工艺变化时，无法以便、迅速地变化有关参数、配方。因此，在现今的稍微复杂某些的控制系统中，PLC一般与工业控制计算机配合使用，实现完整的控制功能。工业控制计算机，简称工控机，是针对工业用途而设计的计算机，与一般的商业PC机相比，具有更高的可靠性、稳定性，同步构造上也更便于扩展;另首先，它与商业PC机同样，有着十分丰富的商品软件支持，可以开发出适合顾客的直观、以便的图形操作界面。目前，工业控制中所采用的工业PC+PLC控制系统中，PLC重要负责数据采集、控制运算和控制输出，可以接受开关接点等数字信号，还可以直接接受原则的过程量，如4-20mA电流、1-5V电压、热电偶、热电阻等模拟信号。基于HMI技术的工业PC机构成了OS操作员站或ES工程师站，重要的功能是数据归档、趋势记录、报警提醒以及参数设定，提供了运行人员和控制系统的一种交互方式。伴随网络通信功能的不停增强，PLC与PLC及计算机的互联，可以形成大规模的控制系统，在其中挂接在线通用计算机，实目前线组态、编程和下装，进行在线监控整个生产过程，这样就已经具有了集散控制系统的形态，加上PLC价格和可靠性优势，使之可与老式的集散控制系统相竞争。伴随PLC成本的下降和性能的提高，一般PLC己能满足小型锅炉的控制规定，且性价比较高。1.4本文重要内容本文以一台l0T/h蒸汽锅炉PLC控制系统为研究对象，重要做了如下几种方面的工作：(1)在深入理解链条燃煤锅炉的工艺过程，以及国内蒸汽锅炉控制现实状况，尤其对一台l0T/h锅炉控制系统研究，讨论了PLC+工业PC在锅炉控制中的应用的可行性；(2)论述了一台l0T/h蒸汽锅炉PLC控制系统的总体构造设计；(3)简介了子系统的设计与实现；(4)讨论了燃烧过程中优化控制方略；(5)详细简介了控制系统硬件、软件设计方案。第二章锅炉控制系统的总体设计2.1系统控制规定本控制系统控制一台l0T/hDHL10-1.25-AIII型锅炉，结合锅炉自带的部分手动控制，实现如下功能：1.锅炉给煤系统：给煤自动调整；2.锅炉送风系统：送风自动调整；3.锅炉引风系统：引风自动调整；4.锅炉燃烧控制系统：给煤、送风和引风系统一起实现锅炉最佳经济燃烧；5.水箱水位实时监控：水位监视与报警；6.循环水泵、补水泵运行状态实时监控：循环水泵、补水泵状态监视与报警；7.锅炉多种连锁保护：保证锅的安全运行。2.2锅炉本体构造DHL10-1.25-AIII型角管式锅炉为单锅筒横向布置组装锅炉，锅炉的燃烧方式采用轻型链条炉排，锅炉炉膛及水冷系统为膜式壁构造，整台锅炉呈单层布置，配置鼓风机、引风机、水泵、出渣机、除尘器及部分电气控制装置。烟气燃料系统：燃料从煤斗通过煤闸门，经刮平后随炉排缓慢进入炉膛，着火燃烧后产生的烟气通过烟气出口窗，进入对流管束，在其中上下向流动，然后通过锅炉的烟道，依次进入省煤器、除尘器等设备后，由引风机将烟气从烟囱排向大气。灰渣系统：燃料经燃烧后生成的灰渣在炉排尾部落入渣坑，经出渣机排出，炉排的漏煤和漏灰由链条炉排前部的落灰斗内掏出。送风系统：空气由鼓风机送入风道，通过链条炉排两侧的风道，进入炉排下的风室，通过炉排进入炉膛。二次风装置：多孔分层错列射流式二次风装置保证燃料在炉膛内充足燃烧。由上面的描述可知，此锅炉的燃料供应可通过炉排转速来调整，由于这里没有过热器，产出的是该厂需要的是饱和蒸汽，因此有关的计量和显示应按照饱和蒸汽的特性来设置。2.3系统设计思想在以上分析的基础上，我们对系统作如下各控制部分设计。2.3.1电机控制模式控制系统中根据驱动方式的不一样具有2类电机，一类带有变频器驱动，如引风机、鼓风机、给水泵、炉排机;另一类通过直接控制接触器的通断来驱动，如除渣机、进水泵。对于带变频器的电机，系统设置了“现场控制”和“计算机控制”2种操作方式。“现场控制”是指在中控室的操作台通过启停按钮及手操器对电机进行操作的一种方式，“计算机控制”是指在中控室操作员站计算机上通过键盘、鼠标、显示屏等设备对电机进行操作的一种方式。电机的启停次序存在约束关系，如启炉的次序为：引风机——鼓风机——炉排机，停炉的次序则相反:炉排机——鼓风机——引风机。变频器实现电机的软启动和调速功能，在电机到达转速规定后，PLC会发出信号积极关闭变频器的动作，保护变频器的使用寿命，电机切换到公频状态下运转，对于带变频器的电机控制如下图所示：图2-1变频器控制电机原理图对于不带变频器的电机，分为2种状况进行控制。对于除渣机，由于工作任务简朴，只设置现场操作箱，在现场对其直接进行启停操作。对于软水箱进水泵，在现场设置1个操作箱，通过操作箱上的“现场控制”及“计算机控制”转换开关对其操作方式进行转换。对于电机的控制如下图所示：图2-2控制电机的电气原理图对于给水泵和软水箱进水泵，由于其每两台水泵对应一套设备，如1台给水泵供应一台锅炉，2台软水箱进水泵供应一套软水箱。鉴于此状况，将给水泵和软水箱进水泵的控制方式设计为两台水泵互为备用的方式，当其中一台水泵出现故障问题时，此外一台备用水泵可以自动切换到工作状态，使锅炉炉筒或软水箱的供水不会出现中断，保障了锅炉运行的安全。在切换过程中，PLC控制程序将会做PID调整参数的自动调整传播，使水泵的工作状态转移不会出现扰动。此外，在PLC控制程序中还设计有水泵的运行累积时间判断程序，使水泵启动时优先启动运行累积时间较短的那台，这样可使两台水泵均保持良好的运行、备用状态。2.4各重要回路控制方略2.4.1锅炉生产工艺流程图及汽水系统工艺流程图如下：图2-1锅炉工艺流程图工艺流程可分为给煤、水汽、风3大部分。分别阐明如下：1给煤：燃煤由皮带输送到锅炉煤仓，落下平铺到炉排。炉排电机经变速后带动炉排转动，炉排将煤送入炉膛参与燃烧。燃烧后的灰渣在炉膛后部落入碾渣机，最终由刮板除渣机除走。调整炉排电机转速即可调整燃料供应量以控制燃烧；2水汽：原水经软水加压泵加压，进机械过滤器过滤、钠离子互换器互换，成为软水，进入软水箱临时储存。再由除氧器泵加压打入除氧器除氧，后经锅炉给水泵加压，经省煤器进入锅炉，锅炉产生的蒸汽由内部集汽管搜集，输送到分汽缸送出;调整软水泵转速可调整进入软水箱的水量。调整除氧器加压泵转速可调整进入除氧器水量。调整锅炉给水泵转速可调整进入锅筒水量。进而可调整软水箱、除氧器、锅筒三者的水位；3风经送风机送到空气预热器被高温烟气加热，送入炉排下方，经分风板分派进入炉膛参与助燃，燃烧后的高温烟气经省煤器、空气预热器、水膜除尘器，最终由引风机抽走，经烟囱排出。调整送风机转速可调整参与燃烧的风量，调整引风机转速可调整炉膛的负压。2.4.2主程序框图如下：2.4.3自动控制系统构造框图：2.4.4给水调整回路由于汽包水位在蒸汽负荷发生变化时，会产生与调整作用相反的“虚假水位”，即蒸汽负荷增大时，汽包内蒸汽压力减小，致使汽包内的水沸腾，在外部看来水位非但没有下降反而增长;同样在蒸汽负荷减小时，汽包水位会出现减少的假象。因此，锅炉给水调整是锅炉控制中的一种难点，采用一般的PID调整算法是很难获得很好的控制效果的，甚至会带来严重的安全问题。为克服“虚假水位”现象对给水控制系统导致的不利影响，在蒸汽参数稳定、给水流量容许的状况下给水控制系统可自动或手动切换到三冲量调整系统。负荷不小于30%时一般采用三冲量串级调整系统来调整给水泵变频器，以使汽包水位满足锅炉运行规定。在给水控制三冲量调整系统中汽包水位信号作为主调的输入，蒸汽流量信号与给水流量信号一起作为副调的反馈输入。为保证给水自动调整系统的有效工作，采用变速积分PID控制算法进行调整，在水位偏差较大时，积分时间减小，在水位偏差较小时，积分时间加大，以使系统很快到达设定水位值。此外，在异常状况下系统也可切至手动操作，在给水流量或蒸汽流量检测出现问题时，也可切换为双冲量控制。给水控制系统控制方略如下图所示：图2-2给水控制系统2.4.5汽包压力调整回路维持汽包压力恒定是重要的控制规定。当负荷的蒸汽用量发生变化时，汽包压力就会产生波动。此时为了维持汽包压力恒定，必须变化进入锅炉的燃料量和助燃空气量。要从能量平衡的角度来构造汽包压力调整回路，即由燃料加入量维持汽包压力恒定。在汽包压力控制系统中，通过调整入炉燃料量来控制汽包压力，以满足锅炉的运行规定，所有入炉燃料量是影响的重要原因之一。汽包压力控制系统得到的燃料量指令和风量指令，分别送往燃料量控制系统和送风控制系统。汽包压力调整回路控制方略如图所示：图2-3主汽压力控制系统2.4.6炉膛负压调整回路锅炉炉膛压力调整系统由炉膛负压测量值及引风机变频器控制信号来构造控制方案。炉膛压力调整系统中，炉膛负压测量值通过惯性延滞处理后与给定值一起送入控制系统进行计算，计算成果动作引风机变频器，从而调整炉膛负压满足锅炉运行规定。由于引风量发生变化时，需通过一段时间炉膛负压才发生变化，故在上述控制方案中直接把引风机速度实测反馈信号作为前馈信号送入调整输出中，以提高引风风量变化时调整系统响应的迅速性。炉膛压力调整系统控制方略如下图所示：图2-4炉膛负压控制回路2.4.7水位控制程序框图：2.4.8燃烧控制回旅程序框图：第三章系统硬件构成3.1总体构造本系统采用可编程控制器(PLC)加工控机的上、下位机控制构造。其中，PLC负责硬件开关量I/0的控制和模拟信号的采集与调整，并通过MPI进行全局数据通讯。工控机用来进行参数修改与设定、手动/自动控制、在线监视、数据存贮与查询等工作。工控机通过MPI与PLC相连，进行互相通信。3.2系统硬件构成图3-1系统硬件构成框图3.3重要器件选择本控制系统重要器件包括工控机、PLC、变频器等。它们的选择在保证功能的同步尽量规定高可靠性和使用以便。1．工控机上位机选用工控行业应用广泛的研华工控机，详细配置是：IPC610机型，2.4G/P4CPUDDR256M内存，80G硬盘。该机型内部底板上有8个ISA总线插槽，4个PCI总线插槽和2个CPU主板插槽，可以以便地进行系统扩展。此外，选配戴尔19寸彩显，外接打印机。工控机通过Siemens的CP5611卡与PLC通讯。CP5611是一款PCI卡，可用于将编程器或计算机连接到PROFIBUS或MPI接口，其数据传播率为9.2Kbit/s-12Mbit/s。2.PLC选型下位机PLC选用Siemens的S7-300通用型PLC。SIMATICS7-300通用型可编程控制器能适合自动化工程中的多种应用场所，是一种模块化中小型PLC系统，多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多以便功能的I/0扩展模块，使顾客可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。在国内，S7-300以其模块化、无排风扇构造、易于实现分布、易于顾客掌握等特点，成为多种控制任务的以便又经济的处理方案，能满足从小规模到中等性能的控制规定。PLC工作构成框图：图3-2PLC构成框图S7-300通用型PLC由如下几部分构成：(1)中央处理单元(CPU)多种CPU有多种不一样的性能，例：有的CPU上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROF工BUS-DP通讯接口等。(2)信号模块(SM)用于数字量和模拟量输入/输出。(3)通讯处理器(CP)用于连接网络和点对点连接。(4)功能模块(FM)用于高速计数，定位操作(开环或闭环控制)和闭环控制。S7-300通用型PLC具有如下诸多功能:(5)丰富的指令集和功能库包括350多条指令，包括二进制逻辑、括号指令、成果赋值、存储、计数、装载、传播、比较、移位、循环、产生补码、块调用、跳转等，尚有定点运算和浮点运算功能，用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。尤其是集成了诸多原则控制功能块，如PID，可以实现复杂的过程控制。(6)高速的指令处理0.6-0.1p的指令处理时间完全满足中等到较低的性能规定。(7)以便顾客的参数赋值只用一种带原则顾客接口的软件工具就可给所有模块进行参数赋值，节省了入门和培训的费用。(8)人机界面(HMI)以便的人机界面服务己经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程规定大大减少。(9)诊断功能CPU的智能化的诊断系统能持续监控系统的功能与否正常、记录错误和特殊系统事件(例如:超时、模块更换等等)。(10)口令保护多级口令保护可以使顾客高度、有效地保护其技术机密，防止未经容许的复制和修改。(11)操作方式选择开关操作方式选择开关像钥匙同样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能变化操作方式，可防止非法删除或改写顾客程序。(12)功能强大的通讯技术SIMATICS7-300CPU支持执行机构和传感器与CPU之间的过程和现场通讯，以及可编程控制器互相之间的数据通讯。此外，S7-300系列PLC还具有模块点数密度高，构造紧凑，性价比高，性能优越，装卸以便等长处。综合前面的分析，本系统包括如下不一样性质的I/0点:30个开关量输入，7个开关量输出，13个模拟量输入，3个模拟量输出。根据I/0点数确实定及应用场所的区别，尚有配置的裕量规定，本系统配置了如下模块(单台锅炉)：(1)2个模拟量输入模块SM331(AI8*12Bit)：可提供具有12位辨别率的总数为16路的模数转换通道：(2)1个模拟量输入模块SM331(AI8*RTD)：可提供总数为8路的热电阻输入通道；(3)1个模拟量输出模块SM332(AO4*12Bit)：可提供具有12位辨别率的总数为4路的数模转换通道；(4)2个数字量输入模块SM321(DI32*24VDC)：可提供总数为64路的开关量输入通道；(5)2个数字量输出模块SM322(DO16*RelAC120V/230V)：可提供总数为32路的开关量输出通道；中央处理单元CPU314；总共8个I/0模块，加上CPU模块恰好合用一块机架(rack0)，详细器件排列如图2-2：图3-3系统PLC配置图图3-4电气控制系统框图对上述各模块详细简介如下：(1)模拟量输入模块SM331(AI8*12Bit)该模块的输入测量值范围很宽，可直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，用于不带附加放大器的模拟执行元件和传感器，具有12到14位的转换精度，在本系统中用于各流量、压力和炉膛温度的检测，将各变送器传过来的两线制或四线制电流信号转变为S7-300内部处理用的数字信号(正常数值为-27647～+27648)，由于此模拟量输入模块占据的是0导轨上的4槽和5槽，因此根据SIMATICS7-300它的I/O地址分派，4槽占用地址（0.0～0.7），5槽占用地址（4.0～4.7）。该模块的关键部件是A/D转换器，采用积分法转换，可选的积分时间有：2.5ms,16.6ms,20ms和l00ms，对应克制工频400Hz,60Hz,50Hz和lOHz，按照我国既有的50Hz供电频率，此处可选20ms或50Hz。在该模块中，8个模拟量输入通道共用一种积分式A/D转换器，每两个输入通道构成一种输入通道组，可以按通道组任意选择测量类型和测量范围，每个通道组都可选择诊断及诊断中断。模块上需接24VDC的负载电压L+，有反接保护功能，有故障指示(红灯)。模块与S7-300CPU及负载电压之间是光电隔离的。此外，根据使用阐明将有关的输入通道与模块上的M端或COMP端短接或断开，可以使模拟量输入模块获得最佳的抗干扰性能。(2)模拟量输入模块SM331(AI8*RTD)该模块直接接入RTD温度传感器，如:Pt100,Pt200,Pt500,Ptl000,Ni100,Ni120,Ni1000,Cu10等，具有16位的转换精度，在本系统中用于水箱和省煤器温度的检测。此模拟量输入块占据的是6槽，因此I/O地址为（8.0～8.7）。该模块使用4个A/D转换器，每两个输入通道构成一种输入通道组，每个通道组共用1个A/D转换器，可以按通道组任意选择测量类型和温度系数，每个通道组都可选择断线诊断及诊断中断。模块上需接24VDC的负载电压L+，有反接保护功能，有故障指示(红灯)。模块与S7-300CPU之间是光电隔离的，整个模块可选择超范围硬件诊断、扫描周期末硬件诊断及诊断中断。(3)模拟量输出模块SM332(AO4*12Bit)该模块可直接输入电压或电流信号，具有12位的转换精度，在本系统中用于输出鼓风、引风、炉排和给水的调整信号，将S7-300内部处理用的数字信号(正常数值为一27647～+27648)转换为执行器需要的电压或电流信号。此模块占据的是第7槽，因此I/O地址为（12.0～12.3）。该模块的关键部件是D/A转换器，4个模拟量输出通道共用一种D/A转换器，每个输出通道均可按需要选择输出类型和输出范围，以及与否诊断。此外，每个输出通道都可设置一替代值，在CPU处在STOP状态时，以此值作为输出值。模块上需接24VDC的负载电压L+，有反接保护功能，有故障指示(红灯)。模块与S7-300CPU及负载电压之间是光电隔离的。(4)数字量输入模块SM321(DI32*24VDC)该模块接受现场的开关触点的状态(直流24V供电)，并通过光电隔离和滤波，将其转化为S7-300内部信号电平。该模块具有32位独立的输入点，每个输人点有一种绿色发光二极管(LED)显示其输入状态，高电平(13～30VDC)时LED亮。信号从高到低或从低到高的输入延时为1.2～4.8ms。数据采集部分与背板总线通过光电祸合器隔离。此模块占据的是第8和第9两个槽位，因此它的I/O地址分别为8槽（16.0～19.2），9槽（20.0～23.2）。(5)数字量输出模块SM322(DO16*RelAC120V/230V)该模块的输出以继电器的触点形式输出，输出为高电平时，对应输出通道中的继电器触点闭合，接通外部电路，同步对应的绿色发光二极管(LED)亮。这里使用的继电器的触点开关寿命可达5200万次(根据负载类型和大小有所不一样)，如对于24VDC/0.5A的感性负载，开关寿命可达50万次。该模块总共有16个带隔离的输出点，8点为一组，可用于AC/DC电磁阀、接触器、电机启动器、电机和指示灯。输出通道与背板总线及通道之间均有光电隔离。此模块占据的是第10，和第11号槽位，因此他们的I/O地址分别为，10槽（24.0～25.5），11槽（28.0～29.5）。(6)中央处理单元CPU314CPU314可以进行高速处理以及中等规模的I/0配置，用于安装中等规模的程序以及中等指令执行速度的程序。其位操作指令时间不不小于100ns，具有48KB/16K指令的工作存储器(应用)，1KB/1KB的I/O地址区，2KB的位存储器，1024个数据块(DB)、功能(FC)、功能块(FB),256个S7定期器，256个S7计数器，1K的I/O地址空间，容许256个模拟量通道，最多可配置4个机架(即32个模板)。CPU314集成的MPI接口可以与S7-300/400建立4个静态和8个动态连接，或与编程器、PC,OP建立4个静态连接。对于静态连接，一种被编程器占用，一种被OP占用。通过MPI口，使用“全局数据通讯”可以建立连接16个CPU的简朴网络。运用S7的组态工具STEP7可设置MPI站地址、定义最大扫描周期和负荷，以及自测试功能，还可定义可保持存储位、计数器、定期器和数据块的数量，定义启动日期、启动时间和周期作出反应。3.SITOP电源(10A)及其容量计算Siemens的SITOP电源可由AC120/230V供电，输出2A,5A,l0A和20A直流电源，满足B级噪音克制规定。电源模块的选择准则是其输出功率必须不小于CPU模块与所有I/O模块之和，并且要有30%左右的余量，故在设计系统时须考虑每块模块的电流消耗和功率损耗。表3—1列出了在24V直流负载电源下，所选用的多种S7-300模块的电流损耗以及从24V负载电源吸取的电流。表3—1各模块电流、容量表模块通过背板总线吸取的电流（最大值）从24负载电源吸取的电流（最大值、空载）功率损耗（正常运行）CPU3142A60mA2.5WSM331(AI8*12Bit)50mA30mA1.3WSM331(AI8*RTD)100mA240mA4.6WSM332(AO4*12Bit)60mA240mA3WSM321(DI32*24VDC)15mA1mA6.5WSM322(DO16*Re1AC120/230)40mA160mA3.2W机架上由CPU314向其他模块供应直流24V电源，按表3—1可以计算出这些模块从S7-300背板总线吸取的电流为：(mA)没有超过CPU314所能转供的电流2A。各模块从24V电源吸取的总电流为：(mA)考虑到现场部分传感器的供电最大可达6A，故选用SITOP(l0A)。4.变频器变频器选用富士(FUJI)的FRENIC5000G11S/Pl1S变频器，该类变频器具有动态转矩矢量控制，能配合负载实现最短时间内平稳地加减速，在0.5Hz时能输出200%的高启动转矩(22KW,30KW以上时为180%)，低转速(1Hz)运行时转速脉动很小。此外，其优良的环境兼容性、针对风机水泵的独特的节能设计、较强的保护功能、丰富的维护功能、低噪音、以便合用的电气接口、较高的性价比，都使其成为首选。本系统中，炉排变频器采用FRN1.5G11S-4型，鼓风机(一次风机)变频器采用FRN22P11S-4型，引风机变频器采用FRN55P11S-4型。图3-5变频器的构造框图变频器具有如下的特点合用与控制系统：(1)具有磁通矢量控制、转差赔偿、负载转距自适应等一系列先进功能。(2)可以最大程度地提高电机功率因数和电机效率。(3)能减少电机运行损耗，尤其适合负载频繁变化的场所。(4)FRN22P11S-4变频器将所有功能分为9个功能组，功能组内分许多主功能，主功能又分为许多子功能。(5)在多种模式下工作，对不一样的工作模式，程序设定的项目不尽一致。(6)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了原则化。(7)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。(8)保护功能完善、维修性能好。(9)通过LCD操作装置，可提高操作性能。5.所需传感器选择和工作原理图：(1)温度传感器工作原理：温度测量电路由电阻R3、R4、R5和热敏电阻RT构成全桥，由运放A1提供应桥路一种恒压；根据所测温度的起始点选择桥路各臂电阻；所侧温度值由运放A2所构成的差动放大电路输出。此电路构造简朴、敏捷度高。图3-6温度测量电路（2）压力变送器和差压变送器：压力变送器工作原理：压力变送器由压力、压差测量电路和变送器电路构成，压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。测量膜片与两侧绝缘片上的电极各构成一种电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相似，所不一样的是低压室压力是大气压或真空。A/D转换器将解调器的电流转换成数字信号，其值被微处理器用来鉴定输入压力值。微处理器控制变送器的工作。此外，它进行传感器线性化。重置测量范围。工程单位换算、阻尼、开方，传感器微调等运算，以及诊断和数字通信。D/A转换器把微处理器来的并经校正过的数字信号微调数据，这些数据可用变送器软件修改。数据贮存在EEPROM内，虽然断电也保留完整。数字通信线路为变送器提供一种与外部设备(如275型智能通信器或采用HART协议的控制系统)的连接接口。此线路检测叠加在4-20mA信号的数字信号，并通过回路传送所需信息。输出稳定的+10V鼓励电压，压力变送器满量程输出电压为30mV图3-7压力压差测量电路图3-8差压变送器电路原理图(3)涡街流量计的工作原理：涡街流量计是目前化工生产过程中普遍使用的流量测量仪表,其转换电路是智能涡街流量计电路设计的关键。合理选择外围器件进行电路设计,实现了低功耗、智能化、模块化、原则化,并具有功能组态、参数设定、故障诊断、数据修正等功能。处理了以往流量计的功耗大、性能不稳定问题。工作原理：在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式：式中—旋涡发生体两侧平均流速(m/s)—斯特劳哈尔数—旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中通过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特性宽度有关，可用下式表达：式中—旋涡的释放频率(Hz)—流过旋涡发生体的流体平均速度(m/s)—旋涡发生体特性宽度(m)—为斯特罗哈数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度，再由式可以求出流量，其中为流体流过旋涡发生体的截面积。当旋涡在发生体两侧产生时，运用压电传感器测出与流体流向垂直的交变升力变化，将升力的变化转换为电的频率信号，再将频率信号进行放大和整形，输出到二次仪表，进行累积、显示。图3-9电流变送器电路图（4）变送器的工作原理图：变送器由传感器和信号处理电路构成。其中传感器感压面有惠斯顿电桥,当增长压力时,电桥各桥臂电阻值发生变化。通过信号处理电路，转换成电压变化,最终将其转换成原则（4～20）mADc信号输出，这里以压力传感器为例，其他温度变送器原理同出与此，只是压力传感器变换为温度传感器，其原理见图：图3-10变送器电路原理图工作电压12.5V～36VDC

输出信号4mA～20mADC（模拟，二线制）

测量范围相对压力：最大0～60MPa最小0～1.6kPa

绝对压力：最大0～60MPa最小0～20kPa

负相对压力：-0.1MPa～1MPa（5）液位传感器的工作原理：VG4620是一种单片式液位报警控制集成电路，双列直插8脚封装，使用简朴该电路向位与液体中的传感器电极发送信号，并检测返回的信号，根据其信号衰减量来鉴定液面的详细位置。经典工作电压为6V；电源电流为200MA；传感器输入电压为6V;输出电流为500MA；最大耗散功率0.8W；图3-11液位检测控制电路传感器检测的信号，需要通过测量放大电路，才能输出可供PLC执行的电流，电压下面的电路图可以实现这种信号放大功能。其电路原理图如下：图3-12测量放大电路3.4系统供电本系统供电系统如图2-3所示。图3-13系统供电系统所有控制回路采用统一供电线路供电，由单独的一路电源经3000VA的在线式UPS，向锅炉控制系统供电，线路上没有任何大功率设备，控制室内的其他电器如照明系统、空调等，均没有连接到该供电系统上。考虑到雷电对供电系统的影响，以及控制系统的稳定性规定，采用在线式UPS既能保证电源平稳，又可在短时停电时继续显示锅炉的有关参数，以利于司炉工及时调整。3.5系统接地系统的接地问题一直是系统设计中重要的一部分，对的接地是控制系统可成功操作的关键。在系统运行中当接地系统发生问题时，会导致系统运行不稳定，严重的甚至导致人员的触电伤害及设备的损坏。本系统设置了两类接地:安全地和屏蔽地。安全地又称保护地，是为了防止设备外壳的静电积累、防止导致人身伤害而采用的保护措施，用以保证运行操作人员的人身安全。工厂供电一般为交流380V和220V，一般状况下，设备机壳是不带电的。当故障发生，导致电源供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件就形成了带电体，假如没有很好的接地，操作人员不小心触到这些带电体，就会产生危险，因此，必须保证金属外壳良好接地。此外，机壳接地还可以防止静电的积聚和起到屏蔽的作用。需要接安全地的设备重要是操作台外壳、各操作箱外壳、仪表盘、控制柜外壳等所有操作人员可接触及到的各个金属部分。安全地的接触电阻一般不不小于4欧姆即可。一般接地点和控制室建筑物的接地带连接在一起即可获得等电位，但由于锅炉房(尤其是烟囱)有避雷针接地点，这些点在受到雷击时也许会有瞬间地电位大幅度提高现象，因此现场将系统安全地的入地点设在了远离避雷针的入地点，同步将机柜、操作台外壳等均固定于预埋在地基中的角钢(接地极)之上(角钢与厂房接地网连接在一起)，并将安全地的接地线牢固地接在角钢上，保证了良好的接地连接。屏蔽地是指输入信号电缆的屏蔽层接地，它可以把信号传播时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号质量。本系统中PLC安装在操作台内，因此在操作台内安顿了屏蔽地汇流排，屏蔽线分别接到屏蔽地汇流排上，两个操作台的屏蔽地汇流排用绝缘的铜导线连到一点，接入到锅炉房外专门的接地极。该接地极在锅炉房接地网15米以外，且接地电阻不超过2欧姆。3.6系统运行方式 1.手动方式这种方式下，操作人员可以单独开、停任何设备。当然，多种报警及必要的保护仍有效。2.自动方式这种方式下，系统可以自动启、停，多种连锁有效，各控制过程按设定值自动调整。系统也可以挣脱工控机和PLC，由按钮、旋钮等实现手动操作，此时，锅炉的水位等信号可由仪表观测到。当然，若工控机和PLC未断电，上位机上也可观测到这些信号。3.7PLC配置及I/O点分派：图3-14PLC配置构造图变送器、变频器、各开关信号输入输出均接入PLC控制器的输入输出模块。3.7.1锅炉给水本系统有二台给水泵，其中一台正常使用，一台备用，规定可随时切换，水泵只有启停控制。据此，给水环节中可以采用调整阀调整给水流量，为保护和形成闭环持续控制，给水管路中需要加入给水流量和给水压力检测，锅筒部位加入持续液位和压力检测，对应的配置如下:表3—2给水配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1给水流量I0.0AI涡街流量计2给水压力检测I0.1AI压力变送器3给水泵运行Q24.0DO泵18.5KW4给水泵运行反馈I16.0DI辅助触点5给水泵运行故障I16.1DI热继电器6给水泵启动I16.2DI按钮7给水泵停止I16.3DI按钮8锅筒水位I0.2AI液位变送器9锅筒高水位检测及报警I16.4DI接点液位计10锅筒低水位检测及报警I16.5DI接点液位计11给水量调整I16.6DI电动调整阀12给水量调整Q24.1DO电动调整阀其对应的I/O点配置模块如下图所示：3.7.2锅筒锅筒水位有电接点液位计检测上下限，锅筒压力由指针压力表显示，没有持续的检测，故需要加入锅筒液位和压力传感器，检测其持续量，详细配置应如下:表3—3锅筒配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1锅筒水位I0.3AI液位变送器2锅筒高水位检测及报警I16.7DI接点液位计3锅筒低水位检测及报警I16.8DI接点液位计4锅筒压力检测I0.4AI差压变送器3.7.3给煤本锅炉由给煤机往煤斗中加煤，给煤机有正反转和启停控制:煤闸门由司炉工手动调整，不需控制;炉排由一般交流电机通过减速机带动，为实现经济燃烧，规定其速度持续可调，故需要在此加入变频控制，其配置应如下:表3—4给煤配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1给煤机运行Q24.2DO电机7.5KW2给煤机运行反馈I16.9DI辅助触电3给煤机运行故障I17.0DI热继电器4给煤机上煤反馈I17.1DI行程开关5给煤机启动I17.2DI按钮6给煤机停止I17.3DI按钮7炉排运行Q24.3DO电机8炉排运行反馈I17.4DI辅助触点9炉排运行故障I17.5DI热继电器10炉排运行调整Q12.0AO变频器1.1KW11炉排启动I17.6DI按钮12炉排停止I17.7DI按钮给煤I/O点配置及选用模块如下：3.7.4鼓风和引风引风机、鼓风机和二次风机均为交流电机，风门只能分档手动调整，其中引风机和鼓风机规定速度可调，故需要为引风机和鼓风机分别增长变频控制，详细配置应如下:表3—5鼓风引风配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1送风压力I0.5AI压力变送器2烟气压力I0.6AI压力变送器3一次风机启动I17.8DI按钮4一次风机停止I17.9DI按钮5一次风机运行Q24.4DO电机22KW6一次风机运行反馈I18.0DI辅助触点7一次风机运行故障I18.1DI热继电器8一次风调整Q12.1AO变频器22KW9二次风机启动I18.2DI按钮10二次风机停止I18.3DI按钮11二次风机运行Q24.5DO电机11KW12二次风机运行反馈I18.4DI辅助触点13二次风机运行故障I18.5DI热继电器14引风机启动I18.6DI按钮15引风机停止I18.7DI按钮16引风机运行Q24.6DO电机55KW17引风机运行反馈I18.8DI辅助触点18引风机运行故障I18.9DI热继电器19引风调整Q12.2AO变频器55KW鼓风引风I/O点分派及模块选择：3.7.5炉膛为实现炉膛负压自动控制和炉膛温度控制与赔偿，需要增长下列检测点：表3—6炉膛配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1炉膛温度I0.7AI热电偶2炉膛负压I4.0AI微差压变送器3.7.6出渣机：出渣机只有正反转和启停动作，故保持其配置如下：表3—7出渣和脱硫配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1出渣机运行Q24.7DO电机1.5KW2出渣机运行反馈I19.0DI辅助触点3出渣机运行故障I19.1DI热继电器4出渣机启动I20.0DI按钮5出渣机停止I20.1DI按钮3.7.7蒸汽管路和省煤器：控制和监测以及数据记录分析，需要增长如下配置：表3—8蒸汽管路和省煤器配置序号控制内容地址分派I/O类型备注1蒸汽管压力I4.1AI压力变送器2蒸汽管流量I4.2AI涡街流量变送器3省煤器进口水温I8.0AI温度传感器4省煤器出口水温I8.1AI温度传感器通过记录计算控制系统，I/O实际点数为53点，其中模拟量输入13点，模拟量输出3点，数字量输入30点，数字量输出7点。由上面所述可知，该监控对象的监控量较少，监控量的分布相对较为集中，一台锅炉用一种PLC就可实现对这些量的控制，当然，也可以考虑采用DCS或FCS控制形式。象Siemens的S7-300PLC，也有现场总线形式(如ProfibusDP)的，其CPU模块上带有DP口，通过ProfibusDP总线可连接各现场站，但这样的CPU模块和现场站的价格比通用型CPU模块(不带DP口)要高出许多。通用型的PLC一般都集成有MPI接口，也可连成网络，能以便地实现PLC与上位机以及PLC之间的数据通讯。从性价比上看，选用通用型的PLC比较合适。第四章系统软件和设置本系统控制软件的设计分为PLC的软件设计和工控机的软件设计两部分，使用的软件分别为Siemens企业的Step7和WinCC。4.1PLC软件设计PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有顾客自行开发的应用程序。系统程序为顾客程序的开发提供运行平台，同步，还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。顾客程序由顾客按详细的控制系统规定进行设计，这里所说的PLC软件设计即是指顾客自行开发的应用程序。4.1.1Step7简介STEP7编程软件用于SIMATCS7、M7、C7和基于PC的WinCC，是提供编程、监控和参数设置的原则工具。为了在上位机上使用STEP7，在计算机上需配置工业以太网通信卡CP1613将计算机连接到工业以太网，用于下载和上载PLC的顾客程序和组态数据。STEP7容许两个或多种顾客同步处理一种工程项目，不过严禁两个或多种顾客同步写访问。PLC系统硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测程、启动和维护、文献建挡、运行和诊断功能等，所有在STEP7下得到实现。在STEP7中，可通过建立一种项目来管理一种自动化系统的硬件和软件。STEP7用SIMATIC管理器对项目集中管理，它可以以便地浏览SIMATICS7、M7、C7和WinCC的数据。实现STEP7多种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。下图显示了使用STEP7设计完毕一项自动化任务的基本环节：图4-1设计的基本环节框图SIEMENSS7-300系列PLC常用的编程语言有三种:语句表编程语言(STL)、梯形逻辑编程语言(LAD)和功能块图编程语言(FBD)，当然，根据IEC1131-3原则，尚有其他编程语言可供选择，如构造文本S7-SCL或次序功能图S7-Graph.STEP7不是一种单一的应用程序，而是由一系列应用程序(工具)构成的软件包下图显示STEP7原则软件包中的重要工具:图4-2Step软件包的构成SIMATIC编辑器：在SIMATIC管理器(SIMATICManager)环境中进行项目的编程和组态，每一种操作所需要的工具均由SIMATICManager自动运行，因此顾客不需要分别启动各个不一样的工具。对于顾客来说，SIMATICManager提供了STEP7原则软件包的集成、统一的界面。硬件组态：该工具为自动化项目的硬件进行组态和参数设置。可以对PLC机架上的硬件进行配置，设置多种硬件模块的参数，例如输入输出模块参数等。符号编辑器：该工具用于创立和管理所有的全局符号。为输入输出信号(Input/Output)、位存储(BitMemory)和块(Bfock)设定符号和注释。使用这个工具生成的符号表是全局有效的，可供其他所有工具使用。因而，一种符号的任何变化都能自动被其他工具识别。编程工具：该工具集成了梯形逻辑图LAD(LadderLogic)、语句表(statementList)和功能块FBD(FunctionBlockDiagram)三种编程语言的编辑、编译和调试功能。硬件诊断：该工具可以对PLC站的各硬件模块进行在线状态诊断，先是有关的故障信息和状态信息。NetPro网络组态：该工具用于组态通讯网络连接，包括网络连接的参数设置和网络中各个通讯设备的参数设置。1.梯形逻辑(LAD)如图4-3，它是Step编程语言的图形体现方式，它的指令语法与继电器梯形逻辑图相似：当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，梯形图可以直观地显示出电信号在电源示意线之间的流动。Network2:Titile图4-3梯形逻辑图2.语句表(STL)如图4-4，它是Step7编程语言的文本体现方式。假如一种程序是用语句表编写的，CPU执行程序时会按每一条指令一步一步地执行，与我们学过的MCS-51汇编语言相似。为使编程更轻易，语句表已能运用某些高层语言构造(例如，构造数据的访问和块参数)。Network2:Title:A(0I0.00Q0.0)ANI0.1ANM5.0=Q0.0图4-4语句表3.功能块图(FBD)如图4-5，它是Step7编程语言的图形体现方式。它使用与布尔代数相类似的逻辑框来体现逻辑。复合功能(如数学功能)也可用逻辑框相连直接体现。语句表编程语言(STL)、梯形逻辑编程语言(LAD)和功能块图编程语言(FBD)这三种编程语言在Step7编程环境下可以互相转换，以适应不一样编程人员的编程习惯。Network2:Title:图4-5功能块图4.1.2Step7的PlD功能块在Step7中集成了PID调整功能块FB41(持续量)、FB42(开关量)和脉冲转换功能块FB43，同步还提供了用于这些PID功能块参数在线整定的功能块FBSO(持续量)和FB51(开关量)，以及调度功能块FCI，以便顾客使用其PID调整功能。这里对程序中将要用到的功能块作一简朴简介。Step7还提供了某些其他类型的PDI功能块，如原则P功功能块、温度调整P功功能块等等，这里就不再赘述。1.FB41(CONT_C)FB41(CONT_C)命名为continuouscontroller，在S7PLC中用于控制输入和输出量为持续信号的控制对象，可以通过参数设置，将其设定为P、PI或PID控制器，其控制框图如图4-6。图4-6FB41（CONT_C）控制框图其中的SP、PV代表通过线性处理后的设定值和过程值，在“误差信号处理”中通过控制死区限定，交由“PID算法”处理，其输出值通过再次线性处理和限幅，以实数形式(LMN)或模拟量模板承认的字形式(LMN_PER)输出。在处理过程中，还可以选择手动模式，以设定的手动值作为控制器输出。对于系统几种调整回路，使用西门子STEP7编程软件中集成的原则PD调整功能块FB41来实现。FB41是用于控制持续变化的模拟量PD调整功能块，它可以作为单独的PID定点控制器或在多循环控制中作为级联控制器、混合控制器和比例控制器使用。FB41的功能基于带有一种模拟信号的采样控制器的PID控制算法，假如必要的话，可以通过脉冲发送器(PULSEGEN)进行扩展，以产生脉冲宽度调制的输出信号，来控制比例执行机构的两个或三个步进控制器。FB41的调用可以在PLC的定期中断块中来进行，以保证精确的调用时间间隔。在对FB41进行调用时，需对其外部输入、输出参数进行赋值，各参数的含意如下：；COM_RST：重新启动PID。当该位TURE时，PID执行重启动功能，复位PID内部参数到默认值。一般在系统重启动时执行一种扫描周期，或在PID进入饱和状态需要退出时用这个位；MAN_ON：手动值ON。当该位为TURE时，PD功能块直接将MAN的值输出到LMN，这个位是PD的手动/自动切换位；PEPER_ON：过程变量外围值ON。过程变量即反馈量，PID调整块可直接使用过程变量P即，也可使用PIW规格化后的值；P_SEL：比例选择位。该位ON时，选择P(比例)控制有效;一般选择有效I_SEL：积分选择位。该位ON时，选择I(积分)控制有效;一般选择有效；INT_HOLDBOOL：积分保持位；I_ITL_ONBOOL：积分初值有效。I-ITUIAL(积分初值)变量和这个位对应，当此位ON时，则使用I-ITLVAL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值；D_SEL：微分选择位。该位ON时，选择D(微分)控制有效；CYCLE：采样周期；SP_INT：PID调整的给定值；PV_IN：PD的调整反馈值；PV_PER：未经规格化的反馈值，由PEPER-ON选择有效；