鍋爐畢業(yè)設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在當今各種工業(yè)企業(yè)的動力設備中，鍋爐仍然是一重要的組成部分。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對能源利用率的要求越來越高，作為將一次能源轉化為二次能源的重要設備之一的鍋爐，其控制和管理隨之要求越來越高。但在我們國家，除了一些大中型鍋爐采用了先進的控制技術外，絕大多數(shù)中小企業(yè)所用的鍋爐，如10T/h、20T/h鍋爐，大部分還在采用儀表/

2、繼電器控制，甚至還是人工操作，已無法滿足要求。據(jù)此，本文針對一臺10T/h工業(yè)鍋爐，提出了一套PLC的控制系統(tǒng)方案。</p><p>　　本文以一臺10T/h鍋爐的PLC控制系統(tǒng)為背景，理論與實踐相結合，詳細闡述了集PLC技術，變頻器技術，通信技術于一體的先進控制技術在該鍋爐控制系統(tǒng)中的應用。在該系統(tǒng)中，應用了Siemens公司的S7-300系列PLC，根據(jù)鍋爐的控制特點，分析系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)給煤自動調節(jié)，送

3、風自動調節(jié)，引風自動調節(jié)，水泵給水的自動調節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)控制要求分析系統(tǒng)所需的PLC配置，以及備控量的I/O點數(shù)及I/O口分配，查閱S7-300使用手冊在理論上分析確定PLC的組成及使用事項，并用其編程軟件Step7設計鍋爐控制的梯形圖、STL語句及PLC通信網絡，實現(xiàn)鍋爐的水位三沖量控制、燃燒過程自動控制、蒸汽壓力自動控制等功能；基于鍋爐運行安全的考慮，該系統(tǒng)中鍋爐由PLC控制， PLC、上位機組成一個MPI網，運用Siemens公司的

4、MPI全局通訊技術及WinCC的軟件設計，實現(xiàn)鍋爐的上位機的冗余控制， </p><p>　　關鍵詞:鍋爐 變頻器 PLC PID WinCC Step7 MPI 全局通訊</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowadays the boilers are still an important c

5、omponent among various power equipments in industrial enterprises. Along with the fast development of modem industry，high efficient energy utilization is pursued more and more. And the boiler are a kind of Primary equipm

6、ents for converting raw energy into secondary energy，so their control and supervision is very important for promoting energy utilization efficiency. But in our country，only some big and medium-sized boilers have adopted.

7、 Advanced contr</p><p>　　An advanced boiler control technique composed of PLC，inverter，and communication are detailly described with respect theory and application in this paper，which is based on two PLC con

8、trol systems of 10T/h boilers in certain plant. The S7-300 series PLC of siemens company is adopted in the boiler control systems. The Step7 programming software is used to design the ladder chart，the STL language and th

9、e PLC correspondence network. Automatic control for the boilers has been realized，such as three im</p><p>　　Key words: boiler，inverter，PLC，PID</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

10、<b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 工業(yè)鍋爐控制的任務和特點1</p><p>　　1.2.1 工業(yè)

11、鍋爐控制的任務1</p><p>　　1.2.2工業(yè)鍋爐給水自動控制2</p><p>　　1.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過程自動控制4</p><p>　　1.3 PLC控制的優(yōu)點7</p><p>　　1.4本文主要內容8</p><p>　　第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設計9</p><p&g

12、t;　　2.1系統(tǒng)控制要求9</p><p>　　2.2 鍋爐本體構造9</p><p>　　2.3 系統(tǒng)設計思想10</p><p>　　2.3.1電機控制模式10</p><p>　　2.4各主要回路控制策略12</p><p>　　2.4.1鍋爐生產工藝流程圖及汽水系統(tǒng)12</p>&l

13、t;p>　　2.4.2 主程序框圖如下：13</p><p>　　2.4.3 自動控制系統(tǒng)結構框圖：14</p><p>　　2.4.4 給水調節(jié)回路14</p><p>　　2.4.5汽包壓力調節(jié)回路15</p><p>　　2.4.6爐膛負壓調節(jié)回路16</p><p>　　2.4.7水位控制程序框

14、圖：18</p><p>　　2.4.8燃燒控制回路程序框圖：19</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件組成20</p><p>　　3.1總體結構20</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件組成20</p><p>　　3.3主要器件選擇20</p><p>　　3.4系統(tǒng)供電33

15、</p><p>　　3.5系統(tǒng)接地34</p><p>　　3.6 系統(tǒng)運行方式34</p><p>　　3.7 PLC配置及I/O點分配：35</p><p>　　3.7.1鍋爐給水35</p><p>　　3.7.2鍋筒36</p><p>　　3.7.3給煤37</p&

16、gt;<p>　　3.7.4鼓風和引風38</p><p>　　3.7.5 爐膛39</p><p>　　3.7.6 出渣機：40</p><p>　　3.7.7 蒸汽管路和省煤器：40</p><p>　　第四章系統(tǒng)軟件和設置42</p><p>　　4. 1 PLC軟件設計42</p

17、><p>　　4.1.1 Step7簡介42</p><p>　　4.1.2 Step7的PlD功能塊45</p><p>　　4.1.3 PLC程序總體結構50</p><p>　　4.1.4功能模塊編程52</p><p>　　4．2系統(tǒng)通訊56</p><p>　　4．3 本章小結

18、57</p><p><b>　　結束語58</b></p><p><b>　　致謝59</b></p><p><b>　　參考文獻60</b></p><p><b>　　附錄1原理圖61</b></p><p>&l

19、t;b>　　附錄2外文62</b></p><p><b>　　附錄3翻譯65</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 工業(yè)鍋爐控制現(xiàn)狀</p><p>　　目前在我們國內，鍋爐仍然是各種工業(yè)企業(yè)的動力設備中重要的組成部分。但是，

20、除了一些大中型鍋爐采用了先進的控制技術，如DCS, FCS，一般的小型鍋爐的控制仍較落后，仍在使用儀表、繼電器作為主要的控制手段(如DDZ-II或III型系列儀表)，需要過多的人為參與，不僅工作人員的工作條件差，勞動強度大，而且鍋爐的熱效率很低，資源浪費嚴重。即使現(xiàn)在的儀表不少已趨智能化，在鍋爐上也實現(xiàn)了自動或半自動控制，但是，由于其不菲的價格、缺乏管理功能等種種原因，其應用受到很大限制。</p><p>　　另

21、外，當今的大部分中小企業(yè)使用的鍋爐容量普遍在20T/h以下，鍋爐只有兩三臺，企業(yè)根據(jù)其經濟的承受能力，一般都不可能選用價格昂貴的大型控制系統(tǒng)。這也是我們小型鍋爐的控制技術水平不高的重要因素之一【2】。</p><p>　　但是，隨著能源問題的突出，企業(yè)現(xiàn)代化管理水平的提高，還有環(huán)保意識的增強，作為將一次能源轉化為二次能源的重要設備之一的鍋爐，其控制和管理的要求越來越高，現(xiàn)在的企業(yè)中的小型鍋爐的控制技術不提高將難以

22、適應生產的需要。因此，這就需要在鍋爐控制技術上進行變革，需要設計一種性價比合理的、使用和維護方便的新型工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2 工業(yè)鍋爐控制的任務和特點</p><p>　　1.2.1 工業(yè)鍋爐控制的任務</p><p>　　工業(yè)鍋爐的功能是生產具有一定壓力、溫度參數(shù)的蒸汽或熱水，滿足外部對負荷的需求。為滿足此要求，并保證鍋爐本體的安全經濟運行

23、，要求鍋爐的控制系統(tǒng)具有完善的自動檢測、自動程序控制、自動保護等功能。而鍋爐是一多變量、多回路、多耦合的復雜系統(tǒng)，擾動源比較多，要保證提供合格的蒸汽以滿足負荷的要求，其工作過程中的各主要工藝參數(shù)必須嚴格控制，為此，鍋爐的主要控制任務為【3】；</p><p>　　(1) 保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍及給水穩(wěn)定；</p><p>　　(2) 保持爐膛負壓在規(guī)定的范圍；</p>&l

24、t;p>　　(3) 穩(wěn)定蒸汽溫度、壓力和蒸發(fā)量；</p><p>　　(4) 保持燃燒的經濟性和鍋爐的安全運行。</p><p>　　完成上述的任務需要監(jiān)控五個主要的被調節(jié)量和四個調節(jié)量，具體如圖1-1：</p><p>　　圖1-1鍋爐主要參量</p><p>　　這些調節(jié)量和被調節(jié)量之間實際上互相關聯(lián)、互相制約，很難單獨確定某一量的

25、大小。在實際運行中，解決的辦法是設置幾個相對獨立的調節(jié)系統(tǒng)來簡化調節(jié)過程。在中小型工業(yè)鍋爐中，通常只要對兩個相對獨立的調節(jié)對象進行調節(jié)就能基本滿足一般用戶的要求，即給水過程控制和燃燒過程控制。</p><p>　　1.2.2工業(yè)鍋爐給水自動控制</p><p>　　1 給水控制的必要性</p><p>　　工業(yè)鍋爐給水的基本任務是在各種負荷條件下，控制給水量，使進入

26、鍋爐的給水量與送出的蒸汽在數(shù)量上保持平衡。對于鍋筒鍋爐，這種平衡的標志是鍋筒水位維持在工藝要求的范圍內。</p><p>　　對于工業(yè)鍋爐，水位的高低對鍋爐的安全運行和生產工藝要求影響很大。水位過高，蒸汽帶水量過多，降低蒸汽品質，會在蒸汽管道內發(fā)生水沖擊，甚至會發(fā)生滿水事故;水位過低，則會破壞水循環(huán)，以至燒壞某些受熱面，嚴重時會造成爆炸事故，所以維持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定是十分必要的【12】。</p>

27、<p><b>　　2 給水控制的難點</b></p><p>　　鍋爐運行時，要保持鍋筒水位在規(guī)定的范圍內，須不斷地往鍋筒內補水。由于給水的溫度比鍋筒內的水溫低，若給水量突然增加，會使汽包內水溫下降，汽水混合物的汽化程度發(fā)生變化，水位有下降的趨勢。這樣，在一段時間內由給水引起的水位增高的趨勢和由汽化程度變化引起的水位下降的趨勢基本相等，造成鍋筒水位基本不變的狀態(tài)，即水位的等效純滯

28、后現(xiàn)象。所以，為減少這種影響，給水過程應該是連續(xù)的。不過，工業(yè)上蒸汽負荷是有波的，有的波動還很大，所以為保持鍋筒水位，給水量就應隨負荷及時調整。</p><p>　　但是，在蒸汽負荷波動時，特別是在負荷變化較大的情況下，鍋爐常常會出現(xiàn)“虛假水位”。其現(xiàn)象是:當負荷突然大幅增加時，水位迅速上升，然后水位又迅速下降;當負荷突然大幅下降時，水位迅速下降，然后水位又迅速上升。</p><p>　　

29、出現(xiàn)“虛假水位”的原因是:當負荷突然大幅增加時，鍋筒內的蒸發(fā)量不能很快跟上，導致氣壓下降，鍋筒內的水的溫度就會從原來壓力下的飽和溫度降到新壓力下的飽和溫度，此時，釋放出的大量熱量使鍋筒內的水蒸發(fā)，產生大量氣泡，汽水混合物容積膨脹，水位升高。待大量氣泡逸出水面時，鍋水內的氣泡數(shù)量減少，汽水混合物容積減少，水位下降。同理，在負荷迅速下降時，將經歷一個相反的過程【5】。</p><p>　　“虛假水位”對鍋筒水位控制很

30、不利。當蒸汽負荷突然增大時，本應增加給水量，但由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，鍋筒水位迅速上升，給水量信號反而減小，擴大了給水量和蒸汽量之間的不平衡，必然導致水位控制的動態(tài)特性變差:同理，當蒸汽負荷突然減小時，仍會由于“虛假水位”現(xiàn)象的作用，使水位控制的動態(tài)特性變差。可見，水位控制不能簡單地根據(jù)鍋筒水位瞬時的高低來調節(jié)給水量的大小，必須考慮“虛假水位”的影響。</p><p>　　3 三沖量給水自動調節(jié)</p&

31、gt;<p>　　鍋爐水位控制方案一般有單沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)、雙沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)和三沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)三種，目前應用較廣且比較成熟的是三沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)示意如圖1-2。</p><p>　　在三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)中，調節(jié)器接受鍋筒水位、給水流量和蒸汽流量三個信號，其中鍋筒水位是主變量，給水流量是反饋信號，蒸汽流量是前饋信號。當給水流量因給水壓力變化、給水調節(jié)閥開度改變等原因而發(fā)

32、生擾動時，由于給水流量信號的反饋作用，可以迅速消除擾動，穩(wěn)定給水流量。蒸汽流量不經PID調節(jié)而以前饋方式加入，能克服因“虛假水位”而引起的調節(jié)器誤動作，有效地改善水位控制，使得水位控制精度提高，動態(tài)響應性能變好【4】。</p><p>　　三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)的控制方案適用于燃煤鏈條式、燃油、燃氣以及負荷變動大的鍋爐。</p><p>　　圖1-2 三沖量給水調節(jié)示意圖</p>

33、<p>　　圖1-3 三沖量串級控制圖</p><p>　　1.2.3工業(yè)鍋爐燃燒過程自動控制</p><p><b>　　1 控制任務</b></p><p>　　鍋爐的基本組成是“鍋”和“爐”兩大部分。燃料在“爐”中燃燒放熱，高溫煙氣攜帶的熱量為“鍋”的受熱面吸收，以產生一定壓力和溫度的蒸汽。作為鍋爐的燃燒設備—“爐”，其任

34、務是針對不同燃料的燃燒特性，為其完全燃燒創(chuàng)造良好的條件，以求燃料將其熱量最大限度地釋放出來。</p><p>　　鍋爐的燃燒控制直接關系著是否對環(huán)境造成污染、是否節(jié)能及能否給企業(yè)帶來效益。所以，鍋爐的燃燒控制自動化多年來倍受重視。</p><p>　　鍋爐燃燒過程自動控制的主要任務是:</p><p>　　(1) 保持蒸汽壓力穩(wěn)定</p><p&

35、gt;　　鍋爐運行中蒸汽負荷隨時發(fā)生變化，并反映到蒸汽壓力波動，這樣就必須隨時改變燃料量以適應負荷的需要，并保持汽壓穩(wěn)定。</p><p>　　(2) 保證經濟燃燒</p><p>　　為了得到最經濟的燃燒工況，就要保持燃料量和送風量之間有合適的比例，當燃料量改變時，必須相應地調節(jié)送風量，使它與燃煤量相配合。</p><p>　　(3) 保持爐膛壓力一定</p

36、><p>　　中小型工業(yè)鍋爐目前一般采用爐膛負壓運行方式，且負壓維持在100Pa以內。爐膛負壓過小，爐灰和火苗從火孔和爐門等處外溢，會引起爐膛噴火等事故:負壓過大，會引起漏風量增大，影響鍋爐熱效率，不利于經濟燃燒，同時使引風機電耗量增大。因此，必須嚴格保證爐膛負壓穩(wěn)定在某一水平，這對燃燒工況、鍋爐房工作條件、爐子的維護和安全運行都是有利的，這也是保證鍋爐經濟燃燒和安全性的重要指標。</p><p&

37、gt;　　雖然燃燒控制系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量的調節(jié)系統(tǒng)，但通常都把它簡化成互相聯(lián)系、密切配合但又相對獨立的3個單變量系統(tǒng)來實現(xiàn)，即:以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力控制系統(tǒng)，以送風量維持鍋爐經濟燃燒的送風調節(jié)系統(tǒng)，以引風量維持爐膛負壓穩(wěn)定的爐膛負壓調節(jié)系統(tǒng)。</p><p><b>　　2 蒸汽壓力控制</b></p><p>　　蒸汽壓力是反映蒸汽供需關系平衡與否的

38、重要指標，也是表征蒸汽的重要參數(shù)。汽壓偏高，會加速金屬材料的蠕變;汽壓偏低，說明供需關系不平衡，設備消耗的蒸汽量大于現(xiàn)有的產汽量，難以維持長期穩(wěn)定的運行。因此，維持壓力穩(wěn)定是安全生產和維持運行的需要。</p><p>　　對于燃煤鏈條爐，蒸汽壓力的控制主要通過給煤量的調節(jié)來實現(xiàn)，也即調節(jié)爐排的轉速。給煤量大，供給的熱量多，鍋水吸熱多，產生的蒸汽壓力增大，相反則蒸汽壓力減小。當然，給煤量必須與鼓風量配合，一定給煤量

39、對應最佳鼓風量，鼓風量小，燃燒不完全，鼓風量大帶走過多熱量。而且，根據(jù)工藝要求，當負荷增加時，應先增加鼓風量，再增加給煤量:負荷減小時，先減少給煤量，后減少鼓風量。</p><p>　　蒸汽壓力的控制過程是個大慣性大滯后過程，當前這個過程的控制大多仍采用PID控制。這是因為PID控制具有結構簡單、實現(xiàn)容易和魯棒性強的特點，而且PID控制器不需要精確的數(shù)學模型，其控制參數(shù)的物理意義清楚，控制器容易在線調整。不過，為

40、實現(xiàn)更好的控制效果，現(xiàn)在己有不少新的算法的應用，如非線性PID控制算法、模糊算法等等。</p><p><b>　　3 經濟燃燒</b></p><p>　　鍋爐的經濟燃燒涉及很多變量，如空氣過剩系數(shù)、煙氣含氧量、風煤比，各變量之間相互影響又相對獨立，要使鍋爐實現(xiàn)經濟燃燒，必須綜合考慮各種相關因素，并進行合理控制。國內外己有不少機構對鍋爐控制進行了研究，并有相關的先進

41、控制與優(yōu)化軟件問世，但由于種種原因，在中小型控制系統(tǒng)中的應用還極少。國內的相關控制大多仍基于傳統(tǒng)的控制策略，如PID控制、比值控制、串級控制、前饋控制等，在此基礎上加進一些優(yōu)化技術，如PID控制器參數(shù)自整定、自適應控制、模糊控制等，最終的目的都是為了實現(xiàn)鍋爐燃燒的在線優(yōu)化，以實現(xiàn)經濟燃燒。</p><p>　　還有一點需要說明，在現(xiàn)在的鍋爐中為使燃料完全燃燒，大都增設了二次風，以加強煙氣和空氣的擾動、混合和延長煙

42、氣流程，減少化學未完全燃燒損失，同時使煙氣中的煤粒在爐膛內停留較長時間，使其得到充分燃燒。根據(jù)運行經驗，合理使用二次風能使鍋爐的熱效率提高3-5%左右。</p><p><b>　　4 爐膛負壓控制</b></p><p>　　影響爐膛負壓的因素主是鼓風量和引風量，一般爐膛負壓主要通過控制引風量的大小來控制。在這里，爐膛負壓作為被控對象，引風量作為控制對象，當然這是在

43、鼓風量一定的前提下說的。當鼓風量發(fā)生變化的時候，引風量也要跟著變化，通常是把鼓風量作為引風控制的前饋量，在鼓風量增加時立即增加引風量，當鼓風量減少時，經過一段時間再減少引風量。</p><p><b>　　5 連鎖控制</b></p><p>　　在鍋爐控制中，為保證鍋爐安全運行，在某一機構發(fā)生故障時，要有即時報警和相關保護，并觸發(fā)與之關聯(lián)的設備實現(xiàn)自動連鎖。鍋爐運行

44、要求的連鎖動作大體有以下幾項:</p><p><b>　　(1).鼓風電機</b></p><p>　　要求當引風電機停止、爐排電機停止、鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，鼓風電機自動停止。啟動時，只有引風機運行起來后才開鼓風機。</p><p><b>　　(2).引風電機</b></p><p&g

45、t;　　要求當鍋筒壓力或蒸汽總管壓力超出上限時，引風電機自動停止。</p><p><b>　　(3).爐排電機</b></p><p>　　要求當鼓風電機或引風電機發(fā)生故障時，爐排電機立即停止運行。在正常啟停時，當鼓風和引風開起來后再開爐排電機，停機時先停爐排電機。</p><p><b>　　(4).給水泵</b>&l

46、t;/p><p>　　要求鍋筒水位超出上上限時，給水泵自動停止。給水泵的控制還要考慮除氧水箱水位的下限，在其接近空時，也要停止給水泵。</p><p>　　1.3 PLC控制的優(yōu)點</p><p>　　可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，采用的是計算機的設計思想，最初主要用于順序控制，只能進行邏輯運算。</p&

47、gt;<p>　　隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，以及工業(yè)自動化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網通信上，都有很大的提高?，F(xiàn)在的PLC己不只是開關量控制，其功能遠遠超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(ProgrammableController)，簡稱PC，但是為了和個人計算機

48、(Personal Computer)的簡稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為PLC.</p><p>　　事實上，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入、輸出及通訊等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制領域的裝置。它以其高可靠性、高穩(wěn)定性、編程簡單和易于使用，在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應用，使得整個控制系統(tǒng)在功能的可靠性、配置的靈活性等方面較之過去產生了質的飛躍。</p><p>　　當

49、然，與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無法向操作者顯示動態(tài)的設備狀態(tài)參數(shù)，無法進行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉化，尤其是當系統(tǒng)工藝改變時，無法方便、快速地改變相關參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今的稍微復雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計算機配合使用，實現(xiàn)完整的控制功能。</p><p>　　工業(yè)控制計算機，簡稱工控機，是針對工業(yè)用途而設計的計算機，與普通的商業(yè)PC機相比，具有更高的可靠性、穩(wěn)定性，同時結構上也更

50、便于擴展;另一方面，它與商業(yè)PC機一樣，有著十分豐富的商品軟件支持，可以開發(fā)出適合用戶的直觀、方便的圖形操作界面。</p><p>　　目前，工業(yè)控制中所采用的工業(yè)PC+PLC控制系統(tǒng)中，PLC主要負責數(shù)據(jù)采集、控制運算和控制輸出，可以接受開關接點等數(shù)字信號，還可以直接接收標準的過程量，如4-20mA電流、1-5V電壓、熱電偶、熱電阻等模擬信號?；贖MI技術的工業(yè)PC機構成了OS操作員站或ES工程師站，主要的功

51、能是數(shù)據(jù)歸檔、趨勢記錄、報警提醒以及參數(shù)設定，提供了運行人員和控制系統(tǒng)的一種交互方式。</p><p>　　隨著網絡通信功能的不斷增強，PLC與PLC及計算機的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在其中掛接在線通用計算機，實現(xiàn)在線組態(tài)、編程和下裝，進行在線監(jiān)控整個生產過程，這樣就已經具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC價格和可靠性優(yōu)勢，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相競爭。</p><p>　　隨

52、著PLC成本的下降和性能的提高，普通PLC己能滿足小型鍋爐的控制要求，且性價比較高。</p><p><b>　　1.4本文主要內容</b></p><p>　　本文以一臺l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)為研究對象，主要做了以下幾個方面的工作：</p><p>　　(1) 在深入了解鏈條燃煤鍋爐的工藝過程，以及國內蒸汽鍋爐控制現(xiàn)狀，尤其對一臺l

53、0T/h鍋爐控制系統(tǒng)研究，討論了PLC+工業(yè)PC在鍋爐控制中的應用的可行性；</p><p>　　(2) 論述了一臺l0T/h蒸汽鍋爐PLC控制系統(tǒng)的總體結構設計；</p><p>　　(3) 介紹了子系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)；</p><p>　　(4) 討論了燃燒過程中優(yōu)化控制策略；</p><p>　　(5) 詳細介紹了控制系統(tǒng)硬件、軟件設計方

54、案。</p><p>　　第二章鍋爐控制系統(tǒng)的總體設計</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)控制要求</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)控制一臺l0T/h DHL10-1.25-AIII型鍋爐，結合鍋爐自帶的部分手動控制，實現(xiàn)如下功能：</p><p>　　1.鍋爐給煤系統(tǒng)：給煤自動調節(jié)；</p>&

55、lt;p>　　2.鍋爐送風系統(tǒng)：送風自動調節(jié)；</p><p>　　3.鍋爐引風系統(tǒng)：引風自動調節(jié)；</p><p>　　4.鍋爐燃燒控制系統(tǒng)：給煤、送風和引風系統(tǒng)一起實現(xiàn)鍋爐最佳經濟燃燒；</p><p>　　5.水箱水位實時監(jiān)控：水位監(jiān)視與報警；</p><p>　　6.循環(huán)水泵、補水泵運行狀態(tài)實時監(jiān)控：循環(huán)水泵、補水泵狀態(tài)監(jiān)視與報

56、警；</p><p>　　7.鍋爐各種連鎖保護：保證鍋的安全運行。</p><p>　　2.2 鍋爐本體構造</p><p>　　DHL10-1.25-AIII型角管式鍋爐為單鍋筒橫向布置組裝鍋爐，鍋爐的燃燒方式采用輕型鏈條爐排，鍋爐爐膛及水冷系統(tǒng)為膜式壁結構，整臺鍋爐呈單層布置，配備鼓風機、引風機、水泵、出渣機、除塵器及部分電氣控制裝置。</p>&

57、lt;p>　　煙氣燃料系統(tǒng)：燃料從煤斗通過煤閘門，經刮平后隨爐排緩慢進入爐膛，著火燃燒后產生的煙氣通過煙氣出口窗，進入對流管束，在其中上下向流動，然后通過鍋爐的煙道，依次進入省煤器、除塵器等設備后，由引風機將煙氣從煙囪排向大氣。</p><p>　　灰渣系統(tǒng)：燃料經燃燒后生成的灰渣在爐排尾部落入渣坑，經出渣機排出，爐排的漏煤和漏灰由鏈條爐排前部的落灰斗內掏出。</p><p>　　送

58、風系統(tǒng)：空氣由鼓風機送入風道，通過鏈條爐排兩側的風道，進入爐排下的風室，通過爐排進入爐膛。</p><p>　　二次風裝置：多孔分層錯列射流式二次風裝置保證燃料在爐膛內充分燃燒。</p><p>　　由上面的描述可知，此鍋爐的燃料供給可通過爐排轉速來調節(jié)，由于這里沒有過熱器，產出的是該廠需要的是飽和蒸汽，所以有關的計量和顯示應按照飽和蒸汽的特性來設置。</p><p&g

59、t;　　2.3 系統(tǒng)設計思想</p><p>　　在以上分析的基礎上，我們對系統(tǒng)作如下各控制部分設計。</p><p>　　2.3.1電機控制模式</p><p>　　控制系統(tǒng)中根據(jù)驅動方式的不同具有2類電機，一類帶有變頻器驅動，如引風機、鼓風機、給水泵、爐排機;另一類通過直接控制接觸器的通斷來驅動，如除渣機、進水泵。</p><p>　　對

60、于帶變頻器的電機，系統(tǒng)設置了“現(xiàn)場控制”和“計算機控制”2種操作方式?！艾F(xiàn)場控制”是指在中控室的操作臺通過啟停按鈕及手操器對電機進行操作的一種方式，“計算機控制”是指在中控室操作員站計算機上通過鍵盤、鼠標、顯示器等設備對電機進行操作的一種方式。電機的啟停順序存在約束關系，如啟爐的順序為：引風機——鼓風機——爐排機，停爐的順序則相反:爐排機——鼓風機——引風機。變頻器實現(xiàn)電機的軟啟動和調速功能，在電機達到轉速要求后，PLC會發(fā)出信號主動關

61、閉變頻器的動作，保護變頻器的使用壽命，電機切換到公頻狀態(tài)下運轉，對于帶變頻器的電機控制如下圖所示：</p><p>　　圖2-1變頻器控制電機原理圖</p><p>　　對于不帶變頻器的電機，分為2種情況進行控制。對于除渣機，由于工作任務簡單，只設置現(xiàn)場操作箱，在現(xiàn)場對其直接進行啟停操作。對于軟水箱進水泵，在現(xiàn)場設置1個操作箱，通過操作箱上的“現(xiàn)場控制”及“計算機控制”轉換開關對其操作方式

62、進行轉換。對于電機的控制如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 控制電機的電氣原理圖</p><p>　　對于給水泵和軟水箱進水泵，由于其每兩臺水泵對應一套設備，如1臺給水泵供給一臺鍋爐，2臺軟水箱進水泵供給一套軟水箱。鑒于此情況，將給水泵和軟水箱進水泵的控制方式設計為兩臺水泵互為備用的方式，當其中一臺水泵出現(xiàn)故障問題時，另外一臺備用水泵可以自動切換到工作狀態(tài)，使鍋爐爐筒或軟水箱的供水

63、不會出現(xiàn)中斷，保障了鍋爐運行的安全。在切換過程中，PLC控制程序將會做PID調節(jié)參數(shù)的自動調整傳輸，使水泵的工作狀態(tài)轉移不會出現(xiàn)擾動。此外，在PLC控制程序中還設計有水泵的運行累積時間判斷程序，使水泵啟動時優(yōu)先啟動運行累積時間較短的那臺，這樣可使兩臺水泵均保持良好的運行、備用狀態(tài)。</p><p>　　2.4各主要回路控制策略</p><p>　　2.4.1鍋爐生產工藝流程圖及汽水系統(tǒng)&l

64、t;/p><p><b>　　工藝流程圖如下：</b></p><p>　　圖2-1鍋爐工藝流程圖</p><p>　　工藝流程可分為給煤、水汽、風3大部分。分別說明如下：</p><p>　　1給煤：燃煤由皮帶輸送到鍋爐煤倉，落下平鋪到爐排。爐排電機經變速后帶動爐排轉動，爐排將煤送入爐膛參與燃燒。燃燒后的灰渣在爐膛后部落入

65、碾渣機，最后由刮板除渣機除走。調節(jié)爐排電機轉速即可調節(jié)燃料供給量以控制燃燒；</p><p>　　2水汽：原水經軟水加壓泵加壓，進機械過濾器過濾、鈉離子交換器交換，成為軟水，進入軟水箱暫時儲存。再由除氧器泵加壓打入除氧器除氧，后經鍋爐給水泵加壓，經省煤器進入鍋爐，鍋爐產生的蒸汽由內部集汽管收集，輸送到分汽缸送出;調節(jié)軟水泵轉速可調節(jié)進入軟水箱的水量。調節(jié)除氧器加壓泵轉速可調節(jié)進入除氧器水量。調節(jié)鍋爐給水泵轉速可調

66、節(jié)進入鍋筒水量。進而可調節(jié)軟水箱、除氧器、鍋筒三者的水位；</p><p>　　3 風經送風機送到空氣預熱器被高溫煙氣加熱，送入爐排下方，經分風板分配進入爐膛參與助燃，燃燒后的高溫煙氣經省煤器、空氣預熱器、水膜除塵器，最后由引風機抽走，經煙囪排出。調節(jié)送風機轉速可調節(jié)參與燃燒的風量，調節(jié)引風機轉速可調節(jié)爐膛的負壓。</p><p>　　2.4.2 主程序框圖如下：</p>&

67、lt;p>　　2.4.3 自動控制系統(tǒng)結構框圖：</p><p>　　2.4.4 給水調節(jié)回路</p><p>　　由于汽包水位在蒸汽負荷發(fā)生變化時，會產生與調節(jié)作用相反的“虛假水位”，即蒸汽負荷增大時，汽包內蒸汽壓力減小，致使汽包內的水沸騰，在外部看來水位非但沒有下降反而增長;同樣在蒸汽負荷減小時，汽包水位會出現(xiàn)減少的假象。所以，鍋爐給水調節(jié)是鍋爐控制中的一個難點，采用普通的PID

68、調節(jié)算法是很難取得較好的控制效果的，甚至會帶來嚴重的安全問題。</p><p>　　為克服“虛假水位”現(xiàn)象對給水控制系統(tǒng)造成的不利影響，在蒸汽參數(shù)穩(wěn)定、給水流量允許的情況下給水控制系統(tǒng)可自動或手動切換到三沖量調節(jié)系統(tǒng)。負荷大于30%時一般采用三沖量串級調節(jié)系統(tǒng)來調節(jié)給水泵變頻器，以使汽包水位滿足鍋爐運行要求。在給水控制三沖量調節(jié)系統(tǒng)中汽包水位信號作為主調的輸入，蒸汽流量信號與給水流量信號一起作為副調的反饋輸入。&

69、lt;/p><p>　　為保證給水自動調節(jié)系統(tǒng)的有效工作，采用變速積分PID控制算法進行調節(jié)，在水位偏差較大時，積分時間減小，在水位偏差較小時，積分時間加大，以使系統(tǒng)很快達到設定水位值。此外，在異常情況下系統(tǒng)也可切至手動操作，在給水流量或蒸汽流量檢測出現(xiàn)問題時，也可切換為雙沖量控制。</p><p>　　給水控制系統(tǒng)控制策略如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 給

70、水控制系統(tǒng)</p><p>　　2.4.5汽包壓力調節(jié)回路</p><p>　　維持汽包壓力恒定是重要的控制要求。當負荷的蒸汽用量發(fā)生變化時，汽包壓力就會產生波動。此時為了維持汽包壓力恒定，必須改變進入鍋爐的燃料量和助燃空氣量。要從能量平衡的角度來構造汽包壓力調節(jié)回路，即由燃料加入量維持汽包壓力恒定。</p><p>　　在汽包壓力控制系統(tǒng)中，通過調節(jié)入爐燃料量來控

71、制汽包壓力，以滿足鍋爐的運行要求，所有入爐燃料量是影響的重要因素之一。汽包壓力控制系統(tǒng)得到的燃料量指令和風量指令，分別送往燃料量控制系統(tǒng)和送風控制系統(tǒng)。</p><p>　　汽包壓力調節(jié)回路控制策略如圖所示：</p><p>　　圖2-3主汽壓力控制系統(tǒng)</p><p>　　2.4.6爐膛負壓調節(jié)回路</p><p>　　鍋爐爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)

72、由爐膛負壓測量值及引風機變頻器控制信號來構造控制方案。爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)中，爐膛負壓測量值經過慣性延滯處理后與給定值一起送入控制系統(tǒng)進行計算，計算結果動作引風機變頻器，從而調節(jié)爐膛負壓滿足鍋爐運行要求。由于引風量發(fā)生變化時，需經過一段時間爐膛負壓才發(fā)生變化，故在上述控制方案中直接把引風機速度實測反饋信號作為前饋信號送入調節(jié)輸出中，以提高引風風量變化時調節(jié)系統(tǒng)響應的快速性。</p><p>　　爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)控制策

73、略如下圖所示：</p><p>　　圖2-4 爐膛負壓控制回路</p><p>　　2.4.7水位控制程序框圖：</p><p>　　2.4.8燃燒控制回路程序框圖：</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件組成</p><p><b>　　3.1總體結構</b></p><p&g

74、t;　　本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)加工控機的上、下位機控制結構。其中，PLC負責硬件開關量I/0的控制和模擬信號的采集與調節(jié)，并通過MPI進行全局數(shù)據(jù)通訊。工控機用來進行參數(shù)修改與設定、手動/自動控制、在線監(jiān)視、數(shù)據(jù)存貯與查詢等工作。工控機通過MPI與PLC相連，進行相互通信。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)硬件組成框圖</p&

75、gt;<p><b>　　3.3主要器件選擇</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)主要器件包括工控機、PLC、變頻器等。它們的選擇在保證功能的同時盡可能要求高可靠性和使用方便。</p><p><b>　　1．工控機</b></p><p>　　上位機選用工控行業(yè)應用廣泛的研華工控機，具體配置是：IPC 6

76、10機型，2.4G/P4CPU DDR256M內存，80G硬盤。該機型內部底板上有8個ISA總線插槽，4個PCI總線插槽和2個CPU主板插槽，可以方便地進行系統(tǒng)擴展。另外，選配戴爾19寸彩顯，外接打印機。工控機通過Siemens的CP5611卡與PLC通訊。CP5611是一款PCI卡，可用于將編程器或計算機連接到PROFIBUS或MPI接口，其數(shù)據(jù)傳輸率為9.2Kbit/s-12Mbit/s。</p><p>&

77、lt;b>　　2.PLC選型</b></p><p>　　下位機PLC選用Siemens的S7-300通用型PLC。</p><p>　　SIMATIC S7-300通用型可編程控制器能適合自動化工程中的各種應用場合，是一種模塊化中小型PLC系統(tǒng)，多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/0擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且

78、愈加復雜時，可隨時使用附加模塊對PLC進行擴展。在國內，S7-300以其模塊化、無排風扇結構、易于實現(xiàn)分布、易于用戶掌握等特點，成為各種控制任務的方便又經濟的解決方案，能滿足從小規(guī)模到中等性能的控制要求。</p><p>　　PLC工作構成框圖：</p><p>　　圖3-2 PLC構成框圖</p><p>　　S7-300通用型PLC由以下幾部分組成：</p

79、><p>　　(1) 中央處理單元(CPU)各種CPU有各種不同的性能，例：有的CPU上集成有輸入/輸出點，有的CPU上集成有PROF工BUS-DP通訊接口等。</p><p>　　(2) 信號模塊(SM)</p><p>　　用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。</p><p>　　(3) 通訊處理器(CP)</p><p>

80、　　用于連接網絡和點對點連接。</p><p>　　(4)功能模塊(FM)</p><p>　　用于高速計數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)控制)和閉環(huán)控制。S7-300通用型PLC具有如下諸多功能:</p><p>　　(5) 豐富的指令集和功能庫</p><p>　　包含350多條指令，包括二進制邏輯、括號指令、結果賦值、存儲、計數(shù)、裝載、傳輸、比

81、較、移位、循環(huán)、產生補碼、塊調用、跳轉等，還有定點運算和浮點運算功能，用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復雜的算術運算。特別是集成了很多標準控制功能塊，如PID，可以實現(xiàn)復雜的過程控制。</p><p>　　(6) 高速的指令處理</p><p>　　0. 6-0. 1 p的指令處理時間完全滿足中等到較低的性能要求。</p><p>　　(7) 方便用戶的參數(shù)賦值</

82、p><p>　　只用一個帶標準用戶接口的軟件工具就可給所有模塊進行參數(shù)賦值，節(jié)省了入門和培訓的費用。</p><p>　　(8) 人機界面(HMI)</p><p>　　方便的人機界面服務己經集成在S7-300操作系統(tǒng)內，因此人機對話的編程要求大大減少。</p><p><b>　　(9) 診斷功能</b></p>

83、;<p>　　CPU的智能化的診斷系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時、模塊更換等等)。</p><p><b>　　(10) 口令保護</b></p><p>　　多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改。</p><p>　　(11) 操作方式選擇開關</

84、p><p>　　操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，可防止非法刪除或改寫用戶程序。</p><p>　　(12) 功能強大的通訊技術</p><p>　　SIMATIC S7-300 CPU支持執(zhí)行機構和傳感器與CPU之間的過程和現(xiàn)場通訊，以及可編程控制器相互之間的數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　此外，S7-30

85、0系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高，結構緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。</p><p>　　綜合前面的分析，本系統(tǒng)包括如下不同性質的I/0點:30個開關量輸入，7個開關量輸出，13個模擬量輸入，3個模擬量輸出。根據(jù)I/0點數(shù)的確定及應用場合的區(qū)別，還有配置的裕量要求，本系統(tǒng)配置了如下模塊(單臺鍋爐)：</p><p>　　(1) 2個模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*12Bi

86、t)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為16路的模數(shù)轉換通道：</p><p>　　(2) 1個模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*RTD)：可提供總數(shù)為8路的熱電阻輸入通道；</p><p>　　(3) 1個模擬量輸出模塊SM332 (AO 4*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為4路的數(shù)模轉換通道；</p><p>　　(4) 2個數(shù)字量輸入模塊SM321

87、 (DI 32*24VDC)：可提供總數(shù)為64路的開關量輸入通道；</p><p>　　(5) 2個數(shù)字量輸出模塊SM322 (DO 16*Rel AC120V/230V)：可提供總數(shù)為32路的開關量輸出通道；</p><p>　　中央處理單元CPU314；總共8個I/0模塊，加上CPU模塊正好適用一塊機架(rack0)，具體器件排列如圖2-2：</p><p>　

88、　圖3-3系統(tǒng)PLC配置圖</p><p>　　圖3-4 電氣控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　對上述各模塊具體介紹如下：</p><p>　　(1) 模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*12Bit)</p><p>　　該模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號，用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，具有12

89、到14位的轉換精度，在本系統(tǒng)中用于各流量、壓力和爐膛溫度的檢測，將各變送器傳過來的兩線制或四線制電流信號轉變?yōu)镾7-300內部處理用的數(shù)字信號(正常數(shù)值為-27647～+27648)，由于此模擬量輸入模塊占據(jù)的是0導軌上的4槽和5槽，所以根據(jù)SIMATIC S7-300它的I/O地址分配，4槽占用地址（0.0～0.7），5槽占用地址（4.0～4.7）。</p><p>　　該模塊的核心部件是A/D轉換器，采用積分

90、法轉換，可選的積分時間有：2.5ms, 16.6ms, 20ms和l00ms，對應抑制工頻400Hz, 60Hz, 50Hz和lOHz，按照我國現(xiàn)有的50Hz供電頻率，此處可選20ms或50Hz。在該模塊中，8個模擬量輸入通道共用一個積分式A/D轉換器，每兩個輸入通道構成一個輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量類型和測量范圍，每個通道組都可選擇診斷及診斷中斷。</p><p>　　模塊上需接24VDC的負載電壓L

91、+，有反接保護功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU及負載電壓之間是光電隔離的。另外，根據(jù)使用說明將有關的輸入通道與模塊上的M端或COMP端短接或斷開，可以使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能。</p><p>　　(2) 模擬量輸入模塊SM331 (AI 8*RTD)</p><p>　　該模塊直接接入RTD溫度傳感器，如:Pt100, Pt200, Pt500, Ptl0

92、00, Ni100,Ni120, Ni1000, Cu10等，具有16位的轉換精度，在本系統(tǒng)中用于水箱和省煤器溫度的檢測。此模擬量輸入塊占據(jù)的是6槽，所以I/O地址為（8.0～8.7）。</p><p>　　該模塊使用4個A/D轉換器，每兩個輸入通道構成一個輸入通道組，每個通道組共用1個A/D轉換器，可以按通道組任意選擇測量類型和溫度系數(shù)，每個通道組都可選擇斷線診斷及診斷中斷。</p><p&

93、gt;　　模塊上需接24VDC的負載電壓L+，有反接保護功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU之間是光電隔離的，整個模塊可選擇超范圍硬件診斷、掃描周期末硬件診斷及診斷中斷。</p><p>　　(3) 模擬量輸出模塊SM332 (AO 4*12Bit)</p><p>　　該模塊可直接輸入電壓或電流信號，具有12位的轉換精度，在本系統(tǒng)中用于輸出鼓風、引風、爐排和給水的調節(jié)信號

94、，將S7-300內部處理用的數(shù)字信號(正常數(shù)值為一27647～+27648)轉換為執(zhí)行器需要的電壓或電流信號。此模塊占據(jù)的是第7槽，所以I/O地址為（12.0～12.3）。</p><p>　　該模塊的核心部件是D/A轉換器，4個模擬量輸出通道共用一個D/A轉換器，每個輸出通道均可按需要選擇輸出類型和輸出范圍，以及是否診斷。另外，每個輸出通道都可設置一替代值，在CPU處于STOP狀態(tài)時，以此值作為輸出值。<

95、/p><p>　　模塊上需接24VDC的負載電壓L+，有反接保護功能，有故障指示(紅燈)。模塊與S7-300 CPU及負載電壓之間是光電隔離的。</p><p>　　(4) 數(shù)字量輸入模塊SM321 (DI 32*24VDC)</p><p>　　該模塊接受現(xiàn)場的開關觸點的狀態(tài)(直流24V供電)，并經過光電隔離和濾波，將其轉化為S7-300內部信號電平。該模塊具有32位

96、獨立的輸入點，每個輸人點有一個綠色發(fā)光二極管(LED)顯示其輸入狀態(tài)，高電平(13～30VDC)時LED亮。信號從高到低或從低到高的輸入延時為1. 2～4. 8ms。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電禍合器隔離。此模塊占據(jù)的是第8和第9兩個槽位，所以它的I/O地址分別為8槽（16.0～19.2），9槽（20.0～23.2）。</p><p>　　(5) 數(shù)字量輸出模塊SM322 (DO 16*Rel AC120V/2

97、30V)</p><p>　　該模塊的輸出以繼電器的觸點形式輸出，輸出為高電平時，對應輸出通道中的繼電器觸點閉合，接通外部電路，同時對應的綠色發(fā)光二極管(LED)亮。這里使用的繼電器的觸點開關壽命可達5200萬次(根據(jù)負載類型和大小有所不同)，如對于24VDC/0. 5A的感性負載，開關壽命可達50萬次。該模塊總共有16個帶隔離的輸出點，8點為一組，可用于AC/DC電磁閥、接觸器、電機啟動器、電機和指示燈。輸出通

98、道與背板總線及通道之間均有光電隔離。此模塊占據(jù)的是第10，和第11號槽位，所以他們的I/O地址分別為，10槽（24.0～25.5），11槽（28.0～29.5）。</p><p>　　(6) 中央處理單元CPU314</p><p>　　CPU314可以進行高速處理以及中等規(guī)模的I/0配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。其位操作指令時間小于100ns，具有48KB/16

99、K指令的工作存儲器(應用)，1 KB/1 KB的I/O地址區(qū)，2KB的位存儲器，1024個數(shù)據(jù)塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB), 256個S7定時器，256個S7計數(shù)器，1K的I/O地址空間，允許256個模擬量通道，最多可配置4個機架(即32個模板)。</p><p>　　CPU314集成的MPI接口可以與S7-300/400建立4個靜態(tài)和8個動態(tài)連接，或與編程器、PC, OP建立4個靜態(tài)連接。對于靜態(tài)連

100、接，一個被編程器占用，一個被OP占用。通過MPI口，使用“全局數(shù)據(jù)通訊”可以建立連接16個CPU的簡單網絡。</p><p>　　利用S7的組態(tài)工具STEP7可設置MPI站地址、定義最大掃描周期和負荷，以及自測試功能，還可定義可保持存儲位、計數(shù)器、定時器和數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，定義啟動日期、啟動時間和周期作出反應。</p><p>　　3.SITOP電源(10A)及其容量計算</p>

101、<p>　　Siemens的SITOP電源可由AC120/230V供電，輸出2A, 5A, l 0A和20A直流電源，滿足B級噪音抑制要求。</p><p>　　電源模塊的選擇準則是其輸出功率必須大于CPU模塊與所有I/O模塊之和，并且要有30%左右的余量，故在設計系統(tǒng)時須考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗。表3—1列出了在24V直流負載電源下，所選用的各種S7-300模塊的電流損耗以及從24V負載電源

102、吸取的電流。</p><p>　　表 3—1 各模塊電流、容量表</p><p>　　機架上由CPU314向其它模塊供給直流24V電源，按表3—1可以計算出這些模塊從S7-300背板總線吸取的電流為：</p><p><b>　　(mA)</b></p><p>　　沒有超過CPU314所能轉供的電流2A。</p&

103、gt;<p>　　各模塊從24V電源吸取的總電流為： </p><p><b>　　(mA)</b></p><p>　　考慮到現(xiàn)場部分傳感器的供電最大可達6A，故選用SITOP(l0A) 。</p><p><b>　　4.變頻器</b></p><p>　　變頻器選用富士(FUJI

104、)的FRENIC 5000G11S/Pl1S變頻器，該類變頻器具有動態(tài)轉矩矢量控制，能配合負載實現(xiàn)最短時間內平穩(wěn)地加減速，在0.5Hz時能輸出200%的高啟動轉矩(22KW, 30KW以上時為180%)，低轉速(1Hz)運行時轉速脈動很小。另外，其優(yōu)良的環(huán)境兼容性、針對風機水泵的獨特的節(jié)能設計、較強的保護功能、豐富的維護功能、低噪音、方便適用的電氣接口、較高的性價比，都使其成為首選。</p><p>　　本系統(tǒng)中

105、，爐排變頻器采用FRN 1.5G11S-4型，鼓風機(一次風機)變頻器采用FRN 22P11S-4型，引風機變頻器采用FRN 55P11S-4型。</p><p>　　圖3-5 變頻器的結構框圖</p><p>　　變頻器具有以下的特點適用與控制系統(tǒng)：</p><p>　　(1)具有磁通矢量控制、轉差補償、負載轉距自適應等一系列先進功能。</p>&l

106、t;p>　　(2)可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率。</p><p>　　(3)能降低電機運行損耗，特別適合負載頻繁變化的場合。</p><p>　　(4) FRN 22P11S-4變頻器將所有功能分為9個功能組，功能組內分許多主功能，主功能又分為許多子功能。</p><p>　　(5)在多種模式下工作，對不同的工作模式，程序設定的項目不盡一致。<

107、;/p><p>　　(6)包括電流矢量控制在內的四種控制方式均實現(xiàn)了標準化。</p><p>　　(7)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。</p><p>　　(8)保護功能完善、維修性能好。</p><p>　　(9)通過LCD操作裝置，可提高操作性能。</p><p>　　5.所需傳感器選擇和工作原理圖：&

108、lt;/p><p>　　(1) 溫度傳感器工作原理：</p><p>　　溫度測量電路由電阻R3、R4、R5和熱敏電阻RT組成全橋，由運放A1提供給橋路一個恒壓；根據(jù)所測溫度的起始點選擇橋路各臂電阻；所側溫度值由運放A2所組成的差動放大電路輸出。此電路結構簡單、靈敏度高。</p><p>　　圖3-6 溫度測量電路</p><p>　?。?）壓力

109、變送器和差壓變送器：</p><p>　　壓力變送器工作原理：</p><p>　　壓力變送器由壓力、壓差測量電路和變送器電路組成，壓力變送器被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側隔離膜片上，通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器。 </p><p>　　當兩側壓力不一致時，致使測量

110、膜片產生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側電容量就不等，通過振蕩和解調環(huán)節(jié)，轉換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。 </p><p>　　A/D轉換器將解調器的電流轉換成數(shù)字信號，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，傳感器微調等運算，以及診斷和數(shù)

111、字通信。 </p><p>　　D/A轉換器把微處理器來的并經校正過的數(shù)字信號微調數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在EEPROM內，即使斷電也保存完整。 </p><p>　　數(shù)字通信線路為變送器提供一個與外部設備(如275型智能通信器或采用HART協(xié)議的控制系統(tǒng))的連接接口。此線路檢測疊加在4-20mA信號的數(shù)字信號，并通過回路傳送所需信息。輸出穩(wěn)定的+10V激勵電壓，壓力變送