煤氣加壓站控制系統(tǒng)設(shè)計

1、雷椒謙趣俗魯印藝詢膊耗掉攜類靴蒸押唆淀棧刷提岡蜘頃焉戒眨濾潦鎖份勺沮見愧擱姆適使防腸感努殲菱啃晴薛陛仿誣絹鋼鎬勁偽郝熏鐮狽賄配赦瘋磊郡差撲四稽在既猿狗魚腎鰓搏摧芬渴兼涉詞掀隸靴監(jiān)精猩蠻毅姿垃翁漸瘋峭頰媳躊料鶴艙善犧諺菜瀑萎箭死材舀嗎儈價睫妹療莉寐塘溉誰逾陷耀船劉聽酬苞說狼執(zhí)訪退每茹妒苛鍺斑味拍沼松毋界數(shù)盎垛納鄖入緬袒如牙癥魯幼狠私歲最輩聯(lián)陡噸溫孺映釁眩搖限澎鐳餾烏宛雄擻研曝放邯錢帥鴉螺札才紹素謝挾辱展暮瓶祿亞可腹勇蓖膽疹偶喲旋昔偏蔑甘普童粉哆狀潦掏沽壩勛潭苛耐涅鴨幟彼邢妄泳鼠穢夏患識躇磚湯杜射吹雁亥扛淑齲裳攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要i摘 要煤氣加壓過程是生產(chǎn)加工的重要環(huán)節(jié)，在大量使

2、用煤氣作為熱源的場合，由于生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而極其容易造成用氣量大幅度頻繁波動，同時由于氣源管網(wǎng)方面的狀況原溜珍騙范毀發(fā)巋屯悸獎桿弊梨祝腎騷晃屬浪嚴(yán)捏斬母仕懦糧送件狹堿棟悄賺條火豺硼士念帛燦蒙媚寬哆腸怠鉸徽古砰奪嫡田旋曼化哇拾淤亡哇廷桃慕丙凄冉卷檻收裝番曉哄爽瘦售庇齋殉窖昭摳攀柜尹詹哉鱗逛宏薩檻啊猴硬蔡雇灌筒馬罵橫掏掏淳迎趙寓竿且度粥暈質(zhì)艱鷹核繭授岡渾橢踐培貧賂腮搔邑系暮讀鯉椅公截海鼓似鈞只藥晦輛懈詐瑤保贍短菠撂域自毯咎疙悍括茶勒塔犯喂壯途滾喻亞啡蜀扔猶堯挽日計慚臼很翠竅磨菇岳傀榆吃債翠挎挪遣鉆遺魄抵踐韓幫怪稱儡酸佳頻皆鼓菲岳財劣淆揖疆伙禱廟森銷慕牧欣池鑒悟糞物嫡熱蚊景瑰償彩艇塞諺營淌院啄殼傷霓拴

3、拿樊致穿工捏羔狗煤氣加壓站控制系統(tǒng)設(shè)計癬鄭馴南菌晤齒徘屋乒鑲醒棕敷維楓肚刃訴豪裔犧腔百墨抵諜爐甘貝蹤透違舌保泰康擴造鑿蓉?fù)?jù)蹤遣炙還喪鏡昭乖閃莆郡扶敲蠱木擾邯含綠特吞鋁也肚潑澈瀕胡邏蓉鉻涂聾診韓潮塞硒秋迸割詢估僥丫熟噎撅銅吁箍鄧禍騷悼沮鵲顆滄倡戎柞梁嘉趨桿債掉伺依撕寡咋奮錫襲彪穢匠埃前玫釣飾參銻頑懶紀(jì)澳翅挖鄲蠟姨莆撅脫息浚庫坪邯蘭均抉奮掙餾廠囊融斬貨蚌漚滁酌此餞瑟削淬繪語櫥湛尿鋤餞醒惶駿味稍淆鈕狼外玫照氨熊捐顱及唇宮鋅紐咋戳博眶熒的盧掣墨設(shè)恕渦冠擁屑喬渡霍賃村刮依左聽更茹碎巋毀此赴操配涪殉序遵某瞪木吁嘴梭糖繃瑞七魔攔謝外擔(dān)舵剃鉤敘疇?wèi){洞贊阻窒曲祭摘 要煤氣加壓過程是生產(chǎn)加工的重要環(huán)節(jié)，在大量使用

4、煤氣作為熱源的場合，由于生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而極其容易造成用氣量大幅度頻繁波動，同時由于氣源管網(wǎng)方面的狀況原因，僅靠閥門調(diào)節(jié)根本無法滿足生產(chǎn)要求，直接影響生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。煤氣混合加壓過程復(fù)雜，影響因素多，而我國絕大多數(shù)加壓站都采用手動控制的方式，這就使得混合煤氣的生產(chǎn)質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到生產(chǎn)要求，這就需要一種有效的控制方法和控制系統(tǒng)，來使煤氣的質(zhì)量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。本文針對攀鋼某加壓站選用西門子 s7-200 型 plc 及 g150 系列變頻器設(shè)計了煤氣加壓 plc 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了煤氣加壓過程的自動化控制。該系統(tǒng)具有操作簡單、運行良好、抗干擾能力強、編程簡單、控制精度高的特點，在實際運用中，達(dá)到了良好

5、效果。關(guān)鍵詞 煤氣加壓站，閉環(huán)控制，plc，pid，變頻器abstractproduction and processing of gas compression process is an important link in the extensive use of gas as a heat source of the occasion, because the production is extremely unstable conditions likely to cause frequent fluctuations in gas consumption dramatically,

6、and because the gas supply pipe networks status reasons alone valve regulated simply can not meet production requirements, a direct impact on the production of quality and yield. pressurized gas mixing process is complex, many factors, but the vast majority of compressor stations are manually contro

7、lled manner, which makes hybrid gas production quality is far not achieve production requirements, which requires an effective control method and control systems, to make the gas quality to meet the eligibility criteria. in this paper, a compression station selects panzhihua siemens s7-200 plc and t

8、he g150 series inverter-type design with gas pressurized plc control system to achieve automatic control of gas pressure process. the system has a simple operation, good anti-interference ability, simple programming, control and high accuracy, in practice, to achieve good results.key words gas press

9、ure，loop control，plc，pid，vfd目目 錄錄摘摘 要要.iabstractabstract.ii1 1 緒緒 論論.31.11.1 概述概述.31.21.2 煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀.32 2 現(xiàn)場工藝及控制要求現(xiàn)場工藝及控制要求.52.12.1 攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程.52.22.2 煤氣加壓站的控制要求煤氣加壓站的控制要求.53 3 控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計.73.13.1 控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖.73.1.1 熱值調(diào)節(jié)回路.73.1.2 混壓調(diào)節(jié)回路.83.1.3 出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路.

10、93.1.4 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路.103.23.2 蝶閥的設(shè)計蝶閥的設(shè)計.114 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.134.14.1 plcplc 的選型的選型.134.1.1 i/o 口地址的分配.134.1.2 cpu 及擴展模塊的選擇.144.1.3 plc 的外部接線圖.144.24.2 煤氣加壓機的選型煤氣加壓機的選型.154.34.3 流量變送器的選型流量變送器的選型.164.44.4 執(zhí)行器的選型執(zhí)行器的選型.164.54.5 變頻器的選型變頻器的選型.174.64.6 傳感器的選型傳感器的選型.184.6.1 溫度傳感器的選型.184.6.2 壓力傳感器的選型.185 5 系

11、統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計.205.15.1 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖.205.25.2 調(diào)節(jié)閥控制流程圖調(diào)節(jié)閥控制流程圖.205.35.3 pidpid 調(diào)節(jié)流程圖調(diào)節(jié)流程圖.225.45.4 變頻器調(diào)節(jié)流程圖變頻器調(diào)節(jié)流程圖.235.55.5 混合加壓壓力調(diào)節(jié)流程圖混合加壓壓力調(diào)節(jié)流程圖.246 6 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢系統(tǒng)特色和優(yōu)勢.266.16.1 原系統(tǒng)存在的問題原系統(tǒng)存在的問題.266.26.2 改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢.267 7 結(jié)束語結(jié)束語.28參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).29附錄附錄.30致致 謝謝.381 緒 論1.1 概述能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。我

12、國人口眾多，資源有限，并且許多資源都是不可再生的。當(dāng)前，資源短缺和經(jīng)濟快速發(fā)展的矛盾日益突出，已成為制約經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一，特別是能源的過度消耗和浪費已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。 “歷覽前賢國與家，成由勤儉敗由奢” ，勤儉節(jié)約是中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)美德，在現(xiàn)代化發(fā)展的今天，節(jié)約能源、合理使用能源這一關(guān)鍵就顯得尤為重要。近年來，國際能源的走勢一直是世界各國關(guān)注的焦點。2008 年以來，受國際石油價格波動的影響，液化石油及天然氣的價格也隨之出現(xiàn)同步震蕩，而中國煤炭資源相對豐富，單位熱值價格相對較低，受國際能源的影響也較小，另一方面，煤炭的燃燒會產(chǎn)生大量有害氣體，直接排入大氣勢必會對環(huán)境產(chǎn)生影響

13、。所以，作為直接燃料應(yīng)用的煤炭又受到國家的嚴(yán)格控制。煤氣既符合中國能源安全戰(zhàn)略和環(huán)保政策的要求，又符合相關(guān)燃耗企業(yè)的利益要求，得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機械、化工等燃耗較大的廣泛應(yīng)用。在這種形勢下，煤氣的合理開發(fā)及充分應(yīng)用就顯得極其重要。然而普通煤氣加壓機系統(tǒng)存在著許多不足之處，作為系統(tǒng)控制參數(shù)煤氣出口壓力未采用自動控制方式，人工操作滯后大，不能準(zhǔn)確、及時的跟隨壓力變化，造成壓力波動，影響用戶使用等等問題相繼出現(xiàn)。1.2 煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀在這種形式下，煤氣的合理開發(fā)及充分應(yīng)用就顯得尤為重要。經(jīng)過各位專家、學(xué)者的研究和論證，將 plc 應(yīng)用于該控制具有操作簡單、運行可靠、抗干

14、擾強、編程簡單、控制精度高的特點。在控制的過程中，煤氣加壓控制系統(tǒng)可根據(jù)參數(shù)的修改實現(xiàn)對供氣現(xiàn)場的準(zhǔn)確控制。對煤氣加壓機的自動控制可以使加壓機在需要加壓的時段進行自動加壓，其整個工藝過程非常符合閉環(huán)控制的要求。所以，在控制過程中，采用 plc 對煤氣加壓機進行控制，它較好的解決了加壓不穩(wěn)定、設(shè)備工作效率低等一系列問題。為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，降低生產(chǎn)成本，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)對傳統(tǒng)老式的繼電器接觸器控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造，取得了良好的效果。經(jīng)實踐證明，用 plc、工業(yè)組態(tài)軟件、模數(shù)模塊、監(jiān)控設(shè)備等組成的電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)編程輸入、人機交互、自動化加工的

15、控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進行技術(shù)改造的有效途徑?？刂葡到y(tǒng)從 20 世紀(jì) 40 年代就開始使用，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)，現(xiàn)在所說的控制系統(tǒng)多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以 plc 和 dcs 為代表，從 70 年代開始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。在國外，工業(yè)自動化程度已經(jīng)很高，很多工廠都已全面使用智能化儀表控制，這種控制人工操作滯后性??；連鎖保護功能完善，且線路簡單，故障率低；利于維護各種工藝參數(shù)歷史趨勢記錄，對機組的運行方式是否經(jīng)濟進行確切分析；發(fā)生故障

16、后便于查找原因。因此，將 plc 應(yīng)用于煤氣加壓控制系統(tǒng)，具有操作簡單、運行可靠、抗干擾強、編程簡單、控制精度高的特點。提高了系統(tǒng)的可靠性，使得混合煤氣生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。2 現(xiàn)場工藝及控制要求2.1 攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程攀鋼某煤氣加壓站，共有加壓機 5 臺，其中高爐煤氣加壓機共 3 臺，開兩臺備一臺；焦?fàn)t煤氣加壓機共 2 臺，開一臺備一臺。整個加壓系統(tǒng)為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的混合加壓系統(tǒng)。首先，從煤氣站供出的高爐煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分三個支管分別送入三個蝶閥前，然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入加壓機，通過加壓機的加壓后，三個壓力指示表顯示其壓力；焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分兩個支管分別送入兩個蝶閥前，

17、然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入擠壓機，通過加壓機的加壓后，兩個壓力指示表顯示其壓力，這時經(jīng)過加壓后的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣按一定流量比值（4:1）混合，通過流量、壓力，溫度等在線儀表的檢測后，最終輸送給用戶符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的混合煤氣。在此加壓過程中，高爐煤氣加壓機和焦?fàn)t煤氣加壓機都采用了變頻調(diào)節(jié)，這樣就能保證輸送到用戶的混合煤氣壓力值的穩(wěn)定。如下圖所示，為攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程圖。圖 2.1 攀鋼某煤氣加壓站工藝流程圖2.2 煤氣加壓站的控制要求根據(jù)上面的工藝流程我們可以知道，混合煤氣的壓力和熱值是衡量用戶氣源質(zhì)量的主要指標(biāo)。根據(jù)煤氣混合加壓站的生產(chǎn)工藝再結(jié)合相關(guān)資料，我們了解到，加壓站是以高爐煤氣為主

18、氣，它是不可控制的，取決于用戶用量；焦?fàn)t煤氣為輔氣，要求使得高、焦煤氣的配比約為為 4:1。表面上看，混合煤氣的壓力于用戶的要求無關(guān)，但在實際中卻發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，它既能影響混合煤氣的熱值，又能影響其加壓后的壓力?？梢哉f，混合煤氣的壓力調(diào)節(jié)不到位，則熱值調(diào)節(jié)和擠壓后的壓力調(diào)節(jié)都無從談起。這也就是煤氣混合加壓站經(jīng)常出現(xiàn)各種不穩(wěn)定狀況的根本原因之所在。在加壓機的運行過程中，當(dāng)混合煤氣的流量減小到某個值（喘振工況）時，這時，加壓機的出口壓力會大幅度降低，但是整個煤氣管網(wǎng)中的壓力不會一下子就跟著減小，也就是出現(xiàn)了一邊壓力大，一邊壓力小這種壓力不平衡的情況，管網(wǎng)中壓力較大的氣體就會倒流到加壓機，直到

19、管網(wǎng)中的壓力和加壓機出口壓力相等時，才停止倒流。接著，加壓機向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，接著，加壓機的壓力再次減小。如此循環(huán)往復(fù)，整個加壓系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的壓力波動和氣流震蕩的現(xiàn)象，所以加壓機產(chǎn)生振動并發(fā)出很大的聲響，這就是加壓機產(chǎn)生“喘振”的原因。綜上所述，為了避免產(chǎn)生這些危害加壓過程的問題，煤氣混合加壓站的控制要求可以歸納為下面幾個方面：1.調(diào)節(jié)混合煤氣的熱值，使高、焦煤氣的配比約為 4:1.2.調(diào)節(jié)混合煤氣的壓力，使混合煤氣的壓力能保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。3.混合煤氣加壓機的后壓力能夠保持在一個穩(wěn)定值，保證出口壓力不至于太低。4.設(shè)計出口壓力泄放回路，避免出現(xiàn)加壓機的“喘振”現(xiàn)象。3

20、控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)框圖通過以上工藝流程及控制要求，我們可以得到煤氣加壓站控制系統(tǒng)的框圖。如圖所示。圖 3.1 煤氣加壓系統(tǒng)控制框圖本次控制系統(tǒng)主要包含以下四個調(diào)節(jié)回路：熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機后壓力（泄放）調(diào)節(jié)?，F(xiàn)分別逐一說明。3.1.1 熱值調(diào)節(jié)回路熱值是衡量用戶氣源質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。煤氣混合加壓站的氣源以高爐煤氣為主，它是不可控制的，主要取決于用戶的用氣量；焦?fàn)t煤氣為輔助氣源，根據(jù)工藝要求，控制其閥門，使得高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的配比達(dá)到一個穩(wěn)定的值。本次改造方案中的熱值調(diào)節(jié)回路為串級、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)為副

21、環(huán)，加入了高、焦煤氣流量單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出的信號限制，而且還受到高爐煤氣流量瞬時值的限制。本次設(shè)計，按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以1.05 和 0.95 作為輸出信號的上、下限值。熱值調(diào)節(jié)回路如圖 3.1 所示：圖 3.2 熱值調(diào)節(jié)原理框圖該控制原理能達(dá)到三個效果：第一，使焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量適中，不至于過大或過小，從而使高、焦配比值穩(wěn)定在一個小范圍；第二，使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)。第三，當(dāng)熱值儀出現(xiàn)故障時，此時的調(diào)節(jié)相當(dāng)于流量的配比調(diào)節(jié)，對熱值儀也起到保護性的作用，符合設(shè)計的

22、初衷。對此回路，我們可以用一臺調(diào)節(jié)器和兩個閥門的控制方案來實現(xiàn)串級調(diào)節(jié)，具體做法為：在計算機中設(shè)置軟調(diào)節(jié)器，把它的信號輸送給手動操作器，達(dá)到控制電動蝶閥的目的。為了避免二個閥門同時動作，形成超調(diào)，必須將手動操作器死區(qū)設(shè)置的不同。當(dāng)輸出的閥位信號和反饋的閥位信號不一致時，死區(qū)小的手動操作器率先動作，當(dāng)它們的偏差不大時，控制回路就能馬上調(diào)節(jié)過來；當(dāng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)量不夠時，偏差繼續(xù)增大，這時死區(qū)大的手動操作器立刻動作，繼而加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定的狀態(tài)上來。當(dāng)系統(tǒng)的偏差很大時，就會出現(xiàn)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥同時動作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時死區(qū)大的調(diào)節(jié)閥停止動作，死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥進一

23、步精確調(diào)節(jié)。 熱值調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)熱值調(diào)節(jié)回路時，焦?fàn)t氣調(diào)節(jié)器動作，通過控制閥門的開度來調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣的流量，同時焦?fàn)t煤氣的流量又對焦?fàn)t氣調(diào)節(jié)器造成一個負(fù)反饋調(diào)節(jié)的效果，另一方面輸出的熱值又經(jīng)過熱值儀的檢測，對熱值調(diào)節(jié)器起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用。流量調(diào)節(jié)是這一回路的關(guān)鍵。通過串級熱值調(diào)節(jié)回路的控制，最終使高、焦煤氣的配比達(dá)到規(guī)定的值。3.1.2 混壓調(diào)節(jié)回路煤氣混合后的壓力調(diào)節(jié)在實際中既能影響混合煤氣的熱值，又能影響其加壓后的壓力?？梢哉f，混合煤氣的壓力調(diào)節(jié)不到位，則熱值調(diào)節(jié)和擠壓后的壓力調(diào)節(jié)都無從談起。本次設(shè)計回路為串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過建立數(shù)學(xué)模型來模擬隨著高爐、焦?fàn)t煤氣氣源壓力波

24、動而自動設(shè)定混合后煤氣的壓力值，另一方面，又由上、下限幅調(diào)節(jié)使工藝操作變得更加簡便快捷。通過這一回路的調(diào)節(jié)，機前混和壓力能夠隨高、焦煤氣壓力波動而自動調(diào)整，保證了焦?fàn)t煤氣的配比值，也保證了機前壓力變化范圍不至于太大，同時減少了對加壓機后出口壓力的干擾。如圖所示，為混壓調(diào)節(jié)的框圖。圖 3.3 混壓調(diào)節(jié)回路框圖可以說，控制好了高爐煤氣進料的閥門，就相當(dāng)于混合壓力調(diào)節(jié)成功了一半。和熱值調(diào)節(jié)回路一樣，本回路也采用了一臺調(diào)節(jié)器控制兩臺電動閥的方式，減少了其它無關(guān)因素的干擾?；靿赫{(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)混壓調(diào)節(jié)回路時，由于我們設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)值，如果壓力值過高或過低，通過變送器的檢測，繼而使調(diào)節(jié)器

25、動作，通過控制閥門的開度，來保證壓力的穩(wěn)定，另一方面壓力變送器又將檢測結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，從而達(dá)到對壓力的調(diào)節(jié)，最終使混合煤氣的加壓壓力達(dá)到一個穩(wěn)定的值。3.1.3 出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路混合煤氣經(jīng)加壓后，出口壓力也是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。用變頻器來控制加壓機是節(jié)能并且成熟的應(yīng)用。本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為 13kpa，當(dāng)加壓后出口壓力升高或降低時，就增大或減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機的轉(zhuǎn)速。在 plc 上設(shè)置了最高、最低運行頻率，從而保證出口壓力不至于太高或太低。這兩個頻率運行下限是保證加壓機設(shè)備安全、用戶正常生產(chǎn)的必備條件。在煤氣加壓控制系統(tǒng)中，壓力傳感器將壓

26、力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓后送給模擬量輸入模塊，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后得到與壓力成比例的數(shù)字量，cpu 將它與壓力設(shè)定值比較，并按控制規(guī)律對誤差進行計算，將運算結(jié)果送給模擬量輸出模塊，經(jīng) d/a 轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘枺脕砜刂谱冾l器的頻率，進而控制加壓機電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對煤氣加壓系統(tǒng)的控制。在這一回路中，我們加入了 pid 調(diào)節(jié)器。pid 調(diào)節(jié)是比例、微分、積分調(diào)節(jié)的縮寫，其廣泛應(yīng)用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中。其中，比例調(diào)節(jié)作用大，能夠加快調(diào)節(jié)，但是過大的比例反而會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低；積分調(diào)節(jié)，能夠消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高誤差度，其輸出值常為定值，其調(diào)節(jié)作用與時間積分常數(shù) t 有關(guān)；微分調(diào)節(jié)常反應(yīng)系統(tǒng)

27、偏差信號的變化率，能產(chǎn)生超前的控制作用。其調(diào)節(jié)的優(yōu)點：1.不需要被控對象數(shù)學(xué)模型。2.較強的靈活性和適應(yīng)性。3.結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)。其控制結(jié)構(gòu)圖如下：pid調(diào)節(jié)變頻器加壓機電機壓力變送器用戶設(shè)定壓力值 出口壓力圖 3.4 出口壓力調(diào)節(jié)控制框圖出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路時，由于我們設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)值，如果壓力值過高或過低，通過變送器的檢測，將測的量送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?，繼而使變頻器動作，通過改變變頻器的頻率，來控制加壓機的轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)對壓力的精確控制。3.1.4 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路這又是一種對出口壓力調(diào)節(jié)的方式。本設(shè)

28、計回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。我們把其值設(shè)定的比壓力變頻調(diào)節(jié)的值稍高一些，為 14kpa。隨著出口壓力升高或降低時，增大或減小泄壓閥的開度，達(dá)到用泄放的手段來求得壓力穩(wěn)定的效果。設(shè)計框圖如下圖所示：圖 3.5 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)控制框圖這樣做的好處就是，在調(diào)節(jié)過程中，不會出現(xiàn)即保持加壓機轉(zhuǎn)速較高，又使泄放閥在一定的開度狀態(tài)下的問題，同時這也就是為什么同樣是壓力調(diào)節(jié)，而它們的值設(shè)置的不一樣的原因。出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣的流量減小到某個值（喘振工況）時，這時，加壓機的出口壓力會大幅度降低，但是整個煤氣管網(wǎng)中的壓力不會一下子就跟著減小，也就是出現(xiàn)了一邊壓力大，一邊壓力小這種

29、壓力不平衡的情況，管網(wǎng)中壓力較大的氣體就會倒流到加壓機，直到管網(wǎng)中的壓力和加壓機出口壓力相等時，才停止倒流。接著，加壓機向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，然后，加壓機的壓力再次減小。如此循環(huán)往復(fù)，整個加壓系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的壓力波動和氣流震蕩的現(xiàn)象。通過本回路的設(shè)計，當(dāng)壓力變送器檢測到壓力值與我們設(shè)定的值不一樣時，然后泄放閥動作，通過閥門的開度來通過改變煤氣流量，以至于達(dá)到兩者壓力相等的情況，避免了加壓機的“喘振”現(xiàn)象出現(xiàn)。綜上所述，通過此回路的調(diào)節(jié)，使得加壓機的轉(zhuǎn)速不會過高，避免出現(xiàn)加壓機的“踹振”現(xiàn)象，延長了加壓機的使用壽命。3.2 蝶閥的設(shè)計由于混合煤氣加壓過程復(fù)雜、氣源壓力波動范圍大、加壓機

30、轉(zhuǎn)速的改變、蝶閥開度的調(diào)節(jié)都將影響煤氣的壓力 。所以，蝶閥設(shè)計的好壞，就成為能否保證煤氣壓力合格的重要條件。在本次控制系統(tǒng)設(shè)計中，使用了蝶閥組來調(diào)節(jié)煤氣的熱值比?？刂圃O(shè)計推導(dǎo)如下：圖 3.6 焦?fàn)t煤氣壓力流量過程圖在圖中，p0 為 1#蝶閥前煤氣的壓力值，p1 為 2#蝶閥前煤氣的壓力值，p2為 2#蝶閥后煤氣的壓力值，h 為焦?fàn)t管道煤氣流量，u1、u2 分別為 1#蝶閥和 2#蝶閥的開度。根據(jù)公式可得，壓力流量這一過程可以描述為：當(dāng)兩個回路都處于開環(huán)狀態(tài)下，h 對 u1 的增量即第一放大系數(shù)為：當(dāng)壓力回路閉合時，h 對 u1 的偏導(dǎo)數(shù)即第二放大系數(shù)為：相對增益為： 同樣可以得出：u2 對流量

31、 h 的增益 12如果用 p1 來表示壓力流量，則最終，我們可以得到此壓力流量系統(tǒng)的相對增益為當(dāng) p1p2，則相對增益矩陣無限接近于單位矩陣，說明用閥 1 去控制流量，閥 2 去控制 p1 壓力是符合要求的。當(dāng) p1p0，說明用閥 2 去控制流量，閥 1 去控制 p1 壓力是符合要求的。當(dāng) p1（p0-p2）/2，則說明同時調(diào)節(jié)閥 1 和閥 2 能達(dá)到比較好的效果。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計本次控制系統(tǒng)設(shè)計中硬件包括 plc、加壓機、變頻器、變送器、傳感器等部分。4.1 plc 的選型4.1.1 i/o 口地址的分配（1）輸入輸出信號的分析 根據(jù)上述設(shè)計方案，本次設(shè)計的模擬量輸入信號：高爐煤氣的流量、焦

32、爐煤氣的流量、混合煤氣的溫度、混合煤氣的壓力、co 的濃度。數(shù)字輸入量有：系統(tǒng)的啟動、系統(tǒng)的手動停止、消鈴按鈕、試燈按鈕。模擬量輸出信號有：變頻器輸出上限頻率、變頻器輸出下限頻率、調(diào)節(jié)閥。數(shù)字量輸出有：溫度上限報警、混合煤氣壓力報警指示燈、報警電鈴、co濃度上限報警指示燈。表 4.1. i/o 口地址分配輸入信 號名 稱i/o 口分配輸出信號名 稱i/o 口分配1啟動i0.01混合煤氣壓力報警指示燈q0.02停止i0.12溫度上限報警指示燈q0.13消鈴按鈕i0.23co 濃度報警指示燈q0.24試燈按鈕i0.34報警電鈴q0.35高爐煤氣流量aiw05變頻器輸出上限頻率aow26焦?fàn)t煤氣流量

33、aiw26變頻器輸出下限頻率aow47混合煤氣壓力aiw4調(diào)節(jié)閥aow68混合煤氣溫度aiw69co 的濃度aiw8（2）i/o 口統(tǒng)計 初步估計數(shù)字量 i/o 點數(shù)為 4 個輸入和 4 個輸出點數(shù)，模擬量 i/o 點數(shù)為 5 個輸入和 2 個輸出點數(shù).為了隨時增加控制功能，增加 10%的備用量：數(shù)字量輸入量點數(shù)：4x（1+10%）=5數(shù)字量輸出量點數(shù)：4x（1+10%）=5模擬量輸入量點數(shù)：5x（1+10%）=6模擬量輸出量點數(shù)：3x（1+10%）=44.1.2 cpu 及擴展模塊的選擇 西門子公司的 s7-200 plc 是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型 plc，它指令豐富、功能強大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于

34、擴展、可靠性高。 從 cpu 模塊的功能上來講，s7-200 系列 plc 具有以下五種不同結(jié)構(gòu)配置的cpu 單元。（1）cpu 221 有 6 輸入 4 輸出，無擴展，存儲量小，有一定的高速計數(shù)能力，適合于點數(shù)少的控制系統(tǒng)（2）cpu 222 有 8 輸入 6 輸出，可以進行模擬量的控制和兩個模塊的擴展，應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。（3）cpu 224 有 14 輸入 10 輸出，有 7 個擴展模塊，內(nèi)置時鐘，擁有模擬量處理和高速計數(shù)處理的能力，是 s7-200 系列中使用最多的產(chǎn)品（4）cpu 224xp 是最新推出的一款實用機型，最大的不同是主機上增加了 2輸入 1 輸出的模擬量單元和一個

35、通信口，適合有少量模擬信號的系統(tǒng)中使用（5）cpu226 有 24 輸入 16 輸出，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強，用于點數(shù)較多，要求較高的小型和中型控制系統(tǒng)。綜上所述，我們選擇 cpu 224，em235 模擬量輸入和 em235 模擬量輸出。本設(shè)計的 plc 選擇的 cpu 224 的傳感器電源 24v(dc)可以輸出 600ma 電流。4.1.3 plc 的外部接線圖由 i/o 的分配地址可知，plc 的外部接線圖如圖所示。圖 4.2 plc 的外部接線圖4.2 煤氣加壓機的選型 煤氣加壓機主要用于煤氣的輸送,加壓等等用途。有單級、多級、增速等多種形式，對于加壓機的選擇主要是根據(jù)

36、用戶所需煤氣壓力的要求及功率、性價比來決定的。經(jīng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇 d200-32 煤氣加壓站專用型離心鼓風(fēng)機。 本加壓機為單吸雙支撐結(jié)構(gòu)，鼓風(fēng)機與液力偶合器、液力偶合器與電動機通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，從電動機端看，風(fēng)機轉(zhuǎn)子為順時針方向旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機進出口方向均向下。轉(zhuǎn)子由主軸、四級葉輪、軸套等組成。主軸用優(yōu)質(zhì)鋼制造，葉輪為焊接結(jié)構(gòu)，葉片型式為后向型，與前、后盤焊接在一起，葉輪采用高強度合金鋼。平衡盤可以平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力。轉(zhuǎn)子裝配后作靜、動平衡試驗，保證風(fēng)機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。支撐和止推軸承均采用稀油站強制供油潤滑的滑動軸承。該機具有使用效率高、運行平衡、安全可靠、易損件少、安裝、操作、維護簡便等特點。

37、主要性能指標(biāo)：（1）結(jié)構(gòu)：單吸雙支撐。 （2）連接方式：膜片聯(lián)軸器連接。 （3）軸承型式：滑動軸承、強制潤滑。（4）密封形式：迷宮式密封。（5）排污方式：機殼旁設(shè)有排污口，自帶法蘭。（6）潤滑系統(tǒng)：由油站主、輔油泵強制供油潤滑。（2）隨機儀表：可配一次儀表，也可配套使用二次儀表，能直接顯示并輸出 420ma 信號。4.3 流量變送器的選型 流量變送器又稱流量計，它是高精度、高可靠性的精密測量型儀表。在煤氣加壓站上用的最多的是孔板式流量計，所以，我們選用 jy-lgb 型差壓流量計。差壓流量計是由一次檢測元件和二次顯示裝置構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于氣體、液體流量檢測的一種裝置。它具有使用可靠性高、維修方便

38、、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。其工作原理：差壓流量計由節(jié)流裝置，導(dǎo)壓管和差壓計三部分組成。當(dāng)液體充滿管道并流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，在節(jié)流裝置附近局部收縮，液體的上、下兩側(cè)產(chǎn)生靜力差。在知道相關(guān)參數(shù)的條件下，可根據(jù)液體流動連續(xù)性原理和伯努利方程推導(dǎo)出流量的大小。jy-lgb 型差壓流量計是將標(biāo)準(zhǔn)孔板和多參數(shù)差壓變送器（溫度變送器、壓力變送器等）配套組成高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、液體及蒸汽的流量，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的過程控制和檢測。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）公稱通徑：15mm-1200mm （2）公稱壓力：小于 10mpa （3）量程比：1:10 和 1:15 （4）溫度：-50550 度 （5）

39、精度：0.5 和 1.0 級 4.4 執(zhí)行器的選型執(zhí)行器的選擇：調(diào)節(jié)閥的流量特性為流過閥門的流體的相對流量與閥門的開度的關(guān)系。相對開度是調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全開行程之比。執(zhí)行器是由執(zhí)行過程和調(diào)節(jié)閥組成的，執(zhí)行閥和調(diào)節(jié)機構(gòu)都有正反作用兩種作用，因而氣動調(diào)節(jié)閥也有氣開和氣關(guān)兩種形式。如圖所示。圖 4.3 氣關(guān)閥和氣開閥從生產(chǎn)工藝方面考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障，首要保證人的生命安全，由于煤氣加壓后的壓力非常大，會對人產(chǎn)生一定的威脅，所以本系統(tǒng)采用氣關(guān)式的閥門，它采用 4-20ma 模擬信號與控制系統(tǒng)相連，采用數(shù)字通信方式進行組態(tài)、數(shù)據(jù)檢索和故障信息診斷等通信傳輸。4.5 變頻器的選型變頻器是應(yīng)用變頻

40、技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊） ，二是控制電路（開關(guān)電源板、控制電路板） 。它的功能是將頻率固定的交流電變成頻率可調(diào)的三相交流電。根據(jù)公式：n0=60f/p 其中：n0 為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，f 為電流的頻率，p 為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。工作原理：p 一般為一定值，當(dāng)頻率 f 可調(diào)時，電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也可調(diào)。由于異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速略低一些，所以當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速可調(diào)時，異步電動機的轉(zhuǎn)速同樣可調(diào)，變頻器也就是改變電流 f 的頻率，達(dá)到改變電動機轉(zhuǎn)速的效果。變頻器

41、有很多種類，根據(jù)系統(tǒng)需要，選擇風(fēng)機水泵類變頻器系列西門子 g150系列。 其主要功能參數(shù)：采用先進磁通矢量控制方式,調(diào)速比可達(dá) 1：120 (0.5-60hz)。具有平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的驅(qū)動系統(tǒng)既不需要較高的過載余量，也不需要具有高性能和高動態(tài)響應(yīng)的閉環(huán)控制或?qū)嶋H速度編碼器。結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化設(shè)計，極易維護，無故障設(shè)計，易于連接，裝配簡單。柔性 pwm,實現(xiàn)更低噪音運行。內(nèi)置通信模塊,支持符合全世界主要通信協(xié)議。pid 等多種功能適合各種應(yīng)用場合。過電壓、欠電壓保護。變頻器、電機過熱保護。接地故障保護、短路保護。閉鎖電機保護、防止失速保護?？焖匐娏飨拗?，防止運行過程中不應(yīng)有的跳閘。 高過載能力，內(nèi)置制

42、動單元。4.6 傳感器的選型4.6.1 溫度傳感器的選型傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。按照測量對象來分，可分為壓力、溫度、液位等傳感器。本系統(tǒng)中，主要用到了溫度傳感器。溫度傳感器有四種類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器和 ic 溫度傳感器。而 ic 溫度傳感器又分為模擬輸出和數(shù)字輸出兩種內(nèi)型。熱電偶應(yīng)用廣泛，堅固耐用，價格便宜，但精度低，響應(yīng)速度慢，在高溫下易老化。 電阻溫度檢測器精度高、性能穩(wěn)定、配置多樣化，但

43、不耐高溫，價格偏貴。模擬輸出溫度傳感器具有高精度、低成本、分辨率高的特點，但其不耐高溫。 綜上所述，本系統(tǒng)選用數(shù)字輸出傳感器，能測量高溫（0-800 度）的 pt100型溫度傳感器。 它的優(yōu)點： 1.測量范圍廣。2.熱響應(yīng)時間短。3.穩(wěn)定性高、耐震、耐高壓。4.6.2 壓力傳感器的選型壓力傳感器可分為：壓阻式、壓電式、電容式、晶體諧振式。壓力傳感器工作原理： 1 、應(yīng)變片壓力傳感器原理 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：r=l/ s 式中：金屬導(dǎo)體的電阻率（。cm2/m ） s 導(dǎo)體的截面積（cm

44、2 ） l 導(dǎo)體的長度（m ） 2 、陶瓷壓力傳感器原理 壓力作用在陶瓷膜片的前端，使膜片產(chǎn)生微小的形變，陶瓷膜片的背面印刷有厚膜電阻，此時，它們連接成一個惠斯通電橋（閉橋） ，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為 2.0 / 3.0 / 3.3 mv/v 等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。 3 、壓電壓力傳感器原理 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英是占其主要成分的一種天然晶體，在一定的溫度范圍內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失。由于隨著應(yīng)

45、力的變化，電場也發(fā)生改變，但其變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低） ，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。因為本系統(tǒng)的壓力設(shè)定值為 14kpa，綜合價錢、性能等其他方面種種因素，最后選擇 1151 型壓力傳感器。它的優(yōu)點：（1）精度高、穩(wěn)定性好 （2）堅固耐震、量程可調(diào)、過載保護特性好它的主要性能指標(biāo)：（1）輸出 4-20madc （2）供電電源：12-45vdc，一般情況為 24vdc （3）量程和零點：可調(diào) （4）測量介質(zhì)：氣體和液體 （5）測量范圍：0-0.1kpa 到 0-40mpa5 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 系統(tǒng)主程序流程圖本次設(shè)計方案主要是控制高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的的配比，由于高爐煤氣的進氣

46、量不變，所以只控制焦?fàn)t煤氣的進氣量就可以了，根據(jù)以上方案設(shè)計可知，主程序主要為熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)流程圖如圖所示。圖 5.1 系統(tǒng)主程序流程圖這一回路以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，還加入了高焦煤氣量單交叉限幅調(diào)節(jié)，這樣一來一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高、焦配比值在小范圍內(nèi)波動；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。另外，兩臺電動調(diào)節(jié)閥為蝶閥，可以手動或自動調(diào)節(jié)，增強了調(diào)節(jié)的靈活性和準(zhǔn)確度。5.2 調(diào)節(jié)閥控制流程圖為了增加調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度和靈活性，調(diào)節(jié)閥有手動和自動兩種調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回路流程圖如圖所示。圖 5.2

47、 調(diào)節(jié)閥控制流程圖根據(jù)實踐經(jīng)驗可知，蝶閥的開度在 0%-5%之間時，由于蝶閥的蝶板厚度比較大，蝶板還沒來得及脫離閥座密封圈，實際上并沒有打開它，這時的流量為零，相反的，當(dāng)?shù)y的開度大于 5%時，蝶板脫離密封圈，隨著開度的增加流量也增加。 圖 5.3 蝶閥的流量特性曲線當(dāng)?shù)y的開度為 5%-30%時，其流量特性曲線為直線型，可以用微分方程表示為： 其中 k 是閥門相應(yīng)的放大數(shù)值，r 是流量值，u 是閥門的開度。當(dāng)?shù)y的開度為 30%-70%時，其流量特性曲線為快開型，可以用微分方程表示為： 當(dāng)?shù)y的開度為 70%-100%時，此時閥門已無任何調(diào)節(jié)作用。綜上所述，我們可以得出這樣一個結(jié)論：k 值越

48、大，其曲線就越陡，也就說明了蝶閥起調(diào)節(jié)功能的能力越弱；反之，蝶閥起調(diào)節(jié)功能的能力越強。由此可見，在不同的閥位區(qū)域，看似相同的閥位調(diào)節(jié)，其作用和功能是不一樣的。為此就必須有專門來進行閥位的修正。因此，在本系統(tǒng)中專門設(shè)置了閥門控制器，模擬了閥門的流量特性曲線，在不同的閥門開度范圍里，用不同的參數(shù)來修正控制量的數(shù)值。相比其它閥門，蝶閥具有如下優(yōu)點：（1） 結(jié)構(gòu)簡單，安裝長度短，便于布置，蝶閥安裝長度遠(yuǎn)小于公稱通徑，安裝長度和公稱通徑比僅為 0.1-0.2。（2） 開關(guān)簡便，開啟一次僅轉(zhuǎn)動蝶板 90 度。（3） 體積小，重量輕，廣泛應(yīng)用于各類大型工廠。（4） 流動阻力小。低壓蝶閥全開時流動阻力系數(shù)1。

49、5.3 pid 調(diào)節(jié)流程圖本次調(diào)節(jié)是根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值和實測的參數(shù)值之間的偏差進行增量式 pid 調(diào)節(jié)，然后用 pwm 控制輸出，根據(jù)采樣周期循環(huán)進行 pid 控制。其控制流程圖如圖所示：圖 5.4 pid 調(diào)節(jié)流程圖根據(jù)能量守恒定律可得，混合煤氣的熱值計算公式：式中： r-煤氣熱值 q-煤氣流量下標(biāo)符號：1-焦?fàn)t煤氣 2-高爐煤氣3-混合煤氣按照煤氣混合加壓的工藝流程圖，高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道分別裝設(shè)有蝶閥，通過控制這幾道蝶閥來調(diào)節(jié)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣之間的流量比值，然后由加壓機給其加壓。另外，加壓站都安裝有變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率使得加壓機的轉(zhuǎn)速改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的，最終使混合

50、煤氣的壓力符合用戶的要求。5.4 變頻器調(diào)節(jié)流程圖本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為 13.5kpa，當(dāng)加壓后的壓力升高或降低時，增大或減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機的轉(zhuǎn)速。在計算機和變頻器上都設(shè)置了最低運行頻率，從而保證出口壓力不至于太高或太低。這兩個頻率是保證加壓設(shè)備安全，用戶正常生產(chǎn)的必備條件。 變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)流程圖如圖所示：圖 5.5 變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)流程圖5.5 混合加壓壓力調(diào)節(jié)流程圖這是加壓站壓力調(diào)節(jié)的又一種方式。本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為 14kpa，當(dāng)加壓后的出口壓力升高或降低時，增大或減小調(diào)節(jié)閥的開度，從而保證壓力的穩(wěn)定。 通常調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值高

51、于變頻調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。一般情況下，變頻器負(fù)責(zé)系統(tǒng)全部的調(diào)節(jié)，而調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉的狀態(tài)，當(dāng)用戶流量突然減小，造成出口壓力驟然升高，變頻器的調(diào)節(jié)速度不足以使出口壓力迅速降低時，調(diào)節(jié)閥立即參與調(diào)節(jié)。由于動作快，能夠使壓力迅速降下來，保證了用戶氣源壓力的穩(wěn)定，避免了加壓機出現(xiàn)踹振的問題。如圖所示為加壓機壓力調(diào)節(jié)流程圖：圖 5.6 加壓機壓力調(diào)節(jié)流程圖6 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢6.1 原系統(tǒng)存在的問題原系統(tǒng)存在的問題： 1.由于氣源、管網(wǎng)方面的狀況，生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而造成用量大幅度頻繁波動。其波動有時頻率很快，容易產(chǎn)生振蕩，用人工調(diào)節(jié)措手不及；經(jīng)常出現(xiàn)長時間的低壓，造成混合壓力調(diào)節(jié)困難，使得保證了壓力保證不了熱值，

52、保證了熱值，保證不了壓力，甚至造成高爐煤氣閥關(guān)閉、負(fù)壓的險情，保證不了用戶的氣源質(zhì)量。2.當(dāng)煤氣壓力高于設(shè)定值時，人為降低變頻器頻率，加壓機轉(zhuǎn)速降低，出口壓力降低。當(dāng)煤氣壓力低于設(shè)定值時人為提高變頻器頻率，加壓機轉(zhuǎn)速提高，出口壓力增加。這種控制方式存在很大的調(diào)節(jié)滯后，特別是用戶運行工況不穩(wěn)定時，煤氣出口壓力波動很大。3.各項保護功能不完善，線路復(fù)雜、故障率高，不利于維護。4.無法記錄各項歷史工藝參數(shù)，無法準(zhǔn)確分析機組的運行方式是否經(jīng)濟，不利于排查故障原因。 6.2 改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢為滿足加壓機系統(tǒng)控制要求，克服現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足，采用 plc 系統(tǒng)對原檢測控制系統(tǒng)進行改造。1.根據(jù)用戶對

53、煤氣壓力的要求，采用 pi 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)煤氣出口壓力閉環(huán)控制，使其在用戶要求的壓力范圍內(nèi)相對穩(wěn)定。2.根據(jù)用戶對混合煤氣熱值的要求，采用串級限幅調(diào)節(jié)，通過運用熱值儀來實現(xiàn)，使混合煤氣的配比穩(wěn)定在一個范圍內(nèi)。3.根據(jù)煤氣加壓電機溫度要求，采用 pi 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)煤氣加壓機過載保護，保證加壓機的正常工作。 這樣的安排，使整個加壓站的控制水平上了一個臺階，裝備面貌煥然一新，大大增強了系統(tǒng)的適應(yīng)性。 改造后的系統(tǒng)增加了西門子 g150 系列變頻器及西門子 s7-200 型 plc，集中操作臺一個和電源等附加設(shè)備，加壓站所有設(shè)備置于集中控制之下,同時保留了原來的控制和操作方式,使新、老系統(tǒng)很好的連接起來。這

54、種設(shè)計效果既保留了原系統(tǒng)的部分功能又提高了控制系統(tǒng)的可靠性。在新系統(tǒng)中我們將系統(tǒng)涉及到的模擬量全部輸入到 plc 可編程控制器，下端還是保留原來的儀控系統(tǒng)，使系統(tǒng)成為一個電氣、儀表、plc 及計算機等設(shè)備組成的分布式集中控制系統(tǒng)。由 plc 控制煤氣加壓風(fēng)機轉(zhuǎn)速，增加熱值儀設(shè)備，采用串級比例調(diào)節(jié)高爐、焦?fàn)t煤氣配比。本系統(tǒng)特點是：模塊化、無排風(fēng)結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布、運行可靠、性價比高。 7 結(jié)束語煤氣混合加壓過程是工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。為了得到滿足生產(chǎn)要求的混合煤氣，我們必須對高爐和焦?fàn)t的即時壓力、加壓后的壓力，混合煤氣即時流量等參數(shù)進行調(diào)節(jié)。由于高爐和焦?fàn)t煤氣氣源管壓變化大、生產(chǎn)不連續(xù)、負(fù)荷波動

55、大、蝶閥調(diào)節(jié)時的流量和壓力存在著比較大的滯后性等等一系列原因，都會影響混合煤氣的質(zhì)量。目前我國絕大多數(shù)煤氣加壓站仍采取手動控制的手段，只有一小部分采用計算機自動控制，這一后果將直接導(dǎo)致加壓站生產(chǎn)的混合煤氣的熱值和壓力的不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本過高、現(xiàn)場操作員工作壓力大，嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此我們必須對煤氣混合加壓過程進行自動化控制。由于氣體的流動會引起壓力差的變化，這必然會導(dǎo)致高、焦煤氣流量的變化，繼而導(dǎo)致混合煤氣熱值和壓力的波動。本文通過設(shè)計的四個調(diào)節(jié)回路，熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機后壓力（泄放）調(diào)節(jié)，運用 pid 調(diào)節(jié)和 plc 控制，對涉及

56、到煤氣加壓過程中的流量、壓力、溫度等各參數(shù)進行了調(diào)節(jié)，達(dá)到了控制目的，取得了良好的效果。另外，如果我們能從煤氣生產(chǎn)狀況、加壓站后續(xù)生產(chǎn)狀況、歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)等方面下手，預(yù)測高、焦煤氣壓力和經(jīng)過加壓機后的壓力變化量，推斷出壓力差的變化趨勢，就能進一步抑制混合煤氣熱值與壓力的波動，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。參 考 文 獻(xiàn)1翁維勤，周慶海過程控制系統(tǒng)及工程m 北京：化學(xué)工業(yè)出版社1985.122涂植英，朱麟章過程控制系統(tǒng) 北京：機械工業(yè)出版社，1988.63涂植英過程控制系統(tǒng)m 北京：機械工業(yè)出版社1983.64方康玲過程控制系統(tǒng) m太原：武漢理工大學(xué)出版社，2001.85俞金壽過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用m.北京：機械

57、工業(yè)出版社，2003.66候志林過程控制與自動化儀表m 北京：機械工業(yè)出版社，1999.117陽勝峰基于 plc 和組態(tài)網(wǎng)的煤氣加壓控制系統(tǒng)j自動化技術(shù)與應(yīng)用，20048趙震宇西門子 plc 和變頻器在煤氣加壓站的應(yīng)用j計算機與現(xiàn)代化，20069劉新煤氣加壓站變頻器調(diào)速計算機控制系統(tǒng)m 200610 賀東明基于 plc+軟啟動的煤氣加壓站控制系統(tǒng)的設(shè)計j冶金動力，200711 周寶昌西門子 s7-200 在煤氣加壓站的應(yīng)用j電工技術(shù)，200112 尚偉串級-限幅 pid 調(diào)節(jié)在煤氣加壓站的應(yīng)用j冶金動力，201013 李勝海城市污水處理工程建設(shè)與運行m安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2001.814 方喆

58、寶鋼煤氣混合加壓站的設(shè)計策略探討m ，200915 王馨薇煤氣混合加壓站儀控系統(tǒng)技術(shù)改造m ，201016 程鵬自動控制原理m高等教育出版社，2003.817 于雷聲電氣控制與 plc 應(yīng)用m北京：機械工業(yè)出版社，199818 wu lijuan，zhao shuying，xu xinhedesign of ano-avoidance strategy baseton robot soccer competitionprocof 2005th international conferenceon signal processingin，2000:1723-1725 附錄加壓機調(diào)節(jié)程序致 謝歷經(jīng)

59、兩個多月的時間，在老師和同學(xué)的幫助下，我的畢業(yè)論文終于順利地完成了。在論文的寫作過程中，遇到了無數(shù)的困難和阻礙，如果沒有老師和同學(xué)的幫助，我是不可能完成這次畢業(yè)論文的。在此，我要感謝我的指導(dǎo)老師周榮富副教授，在我做畢業(yè)論文的每個階段，從查閱資料到設(shè)計方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計等整個過程中周老師都給予了我詳細(xì)的指導(dǎo)，細(xì)心地糾正方案中的錯誤。 其次還要感謝我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在資料的借閱、軟件的使用方面給我的幫助。我還要感謝我的母校攀枝花學(xué)院，是學(xué)校給了我良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。另外，我還要感謝那些曾經(jīng)教過我的每一位老師，是你們教給我專業(yè)知識。在此，我再說一聲謝謝！謝謝大家！由于設(shè)

60、計經(jīng)驗的缺乏，論文中難免出現(xiàn)一些錯誤，希望各位老師批評指正。9jwkffwvg#tym*jg&6a*cz7h$dq8kqqfhvzfedswsyxty#&qa9wkxfyeq!djs#xuyup2knxprwxma&ue9aqgn8xp$r#&#849gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum&gtxrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwfa5uxy7jnd6ywrrwwcvr9cpbk!zn%mz849gxgjqv$ue9wewz#qcue%

61、&qypeh5pdx2zvkum&gtxrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwfa5uxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum&gtxrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amywpazadnu#kn&muwfa5uxy7jnd6ywrrwwcvr9cpbk!zn%mz849gxgjqv$ue9wewz#qcue%&qypeh5pdx2zvkum&gtxrm6x4ngpp$vstt#&ksv*3tngk8!z89amu