第11章計算機(jī)控制系統(tǒng)實例

1、2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)1第11章 計算機(jī)控制系統(tǒng)實例 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)2工業(yè)鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)工業(yè)鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)硫化機(jī)計算機(jī)群控系統(tǒng)硫化機(jī)計算機(jī)群控系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)311.1工業(yè)鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)工業(yè)鍋爐簡介鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)組成2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)4鍋爐鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)設(shè)備的不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、

2、高效率發(fā)展。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得越發(fā)重要 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)5 按燃料種類分，在各個工業(yè)部門中，應(yīng)用最多的有燃燃 油鍋爐、燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐油鍋爐、燃?xì)忮仩t和燃煤鍋爐 在石油化工、煉油的生產(chǎn)過程中，往往產(chǎn)生各種不同的殘油、殘渣、釋放氣和煉廠氣，為充分利用這些燃料，所以出現(xiàn)了油、氣混合燃燒鍋爐油、氣混合燃燒鍋爐和油、氣、煤混合燃燒油、氣、煤混合燃燒鍋爐鍋爐 在化工、造紙、制糖等工藝過程中，還會產(chǎn)生各種毫無規(guī)則的聚合物、殘渣等，可利用這些“燃料”產(chǎn)生的熱量以及在化工生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的熱量，來生產(chǎn)各個部門所需要的蒸汽，因此又形成了廢熱鍋爐廢熱鍋爐 所有這些

3、鍋爐，燃料種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。常見的鍋爐設(shè)備的主要工藝流程如圖11.1所示。2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)62022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)7燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽Ds。然后經(jīng)過熱器，形成一定溫度的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)8鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，主要的輸入變量是負(fù)荷、鍋

4、爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等，如圖11.2所示。主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑冗@些輸入變量與輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)壓發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化；燃料量變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、過熱蒸汽溫度、過剩空氣和爐膛負(fù)壓給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等亦有影響；2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)92022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)10 鍋爐是一個典型的多變量對象，要進(jìn)行自動控制，對多變量對象可按自治自治的原則和協(xié)調(diào)跟蹤協(xié)調(diào)跟蹤的原則加以處理。 目前，鍋爐控制系統(tǒng)

5、大致可劃分為三個控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)、 鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐給水控制系統(tǒng) 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)11 燃燒過程控制系統(tǒng)：n 燃燒過程控制任務(wù)燃燒過程控制任務(wù)：使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要（常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證最佳經(jīng)濟(jì)效益的燃燒（常以煙氣成分為被控變量），提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi) n 燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計方案：燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計方案：根據(jù)自治原則簡化鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，可將其大致分為三個單變量控制系統(tǒng)：燃燃料量料量汽

6、壓子系統(tǒng)、送風(fēng)量汽壓子系統(tǒng)、送風(fēng)量過量空氣系數(shù)子系統(tǒng)以及過量空氣系數(shù)子系統(tǒng)以及引風(fēng)量引風(fēng)量爐膛負(fù)壓子系統(tǒng)。爐膛負(fù)壓子系統(tǒng)。 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)122022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)132022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)14 鍋爐給水控制系統(tǒng)：n 控制任務(wù)控制任務(wù)：考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，實現(xiàn)給水全程控制。給水控制也稱為汽包水位控制。被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量 n 基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)： 單沖量控制系統(tǒng)、單沖量控制系統(tǒng)、 單級三沖量控制系統(tǒng)單級三沖量控制系統(tǒng) 、 串級三沖量控制系統(tǒng)串級三沖量控制系統(tǒng)2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)

7、152022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)162022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)17 蒸汽溫度控制系統(tǒng)：n 控制任務(wù)控制任務(wù)：維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量 n 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：以過熱蒸汽為主參數(shù)，選擇二段過熱器前的蒸汽溫度為輔助信號，組成串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)或雙沖量氣溫控制系統(tǒng)雙沖量氣溫控制系統(tǒng) 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)18鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)：鍋爐計算機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)：n 一次儀表測得的模擬信號經(jīng)采用電路、濾波電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號送入計算機(jī)，計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)

8、行處理之后，便于控制和顯示。D/A轉(zhuǎn)換將計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，并放大到010mA，分別控制水泵調(diào)節(jié)閥、鼓風(fēng)機(jī)擋板、引風(fēng)機(jī)擋板和爐排直流電動機(jī) 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)192022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)2011.2硫化機(jī)計算機(jī)群控系統(tǒng)系統(tǒng)總體方案可編程控制器控制軟件設(shè)計 工控機(jī)管理軟件設(shè)計 結(jié)束語2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)21系統(tǒng)總體方案：系統(tǒng)總體方案：n 內(nèi)胎硫化過程共包括四個階段內(nèi)胎硫化過程共包括四個階段: : 合模、硫化、泄壓、合模、硫化、泄壓、開模。由于所有硫化機(jī)的控制方式相同，所以特別開模。由于所有硫化機(jī)的控制方式相同，所以特別適合群控。在自動模式下，當(dāng)硫化操

9、作人員裝胎合適合群控。在自動模式下，當(dāng)硫化操作人員裝胎合模后，由控制系統(tǒng)根據(jù)溫度計算內(nèi)胎的等效硫化時模后，由控制系統(tǒng)根據(jù)溫度計算內(nèi)胎的等效硫化時間并控制泄壓閥、開模電機(jī)的動作。為克服溫度波間并控制泄壓閥、開模電機(jī)的動作。為克服溫度波動的影響，經(jīng)過大量實驗，選用阿累尼烏斯動的影響，經(jīng)過大量實驗，選用阿累尼烏斯(Arrhenius) (Arrhenius) 經(jīng)驗公式來計算等效硫化時間。經(jīng)驗公式來計算等效硫化時間。n 某橡膠制品有限公司硫化車間共有內(nèi)胎硫化機(jī)某橡膠制品有限公司硫化車間共有內(nèi)胎硫化機(jī)9696臺，臺，為便于整個生產(chǎn)過程的控制和管理擬采用計算機(jī)群為便于整個生產(chǎn)過程的控制和管理擬采用計算機(jī)群

10、控及管理系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)場情況，借鑒控及管理系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)場情況，借鑒DCSDCS系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用結(jié)構(gòu)，使用PLCPLC作為直接控制級，完成現(xiàn)場的控制功作為直接控制級，完成現(xiàn)場的控制功能能; ; 使用工業(yè)控制計算機(jī)作為管理和監(jiān)視級。系統(tǒng)使用工業(yè)控制計算機(jī)作為管理和監(jiān)視級。系統(tǒng)總體方案見圖總體方案見圖 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)222022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)23PLCPLC軟件設(shè)計：軟件設(shè)計：n 從內(nèi)胎硫化的流程可知，硫化的控制屬于過程、位從內(nèi)胎硫化的流程可知，硫化的控制屬于過程、位置控制，采用置控制，采用PLC PLC 可方便的進(jìn)行編程，實現(xiàn)內(nèi)胎硫可方便的進(jìn)行編程，實現(xiàn)內(nèi)胎

11、硫化機(jī)的等效硫化時序。為提高運行速度、減少運行化機(jī)的等效硫化時序。為提高運行速度、減少運行指令，在控制軟件設(shè)計中采用了模塊化編程，設(shè)計指令，在控制軟件設(shè)計中采用了模塊化編程，設(shè)計了多種通用子程序，如數(shù)據(jù)采樣及處理子程序、等了多種通用子程序，如數(shù)據(jù)采樣及處理子程序、等效硫化計算子程序、報警子程序等效硫化計算子程序、報警子程序等n 控制軟件主程序流程簡圖見圖控制軟件主程序流程簡圖見圖11.911.9 2022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)242022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)252022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)262022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)272022-2-22計算機(jī)控制技術(shù)28結(jié)束語：結(jié)束語：n

12、本系統(tǒng)在某橡膠制品有限公司投入運行后，控制達(dá)本系統(tǒng)在某橡膠制品有限公司投入運行后，控制達(dá)到了預(yù)定的工藝要求，內(nèi)胎質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率到了預(yù)定的工藝要求，內(nèi)胎質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達(dá)到達(dá)到99.8%99.8%以上，每年可增加直接經(jīng)濟(jì)效益以上，每年可增加直接經(jīng)濟(jì)效益200200萬元。萬元。同時大幅減輕了工人的勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，同時大幅減輕了工人的勞動強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，提高了企業(yè)生產(chǎn)的自動化和信息化程度，并且還可提高了企業(yè)生產(chǎn)的自動化和信息化程度，并且還可方便地與企業(yè)的信息管理系統(tǒng)相連，組成管控一體方便地與企業(yè)的信息管理系統(tǒng)相連，組成管控一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等n 本系統(tǒng)群控機(jī)臺數(shù)量多、投入低、抗干擾能力強(qiáng)、本系統(tǒng)群控機(jī)臺數(shù)量多、投入低、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便，集控制與