過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)

1、第一章供暖鍋爐現(xiàn)狀現(xiàn)有的供暖鍋爐由蒸汽鍋爐改造而成的常壓熱水鍋爐，常壓鍋爐使用安全，對(duì)原材料的要求比蒸汽鍋爐低，無(wú)需控制蒸汽壓力，控制精度要求相對(duì)要低。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)蒸汽鍋爐控制的研究己經(jīng)比較成熟，鍋爐控制數(shù)學(xué)模型基本定型，而供暖鍋爐控制相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)其研究不夠重視。本文以火力發(fā)電廠蒸汽鍋爐的控制模型為參考，提出供暖鍋爐的控制模型。供暖鍋爐控制系統(tǒng)屬于過(guò)程控制系統(tǒng)，其控制的目標(biāo)是控制鍋爐燃燒過(guò)程中的出水溫度、回水溫度、出水壓力、回水壓力、爐膛負(fù)壓等參數(shù)，使鍋爐燃燒工況良好，保證設(shè)備運(yùn)行安全，滿足用戶的供熱要求。在供暖期間，系統(tǒng)根據(jù)室外溫度的變化分時(shí)段控制鍋爐的出水溫度和系統(tǒng)回水溫度。在室外溫度較低

2、的時(shí)段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定值較低，在室外溫度較高的時(shí)段內(nèi)，出水溫度的設(shè)定值較高，進(jìn)而調(diào)節(jié)出水供熱量。在某一時(shí)段內(nèi)，則通過(guò)調(diào)節(jié)熱水循環(huán)流量對(duì)出水供熱量進(jìn)行微調(diào)。鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)主要靠燃燒控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而系統(tǒng)回水溫度的調(diào)節(jié)主要靠熱水循環(huán)流量來(lái)調(diào)節(jié)，出水壓力和回水壓力的大小由循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的狀態(tài)來(lái)決定。調(diào)節(jié)溫度和壓力等參數(shù)時(shí)，采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的開關(guān)量輸出，PID控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的模擬量輸出。第二章 控制方式選擇（1）偏差控制方式偏差控制是指當(dāng)熱工參數(shù)實(shí)際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)某些量來(lái)減小偏差，直至實(shí)際采集值等于用戶設(shè)定值為止

3、。但這只是一種理想設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實(shí)際采集值不可能等于用戶設(shè)定值。因此，引入“回差”的概念，即給用戶設(shè)定值一個(gè)可以接受的范圍，在此范圍內(nèi)都可認(rèn)為達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為T0，溫控回差為h，則當(dāng)出水溫度T滿足式3-1時(shí)即可。 (3一1)（2）PID控制方式. PID控制器基本概念PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量來(lái)進(jìn)行控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)、控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和

4、被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合采用PID控制技術(shù)。1比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。2積分（I）控制在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差的運(yùn)算取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即

5、便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。3微分（D）控制在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤

6、差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象,比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。偏差控制只能輸出開關(guān)量信號(hào)，對(duì)于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備，則需要過(guò)程控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律PID控制方式PID控制，即按偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明，運(yùn)用這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿意的結(jié)果。PID調(diào)節(jié)器既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性

7、，又能加快過(guò)渡過(guò)程，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，是一種比較完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過(guò)程控制系統(tǒng)中，以克服時(shí)間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標(biāo)。 , PID控制器的基本形式 PID控制分兩種基本形式，即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器如圖3-1所示，理想控制規(guī)律為 其中，KP為比例增益，與比例帶成倒數(shù)關(guān)系，即,TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)，u(t)為控制量，e(t)為偏差。 比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除靜態(tài)誤差，KP過(guò)大，可能會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定:積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除靜態(tài)誤

8、差，因而，只要有足夠的時(shí)間積分作用將能完全消除誤差，但調(diào)節(jié)動(dòng)作緩慢;微分控制加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期足夠短時(shí)，用求和代替積分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠蹋缡?-3所示 以上是PID控制的理論控制方程，但在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。 , PID控制器的改進(jìn) 計(jì)算機(jī)控制是一種比較準(zhǔn)確的控制方式，只要系統(tǒng)偏差存在且.大于傳感器的精度范圍，一計(jì)算機(jī)就不斷進(jìn)行控制量增量的計(jì)算，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，這樣容易產(chǎn)生某些動(dòng)作過(guò)于頻繁而引起振蕩。

9、為避免控制動(dòng)作過(guò)于頻繁以消除振蕩，在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個(gè)死區(qū)環(huán)節(jié)，如圖3-2所示，相應(yīng)的算式為其中為人為設(shè)定的一個(gè)死區(qū)，是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由試驗(yàn)確定。太小，使調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定控制量的目的; 太大，則系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后。在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，為避免風(fēng)機(jī)和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變，可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個(gè)死區(qū)，如±1。 在鍋爐控制系統(tǒng)中，當(dāng)啟動(dòng)/停止電機(jī)或大幅度改變溫度、壓力等設(shè)定值時(shí)，由于短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的偏差，往往會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象，以致造成很大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間的振蕩。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，可采用積分分離的方法，即偏差e(k)

10、較大時(shí)，取消積分作用;當(dāng)偏差e(k)較小時(shí)才將積分作用投入。亦即當(dāng) 積分分離閥值刀應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象及控制要求確定。例如出水溫度的控制，可以選定盧為5或10等，依據(jù)控制精度要求而定。 綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死區(qū)設(shè)定和積分分離兩項(xiàng)改進(jìn)措施，以達(dá)到穩(wěn)定控制溫度和壓力等信號(hào)的目的。 3,經(jīng)驗(yàn)湊試法整定PID參數(shù)PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù)KP、積分時(shí)間界和微分時(shí)間幾等參數(shù)。增大比例系數(shù)K。一般會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)，:在有靜差的情況下有利于消除靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。 增大積分時(shí)間常數(shù)TI，相當(dāng)于減小積分系數(shù)

11、，積分作用減弱，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢。 增大微分時(shí)間常數(shù)TD有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱，對(duì)擾動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。 在湊試時(shí)，可參考3個(gè)參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。 (1)首先整定比例部分。即將比例系數(shù)KP由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有消除靜差或靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線己屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。 (2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則須加入積分環(huán)節(jié)，整定時(shí)首先置積分時(shí)間T,為一較大值，并將經(jīng)第一步整

12、定得到的比例系數(shù)P略為減小(如縮小為原值的0.8倍)，然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過(guò)程中，可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)大，與積分時(shí)間T,，以期得到滿意的控制過(guò)程和整定參數(shù)。- (3)若使用比例積分調(diào)節(jié)器(PI控制錐)消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成完整的PID控制器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間To為零。在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。第三章硬件設(shè)計(jì)隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會(huì)要

13、求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用控制裝置。本章主要介紹西門子S7-300系列PLC以及其它硬件的組成與選型。3.1 PLC的基本概念可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用也得

14、到了迅速的發(fā)展。3.1.1模塊式PLC的基本結(jié)構(gòu)這里我們主要介紹的是西門子S7-300，S7-300屬于模塊式PLC。西門子的PLC以其極高的性價(jià)比，在國(guó)內(nèi)占有很大的市場(chǎng)份額，在我國(guó)的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。通過(guò)CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖3.1是PLC控制系統(tǒng)的示意圖。CPU模塊：CPU模塊主要由微處理器和存儲(chǔ)器組成，S7-300將CPU模塊簡(jiǎn)稱為CPU。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU

15、模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。PLC控制系統(tǒng)示意圖信號(hào)模塊：輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊一般簡(jiǎn)稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)稱為AI模塊和AO模塊，在S7-300中統(tǒng)稱為信號(hào)模塊。信號(hào)模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來(lái)的開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的

16、模擬量電流電壓信號(hào)。開關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號(hào)模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來(lái)隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求很高的控制任務(wù)。接口模塊：CPU模塊所在的機(jī)架稱為中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。通信處

17、理器：通信處理器用于PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。電源模塊：PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC 24V和背板總線上的DC 5V電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7-300使用安裝了編程軟件STEP7的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)

18、程編程。編程軟件還具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。3.1.2 PLC的特點(diǎn)編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)：梯形圖是使用的最多的PLC編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易用，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高：一臺(tái)小型的PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)：PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊

19、全的硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。硬件配置確定后，通過(guò)修改用戶程序，就可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一以下，大大減少了因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障。S7-300有極強(qiáng)的故障診斷能力。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少：PLC用軟件功能取

20、代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法很有規(guī)律，容易掌握?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試PLC的用戶程序，用小開關(guān)來(lái)模擬輸入信號(hào)，通過(guò)個(gè)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)來(lái)觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)，調(diào)試的時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少的多。維修工作量小，維修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。體積小，能耗低：對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PL

21、C后，由于減少了大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，開關(guān)柜的體積比繼電器控制系統(tǒng)小的多。3.2 PLC的工作原理3.2.1 PLC的循環(huán)處理過(guò)程CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來(lái)處理PLC的起動(dòng)、刷新輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯(cuò)誤、管理存儲(chǔ)區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶要求的自動(dòng)化任務(wù)。STEP7將用戶程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能SFC和系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運(yùn)行方式也稱為掃描工作方式。OB1是用于循環(huán)

22、處理的組織塊，相當(dāng)于用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時(shí)，CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作，清除沒(méi)有保持功能的位存儲(chǔ)器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊”O(jiān)B100，完成用戶指定的初始化操作。以后進(jìn)入周期性的循環(huán)運(yùn)行。圖3.3是掃描過(guò)程。結(jié)合圖簡(jiǎn)要介紹下掃描過(guò)程：操作系統(tǒng)啟動(dòng)循環(huán)時(shí)間監(jiān)控。CPU將輸出過(guò)程映像區(qū)的數(shù)據(jù)寫到輸出模塊。CPU讀輸入模塊的輸入狀態(tài)，并存入輸入過(guò)程映像區(qū)。CPU處理用戶程序，執(zhí)行用戶程序中的指令。在循環(huán)結(jié)束時(shí)，操作系統(tǒng)執(zhí)行所有掛起的

23、任務(wù)，例如下載和刪除 塊，接收和發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)等。CPU返回第一階段，重新啟動(dòng)循環(huán)時(shí)間監(jiān)控。在啟動(dòng)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1中可以調(diào)用其他邏輯塊（FB、SFB、FC、SFC）。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷。如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行。 掃描過(guò)程在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過(guò)程映像區(qū)和輸出過(guò)程映像區(qū)。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)。在循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU并不直接訪問(wèn)I/O模塊中的輸入地址區(qū)和

24、輸出地址區(qū)，而是訪問(wèn)CPU內(nèi)部的過(guò)程映像區(qū)。在寫輸出模塊階段，CPU將輸出過(guò)程映像區(qū)的狀態(tài)傳送到輸出模塊。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像位為1狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像位為0狀態(tài)，在寫輸出模塊階段之后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。在讀輸入模塊階段，PLC把所有外部輸入電路的接通/斷開狀態(tài)讀入輸入過(guò)程映像區(qū)。外部輸入電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過(guò)程映像位為1狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入位的

25、常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外部輸入觸點(diǎn)電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入過(guò)程映像位為0狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入位的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了改變，輸入過(guò)程映像位的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)循環(huán)掃描周期的讀輸入模塊階段被讀入。3.2.2用戶程序的執(zhí)行過(guò)程PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入過(guò)程映像區(qū)或別的存儲(chǔ)區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到

26、對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中，因此，各編程元件的存儲(chǔ)區(qū)（輸入過(guò)程映像區(qū)除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。循環(huán)時(shí)間是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次如圖3.3所示的循環(huán)操作所需的時(shí)間，包括執(zhí)行OB1中的程序段和中斷該循環(huán)的系統(tǒng)操作的時(shí)間，也稱掃描循環(huán)時(shí)間或掃描周期。循環(huán)時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。第四章 工藝生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介原油穩(wěn)定的目的是為了降低原油蒸發(fā)的損耗，即采用一定的工藝方法將原油中的組分脫離出來(lái)，以減少運(yùn)輸和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的損失。具體來(lái)說(shuō)，原油中還含有分子量更小的烷烴，如含有一至四個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴，在常溫下，它們是氣體，其揮發(fā)性比汽油更強(qiáng)，極易從原油中揮發(fā)出來(lái)。而且揮發(fā)時(shí)還會(huì)帶走

27、大量的戊烷、己烷等組分，造成原油大量損失。另外，在原油輸送過(guò)程中，要反復(fù)加熱、加壓，這都為原油中輕烴的揮發(fā)提供了良好條件。為了減少原油在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程的揮發(fā)損耗，常常在原油脫水之后，再采取一定的方法，脫出原油中一至四個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴等輕組分。這種脫出原油中輕組分的過(guò)程就叫原油穩(wěn)定。它不僅與原有穩(wěn)定裝置的工藝設(shè)計(jì)有關(guān)，而且還與控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)有關(guān)。4.1 加熱爐-穩(wěn)定塔的基本控制4.2.1 加熱爐的出口溫度控制加熱爐進(jìn)料一般分為幾個(gè)支路。常規(guī)的控制方法是：在各支路上安裝各自的流量變送器和控制閥，而用爐出口總管溫度來(lái)調(diào)節(jié)爐用燃料量。這樣的調(diào)節(jié)方法根本沒(méi)有考慮支管溫度均衡的控制，支管溫度均衡的控

28、制由操作工憑經(jīng)驗(yàn)根據(jù)分支溫差來(lái)調(diào)節(jié)分支流量差。這種人為操作顯然無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的均衡控制，往往是各支管流量較均衡，而分支溫度有相當(dāng)大的差異，某一爐管因局部過(guò)熱而結(jié)焦的可能性很大。為了改善和克服這種情況，需要采用支路均衡控制方法。近年來(lái)出現(xiàn)的差動(dòng)式平衡控制、解藕控制以及多變量預(yù)測(cè)控制等方法能夠收取一定的效果。其中差動(dòng)式方法不僅效果不錯(cuò)，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行有一定的優(yōu)勢(shì)。另外，針對(duì)系統(tǒng)的非線性、強(qiáng)耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能實(shí)現(xiàn)較好的控制。加熱爐出口總管溫度是加熱爐環(huán)節(jié)最為重要的參數(shù)，出口溫度的穩(wěn)定對(duì)于后續(xù)工藝的生產(chǎn)穩(wěn)定、操作平穩(wěn)甚至提高收率至關(guān)重要。最簡(jiǎn)單的控制方法就是采用單

29、回路的反饋控制。單回路反饋控制簡(jiǎn)單實(shí)用，有它的使用價(jià)值。但該方法沒(méi)有考慮燃料量變化的影響，所以出口溫度不容易穩(wěn)定，在一定程度上也會(huì)造成燃料的浪費(fèi)。在簡(jiǎn)單反饋控制方案的基礎(chǔ)上，加入燃料量控制回路，就可以構(gòu)成加熱爐的串級(jí)控制系統(tǒng)。這種控制方案也比較簡(jiǎn)單，效果比簡(jiǎn)單控制的效果要好一些，但因?yàn)闆](méi)有考慮原油進(jìn)料量的波動(dòng)，所以出口溫度仍不容易穩(wěn)定，另外沒(méi)有考慮空氣量與燃料量之間的配比控制，燃燒也不能達(dá)到較為理想的狀態(tài)，這也是出口總管溫度不容易穩(wěn)定的一個(gè)原因。串級(jí)控制系統(tǒng)也可以引入爐膛溫度的控制回路來(lái)構(gòu)成：出口溫度控制器的輸出作為爐膛溫度的設(shè)定值，爐膛溫度控制器的輸出作為燃料量的給定值，燃料量控制器再去控制

30、調(diào)節(jié)閥。這種串級(jí)控制利用爐膛溫度的重要信息，有利于克服某些裝置燃料壓力的波動(dòng)，但反過(guò)來(lái)對(duì)爐膛溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性要求較高。在串級(jí)控制的基礎(chǔ)上，再引入原油進(jìn)料前饋，可以構(gòu)成靜態(tài)前饋控制或動(dòng)態(tài)前饋控制。采用原油進(jìn)料前饋控制后，在原油進(jìn)料流量有變化時(shí)，控制系統(tǒng)能很快使燃料流量發(fā)生相應(yīng)的變化，從而得到補(bǔ)償，使進(jìn)料流量波動(dòng)對(duì)出口溫度的影響較小。國(guó)內(nèi)大多數(shù)的煉油廠目前均采用以上幾種方法進(jìn)行出口總管溫度控制，其中簡(jiǎn)單的串級(jí)控制應(yīng)用較多，控制多采用經(jīng)典的PID控制器。實(shí)際上，由于系統(tǒng)的大時(shí)延、非線性以及時(shí)變特性，PID控制很難取得理想的控制效果，采用先進(jìn)控制如目前在工業(yè)過(guò)程中應(yīng)用最廣泛的預(yù)測(cè)控制成為改善控制品質(zhì)的

31、必要手段。4.2.2 加熱爐燃燒控制加熱爐燃燒控制的任務(wù)是提高加熱爐的熱效率，以達(dá)到節(jié)能增效的目的。由于加熱爐是蒸餾裝置中耗能最大的環(huán)節(jié)，能耗占整個(gè)裝置的70%以上，因此加熱爐熱效率的提高對(duì)于整個(gè)蒸餾裝置的節(jié)能具有決定性的意義。常規(guī)的控制系統(tǒng)中，加熱爐出口溫度、爐膛負(fù)壓、煙氣氧含量等變量是獨(dú)立的、互不關(guān)聯(lián)的，而實(shí)際上各變量之間相互影響。一般可以采用前饋加反饋的控制方法。如：反饋調(diào)節(jié)對(duì)象選擇加熱爐的熱效率或煙氣氧含量，執(zhí)行手段采用調(diào)節(jié)控制量；在燃燒控制的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步實(shí)施燃燒優(yōu)化，即采用高級(jí)優(yōu)化策略通過(guò)煙氣氧含量或熱效率反饋尋求最佳的過(guò)?？諝庀禂?shù)。一般情況下，采用燃燒優(yōu)化控制后能顯著的提高加熱爐

32、的熱效率?？刂迫蝿?wù)概述：1.保持加熱爐的出口溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)2. 控制爐膛壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)3. 控制煙氣含氧量在設(shè)定值附近波動(dòng)其中：保持出口溫度是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格；后兩個(gè)控制任務(wù)是為了保證加熱爐的安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，當(dāng)加熱爐運(yùn)行平穩(wěn)后，也有利于產(chǎn)品質(zhì)量的保證。加熱爐爐膛壓力是實(shí)現(xiàn)加熱爐自動(dòng)控制的一個(gè)重要的參數(shù)。爐膛壓力過(guò)高時(shí)，爐膛向外噴火，不僅使大量有效熱量散失，增加爐子的燃料消耗，而且也易燒壞爐子的鋼結(jié)構(gòu)，降低爐子的使用壽命，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)環(huán)境的惡化，危及操作人員的安全；爐壓過(guò)低時(shí)，會(huì)吸入大量的冷風(fēng)，漏風(fēng)熱損失和排煙熱損失加大，引風(fēng)機(jī)電耗增加。因此，必須將爐壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)

33、，在加熱爐最佳燃燒控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，爐膛壓力控制是可以通過(guò)控制引風(fēng)機(jī)變頻器開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，爐壓的檢測(cè)采用微差壓變送器。煙氣含氧量的大小能反映出加熱爐的燃燒情況，含氧量不足時(shí)，燃料燃燒不充分，造成大量的化學(xué)能損失，并且煙氣中含有大量的CO，對(duì)環(huán)境造成了危害；含氧量過(guò)大時(shí)，過(guò)?？諝膺^(guò)多，煙氣要帶走大量的熱量，造成排煙熱損失，并且空氣中的N2在高溫下與O2 發(fā)生化學(xué)反映生成NOX，也對(duì)環(huán)境造成污染。因此控制煙氣含氧量不僅可以提高加熱爐的熱效率，更有環(huán)保作用。爐膛壓力控制方案：爐膛壓力主要與進(jìn)風(fēng)量和引風(fēng)量直接相關(guān)，同時(shí)也受到加熱爐燃燒狀況以及燃料油、燃料氣比例的影響，不同的燃料下，燃燒后的產(chǎn)物會(huì)不同，對(duì)爐

34、膛壓力的影響也就不一樣，但這些影響因素處于次要地位可以不加考慮，采用單變量控制加上送風(fēng)量前饋調(diào)引風(fēng)來(lái)進(jìn)行控制，控制圖如圖1-1。為了避免引風(fēng)機(jī)變頻器動(dòng)作過(guò)大，需要對(duì)控制量進(jìn)行如下限制：(1)引風(fēng)機(jī)負(fù)荷不可擴(kuò)大，限制引風(fēng)機(jī)變頻器的開度(2)由于變頻器有保護(hù)電路，如果一次動(dòng)作過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致斷電保護(hù)，因此限制變頻器開度的每次變化量。 爐膛壓力控制系統(tǒng)框圖煙氣含氧量控制方案：煙氣含氧量是標(biāo)志燃燒狀況的重要參數(shù)。爐膛溫度、燃料量（主要是燃料油量和燃料氣量），甚至燃燒油與燃料氣的比例對(duì)煙氣含氧量有直接的影響，該控制方案根據(jù)燃料量的變化對(duì)進(jìn)風(fēng)量做補(bǔ)償，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)因負(fù)荷突然變化而引起的燃料變化，不會(huì)出現(xiàn)燃

35、料因負(fù)荷突變而變化燃燒狀況卻因進(jìn)風(fēng)量反應(yīng)過(guò)慢而惡化的現(xiàn)象。與引風(fēng)機(jī)變頻器類似，對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)的變頻器的動(dòng)作也有如下限制：(1)鼓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷不可過(guò)大，限制鼓風(fēng)機(jī)變頻器的開度。(2)限制變頻器開度的每次變化量。4.3 加熱爐的單回路控制方案4.3.1 擾動(dòng)分析加熱爐的最主要控制指標(biāo)往往是工藝介質(zhì)的出口溫度。對(duì)于不少加熱爐來(lái)說(shuō)，溫度控制指標(biāo)要求相當(dāng)嚴(yán)格，例如允許波動(dòng)范圍為±（12）。影響路出口溫度的擾動(dòng)因素有：工藝介質(zhì)進(jìn)料的流量、溫度、組分，燃料方面有燃料油的壓力、成分、燃料油的霧化情況，空氣過(guò)量情況，噴嘴的阻力，煙囪抽力等。在這些擾動(dòng)因素中有的是可控的，有的是不可控的。問(wèn)了保證爐出口穩(wěn)定，對(duì)

36、擾動(dòng)應(yīng)采取必要的措施。4.3.2 單回路控制系統(tǒng)的分析圖1-2為某一燃油加熱爐控制系統(tǒng)示意圖，其主要的控制系統(tǒng)是以爐出口溫度為控制變量、燃料油流量為操縱變量組成的單回路控制系統(tǒng)。其他輔助控制系統(tǒng)有：(1)進(jìn)入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)，如圖FC控制系統(tǒng)。(2)燃料油總壓控制，總壓控制一般調(diào)回油量，如入P1C控制系統(tǒng)。(3)采用燃料油時(shí)，還需加入霧化蒸汽，為此設(shè)有霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)，如圖P2C控制系統(tǒng)，以保證燃料油的良好霧化。加熱爐控制系統(tǒng)示意圖采用霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)后，在燃料壓力變化不大的情況下是可以滿足霧化要求的，目前煉廠中大多數(shù)采用這種方案。假如燃料油壓力變化較大時(shí)，單采用霧化蒸汽壓

37、力控制就不能保證燃料油得到良好的霧化，可以根據(jù)燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之差來(lái)調(diào)節(jié)霧化蒸汽，還可以采用燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。但只能保持近似的流量比，還應(yīng)注意經(jīng)常保持噴嘴、管道、節(jié)流件等通道的暢通，以免噴嘴堵塞及管道局部阻力發(fā)生變化，引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。此外，也可以采用二者流量的比值控制，則能克服上述缺點(diǎn)，但所用儀表多且重油流量測(cè)量困難。采用單回路控制系統(tǒng)往往很難滿足工藝滿足，因?yàn)榧訜釥t需要將工藝介質(zhì)從幾十度升溫到數(shù)百度，其熱負(fù)荷很大。當(dāng)燃料油的壓力或熱值有波動(dòng)時(shí)，就會(huì)引起爐出口溫度的顯著變化。采用單回路控制時(shí)，當(dāng)加熱量改變后，由于傳遞滯后和測(cè)量滯后較大，控制作用不及時(shí)，而使

38、爐口溫度波動(dòng)較大，滿足不了工藝生產(chǎn)要求。因此單回路控制系統(tǒng)僅適用于對(duì)爐出口溫度要求不十分嚴(yán)格；其外來(lái)擾動(dòng)緩慢而較小，且不頻繁；爐膛容量較小，即滯后不大。 4. 3循環(huán)流量控制 鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的另一個(gè)任務(wù)是通過(guò)循環(huán)泵將出水缸內(nèi)的熱水輸送到用戶供熱管道，并回到回水缸。 循環(huán)流量控制同樣采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定出水壓力范圍，當(dāng)出水壓力實(shí)際值不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，增加或減少循環(huán)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，直到出水壓力達(dá)到要求為止。PID控制在偏差控制的基礎(chǔ)上對(duì)出水壓力進(jìn)行微調(diào)，其原理如圖3-4所示21 。循環(huán)流量PID控制原理如圖3-4所示。循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水壓力的實(shí)

39、時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近。其控制采用前述改進(jìn)PID控制算法與參數(shù)整定方法。4. 4燃燒過(guò)程控制 供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是個(gè)多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯后且相互影響的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時(shí)，也會(huì)影響到其他被調(diào)量。 鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點(diǎn): (1)穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量(負(fù)荷)的變化相關(guān)，每天不同時(shí)段，根據(jù)用戶的消耗量和室外溫度計(jì)算出鍋爐出水溫度的設(shè)

40、定值，以出水溫度為信號(hào)，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，達(dá)到出水溫度與設(shè)定值一致。同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的回水溫度和爐膛溫度，若回水溫度過(guò)低則適當(dāng)加大給煤量，反之則適當(dāng)減少給煤量;若爐膛溫度過(guò)高則適當(dāng)減少給煤量，反之則適當(dāng)加大給煤量。我們初步預(yù)定度膛溫度在在800攝氏度。 (2)保證鍋爐燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于給定出水溫度的情況下，需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運(yùn)行在最佳燃燒狀態(tài)。開始運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定風(fēng)煤比，使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時(shí)根據(jù)出水溫度的變化對(duì)鼓風(fēng)量進(jìn)行前饋控制，然后通過(guò)測(cè)量煙氣含氧量，運(yùn)用偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒，是出水的預(yù)定溫度為80攝氏度。(3)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，保持爐膛

41、壓力在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)。爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的安全。負(fù)壓過(guò)大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化，對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行前饋控制。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測(cè)量爐膛負(fù)壓，運(yùn)行PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。確保爐膛存在負(fù)壓。4. 4. 1補(bǔ)水泵控制系統(tǒng) 補(bǔ)水泵系統(tǒng)共有四臺(tái)補(bǔ)水泵電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)采用兩臺(tái)變頻器拖動(dòng)，一臺(tái)變頻器負(fù)責(zé)拖動(dòng)兩臺(tái)補(bǔ)水泵，即“一拖二”模式。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖4-2所示。其中1-2#補(bǔ)水泵用1#變頻器拖動(dòng)，3-4#補(bǔ)水泵

42、用2#變頻器拖動(dòng)，構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立拖動(dòng)系統(tǒng)。.系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，只有1臺(tái)變頻器運(yùn)行，若用2臺(tái)以下泵可滿足負(fù)荷，則啟動(dòng)1#(2#)變頻器拖動(dòng)1-2#泵(3-4#泵)即可;若需2臺(tái)以上泵才能滿足負(fù)荷，則先啟動(dòng)1#(2#)變頻器拖動(dòng)1-2#泵(3-4#泵)，然后切換到工頻運(yùn)行并停止該變頻器，啟動(dòng)另1臺(tái)變頻器拖動(dòng)另外2臺(tái)泵。鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)中通過(guò)改變循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)熱水流量，并通過(guò)改變補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的回水壓力，使回水缸內(nèi)的水位保持在一定范圍內(nèi)。 補(bǔ)水調(diào)節(jié)采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定回水壓力范圍，當(dāng)回水壓力實(shí)際值不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，增加或減少補(bǔ)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，直到回水壓力達(dá)到要求為止

43、。PID控制在偏差控制的基礎(chǔ)上對(duì)回水壓力進(jìn)行微調(diào)，其原理如圖3-3所示f21。補(bǔ)水泵系統(tǒng)根據(jù)回水壓力的設(shè)定值與掌韭l采集到的回水壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)PID附近，從而確定補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，以改變回水法將回水壓力值控制在設(shè)定值.力。其控制采用前述改進(jìn)PID控制算法與參數(shù)整定方法。確保總管內(nèi)壓力恒定。4. 4. 2循環(huán)泵控制系統(tǒng) 循環(huán)泵系統(tǒng)有6臺(tái)循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺(tái)變頻器，采用“一拖六”的拖動(dòng)模式，即用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)6臺(tái)循環(huán)泵，另外一臺(tái)作為備用。每臺(tái)循環(huán)泵均通過(guò)變頻器啟動(dòng)，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺(tái)循環(huán)泵變頻運(yùn)行，其他工作循環(huán)泵工頻運(yùn)行，剩下循環(huán)泵處

44、于停止?fàn)顟B(tài)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制圖如圖所示。加熱爐燃燒控制系統(tǒng)是加熱爐PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行層，其主要包括溫度控制、空氣流量控制、煤氣流量控制、爐壓控制，熱風(fēng)放散控制等幾部分組成。系統(tǒng)要求其穩(wěn)定準(zhǔn)確快速的隨動(dòng)溫度設(shè)定數(shù)模的設(shè)定值，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，高效燃燒，節(jié)約能源，減少污染，實(shí)現(xiàn)爐溫最佳控制，提高鋼材質(zhì)量的目的。根據(jù)這一要求我們對(duì)以往的雙交叉雙向限幅控制進(jìn)行了改進(jìn)，采用自身反饋雙向限幅,它使系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。其中涉及溫流串級(jí)控制，調(diào)節(jié)器增益補(bǔ)償，擾動(dòng)補(bǔ)償，解耦補(bǔ)償，空燃比動(dòng)態(tài)尋優(yōu),生產(chǎn)過(guò)程的安全報(bào)警與事故處理等幾個(gè)部分。第五章 可編程序控制器的選擇一機(jī)型的選擇機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在功能

45、滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳的功能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：1、結(jié)構(gòu)合理；2、功能相當(dāng)；3、機(jī)型統(tǒng)一；4、是否在線編程。二組態(tài)技術(shù)1、組態(tài)技術(shù)組態(tài)控制技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，它們都由被控對(duì)象、傳感器、I/O接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部分組成。傳感器的作用是對(duì)被控對(duì)象的各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)傳感器，計(jì)算機(jī)能感知生產(chǎn)進(jìn)行的情況；將參數(shù)在顯示器上顯示。并根據(jù)參數(shù)實(shí)際值與設(shè)定植的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而完成控制任務(wù)。2、集散式控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系

46、統(tǒng)(FCS)一臺(tái)DDC(直接數(shù)字控制)計(jì)算機(jī)常用來(lái)控制幾個(gè)到十幾個(gè)回路。如果將更多的參數(shù)集中到一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的可靠性會(huì)大大降低。集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是分散控制，集中管理。集散式控制系統(tǒng)的分級(jí)管理規(guī)?？纱罂尚。梢灾挥袃杉?jí)（直接控制級(jí)和監(jiān)督控制級(jí)或稱下位機(jī)和上位機(jī)），也可以有多級(jí)。典型的三級(jí)結(jié)構(gòu)為過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)、和生產(chǎn)管理級(jí)。輸入/輸出模塊的選擇PLC是一種工作控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種

47、參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信息。同時(shí)，由于控制器通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，因此各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是不同的。而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所有I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需要經(jīng)過(guò)一定的距離，為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，可以根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇使用。1、確定I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求

48、，確定所需要的I/O點(diǎn)數(shù)，再增加10-20的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能。對(duì)于同一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平的不一樣，I/O點(diǎn)數(shù)就有所不同。2、開關(guān)量輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量輸入/輸出接口可用于從傳感器和開關(guān)及控制設(shè)備接收信號(hào)。典型的交流輸入/輸出信號(hào)為20240V，直流輸入/輸出信號(hào)為5240V。3、模擬量輸入/輸出模擬量I/O接口是用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。這些接口用于測(cè)量流量、溫度和壓力的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。典型接口量程為-10+10V，0+10V，420mA或1050mA。4、特殊功能在選擇一臺(tái)PLC時(shí)，用戶可能會(huì)面臨需要一些特殊類型的且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/

49、O實(shí)現(xiàn)的I/O限定情況。用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供一些特殊的有助于最大限度減小控制作用的模塊。靈便模塊和特殊接口模塊，都應(yīng)考慮使用。有的模塊自身能夠處理一部分現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，從而使CPU從處理耗時(shí)任務(wù)中解脫出來(lái)。5、智能式輸入/輸出當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入/輸出模塊。所謂智能式輸入/輸出模塊，就是模塊本身帶有處理器，對(duì)輸入或輸出信號(hào)作預(yù)先規(guī)定的處理，將其處理結(jié)果送入CPU或直接輸出，這樣可提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器的容量。SIMATIC TI505西門子SIMATIC TI565系列PLC原屬美國(guó)德州儀器（Texas Instrument）公司工業(yè)控制部，后為西門子公

50、司收購(gòu)，新型號(hào)為SIMATIC TI565，適用于較大的批處理控制。還有適用于中規(guī)模的快速靈活的SIMATIC TI545系列PLC，與TI565組成SIMATIC TI505系列PLC。下面對(duì)TI505系列PLC做一下介紹。SIMATIC TI505 PLC有兩種類型：1、傳統(tǒng)的面向開關(guān)量控制的PLC，如TI525、TI535和TI565；2、面向過(guò)程控制的控制器，如TI545、TI555、TI565，TI525和TI535是適合于中小規(guī)模的開關(guān)和模擬量控制，TI560可用于處理大規(guī)模的開關(guān)量控制。本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際要求選擇TI565系列PLC?，F(xiàn)在，將TI565性能介紹如下。1、西門子TI5

51、65系列PLC技術(shù)性能系統(tǒng)內(nèi)存/KB： 1024RAM1K字執(zhí)行時(shí)間： 1.3ms控制繼電器/可保持控制繼電器： 53248/4096計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器： 20480數(shù)學(xué)運(yùn)算功能： -，+，*，/，數(shù)字量輸入/輸出： 8192模擬量輸入/輸出： 8192智能輸入/輸出模塊： 能連接或可能連接遠(yuǎn)程輸入/輸出距離/m： 1000或4000TISTAR過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)： 能連接或可能連接聯(lián)網(wǎng)： 能連接或可能連接/TI通道閉環(huán)回路控制： 能連接或可能連接中央處理單元類型PPX： 565TXKM/110Y總內(nèi)存配置/KB： 1024梯形圖程序內(nèi)存配置/KB： 256計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器： 0480擴(kuò)展遠(yuǎn)程底盤： 1

52、28可尋址I/O(數(shù)字/模擬)： 81921K執(zhí)行時(shí)間： 1.3ms回路數(shù)： 64計(jì)算速度(回路/100ms)： 40模擬量報(bào)警： 128特殊功能程序： 10232、西門子TI505系列PLC輸入/輸出模塊技術(shù)性能模擬量輸入/輸出模塊PPX 505-7012輸入點(diǎn)數(shù) 8，差分、雙極性輸入范圍 010V，050mA，020mA分辨率 輸入15bit，輸出12bit輸出點(diǎn)數(shù) 4輸出范圍 010V，020mA輸入之間隔離 AC1500V輸出之間隔離 AC1500V更新時(shí)間 20ms/輸入，24ms對(duì)所有輸出電源 DC24V，僅對(duì)輸出所占槽位 1儀器介紹三、孔板孔板屬于節(jié)流裝置的一種。節(jié)流裝置與差壓變

53、送器配套構(gòu)成差壓式流量計(jì)被廣泛地應(yīng)用于雙相條件下的液體、氣體、蒸汽的流量測(cè)量、控制和調(diào)節(jié)。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、使用可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而成為流量?jī)x器中應(yīng)用最廣泛、最成熟的一種。節(jié)流裝置在流量檢測(cè)過(guò)程中起到主要作用，其工作原理如下：在管道內(nèi)部裝有斷面變化的孔板或噴嘴等節(jié)流件。當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)，由于流束收縮，在節(jié)流件的前后產(chǎn)生靜壓力差，利用壓差與流速的關(guān)系可進(jìn)一步測(cè)出流量。對(duì)于未經(jīng)標(biāo)定的節(jié)流裝置，只要它與已經(jīng)經(jīng)過(guò)充分實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的節(jié)流裝置幾何相似，則在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，可以認(rèn)為節(jié)流件前后的靜壓力差與所流過(guò)流體的流量間有確定的數(shù)值關(guān)系。因此，可以通過(guò)壓差來(lái)測(cè)流量。2、流量變送器工業(yè)上

54、習(xí)慣將過(guò)程參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、分析量等）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的儀表稱為變送器。變送器的輸出信號(hào)用于指示、記錄和控制。按被測(cè)參數(shù)分類，變送器主要分為差壓變送器、溫度變送器、流量變送器和成分變送器等。3、安全柵本設(shè)計(jì)中的安全柵為防爆安全柵。防爆安全柵分輸入式安全柵和輸出式安全柵兩種。電動(dòng)儀表中的變送器、執(zhí)行器、電氣轉(zhuǎn)換器、安全柵屬安全火花防爆儀表。安全柵安裝在安全場(chǎng)所，作為控制室儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備。一方面?zhèn)鬏斝盘?hào)，另一方面把流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量控制在爆炸性氣體或混合物的點(diǎn)火能量以下，以確保系統(tǒng)的安全火花性能。安全柵起隔離危險(xiǎn)場(chǎng)所和安全場(chǎng)所的作用。4、伺服放大器伺服放大器由前置磁放大器、

55、觸發(fā)器、可控硅交流開關(guān)組成。磁放大器將輸入信號(hào)綜合、比較、放大。輸出的模擬值經(jīng)過(guò)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖信號(hào)去觸發(fā)可控硅。5、手操器手操器是電動(dòng)執(zhí)行器的一部分。電動(dòng)執(zhí)行器將輸入的電流420mA.DC信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出軸角位移或直線位移。通常配有電動(dòng)操作器以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)操作和手動(dòng)操作的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)電動(dòng)操縱器的切換開關(guān)切向手動(dòng)時(shí)，可由操作器的正、反向操作按鈕直接控制伺服電源，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遙控操作。另外，在現(xiàn)場(chǎng)可以轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行器的手柄，在需要的時(shí)候進(jìn)行就地手動(dòng)操作。6、A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。它是PLC完成流量、溫度，壓力等參數(shù)采集和檢測(cè)的輸入接口。7、D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件。它是PLC對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制的重要接口電路之一。按照轉(zhuǎn)換的方式，可以分為串行D/A轉(zhuǎn)換器和并行D/A轉(zhuǎn)換器兩種。本設(shè)計(jì)中采用并行D