鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三B、鍋爐給水介紹：該工廠的給水來自于工廠的自備水庫，通過給水泵將水從水庫里抽出，由給水管道，經(jīng)給水閥門沿給水管道進(jìn)入鍋爐的汽包中。由于給水泵是三相電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵運(yùn)行，而工廠一帶的電網(wǎng)電壓、頻率波動(dòng)較大，為了維持汽包水位穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，需對(duì)汽包水位控制系統(tǒng)進(jìn)行精密設(shè)計(jì)，使控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)給水電磁閥門和給水泵，使二者協(xié)調(diào)工作，維持正常的安全水位。 C、鍋爐減溫水介紹：用作鍋爐過熱蒸汽的減溫水來自于該工廠的某一生產(chǎn)線產(chǎn)生的清潔溫水，約20左右，由于生產(chǎn)線溫水儲(chǔ)備箱中的溫水由減溫水泵抽出，通過減溫水電磁閥門，沿減溫水管道進(jìn)入減

2、溫器，對(duì)過熱蒸汽減溫。同樣，由于工廠附近的電壓、頻率擾動(dòng)，對(duì)減溫水的流量造成擾動(dòng)，另外，由于蒸汽經(jīng)過過熱器會(huì)造成時(shí)間上的延遲，因此要及時(shí)有效的控制蒸汽溫度，必須克服減溫水泵的轉(zhuǎn)速擾動(dòng)和過熱器的時(shí)間延遲。結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，經(jīng)過分析，用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)蒸汽溫度進(jìn)行控制能滿足要求。 D、本鍋爐控制系統(tǒng)的控制任務(wù)：穩(wěn)定過熱蒸汽的溫度、維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)、穩(wěn)定爐膛壓力、維持經(jīng)濟(jì)燃燒。第2頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 2、鍋爐水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、1）鍋爐汽包水位系統(tǒng)示意圖 第3頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三2）汽包三沖量水位控制系統(tǒng)原理圖及框

3、圖 第4頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三B、選用本方案原因：用三沖量控制系統(tǒng)的原因：單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號(hào)為唯一的控制信號(hào)，該方法結(jié)構(gòu)簡單，但克服不了“虛假水位”的影響;雙沖量控制系統(tǒng)引入蒸汽流量作為前饋信號(hào)，減少了由于“虛假水位”帶來的變化影響，但控制作用不能及時(shí)克服給水流量的擾動(dòng)，當(dāng)給水發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要等到汽包水位信號(hào)變化時(shí)才能調(diào)節(jié)執(zhí)行器，滯后時(shí)間較長。 因此本設(shè)計(jì)中的鍋爐采用三沖量控制系統(tǒng)，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)接受三個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào):水位H、蒸汽流量D和給水流量G，三沖量控制是在傳統(tǒng)的PID串級(jí)控制上，引入了前饋控制，構(gòu)成串級(jí)前饋復(fù)合控制系統(tǒng)。 第5頁，共16頁，20

4、22年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 3、蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、1）鍋爐汽水系統(tǒng)流程示意圖 第6頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三2）過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)及框圖 第7頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三B、根據(jù)過熱蒸汽溫度來控制減溫水流量QW。當(dāng)過熱蒸汽入口蒸汽溫度或減溫水出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，要等到出口過熱蒸汽溫度發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)器能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并使執(zhí)行器動(dòng)作，控制減溫水流量QW；而當(dāng)QW改變后，能影響過熱蒸汽溫度。 第8頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 4、鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、燃燒系統(tǒng)是一個(gè)燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量、主蒸

5、汽煙氣含氧量、爐膛負(fù)壓以及燃料的質(zhì)量和空氣含氧量等干擾因素對(duì)燃燒系影響，而且存在很強(qiáng)的耦合性?？梢詫㈠仩t燃燒系統(tǒng)視為三輸入三輸出系入量為燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量;輸出量為主蒸汽壓力、煙氣含氧量和爐膛 。 采用熱量信號(hào)的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)原因：該工廠采用煤作為鍋爐的燃料，通過給煤機(jī)、爐排把煤粉送進(jìn)爐膛燃燒。而燃料煤來源于工廠的儲(chǔ)煤倉，由于工廠效益、工廠生產(chǎn)規(guī)模等因素的限制，該工廠所用做燃料的煤，煤質(zhì)不是太好，煤質(zhì)變化不均、煤層厚度不均勻，所以煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量變化也就很頻繁，這對(duì)燃燒系統(tǒng)的擾動(dòng)是很大的。這就要求我設(shè)計(jì)的燃燒控制系統(tǒng)要能及時(shí)地消除由于煤質(zhì)變化不均、煤層厚度不均勻等因素所引起的燃料方面的擾動(dòng)

6、，而應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，用采用熱量信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng)可以有效滿足上述要求。 第9頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三B、采用熱量信號(hào)的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖 第10頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三C、在鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，熱量信號(hào)要用蒸汽流量D加上汽包壓力的變化率來代表燃料量的測量信號(hào)。熱量信號(hào)只反映燃料量的變化不反映用蒸汽的變化，而當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，只要進(jìn)入爐膛的燃料量不變，熱量信號(hào)就應(yīng)該沒有變化。實(shí)際應(yīng)用熱量信號(hào)時(shí)，使蒸汽流量信號(hào)D和汽包壓力的變化率這個(gè)信號(hào)恰當(dāng)配合，使二者之和只反映燃料量的變化。汽包壓力變化速度 ，采用微積分器，微分器輸出的信號(hào)就是汽

7、包壓力變化速度。蒸汽流量D與汽包壓力蒸汽變化速度通過加法器組合起來成為熱量信號(hào)，送入燃料調(diào)節(jié)器。當(dāng)鍋爐發(fā)生燃料內(nèi)部擾動(dòng)時(shí)，汽包蒸汽壓力立即隨之變化，使燃料調(diào)節(jié)器及時(shí)調(diào)整爐排轉(zhuǎn)速，改變給煤量，迅速克服燃料內(nèi)部擾動(dòng)，使汽包壓力變化穩(wěn)定，同時(shí)送風(fēng)量調(diào)節(jié)器隨之動(dòng)作，主調(diào)節(jié)器也隨之動(dòng)作，使燃料量與送風(fēng)量相匹配。負(fù)荷蒸汽變化時(shí)，主調(diào)節(jié)器接受蒸汽壓力信號(hào)P，輸入燃料調(diào)節(jié)器，及時(shí)調(diào)節(jié)燃煤量以適應(yīng)負(fù)荷變化。同時(shí)，燃料調(diào)節(jié)器將負(fù)荷變化的信號(hào)輸入風(fēng)量調(diào)節(jié)器，以保證適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比例。當(dāng)由于風(fēng)量調(diào)節(jié)器與負(fù)壓調(diào)節(jié)器之間有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償信號(hào)，此時(shí)負(fù)壓調(diào)節(jié)器也同時(shí)動(dòng)作，這樣就保證了燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，保證了正確的風(fēng)煤比和適合的爐

8、膛負(fù)壓。 風(fēng)量調(diào)節(jié)器又接收煙氣中含氧信號(hào)O2，作為維持風(fēng)煤每比的校正信號(hào)。負(fù)壓調(diào)節(jié)器也接受爐膛負(fù)壓信號(hào)ST，作為時(shí)對(duì)爐膛負(fù)壓的校矯正作用。第11頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三D、原電池式氧傳感器： 原電池的正極采用鉛等普通易氧化金屬，負(fù)極采用金鉑等貴重金屬，隔膜選用氧氣穿投型號(hào)的聚乙烯或氟烯脂薄膜，其厚度為1020mm，電解液為過氟HCL04、四氟乙樹硅酸H2SiF4或六氟代硅酸等電解液，原電池的正負(fù)極、隔膜、檢知部分及電解液一起封裝在外殼內(nèi)。當(dāng)氧氣穿過隔膜時(shí)就被融解在隔膜與負(fù)極之間的電解液層中，然后達(dá)到負(fù)極表面，在負(fù)極表面被還原，同時(shí)正極的鉛又被氧化，這時(shí)流過電池

9、的電流與氧氣的濃度成正比。 利用這一特性，可通過檢測這種電流來檢測氧氣的濃度。原電池式氧傳感器的輸出特性線度性很好，可以從0100%的氧氣濃度范圍內(nèi)都成直線關(guān)系，當(dāng)接觸傳感器周圍的氧氣濃度發(fā)生變化的時(shí)候，從傳感器輸出開始變化到最終輸出90%所需要的時(shí)間不大于10秒。原電池式氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，不但可以在常溫下使用，而且能在0100%的氧氣濃度范圍內(nèi)精確的測定氧氣的濃度，所以它適用于多種場合，如測定燃燒廢氣中的氧氣及檢測氧氣的泄漏。 而氧化鋯氧量計(jì)測出的氧濃度差電動(dòng)勢與煙氣含氧量成非線性關(guān)系，必須經(jīng)過線性化處理才能得到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。第12頁，共16頁，2022年，5月20日，

10、23點(diǎn)44分，星期三 5、報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本報(bào)警系統(tǒng)由檢出元件、信號(hào)報(bào)警器、音響器、按鈕等組成。主要的控制參數(shù)有汽包水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓等，本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的是具有聲音和閃光的報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)汽包水位、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓等過程參數(shù)發(fā)生越限時(shí)，檢測元件檢測到這個(gè)信號(hào)后，就會(huì)發(fā)出信號(hào)，并將其送到信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出聲音和閃光信號(hào)，以便現(xiàn)場操作人員及時(shí)得知后報(bào)警信號(hào)，及時(shí)按下消音按鈕，并采取一定的措施之后，使鍋爐過程參數(shù)恢復(fù)到安全范圍之內(nèi)，燈光熄滅.另外還設(shè)置了故障報(bào)警：送風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、引風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、給水泵故障報(bào)警、循環(huán)泵故障報(bào)警、減溫水泵故障報(bào)警、送燃料機(jī)故障報(bào)警等。聲光報(bào)警

11、裝置由揚(yáng)聲器和指示燈組成。其中，揚(yáng)聲器1個(gè);報(bào)警指示燈16個(gè):1個(gè)電源指示燈；1報(bào)警裝置正常工作指示燈；每個(gè)過程參數(shù)對(duì)應(yīng)2報(bào)警指示燈：越上限報(bào)警指示指示燈和越下限報(bào)警指示燈；6個(gè)故障報(bào)警指示燈；4檢測參數(shù)和6路故障報(bào)警信號(hào)共用一個(gè)揚(yáng)聲器，因?yàn)橹灰袇?shù)越限，或設(shè)備出現(xiàn)故障揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音，同時(shí)相應(yīng)的報(bào)警指示燈亮就會(huì)亮起。 第13頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 6、鍋爐PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)A、控制系統(tǒng)設(shè)備選型：PLC：選擇日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列的PLC，其型號(hào)為FX2N64MR。輸入：18路，其中故障報(bào)警6路，鍋爐過程參數(shù)變送器信號(hào)11路。輸出：19路，其中越

12、限報(bào)警輸出8路，故障報(bào)警輸出6路，電磁線圈或調(diào)節(jié)閥門或者電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)5路。 輸入/出電壓范圍：05V，輸出電流范圍：010mA。 DL-5型電源濾波器1臺(tái)；PS-2型電源2臺(tái)；A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器若干。B、PLC梯形圖說明：首先要對(duì)鍋爐工藝參數(shù)原值和上下限值（水位、溫度、壓力、爐膛負(fù)壓).然后是對(duì)水位測量信息采集，之后調(diào)用水位控制模塊P0，調(diào)用之后返回主程序，輸出給水閥控制信號(hào)。 接下來，采集蒸汽溫度測量信息、調(diào)用溫度控制模塊P1，調(diào)子程序返回后輸出減溫水閥門控制信號(hào)； 然后是燃燒控制系統(tǒng)測量信息采集，之后調(diào)用送風(fēng)控制模塊P2，輸出送風(fēng)機(jī)控制信號(hào)；再調(diào)用引風(fēng)控制模塊P3，輸

13、出引風(fēng)機(jī)控制信號(hào)；然后再調(diào)用給煤控制模塊P4，輸出給煤機(jī)控制信號(hào)。第14頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 最后計(jì)入故障報(bào)警系統(tǒng)測量信息采集，輸出故障報(bào)警信號(hào)。 關(guān)于每個(gè)子程序模塊，都設(shè)有越限報(bào)警輸出，調(diào)節(jié)規(guī)律參數(shù)設(shè)定，然后調(diào)用P或PID算法模塊，進(jìn)行計(jì)算之后得到控制量。C、本論文的不足之處：本論文所用的控制方案大都是基于比較傳統(tǒng)、常規(guī)的控制控制理論，而許多先進(jìn)的控制理論和方案沒有涉及；關(guān)于論文中的三相電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，沒有給予重點(diǎn)研究；關(guān)于PLC控制系統(tǒng)的選型，現(xiàn)在市場上有專門與之配套的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器，而自己設(shè)計(jì)時(shí)，卻沒有用到這些器件；關(guān)于設(shè)計(jì)中的參數(shù)整定

14、問題，由于自己操作不熟練、試驗(yàn)設(shè)備的精度、不能到工業(yè)現(xiàn)場調(diào)試等原因，整定的參數(shù)可能會(huì)不很準(zhǔn)確；對(duì)于變送器、傳感器、執(zhí)行器的選擇，本人對(duì)此知之甚少，不太了解，因此所選設(shè)備可能會(huì)對(duì)控制效果造成一定的影響；關(guān)于本設(shè)計(jì)中的軟件設(shè)計(jì)，由于本人知識(shí)和能力有限，也有不妥之處，也沒有設(shè)計(jì)鍋爐的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和自動(dòng)記錄系統(tǒng)。這些不妥之處當(dāng)然是可以通再努力來改善解決的。通過仔細(xì)而有計(jì)劃的市場調(diào)查，多與有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員交流，多多了解鍋爐行業(yè)的有關(guān)業(yè)內(nèi)動(dòng)態(tài)和先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)，多在工業(yè)現(xiàn)場鍛煉自己，積累經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)實(shí)條件下，以節(jié)能、降耗、環(huán)保為設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出實(shí)用、可靠、而投資又少的控制

15、方案是條很好的途徑。第15頁，共16頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)44分，星期三 7、畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 本設(shè)計(jì)是在結(jié)合使所學(xué)的過程控制系統(tǒng)與自動(dòng)化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，聯(lián)系工廠實(shí)際客觀情況的基礎(chǔ)上，對(duì)該工廠的鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中把整個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)：汽包水位控制系統(tǒng)、蒸汽溫度控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。本論文設(shè)計(jì)的鍋爐控制系統(tǒng)是以可編程邏輯控制器（PLC）為核心的控制系統(tǒng)，把傳統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器改進(jìn)成為數(shù)字調(diào)節(jié)器，通過軟件來實(shí)現(xiàn)各種控制算法。 在對(duì)鍋爐設(shè)備充分了解的基礎(chǔ)上包括對(duì)鍋爐的結(jié)構(gòu)、組成、工作過程以及鍋爐性能參數(shù)等，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)被控對(duì)象正確確定和合理分析之后，提出了自己的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而確定控制規(guī)律、傳感器、變送器、執(zhí)行器的選擇，最后還對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行了參數(shù)整定。整體上看，本次設(shè)計(jì)是可以的，在工廠現(xiàn)有條件下，基本上能實(shí)