锅炉燃烧控制-毕业设计(共77页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上摘要锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。本设计主要针对锅炉燃烧控制系统的工作原理，根据控制要求，设计了一套基于PLC的锅炉燃烧控制系统。在控制算法上，综合运用了单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式，实现了燃料量控制调节蒸汽压力、送风量控制调节烟气含氧量、引风量控制炉膛负压，并有效地克服了彼此的扰动，使整个系统稳定的运行。在可编程控制器的选择上，采用了AB公司Logix5000系列PLC，设计了控制系统的硬件配置图、I/O模块接线图，并用其编程软件编写了实现控制算法的梯形图。同时，采用RSView32设计监控界面，使得在上位机上能够实时监控系统的运行状况并可以设置系统的工作参数，使对系统的控制简单易行。关键词：锅炉燃烧控制系统，控制方式，PLC，监控专心-专注-专业ABSTRACTThe control of the boiler combustion which is for boilers safe, efficient operation and energy saving are of great significance, and its subsequent control and management is getting higher and higher requirements. According to the control requirements and the working principle, we design a system of a PLC based on the boiler combustion control system.In the control algorithm, we integratedly applied the single-loop control, cascade control, ratio control, feed-forward control and so on which is moded the control to achieve a fuel vapor pressure control regulator, air-conditioning of flue gas oxygen content control, citing the negative air volume control of the furnace pressure.It also effectively overcome the disturbance of each other, so that the operation of the entire system is stable.Choice in the programmable logic controller, we choose AB, Logix5000 series PLC, and applied it to the design of the control system hardware configuration diagram and I / O module wiring diagram. Then we use the preparation of its programming software control algorithm to achieve the ladder. At the same time, the use of RSView32 interface to design monitor makes PC can run real-time monitoring of system status and can set the system parameters, so that the system is easy to control. Keywords: boiler combustion control system, control, PLC ,supervisory control目录1 绪论1.1课题研究背景及意义锅炉是工业生产中普遍使用的动力设备，是能源转换的重要设备。我国锅炉应用面宽，投运数量多，耗用一次能源大。锅炉运行的好坏，对于节约能源、保护环境等有着重大的社会经济效益。进入21世纪以来，与人类生存和社会发展密切相关的能源和环保问题得到了人们的广泛关注。目前，我国每年用于锅炉燃烧的煤炭约为9000万吨，占总产量的7%。面对日趋减少的有限煤炭资源，节约能源、保护环境已成为国家产业政策的核心，确保燃烧过程始终处于最优状态可最大限度的节约能源、保护环境，这也是改善锅炉燃烧控制系统的目的之一。采用先进的锅炉燃烧控制技术，提高锅炉燃烧效率成为摆在致力于锅炉产业研究的众多学者面前的艰巨任务1。通过使用PLC来对整个锅炉燃烧过程进行实时控制，配置计算机控制与管理系统，结合现代工业组态软件进行控制界面的组态与设计，是提高锅炉燃烧效率的重要方法。通过计算机控制管理系统进行作业流程操作，全部由计算机实现自动控制，系统的操作只需操作员在控制室就可以完成，而且除了工程师外，操作员也可以很容易操作整个系统的运行，这样就节省了大量的人力资源。整个锅炉燃烧控制系统的操作界面设计成易于操作的windows人机交互界面、主要功能通过计算机后台自动完成，系统实现现场控制和远程监控功能，此外，考虑到系统的可移植性，系统设计成能够根据不同被控锅炉的具体控制指标的要求灵活的调整控制参数，克服了需要重新进行设计、硬性修改等缺点，缩短了锅炉燃烧控制系统开发的周期，可以大范围推广，具有较强的现实意义2。近年来，随着能源与环保意识的增强，我国锅炉生产现状已经引起一些致力于行业发展的有关学者和部门的高度重视，工业锅炉燃烧过程控制的理论与应用研究，己成为能源和控制领域的热点课题。1.2 锅炉燃烧控制系统概述燃烧控制系统是锅炉控制的重要环节。它是一个具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，其中送风量、引风量、给煤量、炉膛负压、等参数的变化都将对燃烧系统产生直接扰动，当波动较大时，就会造成整个燃烧系统出现振荡现象，严重影响锅炉的安全运行;同时，锅炉燃烧效率的高低将直接关系到锅炉煤烟的排放质量，关系到是否会对环境造成污染。因此，燃烧不仅直接影响锅炉供热工况的稳定，而且对节能降耗，保护环境，提高锅炉的热效率有着重要的意义。锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量能够适应负荷的需要，同时还要保证锅炉运行的经济性和安全性。概括起来，燃烧过程控制系统有三大任务3：(1)维持蒸汽压力恒定。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。 (2)保证燃烧过程的经济性。随着送入炉内燃料量的变化，供热温度和烟气含氧量发生变化，必须根据烟气含氧量的变化相应地调节送风量，达到最优燃烧，保证燃烧过程有较高的经济性。(3)调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。1.3 本设计的主要工作本设计以锅炉为被控对象，采用PID控制方法，利用PLC和变频调速技术，完成了一套锅炉燃烧控制系统的设计。具体的课题内容有：(1)总体设计方案的制定：选择被控参数、控制参数、控制器、执行器；设计控制系统；绘制系统方框图。(2)相关硬件设计：根据控制要求，合理选择变送器和变频器；PLC选择实验室现有的AB公司Logix5000系列；绘制系统硬件配置图和输入输出接线图。(3)相关软件设计：根据硬件连接情况，编写输入输出定义表；根据控制要求，编写梯形图程序；调试和修改程序。(4)系统中相关参数的计算：建立被控对象模型，利用MATLAB软件从理论上确定PID参数。(5)监控系统设计：利用组态软件设计该系统的监控画面。2 控制方案的设计2.1系统总体控制方案设计  燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统。其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量负荷适应蒸汽压力的需要；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证经济燃烧；使引风量与送风量相适应，以保持锅炉负压在一定的范围内。系统总体方案设计和比较如下4。方案一的原理框图如图2.1所示。图2.1 方案一如图2.1所示，主蒸汽压力调节器接受主蒸汽压力信号，根据主蒸汽压力信号与给定值的偏差，给出负荷指令LD，燃料调节器和送风调节器根据负荷指令LD,分别调节燃料量与送风量。引风调节器接受炉膛压力信号。通过调节引风量确保炉膛压力给定值。方案中，燃料控制与送风控制两个子系统组成比值控制，其作用是保持送风量与燃料量之间的比值关系不变，以保证一定的风、煤比。该方案的优点是结构简单，整定方便。由于直接以燃料量信号代表燃烧率与负荷LD相平衡，因此在蒸汽压力变化时，能迅速改变燃料量，保持蒸汽压力稳定。然而该方案燃料量与送风量控制的精度，依赖于燃料量与送风量的准确测量。当发生燃料侧扰动时，需由主蒸汽压力调节器改变负荷指令LD来消除，这对蒸汽压力的稳定是不利的，而且无法保证风、煤之间的最佳比值。为克服上述缺点，在方案一的基础上，我们做了进一步改进，使主蒸汽压力得到稳定调节，使风、煤比保持最佳比值，具体控制方案如图2.2方案二所示。在此系统中我们引入了锅炉烟气含氧量信号,并和送风控制系统组成串级控制系统。烟气含氧量的偏差信号经烟气含氧量校正调节器，对燃料量与送风量之间比值进行修正。由于烟气含氧量代表烟气中的过剩空气系数，保持一定的过剩空气系数，既保证了总燃料量与总送风量之间的最佳比值。与此同时，在蒸汽压力变化时，能迅速改变燃料量，保持蒸汽压力稳定。图2.2 方案二在方案二中，由于烟气含氧量的测量有较大的惯性迟延，因此氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路。当燃料量依负荷指令LD而改变时，送风量调节器同时按比例改变送风量，以减少动态过程中的风、煤比例失调。随着燃料量调节过程结束，燃料量基本稳定。由烟气含氧量校正调节器根据烟气含氧量信号，对送风量进行细调，确保烟气含氧量为最佳值，即间接保证了燃料量与送风量之间为最佳比值。为减少送风量改变时送、引风之间动态失调而造成炉膛压力波动，自送风调节器的输出静动态补偿装置，向引风量调节器引入一前馈信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证静态时炉膛压力等于给定值。由此看来方案二的性能要比方案一优越的多，因此在此设计中选用方案二。燃烧控制系统是由燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成的，下面分别对三个子系统进行分析和设计。2.2 燃料控制系统的设计2.2.1 控制系统分析燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与蒸汽压力要求相适应。因为蒸汽压力是衡量锅炉热量平衡的标志，燃料又是影响蒸汽压力的主要因素，因此蒸汽压力可以作为燃料控制系统的被调量。锅炉蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被调量，引起蒸汽压力变化的因素有很多，如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量以及各种使燃烧工况发生变化的原因。它受到的主要扰动分为内扰(燃料的变化)和外扰(蒸汽流量的改变)4。为此，下面分析一下在主要扰动作用下，汽包蒸汽压力变化的动态特性。（1）内扰特性如图2.3所示。当燃料量阶跃改变时，由于燃料由加入到发热有一段时间的延迟，热量被蒸汽发生系统吸收又有一段延迟，因此，在燃料加入的一段时问内，蒸汽压力并不上升，而是过一段时间才开始上升。图2.3 燃料量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线图2.4 蒸汽流量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线（2）外扰特性从图2.4中可以看出，蒸汽压力随蒸汽流量的增加而下降。如果蒸汽流量继续保持增大后的数值，由于燃料量没有增加，热量不能平衡，所以蒸汽压力一直下降，直到改变给煤量使其产生的热量与蒸汽流量相平衡时，才能恢复保持锅炉的蒸汽压力。2.2.2 控制方案设计以蒸汽压力为被调节量，以燃料量为调节量的串级控制系统设计如图2.5所示。图2.5 燃料控制系统结构图在图2.5中，燃料控制系统采用串级控制，主蒸汽压力调节器为主调节器，燃料调节器为副调节器。主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则是通过燃料调节阀去控制生产过程。由于燃料量用调节阀控制比较困难，这里用调节燃料机转速的方法来控制燃料量的供给。串级控制系统的主回路是一个定值控制系统，在副回路确定后，相当于一个单回路系统，外扰蒸汽压力扰动可以在此回路中得到有效抑制。副回路是一个随动系统，能够快速有效地克服二次扰动的影响，因此内扰给煤扰动可以在副回路中得到有效地抑制。同时提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力，改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。2.3送风控制系统的设计2.3.1 控制系统分析送风调节系统的任务在于保证燃烧的经济性，而以烟气含氧量作为锅炉燃烧经济性指标，可以保证锅炉安全有效的运行。但由于烟气含氧量的测定具有较大的滞后，且它主要由送风量来决定，所以采用以烟气含氧量为主回路，以送风量为副回路的串级控制。由于燃料量对烟气含氧量也有影响，因而采用比值控制的方法来使送风量和给煤量协调变化，以改善系统的动态性能，并且保证烟气含氧量的稳定。烟气含氧量，即过剩空气系数。实际供给空气量的大小，通常以烟气含氧量或过剩空气系数表示。燃烧过程中要保证一定的剩余空气系数，如果空气不足，就会造成不完全燃烧，造成燃烧效率下降，污染环境；反之如果空气过量，高温燃烧就会从炉内由排烟带走大量的热量，排烟损失加大，同样造成环境污染。因此必须有效地控制剩余空气系数。当燃料确定后，过剩空气系数与热量损失的关系4如图2.6所示。图2.6 过剩空气系数与热量损失示意图由图2.6可见，存在一个适当的值使煤能够完全燃烧，而其热损失最小，效率最高。一般认为，当落在0附近的一个区域(1到2)时，燃烧是最好的，该区域叫最佳燃烧区，对于一般的工业锅炉，一般控制在此区域较为理想。这样我们就可以通过检测烟道中的含氧量来判断过剩空气系数的大小，从而去控制送风量与给煤量的配比，保证燃烧过程处于最佳燃烧状态。为了有效地克服送风控制系统扰动的影响，烟气含氧量和送风量采用串级控制方案，同时燃料量和送风量保持一定的比例，采用比值控制。 2.3.2 控制方案设计送风量是否适当用烟气含氧量来衡量，以送风量为调节量，以烟气含氧量为被调节量构成控制方案设计结构图如图2.7所示。图2.7 送风控制系统结构图如图2.7所示，为一个串级比值控制系统，氧量校正调节器为主调节器，送风调节器为副调节器。主调节器接受氧量与氧量定值信号。副调节器接受燃料信号，送风量反馈信号及氧量校正调节器的输出，副回路保证风、煤的基本比例，起粗调作用。主回路用来进行氧量校正，起细调作用。当烟气含氧量高于给定值时，氧量校正调节器发生校正信号，修正送风控制系统的给定值，使送风调节器减少送风量。经过校正后的送风量将保证烟气含氧量等于给定值。调节过程中，由于烟气含氧量的测量有较大的惯性迟延，因此氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路。当燃料量依负荷指令LD而改变时，送风量调节器同时按比例改变送风量。以减少动态过程中的风、煤比例失调。随着燃料量调节过程结束，燃料量基本稳定。由主调节器根据烟气含氧量信号，对送风量进行细调，确保烟气含氧量为最佳值，即间接保证了燃料量与送风量之间为最佳比值。2.4 引风控制系统设计2.4.1 控制系统分析引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况等均有极其重要的意义。所谓炉膛负压，即指炉膛顶部的烟气压力。炉膛负压的大小对于系统安全运行和节能影响都很大。负压大，被烟气带走的热量大，热损失增加，煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态，此时它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。因此，需要维持炉膛压力在一定的范围之内。但由于负荷变化，需要改变给煤量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，为避免送风变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入送风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。同时由于炉膛负压主要受引风和送风的影响，而其他各量对它的影响都很小，因此可以把炉膛负压作为带送风前馈的单回路控制系统处理。2.4.2 控制方案设计炉膛负压控制系统一般采用的控制系统结构图如图2.8所示。图2.8 引风控制系统结构图图中f(x)为前馈补偿装置。送风量信号通过前馈补偿装置f(x)送到引风调节器而使引风量跟着改变，是一个快速的补偿系统。但当系统处于静态时，前馈补偿装置f(x)的输出应为零，以使炉膛负压保持为给定值。如图2.8所示，由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制系统一般只需采取以炉膛负压作为被调量的单回路控制系统。送风量和引风量都是引起炉膛负压波动的重要原因，为了能使引风量快速的跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈信号引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。所以引风控制系统引入送风前馈信号以后，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减少炉膛负压的动态偏差。3 硬件选型3.1 主蒸汽压力变送器的选型主蒸汽压力控制系统的主要目的是维持主蒸汽压力恒定，因此主蒸汽压力能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择压力变送器在设计中有关键作用。蒸汽压力变送器将测量信号转换成标准统一信号DC420mA电流输出，并送到PLC，使之根据转换的电信号来控制系统的运行。根据设计要求蒸汽压力应该控制在7.5±0.75MP，根据过程控制仪表量程选择原则：选择变送器时，应选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的变送器。因此所选变送器的最大量程为11.25MP左右。由于蒸汽压力应该控制在7.5±0.75MP，因此所选压力传感器的精度应该高于0.75/11.25=0.067FS，才可以满足要求。上海适科暖通机电设备科技有限公司生产的型号为256EX的Setra蒸汽压力变送器可以满足控制要求，此蒸汽压力变送器工作温度范围宽，耐腐蚀性能好，抗冲击，振动性能高。其最大量程为14MP，精度为±0.25% FS，输出为420mA（两线制），电气连接为2个1/2内螺纹导管连接。3.2 炉膛负压变送器的选型炉膛负压是控制炉膛安全运行的重要参数，根据设计要求炉膛负压应该控制在-20±0.05Pa，根据过程控制仪表量程选择原则：选择炉膛负压变送器时，应选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的变送器。因此所选变送器的最大量程为:±27±30MP。根据要求压力表的精度应在0.4级，此设计中选择0.25% FS。北京英泰德科技有限公司生产的B0600型差压变送器适用于测量炉膛负压。它将被测介质的差压信号转换成420mADC（两线制）标准信号，测量范围为0±30Pa，工作电压为1436VDC(两线制)，测量精度为±0.25 %FS，电气连接为三芯航空插头。3.3 氧化锆氧量变送器的选型实际控制中要获取空气的过剩系数比较好的方法是利用氧化镐直接测量烟气中的含氧量，这是因为：(1)空气过剩系数和含氧量间有如下的近似的线性关系： (3.1) (2)氧化镐氧量计滞后时间和惯性较小。送风控制系统中的烟气含氧量变送器就是采用氧化锆氧量变送器来测量烟气中含氧量的，其测量的含氧量为2%左右。氧量变送器将所测氧量信号转换成420mA电流信号，送到PLC，使之控制整个系统的运行。山海晓周电子仪表工贸有限公司的YYB94型氧量变送器，具有电源电压的适应范围大，抗干扰能力强等优点。氧量量程为0.1%25%O2，系统精度为2.5级，输出信号为420mA电流，电源电压为220±15%V。 3.4 调节阀的选型 调节阀是过程控制工程中的一个重要的组成环节，它接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变流通截面积以控制流入或流出被控过程的流体介质的流量，从而实现对过程参数的控制。调节阀使用得合理与否直接关系到系统能否安全运行及其控制质量的好坏。根据使用能源的不同，调节阀可以分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三类5。在过程控制过程中，气动调节阀应用最为广泛。它具有结构简单，动作可靠，性能稳定，维修方便，价格便宜，适用于防火防爆场合等特点。根据本设计所涉及的调节阀送风量调节阀、引风量调节阀的特点，选用气动调节阀可以很好的实现控制功能。（1）调节阀气开、气关的选择气动调节阀分为气开阀和气关阀两种类型。气开阀是当气动执行器输入压力>20KPa时阀开始打开，即有压力信号时阀开，无压力信号时阀关；气关阀则恰好相反。在工程上调节阀气开、气关型式的确定主要是从生产安全角度来考虑的，即当压力信号中断时，应避免损坏设备及伤害工作人员。在本设计系统中，从事故状态时人身、工艺设备的安全方面考虑时，当事故发生时，应减少送风量，增加引风量，因而送风量调节阀应选气开式，引风量调节阀应选气关式。（2）调节阀流量特性的选择在过程控制工程中，调节阀的流量特性将直接影响系统的稳定性和控制质量。调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系，即 (3.2)式中:相对流量，即执行器某一开度流量与全开流量之比；相对开度，即执行器某一开度行程与全开行程之比。当调节阀前后压差为一定值时，流量特性有理想流量特性和工作流量特性。在此设计中，按照理想流量特性来选择调节阀的流量特性。阀前后压差为一定的情况下得到的流量特性称为理想流量特性，它取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面可以得到不同的理想流量特性。一般说来，理想流量特性有直线流量特性、对数（等百分比）流量特性与快开流量特性三种。三种流量特性的特性曲线如图3.1所示。图3.1 三种流量特性曲线图中,为全开流量。在锅炉燃烧控制系统中，当负荷变动时，为了使系统能保持预定的品质指标，则要求系统总放大系数在整个操作范围内保持不变，就应该通过适当选择调节阀的特性来补偿被控过程的非线性，此时利用对数流量特性是比较有利的。在对数流量特性下，调节阀在小开度时，调节阀的放大系数小，控制平稳缓和；调节阀在大开度时，其放大系数大，控制作用灵敏有效。（3）调节阀结构形式的选择调节阀的结构形式很多，但由于在此设计中，由于工艺要求泄漏量较小，否则容易引起炉膛负压不稳定，而且调节阀前后压差较小，所以在此设计中，送风量调节阀和引风量调节阀均选用直通单座阀。根据设计要求，山海艾迪尔自控仪表有限公司的ZJHP精小型气动薄膜单座调节阀符合要求。ZJHP精小型气动薄膜单座调节阀，由气动薄膜多弹簧执行机构和精小型单座阀组成。多弹簧执行机构高度低、重量轻、装备简便，精小型阀体结构紧凑、流道通畅,具有较大的流量系数。适用于对泄露量要求严格、阀前后压差低及有一定粘度和含少量纤维介质的场合。具体参数如下：型    式：直通单座铸造球型阀结构形式：标准型阀芯型式：单座柱塞型阀芯流量特性：对数流量特性型    式：多弹簧薄膜式执行机构环境温度：-30+70阀作用型式：气关式(B)-失气时阀位开(FO)；气开式(K)-失气时阀位关(FC)附件： 定位器（HEP型、YT1000型）空气过滤减压器、行程开关等 通过以上分析来看，调节阀的选型如表3.1所示：表3.1 调节阀选型调节阀阀门类型流量特性选型送风量调节阀气开对数流量特性ZJHP精小型气动薄膜单座调节阀引风量调节阀气关对数流量特性ZJHP精小型气动薄膜单座调节阀3.5变频器的选型变频器具有调节范围宽、精度高、可靠性高、效率高、操作方便和便于与其他设备接口和通信等优点。采用变频器驱动方式取代风门、挡板、阀门的控制方案，实现对流量对象的调节，不但调节范围广，而且调整特性曲线平滑，可以实现连续平稳的调节，并节能。在锅炉燃烧控制系统中，由于燃料量的直接测量有困难，并且通过阀门来调节燃料量准确度不高，所以采用调节燃料机转速的方法来改变燃料量。由电机的选型可以知道电机在50Hz三相交流电下工作时电机的功率大约是100KW，当三相交流电动机在基频以下工作时为恒转矩输出工作，而此时电机的转速会小于额定转速，因此电机的输出功率也会小于额定功率，同时由于电机的转矩保持不变，其工作电流同在50Hz三相交流电下工作时电流基本一致。根据以上的分析我们选择罗克韦尔公司的1336PlusII系列1336F-B150型号的变频器。给变频器可以输入380V-480V 50/60Hz三相交流电，输出380-480V三相交流电并通过控制信号控制其输出频率，其容量是149KW，可以满足设备功率要求。该型号变频器具有丰富灵活的控制接口，可以通过控制信号方便地改变变频器的工作特性。设计时将变频器连接在DeviceNet网络上，就可以利用PLC控制变频器的输出电压和频率。对于本设计中调节燃料机的燃料供给量来说，可以提高控制精度，保证设备安全有效的运行。3.6 PLC工作原理和选型3.7.1 PLC的工作原理可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，因而必须能适应恶劣的工作环境，如温度、湿度、噪音等。因此，可编程控制器的所有部件都必须经过严格的环境试验，并按照一定的工业标准来测试，以提高其耐温、耐湿和抗干扰能力。另一方面，可编程控制器系统程序（操作系统）、接口器件也与微机不同，这就使得它的使用方法、编程语言、工作方式等与微机也有所不同，它采用了面向工业控制的编程语言，如梯形图、顺序功能图（SFC）、结构文本（Structured Text）等。因此，它更适合于工业生产控制和工程技术人员使用，也方便用户不需要学习更多的计算机知识就能直接使用。PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。控制系统示意图如图3.2所示。图3.2 PLC控制系统示意图PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始工作。为了使PLC输出及时的响应各种输入信号和输出信号的状态，初始化后PLC要反复不停地分阶段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。具体扫描过程如图3.2所示。图3.3 扫描过程（1）读取输入在读取输入阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中相应的单元内。（2）执行用户程序在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其状态，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到相应的映像寄存器中，因此，各映像寄存器的内容随着程序的执行而变化。在程序执行阶段，即是外部输入信号的状态发生了变化，输入过程映像寄存器的状态也不会随之变化，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时，对输入输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点。（3）通信处理在处理通信请求阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信请求方。（4）CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查CPU模块操作的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。（5）改写输出CPU执行用户程序后，将输出过程映像寄存器的状态传送到输出模块并锁存起来。当CPU得操作模式变为停止时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态，默认的设置是将所有的数字量输出清零。3.7.2 PLC的选型本设计PLC采用罗克韦尔公司Logix5000系列，该系列PLC性能稳定，具有极高的可靠性，可以根据设计要求灵活的选择相关模块，而且使用RS Logix5000组态软件进行梯形图程序设计时可以根据实际情况建立标签，避免了对PLC直接按照地址寻址造成的麻烦和错误。在本设计中需要输入或输出的模拟量信号有：燃料量信号、主蒸汽压力信号、送风量信号、烟气含氧量信号、引风量信号、炉膛负压信号。因此只需要选择一个模拟量输入模块1756-IF16D、一个模拟量输出模块1756-OF6CI就可以满足要求，此外由于PLC还要通过以太网同上位机通信，通过DeviceNet控制变频器，因此还需要两个通信模块1756-ENET、1756-DNB/A，另外还要选择电源模块。4 硬件接线图4.1电气线路图设计系统供电采用三相电源，通过过流保护装置以保证电流过大时能够及时断电，以确保安全不造成设备的损坏，正常情况下设备正常工作不会发生电流过大的现象，只有在出现故障时才有可能发生过流现象此时才需要进行断电以确保安全。对于需要220V交流电压工作的设备可以连入三相电源中的任意一相与中性线之间的220V交流电压下。此外还要引入地线在需要接地的地方保证可靠接地确保安全。由于系统内变送器等设备需要直流电压才能正常工作，因此还需要一个整流装置将它的交流输入侧连入任意一相与中性线之间的220V交流电压下并对220V交流电进行整流稳压，然后输出稳定的直流电压，直流输出侧可以为各个直流设备提供直流电压保证设备稳定的工作。由于我们选用的是交-直-交变频器6因此应当首先应该将380V三相交流电连入变频器的L1、L2、L3三个端子输入供变频器整流，逆变后的是频率、电压变化的三相交流电通过接触器的常开触点连入三相异步电动机的定子侧回路为其工作提供电源，并通过变频器调频调压从而调节电机转速进而改变燃料机来调节燃料量。根据以上分析，得出总体电气线路图如图4.1所示。图4.1 总体电气线路图4.2控制线路图设计根据硬件选型，画出系统的硬件配置图如图4.2所示。图4.2 硬件配置图PLC的电源模块为其他各个模块提供电源，上位机通过以太网联入PLC的以太网模块与之通信，并可以对PLC进行监控。PLC的CPU块负责PLC的数据处理和通信，模拟量输入模块将来自传感器的检测信号传入PLC，DeviceNet模块通过DeviceNet网络控制变频器，模拟量输出模块主要控制调节阀。4.3 I/O模块分配与接线模拟输入模块选用1756-IF16D模拟量I/O模块,选择电压型，为15 V。模拟量输出模块选用1756-OF6CI模拟量I/O模块，选择电流型，为020mA。各变送器与模拟量输入模块接线图如图4.3所示。图4.3 I/O输入模块接线图各调节阀与模拟量输出模块接线图如图4.4所示。图4.4 I/O输入模块接线图5 系统整定系统的参数整定5可以采用理论计算法或者工程整定法。由于理论计算法要以被控对象的动态特性为依据，而动态特性测取时往往具有不准确性，而且容易随工作状态的变化而变化，因此应当采用工程整定的办法。各控制系统整定方案如下。5.1燃料控制系统的整定5.1.1燃料控制系统主副回路调节器控制规律的选择（1）副调节器控制规律的选型副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动，在本设计中主要是燃料量的扰动，由于副参数并不要求无余差，所以选P调节器。（2）主调节器控制规律的选型主调节器的任务是保证主蒸汽压力的稳定，使之符合生产要求，保持生产安全，因而对控制品质的要求比较高，不允许被调量存在静差，所以选PI调节器。5.1.2燃料控制系统参数的整定燃料控制系统等效结构框图如图5.1所示。图5.1 燃料控制系统等效结构框图Wc1主蒸汽压力调节器传递函数；Wc2燃料调节器传递函数；Wo2燃料对象过程通道传递函数；Wo1主蒸汽压力调节对象过程通道传递函数；KAB变频器的比例系数；rp1主蒸汽压力变送器比例系数；rp2燃料变送器比例系数。根据所选调节器类型，主调节器的模型为： （5.1）副调节器的模型为： （5.2）当系统工作在稳定状态时：rp1=0.05，rp2=0.05，KAB=1。在此系统中，主要是通过调节燃料量来维持主蒸汽压力的稳定，燃料量回路是一个随动系统，主蒸汽压力回路是一个定值控制系统，可以通过先整定副回路，再整定主回路的方法来进行系统的整定，下面分别对主副调节器进行整定。（1）副调节器的参数整定燃料调节回路的等效框图如图5.2所示。图5.2 燃料控制回路等效框图主调节器的输出作为副回路的给定，通过副回路的调节来维持主回路参数的稳定。本设计中