基于PLC实现的锅炉水位监控系统设计完成.docx

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IAbstract II引言 III第1章系统的总体设计 2第2章锅炉水位的设计 6第3章系列GE90-30PLC -30PLC特点 -30PLC系统配置 13第4章PID控制算法及PLC编程 15第5章监控软件及组态设计 25结论 27参考文献 28附录1 (如DDC,SPC等)已被淘汰,目前国内外大多采用商品化的分布式计算机控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(ontrollers,PLC)计算机控制系统。其控制对象方面:受约束的MIMO(多输入多输出)系统,控制目标考虑操作条件的最优化。其控制方法的发展趋势为:结合最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术的现代集成制造系统(CIMS)。控制设备的选择:首先系统还需对原水量、蒸汽产量及燃料消耗量进行流量计量,以便工厂进行投入产出核算,它是现代数据信息处理技术的重要研究方面。尤其是产品产量及能耗指标的准确性、经济性一直是国内外工程技术人员和科研人员关注热点。合理地原材料消耗及实时性的准确汇总、科学的报表统计,它关系到生产管理、成本核算、提高经济效益大问题。分布式计算机控制系统(CS)和可编程逻辑控制器(ontrollers,PLC)计算机控制系统配有多种通讯协议,支持多种现场总线技术,为数据信息处理技术的实时性、准确性实现提供了保障。其次系统生产过程的重要参数和设备运行状态进行实时控制及检测,以往采用众多数字显示仪表进行现场参数检测的方法被取代为计算机分组画面检测,同时实时趋势画面,历史趋势画面,更加有利于多手段、多方面集中监测生产过程运行状态。对于设备运行控制可实现集中操作、故障分散设计手段,且其运行状态配以报警画面及声光提示,更有利于生产设备的安全运行。它是分布式计算机控制系统(DCS)和可编程逻辑控制器(ontrollers,PLC)计算机控制系统的性能及特点的具体体现,是目前国内外普遍采用的先进的手段。因此硬件设备将在商品化的DCS系统与PLC计算机控制系统选择。鉴于国外DCS系统硬件成本较高,本着即要充分考虑设备的先进性、运行可靠性、实用性、可维护性,又要保证满足系统功能设计要求,使先进的监控手段得以实现,并要为厂家降低经费投入的硬件设备选择原则,系统硬件设备可以采用国产的DCS系统或国外的PLC计算机控制系统。由于国产的DCS系统比国外的可编程逻辑控制器计算机控制系统成本投入略高,同时国外的PLC控制系统已不仅仅数字逻辑控制,也已具有模拟量输入、输出模块及其它各种多功能模块,使完成系统设计的各项功能已不成问题。同时,系统监控软件如也选择统一厂家的,将使系统软件和硬件设备有机结合,可保证系统运行可靠性、稳定性。因此系统硬件设备选择PLC系统。-1所列。通过下表PLC和过程监控软件的比较和研究内容的需求,最后选择了S7200系列PLC本系统下位机采用美国GEFanuc自动化公司的系列90TM-30PLC可编程序控制器实现对现场设备生产过程的实时监控。该系列PLC模块具有成本低、性能高、安全性好、易于组态和便于安装等特点,它的CPU具有十分强大的功能,内装PID,结构化编程,中断控制,间接寻址及各种功能模块,能方便地完成各种复杂的操作。表1--400/M7--70/30/、双冲量和三冲量。由于单冲量、双冲量及单级三冲量控制策略比较简单,并且难以适应现代各种复杂锅炉的控制要求,目前各种锅炉水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。锅炉水位的单冲量控制系统:这里指的单冲量即水位,这种控制系统是典型的单回路控制系统。当蒸汽负荷突然大幅度增加时,由于假水位现象,控制器不但不能开大给水阀增加给水量,以维持锅炉的物料平衡,而是关小控制阀的开度减小给水量。等假水位消失后,由于蒸汽量增加,送水量反而减少,将使水位严重下降,波动很厉害,严重时甚至会使水位降到危险程度以致发生事故。因此对于停留时间短、负荷变动大的情况,这种的系统不能适应,水位不能保证。锅炉水位的双冲量控制系统:在水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化。如果根据蒸汽流量来起校正作用,就可以纠正虚假水位引起的误动作,而且使控制阀的动作十分及时,从而减少水位的波动,改善控制品质。将蒸汽流量信号引入,就构成双冲量控制系统。这是一个前馈(蒸汽流量)加单回路反馈控制的复合控制系统。这里的前馈系统就仅为静态的前馈,若需要考虑两条通道在动态上的差异,需加入动态补偿环节。这个控制系统有两个缺点,控制阀的工作特性不一定成为线性,对于蒸汽负荷变化要做到静态补偿比较困难;而对于给水系统的扰动仍不能克服。三冲量控制系统的特点:此系统是前馈-串级控制系统。其前馈控制是根据蒸汽流量来起校正作用,以纠正虚假水位引起的误动作,而且使控制阀的动作非常及时,从而减少水位的波动,改善控制品质,其串级控制对于主要调节器是保证水位的静态准确性,同时副调节器能快速克服给水阀前压力波动干扰。在此设计中也采用三冲量水位控制调节系统。水位调节重要性是维持水位在一定范围内,它也是保证锅炉安全运行的重要条件[14-16]。原因:(1)水位过高会影响水内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,在过热器管壁结垢,导致损坏。同时过热蒸汽温度急剧下降,会毁坏锅炉。(2)水位过低,水量较少,当负荷较大时,水的汽化速度快,如不及时控制,水内水会全部汽化,导致水冷壁烧坏,甚至爆炸。根据水位条件的重要性和此设计中对水位的要求使用三冲量控制其优点是(1)系统适合于对于水位要求严格或变化频繁、虚假水位严重的系统。(2)对信号的静态配合要求没有那么严格,主调节器能自动校正信号配合不准所引起的误差。(3)可以实现无差调节(不存在稳态配合问题)。三冲量调节系统,即前馈-串级复合控制系统,它的设计思想是:以锅炉水位测量信号作为主控制信号,构成主调节回路,以蒸汽流量信号作为前馈信号,构成前馈调节回路,总给水流量作为串级信号,构成副调节回路,由主调节回路、前馈调节回路、副调节回路来共同构成锅炉水位串级三冲量自动控制系统。→原水前处理→原水罐→水水换热器→汽水换热器→除氧器→储煤器→水液位。系统具有五个调节回路,如水液位的控制回路、原水液位控制回路、除氧器压力、液位的控制回路、鼓风机压力的控制回路、引风机炉膛负压调节的控制回路,这里是以水液位的控制回路为主,图2-:蒸汽性质:饱和蒸汽;蒸发量:35t/h;蒸汽压力:;