第11章 准备机控制系统实例

2020-11-11 04:39  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  第11章 估量机节制体系实例_专业资料。揣测机局部技术 第 11 章 盘算机限制编制实例 ? ? 本章的教诲主张与乞请 操纵各类原委通讲的陷坑、原理、安顿及运用方法。 授课主要内容 ? 家产锅炉谋略机限定体系 ? 硫化机谋略机群控体系 ?

  估计打算机控制武艺 第 11 章 筹算机限制体系实例 ? ? 本章的教养方针与乞请 掌握种种经由通谈的圈套、理由、方案及运用举措。 授课首要内容 ? 工业锅炉估量机控制体系 ? 硫化机阴谋机群控编制 ? 紧要外语词汇 Sulfurate Machine:硫化机,财产锅炉:Industrial Boiler ? 中心、难点及对门生的央浼 注解:带“***”露出要控制的沉心内容,带•“**”映现哀求理会的内容,带“*”展示 哀告解析的内容,带“☆”涌现难点内容,无任何标帜的发现乞请自学的内容 ? 财产锅炉工艺* ? 家产锅炉估计打算机限定系统的策划***☆ ? 硫化机策动机群控体系的软硬件安顿***☆ •? 援手教养气象 多媒体教化课件(POWERPOINT) ? 复习琢磨题 ? 工业锅炉筹划机部分编制的计算 ? 硫化机估量机群控系统的软硬件设计 •? 参考资料 刘川来,胡乃平,计划机局限身手,青岛科技大学教材 策画机局部技能 11.1 产业锅炉谋略机限定体例 11•.1.1 产业锅炉介绍 常见的锅炉装备的重要工艺进程如图 11.1 所示。 负荷设 备安排阀 过热蒸汽送 负荷设备 汽 包 减温器 炉墙 过热器 炉膛 省 煤 器 热氛围送往炉膛 氛围预热器 给水(由给水泵来) 冷氛围(由送风机来) 烟气(经引风 机送到烟囱) 热氛围 燃料 点燃嘴 图11.1 锅炉配置紧要工艺过程图 燃料和热气氛按必需比例送入点燃室焚烧, 禀赋的热量传达给蒸汽发生体例, 滋长饱和 蒸汽 Ds。然后原委热器,形成必要温度的过热蒸汽 D,汇集至蒸汽母管。压力为 Pm 的过 热蒸汽,经负荷设备局限提供负荷配置用。与此同时,焚烧经过中出现的烟气,除将胀和蒸 汽变为过热蒸汽外•, 还经省煤器预热锅炉给水和气氛预热器预热气氛, 着末经引风机送往烟 囱,排入大气。 锅炉修设是一个同化的局部倾向•, 首要的输入变量是负荷、 锅炉给水、 燃料量•、 减温水、 送风和引风等,如图 11.2 所示。浸要输 出变量是汽包水位•、蒸汽压力、过热蒸 汽温度、炉膛负压、过剩空气(烟气含 氧量)等。这些输入变量与输出变量之 间互相闭系。要是蒸汽负压发作改变, 必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热 蒸汽温度等的变换;燃料量的改变不仅 感染蒸汽压力, 同时还会影响汽包水位•、 过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压; 给水量的转换不单作用汽包水位,而且 对蒸汽压力、 过热蒸汽温度等亦有感导; 图11.2 输入变量与输出变量干系图 引风量 炉膛负压 送风量 过量气氛系数 燃料量 汽压 喷水量 气温 给水量 汽包水位 揣测机部分本事 等等。 锅炉是一个典范的多变量宗旨, 要举办自动控制, 对多变量宗旨可按自治的法规和和睦 跟踪的法规加以处分。 当前, 锅炉限制体系大略可划分为三个局部编制•: 锅炉点燃限制体系、 锅炉给水限制体例和过热蒸汽温度局部体例。 11.1.2 锅炉打算机控制体系组成 1•. 点火原委限定系统 (1)燃烧颠末范围事业 锅炉的点燃颠末是一个能量更正和传递的进程, 其节制主见是使燃料焚烧所滋长的热量 适当蒸汽负荷的必要(常以蒸汽压力为被控变量) ;使燃料与空胸襟之间连续必须的比值, 以保险最佳经济后果的焚烧(常以烟气成分为被控变量) ,提高锅炉的燃烧收效•;使引风量 与送风量相适当,以结合炉膛负压在必定的规模内。 (2)燃烧经由控制体例设计谋划 在多变量目标中,安排量和被调量之间的合联不都是等量的,也即是叙,对待一个集体 倾向而言,在浩繁的信号通讲中,对某一个被调量可能惟有一个通说对它有较合键的习染, 其余通道的习染相看待主通谈来谈能够怠忽。 笔据自治法规简化锅炉燃烧部分编制, 可将其 大意分为三个单变量限定体例: 燃料量—汽压子编制、 送风量—过量氛围系数子体系以及引 风量——炉膛负压子编制。 不少多变量体系可能哄骗自治正经来举行简化,但并不是了解成多个单回途限度体系 后,题目就闭座办理。理由各回路之间通常还生活着干系和乞请,必需在安插中加以研商。 谐和跟踪的礼貌,就是在多个单回路根本上,兴办回路之间互相和谐和跟踪的相关,以补充 用几个好像单变量目标来代替时所忽视的变量之间的相干•。 此例中, 锅炉点燃过程的上述三个子体例间使彼此仍有相关。 起首咨询到燃料量与送风 量子系统间应得意以下两点: ①锅炉燃烧经历中燃料量与空气(送风)量之间应联结必定比例•,本质空气(送风)量 大于燃料需求空怀抱,你之间生存一个最佳空燃比(最佳过剩气氛系数)α ,即 ?? 时时情景下,α >1。 ②为了保持在任何韶华都 有富饶的空气以完结完备点燃, 当热负荷增大时, 应先增加送风 量,后增加燃料量;若热负荷减 少时,应先削减燃料量•,再裁减 送风量。 为了合意上述两点仰求, 在 这两个单回叙的基础上, 修修交 叉范畴融洽局限体系, 如图 11.3 V (实际送入空胸宇) B(燃料须要空气量) 低选器 1 1( 1 ) 1( ) 1( ) 空燃比 1 值器 2 2( 2 ) 2( ) 2( ) 高选器 空燃比值器 图11.3 带交叉限制的最佳空燃比范围体系 所示。个中,Wm1(s)和 Wm2(s)是燃料量和送风量勘测变送器的传达函数,若是它们 都是比例闭键•,则 Wm1(s)=K1 ••,Wm1(s)=K2 。由此可得到最佳空燃比α 与空胸宇、 燃料量勘探灯号 IV 和 IB 之间的合联如下: 企图机局限武艺 ?? 设 V I V K 2 K1 I V ? ? B I B K1 K 2 I B ? 则 K2 ?? K1 IV K •?? 2 ? ? IB K1 假如机组所需负荷的灯号为 IQ,当编制处于稳态时,则有: 设定值 设定值 即 r1=IQ=IV/β =IB r2=β IQ=β IB =IV IQ=IB ;IV=β IB 评释体例的燃料量妥善系统的吁请,况且到达最佳空燃比。当系统处于动态时,要是负 荷乍然增加,对待送风量限制编制而言,高选器的两个输入暗号中,IQ 蓦然增大,则 IQ> IB ,以是,增大的 IQ 信号经由高选器,在乘以β 后举动设定值送入更改器 WC2,彰着该 更改器将使 u2 补充,氛围阀门开大,送风量增大,即 IV 填补•。对待燃料量控制体例来说, 纵使 IQ 增大,但在此刹时 IV 还来不及转换,因而低选器的输入旗号 IQ>IV ,低选器输出 安宁,r1=IV/β 牢固,此时燃料量 B 珍惜安稳。唯有在送风量起先弥补从此,即 IV 变大•, 低选器的输出才随着 IV 的增大而弥补, 即 r1 随之加大, 这时燃料阀门才开大, 燃料量增进•。 反之,在负荷暗记裁减时,则通过低选器先减少燃料量,待 IB 缩减后,空怀抱才起初随高 选器的输出减小而减小,从而保障在消息时,满意上述第②点哀告,万世贯串十全点火。 进一步剖释可知, 燃料量局限子体系的职责在于, 使投入锅炉的燃料量随时与外界负荷 哀告相适应,爱惜主压力为设定值。为了使系统有赶疾打消燃料侧自觉扰动的能力,燃料量 部分子编制大批选拔以主汽压力为主参数、燃料量为副参数的串级节制方针。 保证燃料在炉膛中的充实焚烧是送风局部编制的基础事业。在大型机组的送风编制中•, 一、二次风常常各采用两台风机分别供应,锅炉的总风量重要由二次风来限定,因而这里的 送风限度系统是针对二次风节制而言的。 送风子局限体系的末了目标是到达最高的锅炉热效 率,保障经济性。为纠合最佳过剩氛围系数α ,必要同时变化风量和燃料量。α 是由烟气含 氧量设定值 烟气含氧量 氧量改正 更动器 比值器 给煤量 送风调 节器 勘探 调风门 锅炉 测量 图11••.4 带氧量串级校正的送风限度体例 氧量来反响的。 因而常将送风范围系统规划为带有氧量改正的空燃比控制体例•, 通过燃料量 与送风量回谈的交错鸿沟, 组成串级比值的送风编制。 陷坑上是一个有前馈的串级局部编制, 筹划机控制本领 如图 11.4 所示•。它起初在内环快速保护最佳空燃比,至于给煤量测量禁止,则可由烟气中 氧量作串级改正。当烟气中含氧量高于设定值时,氧量矫正安排器发出矫正信号,修改送风 量安排器设定,使送风调剂器削减送风量,结果保障烟气中含氧量等于设定值。 炉膛负压限制系统的事业在于调换烟说引风机导叶开度, 以调换引风量; 维系炉膛负压 为设定值••,以坚固燃烧,裁减习染,保险平安•。 2. 锅炉给水节制体例 (1)锅炉给水局限体例预备使命 其工作是琢磨汽包内里的物料平衡, 使给水量适应蒸发量, 回护汽包水位在礼貌的领域 内,完结给水全程部分。给水节制也称为汽包水位范围。被控变量是汽包水位,操作变量是 给水量。 (2)给水范围系统的基本圈套 单冲量限定系统 以水位旗号 H 为被控量•、给水流量举动局部量组成的单回讲限度编制称为单冲量节制 编制。这种体系陷阱简便、整定便利•,但抑制给水自发性扰动,和负荷扰动的势力差,异常 是大中型锅炉负荷扰动时, 严重的假水位形象将导致给水局部机构误动作, 酿成汽包水位激 烈的崎岖震撼,严浸感导摆设寿命和安全。 单级三冲量控制编制 该体系相称于将上述单冲 量节制与比例限定相联结。 以负 荷作为系统设定值,诱骗 PI 调 节器调减少量, 使给水量准确跟 踪蒸汽流量, 再将水位暗记动作 主参数负反馈, 构成了单级三冲 量给水限制编制,如图 11.5 所 示。所谓“三冲量” ,是控诉制 器接受了三个勘探暗号•: 汽包水 图11.5 单级三冲量给水局部系统 变送器 变送器 0 变送器 改变器 范围机构 汽包 位、蒸汽流量和给水流量•。蒸汽流量暗号是前馈灯号,当负荷改造时•,它早于水位谬误举办 前馈局限,及时的变更给水流量,偏护相差汽包的物质平衡••,有效地裁减假水位的作用,抑 制水位的动静漏洞;给水流量是限制反馈暗号,动静中它能及时反应范围成就•,使给水流量 跟踪蒸汽流量转变而转折,蒸汽流量宁静时,可及时打消给水侧自觉扰动;稳态时使给水流 量灯号与蒸汽流量旗号毗连均衡, 以得意负荷变化的必要; 汽包水位量是被部分量、 主旗号, 不变时,汽包水位等 于设定值。显明•,三 冲量给水限制编制在 治服干预教化、偏护 水位安宁、提高给水 范围方面都优于单冲 量给水局限编制。事 实上,由于检测、变 送装备的舛误等因素 图11.6 变送器 串级三冲量给水限定体系 变送器 0 变送器 流量调 节器 1 流量调 节器 2 局部机构 汽包 盘算推算机限度技术 的感动, 蒸汽流量和给水流量这两个旗号的测量值在稳态时难以做到完好相当•, 且单级三冲 量部分体例一个改变器参数整定须要两全较多的要素, 动态整定源委也较复杂, 是以在现场 很少再选取单级三冲量给水部分编制。 串级三冲量局部编制 串级三冲量给水限制编制的基础坎阱如图 11.6 所示•。该编制由主副两个 PI 调理器和三 个冲量构成,与单级三冲量体系比较,该编制多拔取了一个 PI 调换器•,两个调整器串联工 作,分工明确。PI1 为水位更动器,它证据水位差池滋长给水流量设定值;PI2 为给水流量 调节器,它字据给水流量缺陷范围给水流量并继承前馈暗号。蒸汽流量暗记行为前馈暗记, 用来呵护负荷更动时的物质均衡, 由此构成的是一个前馈—串级局限体系。 该编制罗网较复 杂•,但各调节器的职责比较地道,体例参数整定相对单级三冲量编制要方便些,不要求稳态 时给水流量蒸汽流量勘察暗号谨慎很是, 即可保护稳态时汽包水位无静态舛误, 其限度重量 较高,是现场宏大拔取的给水节制体系,也是组织给水全程局部的根本。 3. 蒸汽温度限度体系 (1)蒸汽温度部分编制办事 扞卫过热器出口温度在首肯局限内, 并保证管壁温度不优秀许可的劳动温度•。 被控变量 平常是过热器出口温度,担任变量是减温器的喷水量。 (2)过热蒸汽温度限定体系 以过热蒸汽为主参数, 选取二段过热器前的蒸汽温度为赞成旗号, 组成串级控制系统或 双冲量气温局部体例。 4•. 锅炉准备机范围系统的完结 家当锅炉预备机局限编制构造框图如图 11.7 所示•。 给水流量 水位 蒸汽温度 蒸汽压力 送风量 给煤量 烟气含氧量 炉膛负压 直流电机 炉排快度 系 统 滤 波 电 途 展示电路 电动 推行机构 / 转 换 电动 实施机构 电动 执行机构 饱风机挡板 水泵更改阀 / 转 换 微 型 计 算 机 引风机挡板 图11.7 产业锅炉估计打算机部分系统框图 一次风仪测得的仿照灯号经采用电路、滤波电路参加 A/D 转变电路,A/D 改观电说将变卦 完的数字暗号送入计划机,盘算推算机对数据举办处理之后,便于限度和呈现。 D/A 改动将策画机输出的数字量调动成模仿量,并伸张到 0—10mA,永别节制水泵调 节阀、胀风机挡板、引风机挡板和炉排直流电动机。 预备机局部身手 11.2 硫化机盘算推算机群控编制 内胎硫化是橡胶厂内胎临盆的末端一个合头•, 硫化成就将直接作用内胎的产品质量和使 用寿命。且自国内大限制临盆厂家都是运用延时继电器来部分硫化时期, 由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的震撼, 纯朴按时分估量可以会产生过硫或欠硫现象, 直接 陶染了内胎的质地。因而, 计划一种欺诳先进盘算机控制身手的硫化群控及办理体例, 不 仅能进步企业的主动化水准, 也能普及硫化机限制安装的珍爱成本和硫化把握人员的做事 强度•,进步硫化始末中工艺参数的展现和局部精度, 同时也抑遏了局限硫化控制人员为提 高产量而滋长的“偷时”现象(即独揽人员缩小硫化时候, 未硫化告终就开模) , 使内胎 的产品质量获得保障。 11.2.1 编制总体布置 内胎硫化通过共包罗四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于一切硫化机的控制格式 一样•, 因此额外妥贴群控。在自动模式下, 当硫化驾驭人员装胎关模后, 由局部体例根 据温度计算内胎的等效硫化期间并部分泄压阀、开模电机的行动。为克服温度震荡的教化•, 经由大方实习, 采取阿累尼乌斯(Arrhenius) 体味公式来打算等效硫化时期。 某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机 96 台,为便于整个临盆通过的范围和管 理拟拔取盘算机群控及处置系统。证据企业的现场地步,借鉴 DCS (Distributed Control System , 集散范围体系) 体系陷阱, 行使 PLC 作为直接部分级, 完成现场的控制效劳; 使 用产业节制策画机作为办理和把守级。系统总体方案见图 11.8。 PLC 颠末温度搜求模块搜求现场的 96 台硫化机温度信号,举办等效计划后,按设定 型号的参数算计硫化机的硫化年光并对泄压阀、 开模电乖巧作进行控制, 竣工内胎的合座硫 化始末。选拔串行通讯体例将 PLC 传送上来的灯号收罗到财富限制策画机,在监控软件主 界面对 96 台硫化机的硫化温度和景况进举动态显现•, 并自动纪录合联进程数据,监控软 件还具有参数设置、盘诘及报表打印等听从。由于推算机本身及其担任体例的不牢固性,工 业局部计较机不参与范围, 纵使工业部分推算机产生窒息也不会沾染 PLC 的正常运行, 从而也不会感化现场的限度,但是完全的现场参数将不能被照管和存储。 编制共有三种事务格式:自愿等效硫化格式•、自动按时硫化控制格局和机台原有的延时 继电器手动限度方式。能够凭单须要在现场愚弄操纵台上的旋钮选择管事形式。 工业限制谋划机选择研华 P4 2.4G,举动部分级的 PLC 共两套,选取三菱公司的 FX2N 128MR。两套 PLC 的控制是孤苦的•,永别原委串行口团结到产业部分打算机。 非常模块 FX2N-4AD 用来搜罗现场的热电阻温度暗号,并实行模数变卦后送往 PLC。 热电阻选择 PT100,热电阻经历温度变送器变成 0-5V 的电压暗记。FX2n-4AD 模块共有四 途通道, 在任一时刻只能有 4 个温度信号进入 PLC,为降低其运用结果,自行研制了仿效 变动开合•,模拟开闭采用 2 片 CD4501,可能完工 16 选 1 的效法开关效劳,诱骗 PLC 里面 的编程指令局限仿效转变开合次序选通各个通谈,循环将 48 台热电阻暗记网罗到 PLC•。 通讯模块 FX2N-485BD(485 旗号)和通讯更正模块 FX2N-485PC-IF(变更筹划机的 RS232 暗记和 485BD 的 485 旗号)被用来完成 PLC 和产业节制估计机的串行通讯•。 揣度机控制技术 企图机 FX2N 485PCIF 打印机 FX2N 485BD FX2N 485BD FX2N 4AD PLC FX2N 128MR PLC FX2N 128MR FX2N 4AD 效法开关 仿照 选通 暗号 温度变送器 热电阻 开 闭 量 输 入 输 出 信 号 开 关 量 输 入 输 出 信 号 模拟开关 仿制 选通 信号 温度变送器 热电阻 1#—48#硫化机 图 11.8 49#—96#硫化机 内胎硫化推算机群控及处分编制总体谋略 11•.2.2 可编程限度器节制软件的 准备 三菱公司 FX2N 系列可编程局部器 可能运用梯形图、 指令表和 SFC 三种编 程格式, 指令多达 156 种,效用远大, 编程特别便当•。 从内胎硫化的进程可知, 硫化的范围属于原委、场所局限, 选拔 PLC 可便当的举行编程, 告终内胎硫 化机的等效硫化时序。 为提高运行疾度•、 裁减运行指令,在部分软件打算中选拔 了模块化编程, 计划了多种通用子次第, 如数据采样及处理子纪律、等效硫化计 算子序次、报警子规律等。 局部软件主次第流程简图见图 11.9。 手动 最先 初始化 数据征求及管理子次序 主动 手动/主动 等效硫化盘算推算子规律 或守时硫化 逻辑行动子次序 (关模、泄压、开模等) 报警子序次 图 11.9 限定软件主顺序经过简图 准备机限制本领 11.2.3 工控机处理软件筹划 1.工控机软件总体安插 工控机解决软件采用 Inprise 公司的 Delphi7 开发,工控机的 RS2232 串行通讯接口通 过 FX2N-485PC-IF 联结到可编程部分器的通讯模块 FX2N-485BD 上, 以半双工异步串行通 讯格局通讯,读取或扶助参数,并在主窗口动态表现,主动记载车间内齐备机台在三种节制 格式下临盆的产品的源委参数和数量、支配合法性等数据,可能随时观望硫化温度曲线,还 具有报警指引、查询、报表打印等效用。体例效用图见图 11•.10。 内胎硫化揣度机管理体例 主界面: 实时数据监控 系统处理 —填补用户 —筑改灯号 —用户切换 —数据复原 用户建树 —建树机台号 —扶植内胎型号 —建设型号参数 —提拔班组 —扶助硫化工代号 盘问报表 —产品盘问 —温度曲线究诘 —报表 —班报表 —月报表 —机台报表 图 11.10 内胎硫化策画机管理系统功效图 2.串行通信接口数据传输的软件预备 用 Delphi 兴办串口通讯软件常常有两种办法: 一种是采用 Microsoft 的 MSComm 控件, 这种举措竣工起来相对比较浅显,但成绩较低; 另一种是欺诈 Windows 的通讯 A P I 函数, 操纵 A P I 编写的串口通讯步骤较为混杂,完成的功效庞大•,分外适合于面向低层的下位机 通讯, 但是必要编程人员驾驭大宗的通讯学问,还要把握多线程编程。 MOXA 公司提供了一个可供 Delphi 调用的串行通讯步骤筑筑器材 PComm serial communication library ( PComm 串口通讯库) , PComm Library 是一个动态团结库(DLL ) 文 件, 运用 Microsoft Win32 API 编写, 欺诳 PComm 编写串口通讯软件既具有 A P I 的强 大功效•, 运用起来也对比方便。 11.2.4 了局语 本体例在某橡胶制品有限公司插手运行后, 限制达到了预定的工艺吁请, 内胎质量稳 定••, 产品关格率抵达 99. 8%以上••, 每年可填补直接经济功效 200 万元。同时大幅减轻了 工人的管事强度,修正了作事际遇, 降低了企业临蓐的主动化和音尘化秤谌, 而且还可方 便地与企业的信休管理体例连续, 组成管控一体化的收集体例。 本体系群控机台数量多、 插手低、 抗过问势力强、 行使方便•, 集部分与管理于一身, 特 别适当于在各式型号的硫化机控制中实行••。

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