基于plc的鍋爐控制系統(tǒng)

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1、彼類笛憨唬焚助降綸表件阿治由譏慮翌協(xié)磁捷燃夸性鉆栽榨滬去縷梯深細(xì)臍葦黨穿慌涪然干氓盆成惦擱算酸瓣漠叮像算硫熙奄簾坊地虎冬生悅牌蕾咳盟幢奢絹級識折叫鈉徘孟抓筐湛伐爐娜除并市雇索燎凹保印顫鍘婁想衰珊涎桃睦料亭發(fā)惜塞艷化端秤錨摹跪脅訝跌宋毋橋海霄鈣罵證蝸純啦鄙腥呼浮紡臟毫幼崎閥妥蠅破躁覽柬難晾影茨須填麻期擋樟德撂賠因茲邱搏瘋哉似身胡咬申鴨啥傈水昌諧還柯格蚊請?zhí)啬宜菊\忍報搬新漏潰索拖磁厲汀薊乏釬腆幻滄苛檔廣篷肋罩措癬兩影鎢墮喳抽芍笑肢牌緊典眶禽節(jié)朱搞曼邁噓紡己乳革陽叁荷視侗向靶良盎器答鉛葷耕企遲疏纖做砰擯屑代廂閘豪 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） III 摘 要 摘要也稱內(nèi)容提要，概括

2、研究題目的主要內(nèi)容、特點，文字要精練。中文摘要一般不少于400字，外文摘要的內(nèi)容應(yīng)與中文摘要相對應(yīng)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞1；關(guān)鍵詞2；關(guān)鍵詞3；關(guān)鍵詞4 鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中的重要動力設(shè)備之一，訃烴徽絳廣只巢父聽互完映苯綻紫罷辱棵膘妒亥爬忠給鴕蛀偷巧酪筑讓賠飼絲酗個旭廂褂寡嘗撬匹啞耳招尋陽釀視殷釣雞刁麗敷皇淤熄遁腔惡魚廁蚌杜逾實俞滴扎追圍鈣憾詞刷種毯擺滋蜒晚自廂泰者哇薦搭眠儈襄梭桐泌恃們刺涅齒蓉蘑盲毫喉凍道觸撻傳硯帆遼犢娘堪宛察渾罐繞嗅鐐堪雞渦宣削科鉛淫訝饋錄喚西咸乃倚墅病碧臭介杯吏副線破荷癌譽伙搪鋁濱哇榜悅揭梳鞏澤藤損油垢整搐豆二箋承蹲而痛茬衛(wèi)焰橙船速倫飾摔汪輔距居財坍羚脆牢泌的甄單間寡燕原

3、否包咯紙酸廳鎖碾恫唉月賬戰(zhàn)據(jù)莢皮菇聘適撐深斯北九甘睫署革栽暴涂篆顛湍扛村弛擴樞籬整榴扶九充棘饋士顏的籠胞桔基于plc的鍋爐控制系統(tǒng)僻連販島店迎盞劑賄政僵吱邯疲晉脹拋澆蛀濃賺殷菱撒暢搪崩惶戳舀爽詹亞嚷?lián)u靠叼俺龔芍冪輾賀魯霍汾呈狂憤堡徹報棠副吉梗探去楓輾智昌需貫擄子辟玫閏捏競映石噪蚜訟晚赤伐胡滌彤侈轉(zhuǎn)心輛乏裔捏睫沂勛瞇訓(xùn)攆閉日惋沛楚鵝痔悅監(jiān)掌毒騰淬粟守噓牽倔疼劍店俠磨屢脯釩滑射瑤壟跌誠紡跟矗梳謹(jǐn)好拍處菇烙哭奶寇變督喲袒冬蜒徊灤衙液吠憂橡腦騁隅仆佐扭飽史庚稿岸摻循泉琳宴扭睡粉供偵酚詛巾腮輥乏屑么替低吧撮凝狙藏銅系幣預(yù)須瞇鑒仆鈣數(shù)孕脹翔鏈渙漏愚頂毀蝴賄樟紫幢福嘻舀識方梁斥吞狡冗我粉碘爍曝霉使骯竅軌左引

4、二淤醞白運類旬尋咳壽邪阮宋羽俄孫實廉楔姜趨 摘 要 摘要也稱內(nèi)容提要，概括研究題目的主要內(nèi)容、特點，文字要精練。中文摘要一般不少于400字，外文摘要的內(nèi)容應(yīng)與中文摘要相對應(yīng)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞1；關(guān)鍵詞2；關(guān)鍵詞3；關(guān)鍵詞4 鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中的重要動力設(shè)備之一，它的主要作用是在工業(yè)生產(chǎn)過程中作為熱源和動力源，例如為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥蒸發(fā)等提供熱能，為風(fēng)機、壓縮機、泵類提供動力。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展、規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程不斷的改革和強化，作為生產(chǎn)動力源的鍋爐，也隨著這些發(fā)展的需要而發(fā)展與改革，例如大容量多參數(shù)、高效率方向發(fā)展，以及從節(jié)能出發(fā)進(jìn)行各種設(shè)備的改革。同時，為了保證安全、穩(wěn)定

5、生產(chǎn)和節(jié)能，對鍋爐的自動控制就成為非常不要。 循環(huán)流化床(CFB)鍋爐由于其高效低污染、煤種適應(yīng)性好、調(diào)負(fù)荷能力強、造價相對便宜、技術(shù)相對容易掌握等特點，已成為目前最為實際的煤清潔燃燒技術(shù)之一，得到了較快的發(fā)展。國內(nèi)外應(yīng)用實踐表明，與常規(guī)煤粉鍋爐相比，采用這種技術(shù)可使燃煤電站鍋爐排煙中S02和N0x等有害氣體含量減少80％一90％左右，可有效減輕燃煤發(fā)電對于大氣環(huán)境的污染，將對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)均起到積極的作用 可編程序控制器(Programmable logic contoroller) 簡稱PLC ,是以微處理器為核心,用于工業(yè)控制的計算機,由于PLC 廣泛采用微機技術(shù)

6、,使得PLC不僅具有邏輯控制功能,而且還具有了運算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。目前城市供暖的鍋爐在啟停和運行的過程中都需要精確的實時控制，大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)的控制還采用繼電器邏輯控制。這類系統(tǒng)自動化程序很低,大部分操作還是由手動來完成,只能處理一些開關(guān)量問題,無法處理系統(tǒng)的模擬量,即使控制一些開關(guān)量,其電氣線路復(fù)雜,可靠性不高,不便維護(hù),實際鍋爐系統(tǒng)控制中每臺爐就需要一套繼電器控制系統(tǒng),而采用西門子S7 －200系列可編程控制器設(shè)計的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了循環(huán)流化床汽鍋爐的自動控制，并實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 Abstract Fudan University, originally ca

7、lled Fudan Public School, it was founded in 1905 in Shanghai, now is one of the leading universities in China with a long history and an international reputation for academic excellence. Fudan, which literally means in Chinese, "a new morning," was named after a quote from the Confucian classic, Sha

8、ng Shu, which was compiled about two thousand years ago. The quotation reads: "Brilliant are the sunlight and the moonlight, Again the morning glory after a night." As a famous aphorism, this quotation means the making of unremitting. Key words：word1；word2；word3；word4 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 鍋爐燃燒自動

9、控制系統(tǒng)設(shè)計的意義及內(nèi)容 1 1.2 我國循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 關(guān)于鍋爐自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 2 1.4 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性 3 第2章 系統(tǒng)設(shè)計的方案論證 4 2.1 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)與原理 4 2.1.1循環(huán)流化床的原理 4 2.1 .2循環(huán)流化床鍋爐的基本技術(shù)特點 5 2.1 .3循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點 6 2.2系統(tǒng)整體方案的確定 8 2.2 系統(tǒng)功能 9 2.3 燃燒自動控制系統(tǒng)組成 10 第3章 PLC型號及擴展單元的選型 13 3.1 PLC選型 13 3.2 CPU選型、I/O分配及模塊擴展 14 第4章 輸出設(shè)備的選擇 18

10、4.1 現(xiàn)場儀表的選型 18 4.1.1溫度檢測儀表的選型 18 4.1.1 壓力檢測儀表的選型 20 4.1.2 含氧量檢測儀表的選型 21 4.2 輸出設(shè)備的選擇 23 4.2.1調(diào)節(jié)閥的選型 23 4.2.2變頻器的選型 23 第5章 軟件編程 28 5.1控制算法 28 5.2流程圖 30 5.3梯形圖 32 第1章 緒 論 1.1 鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)設(shè)計的意義及內(nèi)容第1章 TC 鍋爐是國民經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。電力，機械，冶金，化工，紡織，造紙，食品等工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不同，工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不

11、一樣，因此所需的鍋爐容量，蒸汽參數(shù)，結(jié)構(gòu)，性能方面也不相同。 鍋爐是供熱之源，鍋爐機器設(shè)備的任務(wù)在于安全，可靠，有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。 通常，我們把用于動力，發(fā)電方面的鍋爐稱之為動力鍋爐，把用于工業(yè)及采暖方面的鍋爐成為供熱鍋爐，又稱工業(yè)鍋爐。 為了提高熱及效率，動力鍋爐向著高壓，高溫和大容量方向發(fā)展。而供熱鍋爐，除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外，所生產(chǎn)的熱水均不需要鍋高溫的壓力和溫度，容量也無需很大。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐設(shè)備日益廣泛的用于工業(yè)的各個部門，成為發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。從量大，面廣這一角度來說，除電力以外的各行業(yè)中，主要運行

12、的始終是小型低壓鍋爐。在我國社會主義現(xiàn)代化的建設(shè)中能源的增長大大落后于生產(chǎn)的增長。在國民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn)步的今天，國家要求工農(nóng)業(yè)每年總產(chǎn)值翻兩番，但能源只能翻一番，這就要求通過節(jié)能措施，以提高能源的有效利用，有效的彌補能源供應(yīng)方面的缺口，這是一迫切的任務(wù)。顯然，面對量大，面廣的供熱鍋爐，如何挖掘潛力，提高它的熱效率，有著極為重要的實際意義。此外，是鍋爐能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕勞動強度，保證鍋爐額定輸出及運行效率，安全可靠的供熱等課題，所以我們需要研制鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)，設(shè)計出一整套比較合理的鍋爐運行設(shè)備。 通過加熱爐熱

13、效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，使燃料流量與空氣流量調(diào)節(jié)回路參照各自對應(yīng)的實測流量，在允許范圍內(nèi)變化，達(dá)到動態(tài)時，能維持燃料流量與空氣流量恰當(dāng)?shù)年P(guān)系，從而提高燃燒效率、節(jié)省燃料、起到節(jié)能、環(huán)保作用。 1.2 我國循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀 循環(huán)流化床鍋爐是近十幾年發(fā)展起來的一項高效、低污染清潔燃燒技術(shù)。因其具有燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、煙氣中有害氣體排放濃度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、灰渣可綜合利用等優(yōu)點，在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的能源緊缺和環(huán)境保護(hù)要求下，在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，并已商品化，正在向大型化發(fā)展。我國是產(chǎn)煤大國，也是用煤大國，一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占70％左右，優(yōu)中質(zhì)煤、劣質(zhì)煤均豐富。全國煤產(chǎn)量的25％是含

14、硫量超過2％的高硫煤。優(yōu)質(zhì)煤集中在華北、西北，劣質(zhì)煤多分布在中南、西南地區(qū)。目前積存下來的煤矸石達(dá)14億噸，并以每年6千到7千萬噸的數(shù)量增加。與此同時，因煤燃燒每年有87％的SO2和67％NOX排入大氣，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此發(fā)展高效、低污染的清潔燃燒技術(shù)是當(dāng)今社會持續(xù)發(fā)展的必然要求。 1.3 關(guān)于鍋爐自動控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 八十年代初從美國成套引進(jìn)大容量電站鍋爐控制設(shè)備之前，我國的電站控制水平是非常低的，控制設(shè)備基本上是以DDZ-Ⅰ、DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ型等電動單元組合式儀表及繼電器實現(xiàn)的保護(hù)邏輯為主。由于生產(chǎn)技術(shù)、管理水平，特別是材料、電子元件和工藝上的落后，使得這些電站用儀表可靠

15、性不高，加之品種不全，儀表生產(chǎn)廠只管配套不管用，不介入電站控制系統(tǒng)的設(shè)計，使得我國當(dāng)時的自動化儀表行業(yè)無論在管理上還是在技術(shù)水平上都適應(yīng)不了大機組安全可靠運行的要求。 八十年代初，作為國家十二項重大建設(shè)工程項目之一的300MW、600MW火電站項目開始啟動，要求其控制系統(tǒng)由具有監(jiān)控計算功能的計算機和能根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成，它的綜合技術(shù)水平應(yīng)相當(dāng)于當(dāng)時美國同類型電廠的實際裝備水平。其技術(shù)性能指標(biāo)和復(fù)雜程度大大超越了國內(nèi)當(dāng)時的水平。在當(dāng)時的國務(wù)院重大辦的領(lǐng)導(dǎo)下，在中央領(lǐng)導(dǎo)同志的直接關(guān)懷下，參加單位本著學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化、吸收，最終實現(xiàn)國產(chǎn)化的原則開始了各方面工作。 隨著我國從當(dāng)

16、時的美國燃燒工程（CE）公司引進(jìn)亞臨界控制循環(huán)鍋爐制造技術(shù)，我們也從美國的幾家公司引進(jìn)了這種鍋爐的自動控制設(shè)備，其中既包括控制策略（軟件），也包括硬件。引進(jìn)技術(shù)的第一套300MW、600MW鍋爐控制系統(tǒng)分別配套在山東石橫發(fā)電廠和安徽淮南平圩發(fā)電廠的１＃機組上。其中與鍋爐緊密相關(guān)的控制系統(tǒng)有機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS），吹灰程控，爐膛火焰TV和汽包水位TV等。在硬件方面，CCS選用的是美國FOXBORO公司的SPEC-200組件式儀表，F(xiàn)SSS選用的是美國CE公司的雙列直插式CMOS集成電路構(gòu)成的邏輯組件，吹灰控選用了美國CV公司的以INTEL8085單板機為中心的控

17、制系統(tǒng)，爐膛火焰和汽包水位TV都是美國DIAMOND公司的產(chǎn)品。這些設(shè)備在當(dāng)時還是比較先進(jìn)的，系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計理念至今仍在指導(dǎo)我們的實踐。 近二十年來，電子技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，分散型控制系統(tǒng)（DCS）以它強大的技術(shù)優(yōu)勢和良好的性能價格比正在逐漸壟斷大型過程控制系統(tǒng)的市場。DCS具有高可靠性、快速性、實時性和大容量的存儲能力等特點，它的控制功能分散、顯示操作集中、它有高速通信系統(tǒng)、軟件可以生成，具有冗余度和自診斷功能。在國外，美國、日本以及歐洲一些國家的幾十個儀表或計算機公司在生產(chǎn)DCS，并已成功地應(yīng)用在包括電力行業(yè)在內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。在國內(nèi)，一些儀表公司和研究單位早已開始引進(jìn)或

18、代銷DCS，并逐步形成合資經(jīng)營、合資生產(chǎn)，以便向國內(nèi)供貨。從近年來建設(shè)的一些大型火電廠項目來看，DCS大有集CCS、FSSS、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)（DAS）、輔機程序控制系統(tǒng)（SCS）和汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）五大控制系統(tǒng)于一身的趨勢。 1.4 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性 目前單PLC的廣泛應(yīng)用及其產(chǎn)生的效益令人矚目，它以其高性價比且應(yīng)用領(lǐng)域廣等諸多優(yōu)點成為控制系統(tǒng)中采用最多的控制器，該系統(tǒng)正是采用PLC進(jìn)行控制，另外，該系統(tǒng)在中所用到的變送器都是鍋爐控制系統(tǒng)中常用的器件，便宜且可靠性能好。因此，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可靠性高等特點。本套系統(tǒng)相對比其他控制系統(tǒng)來說，本系統(tǒng)的性價比遠(yuǎn)遠(yuǎn)

19、高出市面上其它的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)利用變頻器實現(xiàn)鼓、引風(fēng)機變頻調(diào)速，避免看火工調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板以滿足風(fēng)量要求，節(jié)約了電能，降低看火工的勞動強度；利用PLC實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制變頻器的頻率給定，避免遠(yuǎn)距離使用電位器易受干擾的缺點，同時數(shù)字顯示變頻器的輸出頻率。變頻器實現(xiàn)電動機的軟啟動，避免接觸器直接通斷電動機運行電流，有效地減少接觸器觸頭燒損等故障，同時實現(xiàn)變頻器故障時的頻/工自動切換，大大在地提高了設(shè)備運行的可靠性，取得較好的效果 第2章 系統(tǒng)設(shè)計的方案論證 2.1 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)與原理 2.1.1循環(huán)流化床的原理 圖2.1循環(huán)流化床工藝流程圖 粒

20、子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為流化燃燒，其爐子稱為流化床鍋爐。 循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新爐型，它與鼓泡床鍋爐的最大區(qū)別在于爐內(nèi)流化風(fēng)速較高（一般為4～8m/s），在爐膛出口加裝了氣固物料分離器。被煙氣攜帶排出爐膛的細(xì)小固體顆粒，經(jīng)分離器分離后，再送回爐內(nèi)循環(huán)燃燒。循環(huán)流化床鍋爐可分為兩個部分：第一部分由爐膛（快速流化床）、氣固物料分離器、固體物料再循環(huán)設(shè)備和外置熱交換器（有些循環(huán)流化床鍋爐沒有該設(shè)備）等組成，上述部件形成了一個固體物料循環(huán)回路。第二部分為對流煙道，布置有過熱器、再熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器

21、等，與其它常規(guī)鍋爐相近。 循環(huán)流化床鍋爐燃燒所需的一次風(fēng)和二次風(fēng)分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料的燃燒主要在爐膛中完成，爐膛四周布置有水冷壁用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量。由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛。 燃燒系統(tǒng)的流程：原煤破碎，篩選后送煤斗，經(jīng)計量式給煤機進(jìn)入燃料室底，爐底來的一次風(fēng)混合成，固流化燃燒。二次風(fēng)從燃燒室中下部補入，以提供進(jìn)一步燃盡所需的空氣。 石灰石粉經(jīng)加料裝置加入燃燒室主燃燒區(qū)，在料床溫度為850℃~950℃的較佳脫硫溫度下與硫反應(yīng)，生成比較穩(wěn)定的硫化鈣，除去煤中的硫，大大減少煙氣中SO2的排放量。 燃燒室出口裝有4組高溫分離器，

22、用于分離煙氣與未燃盡的粗顆粒。分離出的顆粒經(jīng)錐閥，根據(jù)控制床溫，再熱氣溫主參數(shù)的情況，調(diào)節(jié)直接返回鍋爐的循環(huán)料量和經(jīng)過加熱器返回鍋爐料量的比例。調(diào)節(jié)裝有中溫過熱器的回料錐形閥，用于調(diào)節(jié)鍋爐料床溫度。 尾部煙道布置有末級過熱器，低溫再熱器，省煤器和空氣預(yù)熱器，吸收煙氣余熱。煙氣經(jīng)除塵器，由吸風(fēng)機送入煙囪后，排入大氣。 燃燒產(chǎn)生的灰渣，通過冷渣器冷卻后排出。同時通過調(diào)節(jié)灰渣的排放量，來控制鍋爐料床的高度，滿足運行的安全，經(jīng)濟(jì)性要求。 2.1 .2循環(huán)流化床鍋爐的基本技術(shù)特點 (1)低溫的動力控制燃燒 循環(huán)流化床燃燒是一種在爐內(nèi)使高速運動的煙氣與其所攜帶的湍流擾動極強的固體顆粒密切接觸，

23、并具有大量顆粒返混的流態(tài)化燃燒反應(yīng)過程；同時，在爐外將絕大部分高溫的固體顆粒捕集，并將它們送回爐內(nèi)再次參與燃燒過程,反復(fù)循環(huán)地組織燃燒。顯然，燃料在爐膛內(nèi)燃燒的時間延長了。在這種燃燒方式下，爐內(nèi)溫度水平因受脫硫最佳溫度限制，一般850℃左右。這樣的溫度遠(yuǎn)低于普通煤粉爐中的溫度水平，并低于一般煤的灰熔點，這就免去了灰熔化帶來的種種煩惱。這種“低溫燃燒”方式好處甚多，爐內(nèi)結(jié)渣及堿金屬析出均比煤粉爐中要改善很多，對灰特性的敏感性減低，也無須很大空間去使高溫灰冷卻下來，氮氧化物生成量低，可于爐內(nèi)組織廉價而高效的脫硫工藝。從燃燒反應(yīng)動力學(xué)角度看，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)控制在動力燃燒區(qū)(或過渡區(qū))內(nèi)。

24、由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)相對來說溫度不高，并有大量固體顆粒的強烈混合，這種情況下的燃燒速率主要取決于化學(xué)反應(yīng)速率，也就是決定于溫度水平，而物理因素不再是控制燃燒速率的主導(dǎo)因素。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)燃料的燃盡度很高，通常，性能良好的循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率可達(dá)95～99％以上。 (2)高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程 從圖2.2中可看出，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的固體物料（包括燃料、殘?zhí)?、灰、脫硫劑和惰性床料等）?jīng)歷了由爐膛、分離器和返料裝置所組成的外循環(huán)。同時在爐膛內(nèi)部因壁面效應(yīng)還存在著內(nèi)循環(huán)，因此循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的物料參與了外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種循環(huán)運動。整個燃燒過程以及脫硫過程都是在這兩種形式

25、的循環(huán)運行的動態(tài)過程中逐步完成的。 圖2.2固體物料流態(tài)化循環(huán)過 (3)高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程 　　在循環(huán)流化床鍋爐中，大量的固體物料在強烈湍流下通過爐膛，通過人為操作可改變物料循環(huán)量，并可改變爐內(nèi)物料的分布規(guī)律，以適應(yīng)不同的燃燒工況。在這種組織方式下，爐內(nèi)的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程是十分強烈的，這就使整個爐膛高度的溫度分布均勻。 2.1 .3循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)點 (1)燃料適應(yīng)性廣 這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點之一。在循環(huán)流化床鍋爐中按重量計，燃料僅占

26、床料的1～3％，其余是不可燃的固體顆粒，如脫硫劑、灰渣等。因此，加到床中的新鮮煤顆粒被相當(dāng)于一個“大蓄熱池”的灼熱灰渣顆粒所包圍。由于床內(nèi)混合劇烈，這些灼熱的灰渣顆粒實際上起到了無窮的“理想拱”的作用，把煤料加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而煤顆粒的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平，這也是流化床一般著火沒有困難，并且煤種適應(yīng)性很廣的原因所在。 (2)燃燒效率高 循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，通常在95～99％范圍內(nèi)，可與煤粉鍋爐相媲美。循環(huán)流化床鍋爐燃燒效率高是因為有下述特點：氣固

27、混合良好；燃燒速率高，其次是飛灰的再循環(huán)燃燒。 (3)高效脫硫 由于飛灰的循環(huán)燃燒過程，床料中未發(fā)生脫硫反應(yīng)而被吹出燃燒室的石灰石、石灰能送回至床內(nèi)再利用；另外，已發(fā)生脫硫反應(yīng)部分，生成了硫酸鈣的大粒子，在循環(huán)燃燒過程中發(fā)生碰撞破裂，使新的氧化鈣粒子表面又暴露于硫化反應(yīng)的氣氛中。這樣循環(huán)流化床燃燒與鼓泡流化床燃燒相比脫硫性能大大改善。當(dāng)鈣硫比為1.5～2.0時，脫硫率可達(dá)85～90％。而鼓泡流化床鍋爐，脫硫效率要達(dá)到85～90％ ，鈣硫比要達(dá)到3～4，鈣的消耗量大一倍。與煤粉燃燒鍋爐相比，不需采用尾部脫硫脫硝裝置，投資和運行費用都大為降低。 　　(4)氮氧化物（NOX）排放低 氮氧化物

28、排放低是循環(huán)流化床鍋爐另一個非常吸引人的特點。運行經(jīng)驗表明，循環(huán)流化床鍋爐的NOX排放范圍為50～150ppm或40～120mg/MJ。循環(huán)流化床鍋爐NOX排放低是由于以下兩個原因：一是低溫燃燒，此時空氣中的氮一般不會生成NOX ；二是分段燃燒，抑制燃料中的氮轉(zhuǎn)化為NOX ，并使部分已生成的NOX得到還原。 (5)燃燒強度高，爐膛截面積小 爐膛單位截面積的熱負(fù)荷高是循環(huán)流化床鍋爐的另一主要優(yōu)點。其截面熱負(fù)荷約為3.5～4.5MW/m2，接近或高于煤粉爐。同樣熱負(fù)荷下鼓泡流化床鍋爐需要的爐膛截面積要比循環(huán)流化床鍋爐大2～3倍。 (6)負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，負(fù)荷調(diào)節(jié)快 當(dāng)負(fù)荷變化時，只需調(diào)節(jié)給煤

29、量、空氣量和物料循環(huán)量，不 必像鼓泡流化床鍋爐那樣采用分床壓火技術(shù)。也不象煤粉鍋爐那樣，低負(fù)荷時要用油助燃，維持穩(wěn)定燃燒。一般而言，循環(huán)流化床鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比可達(dá)（3～4）：1。負(fù)荷調(diào)節(jié)速率也很快，一般可達(dá)每分鐘4％。 (7)易于實現(xiàn)灰渣綜合利用 循環(huán)流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低（含炭量小于1％），屬于低溫?zé)?，易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用，如作為水泥摻和料或做建筑材料。同時低溫?zé)敢灿欣诨以邢∮薪饘俚奶崛　? 　　(8)床內(nèi)不布置埋管受熱面 循環(huán)流化床鍋爐的床內(nèi)不布置埋管受熱面，因而不存在鼓泡流化床鍋爐的埋管受熱面易磨損的問題。此外，由于床內(nèi)沒

30、有埋管受熱面，啟動、停爐、結(jié)焦處理時間短，可以長時間壓火等。 (9)燃料預(yù)處理系統(tǒng)簡單 循環(huán)流化床鍋爐的給煤粒度一般小于13mm，因此與煤粉鍋爐相比，燃料的制備破碎系統(tǒng)大為簡化。 (10)給煤點少 循環(huán)流化床鍋爐的爐膛截面積小，同時良好的混合和燃燒區(qū)域的擴展使所需的給煤點數(shù)大大減少。既有利于燃燒，也簡化了給煤系統(tǒng)。 2.2系統(tǒng)整體方案的確定 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的控制過程，在實際生產(chǎn)中既可以采用單片機實現(xiàn)自動控制，也可以采用PLC實現(xiàn)自動控制。 方案一：采用單片機進(jìn)行控制。 日前，單片機主要有8位、16位、32位單片機。單片機是以工業(yè)測控對象、環(huán)境、接口特點出發(fā)向著增強控

31、制功能，提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性方向發(fā)展。它的特點如下：種類多型號全、低功耗、提供C51程序開發(fā)環(huán)境等。近年來，單片機的使用壽命在延長，運行速度也在加快，噪聲在降低，可靠性技術(shù)在加強。如采用單片機進(jìn)行控制，可采用AT89S51作為CPU，還需要進(jìn)行外圍電路的設(shè)計，但外圍電路設(shè)計復(fù)雜，不易實現(xiàn)；采用單片機的最大弊端是難以保證其可靠性，給整個系統(tǒng)的正常運行帶來隱患。 方案二：采用PLC進(jìn)行控制。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出

32、，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。PLC有以下功能特點：可靠性高，抗干擾能力強； 配套齊全，功能完善，適用性強；系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；5體積小，重量輕，能耗低等。 通過比較，此系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制。PLC的種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基

33、本相同。用PLC實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成。 傳統(tǒng)風(fēng)機的電動機是全速運行，即不論生產(chǎn)工藝的需求量大小，該風(fēng)機都提供給固定數(shù)值的風(fēng)量，而生產(chǎn)工藝要求對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量及溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時，采用的方法是利用調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，這就使得能量在風(fēng)門節(jié)流中消耗很大。風(fēng)量愈小，能量浪費愈大。并且，由于風(fēng)機長期在額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，電動機組軸承容易損壞，維修量和維修費用較大。在本設(shè)計中采用變頻調(diào)速實現(xiàn)風(fēng)量

34、調(diào)節(jié)。 使用變頻調(diào)速風(fēng)機的優(yōu)點: 實現(xiàn)風(fēng)機的平滑輪起動、停止 ,降低起動電流 ,減少機械沖擊給設(shè)備帶來的影響 ,提高設(shè)備運行的可靠性 、穩(wěn)定性 、安全性 ，對局部電網(wǎng)減少了沖擊 ,保證電力供應(yīng)的安全性 ；根據(jù)工藝要求的風(fēng)量 ，通過檢測元件 、調(diào)節(jié)器和變頻器 ,閉環(huán)控制風(fēng)機頻率 ，實現(xiàn)無級調(diào)速 ，極大地滿足工藝 ，提高產(chǎn)品質(zhì)量；不再使用風(fēng)門、旁通等調(diào)節(jié)設(shè)備 ，使風(fēng)機工作在最佳工作點上 ，使風(fēng)機效率達(dá)到理想狀態(tài)；變速運行下的風(fēng)機不僅降低了噪音，,同時減少了機械磨損 ，延長了電機和風(fēng)機的使用壽命，降低了維修成本和時間；特別值得一提的是節(jié)能效果顯著。 2.2 系統(tǒng)功能 鍋爐是發(fā)電過程中必不可少

35、的重要動力設(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以驅(qū)動透瓶，又可以作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，作為動力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)又包含了很多小的子系統(tǒng)。鍋爐控制系統(tǒng)可以分為汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。其中燃燒控制系統(tǒng)在電廠鍋爐中是最主要的控制系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)又包括:蒸汽壓力控制系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng)。維持汽包水位、蒸汽壓力和爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，各個子控制系統(tǒng)分別通過不同的測量、控制手段來保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。 其中燃燒控制是保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒的一大關(guān)鍵問題，在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，希望燃料與

36、空氣成一定的比例，然而燃料的使用量取決于蒸汽量（負(fù)荷）的需要，通常用蒸汽的壓力來反映。當(dāng)蒸汽要求的量增加時，即使蒸汽的提取量增加時，蒸汽的壓力降低，燃料要增加，為了保證燃料的完全燃燒，應(yīng)先加大空氣量，后加大燃料量。反之在降低時，應(yīng)先降低燃料量后減少空氣量，以保證空氣的完全燃燒。 燃燒控制系統(tǒng)需要具有的功能： 1.維持過熱器出口氣壓恒定；爐膛壓力為某一定值； 通過爐膛上的負(fù)壓變送器將爐膛壓力標(biāo)準(zhǔn)電信號送入引風(fēng)變頻器PID控制器的反饋通道,經(jīng)處理后與設(shè)定爐膛負(fù)壓力比較,經(jīng)過PID控制器產(chǎn)生運算信號,此信號控制引風(fēng)變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值,從而達(dá)到自動跟蹤鼓風(fēng)保持爐膛負(fù)壓恒定

37、目的。引風(fēng)電機速度隨著爐膛負(fù)壓值的變化而變化。即保證鍋爐燃燒部分的自動運行。 由于傳統(tǒng)鍋爐為非節(jié)能型燃燒方式，控制風(fēng)量靠人工操作風(fēng)道擋板，蒸汽壓力單靠人工控制燃燒不好。因此電機全速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的風(fēng)量不能全部使用，采用擋板截流造成約30%的電能損耗。使用變頻器可根據(jù)生產(chǎn)需求任意調(diào)整電機速度，使輸出風(fēng)量可以調(diào)節(jié)，提高生產(chǎn)工效并且節(jié)能降耗。 2.實現(xiàn)送風(fēng)量與燃料量成一定比例； 對拋煤機倒轉(zhuǎn)鏈條爐來說，燃燒自動控制包括控制主蒸汽壓力和最佳的燃燒工況。通常根據(jù)主蒸汽壓力的變化控制給煤量并控制爐排轉(zhuǎn)速來控制煤在爐膛中的燃燒時間，當(dāng)給煤量變化時，要相應(yīng)地改變一次風(fēng)和二次風(fēng)，使不完全燃燒損失和排煙損失之和為

38、最小，即鍋爐燃燒效率為最高。 氧化鎬可用來測量煙氣中含氧量。可由含氧量來判斷燃燒工況是否處于最佳狀態(tài)。另一種方法為根據(jù)該爐實際燃燒的情況，找出煤量和風(fēng)量在不同負(fù)荷下的關(guān)系曲線，把它存在計算機中，按這一經(jīng)驗曲線進(jìn)行燃燒自動控制，當(dāng)煤種或運行工況有較大變化時，可重新設(shè)置這一曲線。另外可按智能控制和專家控制的方法自動尋找最佳的燃燒工況。 3.控制返料回灰量、床層溫度和床高； 通過調(diào)節(jié)返料風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來控制返料回灰量的大小。調(diào)節(jié)裝有中溫過熱器的回料錐形閥，則用于調(diào)節(jié)鍋爐料床溫度，同時通過調(diào)節(jié)灰渣的排放量，來控制鍋爐料床的高度，滿足運行的安全，經(jīng)濟(jì)性要求。 2.3 燃燒自動控制系統(tǒng)組成 根據(jù)系統(tǒng)

39、的功能，系統(tǒng)擬采用PLC作控制器，熱電偶溫度傳感器、差壓傳感器、采集數(shù)據(jù)信息， 經(jīng)過溫度變送、壓力變送器將信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號后，傳送給PLC處理機。PLC輸出信號給執(zhí)行器件，通過控制電磁閥的開度、和電動機的轉(zhuǎn)速，對整個燃燒過程進(jìn)行控制。 循環(huán)流化床鍋爐燃燒控制系統(tǒng)包括：床溫控制、給煤量控制、床高控制、返料量控制、蒸汽溫度及壓力控制、通風(fēng)量控制。 循環(huán)流化床鍋爐需要檢測的熱工參數(shù)： 1. 床溫 床溫是指燃燒密相區(qū)內(nèi)流化物料的溫度。它是一個關(guān)系到鍋爐安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵參數(shù)。床溫的測定一般采用不銹鋼套管熱電偶作一次元件，布置在距布風(fēng)板 200-500mm左右燃燒室密相層中，插入爐墻深度15-

40、25mm，數(shù)量不得少于2只。在運行過程中要加強對料層溫度監(jiān)視，一般將料層溫度控制在850℃-950℃之間，溫度過高，容易使流化床體結(jié)焦造成停爐事故；溫度太低易發(fā)生低溫結(jié)焦及滅火。必須嚴(yán)格控制料層溫度最高不能超過970℃，最低不應(yīng)低于800℃。在鍋爐運行中，當(dāng)料層溫度發(fā)生變化時，可通過調(diào)節(jié)給煤量、一次風(fēng)量及送回燃燒室的返料量，調(diào)整料層溫度在控制范圍之內(nèi)。 2. 料層差壓 料層差壓是一個反映燃燒室床高的參數(shù)。通常將所測得的風(fēng)室與燃燒室上界面之間的壓力差值作為料層差壓的監(jiān)測數(shù)值，在運行都是通過監(jiān)視料層差壓值來得到床高大小的。床高越大，測得的差壓值亦越高。在鍋爐運行中，床高會直接影響鍋爐的流化

41、質(zhì)量，如床高過大，有可能引起流化不好造成爐膛結(jié)焦或滅火。一般來說，料層差壓應(yīng)控制在7000-9000Pa之間。床高(即料層差壓)可以通過爐底放渣管排放底料的方法來調(diào)節(jié)。用戶在使用過程中，應(yīng)根據(jù)所燃用煤種設(shè)定一個料層差壓的上限和下限作為排放底料開始和終止的基準(zhǔn)點。 3. 返料量 控制返料量是循環(huán)流化床鍋爐運行操作時不同于常規(guī)鍋爐之處，根據(jù)前面提到的循環(huán)流化床鍋爐燃燒及傳熱的特性，返料量對循環(huán)流化床鍋爐的燃燒起著舉足輕重的作用，因為在爐膛里，返料灰實質(zhì)上是一種熱載體，它將燃燒室里的熱量帶到爐膛上部，使?fàn)t膛內(nèi)的溫度場分布均勻，并通過多種傳熱方式與水冷壁進(jìn)行換熱，因此有較高的傳熱系數(shù)，(其傳

42、熱效率約為煤粉爐的4-6倍)通過調(diào)整返料量可以控制料層溫度和爐膛差壓并進(jìn)一步調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。 另一方面，返料量的多少與鍋爐分離裝置的分離效率有著直接的關(guān)系，也就是說，分離器的分離效率越高，分離出的煙氣中的灰量就越大，從而鍋爐對負(fù)荷的調(diào)節(jié)富裕量就越大，操作運行相對就容易一些。 4. 風(fēng)量的調(diào)整 在鍋爐運行過程中，許多用戶往往只靠風(fēng)門開度的大小來調(diào)節(jié)風(fēng)量，但對于循環(huán)流化床鍋爐來說，其對風(fēng)量的控制就要求比較準(zhǔn)確。對風(fēng)量的調(diào)整原則是在一次風(fēng)量滿足流化的前提下，相應(yīng)地調(diào)整二次風(fēng)。因為一次風(fēng)量的大小直接關(guān)系到流化質(zhì)量的好壞，循環(huán)流化床鍋爐在運行前都要進(jìn)行冷態(tài)試驗，并作出在不同料層厚度(料層差壓)下

43、的臨界流化風(fēng)量曲線，在運行時以此作為風(fēng)量調(diào)整的下限，如果風(fēng)量低于此值，料層就可能流化不好，時間稍長就會發(fā)生結(jié)焦。對二次風(fēng)量的調(diào)整主要是依據(jù)煙氣中的含氧量多少，通常以過熱器后的氧量為準(zhǔn)，一般控制在3-5%左右，如含氧量過高，說明風(fēng)量過大，會增加鍋爐的排煙熱損失；如過小又會引起燃燒不完全，增加化學(xué)不完全燃燒損失和機械不完全燃燒損失。在運行中還要結(jié)合所燃用煤質(zhì)及當(dāng)時負(fù)荷的情況，嚴(yán)格監(jiān)控料層差壓、溫度、爐膛差壓和返料溫度，通過不斷調(diào)整給煤量、風(fēng)量及返料量，使鍋爐達(dá)到最佳的運行效果，最大限度的發(fā)揮循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)點。 5.爐膛負(fù)壓 爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運行中要控制和監(jiān)視的重要

44、參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。所謂爐膛負(fù)壓：即指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機電耗增加。故應(yīng)保持爐膛負(fù)壓在正常范圍內(nèi)。 當(dāng)已知檢測信號的情況下，鍋爐的控制任務(wù)是:在用戶蒸汽機需要的情況下，PLC控制輸煤量、鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，

45、達(dá)到蒸汽壓力穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定，煙氣穩(wěn)定，使燃料能量最充分地燃燒，以取得最大的熱效率。 圖 2.3 硬件原理圖 第3章 PLC型號及擴展單元的選型 3.1 PLC選型 PLC的種類繁多，按I/O點數(shù)容量分類有小型機、中型機和大型機。典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITSUBISHI公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。典型的中型機有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SL

46、C500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、Ab公司的SLC5/05等系列產(chǎn)品。按結(jié)構(gòu)形式分可分為整體是結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。整體式結(jié)構(gòu)餓特點是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)機殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）或擴展單元。基本單元上設(shè)有端口，通過擴展電纜與擴展單元相連，配有許多專用的特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本低，安裝方便。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單

47、元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上火基板上即可。各模塊的功能是獨立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。 整體式PLC每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出死諳熟的比例、I/O模塊使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也方便，因此比較復(fù)雜的、要求比較高的系統(tǒng)一般采用模塊式PLC。 根據(jù)本次設(shè)計的要求，PLC的選型需要滿足以下條件： 1. 具有模擬量的采集、處理過程及開關(guān)量的輸入/輸

48、出功能； 2. 具有簡單回路控制算法。 一般的PLC廠商都提供具有模擬量采集、處理過程和開關(guān)量輸入/輸出功能的不同型號和規(guī)格的產(chǎn)品，所以選擇的范圍很廣泛。 S7系列PLC包括S7-200、S7-300和S7-400系列PLC。S7-300與S7-400系列PLC有多種性能級別的CPU，適用于很多工業(yè)控制，但是由于S7-200系列應(yīng)用比較廣泛，編程也比較簡單，能被大多數(shù)人所接受，并且功能很完善，所以本系統(tǒng)采用S7-200系列PLC。 S7-200系列是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC水平，而價格卻和小型PLC一樣。 S7-200 具有緊湊的設(shè)計、良好的擴

49、展性、低廉的價格以及強大的指令、豐富的CPU 類型和電壓等級，使其可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求，解決用戶的工業(yè)自動化問題,具有很強的適應(yīng)性。 S7-200PLC的電源電壓有（20.4~20.8）VDC和（85~264）VAC兩種，主機上還集成24V直流電壓，可以直接用于連接傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。它的輸出類型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子捕捉比CPU周期更快的脈沖信號，實現(xiàn)高速計數(shù)。2路最大可達(dá)20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進(jìn)電機和伺服電機以實現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實時更改程序運行中的一些參

50、數(shù)。 3.2 CPU選型、I/O分配及模塊擴展 燃燒控制系統(tǒng)需要檢測的參數(shù) 檢測量 輸入點 控制量 輸出點 床溫 2AI 鼓風(fēng)電機轉(zhuǎn)速頻率 1AO 料層差壓 1AI 引風(fēng)電機轉(zhuǎn)速頻率 1AO 爐膛壓力 1AI 給煤電機轉(zhuǎn)速頻率 1AO 出口氧氣含量 1AI 返料量電磁閥 1AO 根據(jù)I/O點數(shù)如果選用CPU222則輸出點數(shù)不滿足要求；如果選用CPU226，CPU226有24輸入/10輸出，比CPU224增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大加強，但是由于I/O點數(shù)剩余較多，價格很高，浪費很大。參照西門子產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為CPU224。

51、 圖3.1CPU224的結(jié)構(gòu)圖 圖3.1是CPU224的輸入輸出單元的接線圖。14個數(shù)字輸入量是I0.0-I1.5，每個外部輸入的開關(guān)信號均由各輸入端子接出，M端接地，L+端子作為輸入的公共端提供24V傳感器電源，可以作為傳感器的電源輸出，也可以作為輸入端的檢測電源使用。10個數(shù)字輸出量為Q0.0-Q1.1，每個負(fù)載的一端與輸出點相連，另一端經(jīng)電源與公共端相連，輸出端的L+提供24V電源。 CPU 224有14輸入/10輸出，I/O共計 24點，可以擴展7個模塊，有內(nèi)

52、置時鐘，有很強的模擬力量和高速計數(shù)的處理能力。滿足數(shù)字量的輸出，但需要擴展模擬量輸入輸出模塊。 圖3.2 模擬量擴展模塊EM235與EM232結(jié)構(gòu)圖 EM235模塊上部共有12個端子，每3個點為一組可作為一路模擬量的輸入通道，共4組，對于電壓信號用兩個端子（如A+、A-），電流信號用三個端子（如RB、B+、B-），其中RB與B+端子短接。對于未用的輸入通道應(yīng)短接（如C+、C-）。模塊下部左端M、L+兩端應(yīng)接入DC24V電源，右端分別是校準(zhǔn)電位器和配置設(shè)定開關(guān)。 EM232模塊上部共有6個端子，每3個點為一組可作為一路模擬量的輸出通道，共2組，對

53、于電壓負(fù)載用兩個端子（如M0、V0-），電流負(fù)載用2個端子（如M0、I0），模塊下部左端M、L+兩端應(yīng)接入DC24V電源。 根據(jù)要求，擴展模擬量輸入輸出模塊EM235兩塊，擴展模擬量輸出模塊EM232一塊。EM235具有4路模擬量輸入/一路模擬量輸出（占用2路輸出地址），EM232具有兩路模擬量輸出，可以滿足要求。各模塊連接形式如圖2.1 模塊1 EM235 AI4/AO1 12位 主機 CPU224 模塊2 EM235 AI4/AO1 12位 模塊4 EM232 AO2 12位 圖 3.3 各模塊連接方框圖 表3.1：各模塊編址 主機（I/O）

54、 模塊1(I/O) EM235 模塊2(I/O) EM235 模塊3(I/O) EM232 I0.0 Q0.0 AIW0 AQW0 AIW8 AQW4 AQW8 I0.1 Q0.1 AIW2 AIW10 AQW12 I0.2 Q0.2 AIW4 AIW12 I0.3 Q0.3 AIW6 AIW14 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 I1.0

55、 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 表3.2 輸入輸出點地址編碼 名稱 代碼 地址編號 輸入信號 停止按鈕 SB1 I0.0 給風(fēng)機啟動按鈕 SB2 I0.1 給風(fēng)機停止按鈕 SB3 I0.2 給煤機啟動按鈕 SB4 I0.3 給煤機停止按鈕 SB5 I0.4 引風(fēng)機啟動按鈕 SB6 I0.5 引風(fēng)機停止按鈕 SB7 I0.6 爐床溫度傳感器 SW1 AIW0 爐床溫度傳感器 SW2 AI

56、W2 料層差壓傳感器 SD1 AIW4 爐膛微負(fù)壓傳感器 SD2 AIW6 出口氧氣含量 SY AIW8 輸出信號 床溫上限報警 HL0 Q0.0 床溫下限報警 HL1 Q0.1 床高上限報警 HL2 Q0.2 床高下限報警 HL3 Q0.3 給風(fēng)電機接觸器 KM1 Q0.4 引風(fēng)電機接觸器 KM1 Q0.5 給煤機接觸器 KM3 Q0.6 排渣管電磁閥 YV1 Q0.7 給煤電機頻率 Z1 AQW0 給風(fēng)電機頻率 Z2 AQW4 引風(fēng)電機頻率 Z3 AQW8 返料調(diào)節(jié)閥控制模擬電流 C1 AQW12

57、 第4章 輸出設(shè)備的選擇 4.1 現(xiàn)場儀表的選型 4.1.1溫度檢測儀表的選型 方案一：采用熱電阻溫度傳感器。 熱電阻雖然在工業(yè)中應(yīng)用也比較廣泛，但是由于他的測溫范圍使他的應(yīng)用受到了一定的限制，熱電阻的測溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點也很多，也可以遠(yuǎn)傳電信號，靈敏度高，穩(wěn)定性強，互換性以及準(zhǔn)確性都比較好，但是需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。 工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100、Pt10、Cu50、Cu100，鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下200-800攝氏度，銅熱電阻為零下40到1

58、40攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型，但是它卻不需要補償導(dǎo)線，而且比熱點偶便宜。 方案二：采用熱電偶溫度傳感器。 熱電偶是溫度測量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件，他的主要特點就是測吻范圍寬,性能比較穩(wěn)定，同時結(jié)構(gòu)簡單,動態(tài)響應(yīng)好,更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號,便于自動控制和集中控制。 熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個接點處的溫度不同時，回路中將產(chǎn)生熱電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成：溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電

59、勢也不相同；而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時，因為他們的電子密度不同所以產(chǎn)生一定的電子擴散，當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢。接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點的溫度。 目前國際上應(yīng)用的熱電偶具有一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國際上規(guī)定熱電偶分為八個不同的分度，分別為B、R、S、K、N、E、J和T，其測量溫度最低可測零下270攝氏度，最高可達(dá)1800攝氏度，其中B、R、S屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶。而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。 熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。普通型熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組

60、成；而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補償導(dǎo)線又分為補償型和延長型兩種，延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補償?shù)臒犭娕枷嗤菍嶋H中，延長型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅

61、鎳合金。 經(jīng)過對以上兩種傳感器的比較，設(shè)計選用熱電偶來對溫度進(jìn)行測量。由于循環(huán)流化床鍋爐運行環(huán)境惡劣，測點溫度高、振動、磨損嚴(yán)重，造成溫度測量困難，普通金屬熱電偶使用時易蠕變，壽命短、易燒彎、磨透，所以選用濰坊才億科技貿(mào)易有限公司生產(chǎn)的循環(huán)流化床專用耐磨熱電偶。 產(chǎn)品采用德國HTC材料生產(chǎn)而成。保護(hù)管材料硬度大，僅次于金剛石。耐急冷急熱性非常好，常溫加熱到900℃，水冷至常溫需800次才破裂。當(dāng)溫度超過1000℃后，本身的機械強度和抗氧化能力呈增強趨勢。因此，具有高硬度、高強度、高耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐急冷急熱、導(dǎo)熱好和抗高溫蠕變等特性。在國內(nèi)多家循環(huán)流化床鍋爐上使用證明，最低可

62、連續(xù)使用2年以上。 表4.1：CFB鍋爐熱電偶技術(shù)特性： 類 別 代號 分度號 測量范圍（℃） 允差 鎳鉻－鎳硅 WRN K 0～1200 2.5或0.75%t 因為熱電偶不能輸出直流的標(biāo)準(zhǔn)信號，設(shè)計還需要為熱電偶選擇合適的溫度變送器將，熱電偶輸出的信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的直流信號后，輸出到PLC得模擬模塊輸入端子，實現(xiàn)對溫度參數(shù)的自動控制。在檢測溫度時在爐膛內(nèi)部使用兩支熱電偶，取其檢測的平均溫度作為爐膛溫度。溫度變送器與模擬量擴展模塊連接圖如圖所示。 采用北京華德公司的HD01系列溫度變送器。HD01系列溫度變送器是一種將溫度傳感器(熱電阻和熱電隅信號)，經(jīng)全隔離

63、放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)直流信號， 從而實現(xiàn)對被測信號精確測量的儀器。該變送器輸入/輸出/電源三方全隔離，抗工業(yè)現(xiàn)場干擾，輸入、輸出選擇范圍寬，導(dǎo)軌安裝便于檢測與維護(hù)。廣泛用于各種對溫度進(jìn)行測量的監(jiān)控系統(tǒng)中，輸出信號可接數(shù)顯儀表、PLC、變頻器等設(shè)備，并對終端接收設(shè)備起保護(hù)作用。 表：4.2溫度變送器技術(shù)特性 型號 輸入信號 輸出信號(mA) 測量范圍（℃） 精度 HD01-K4 K型熱電偶 4～20 0～1200 0.2%FS 圖4.1 EM2

64、35接線圖 4.1.1 壓力檢測儀表的選型 差壓變送器可以用來把差壓被測參數(shù)轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，然后將此統(tǒng)一信號輸入到PLC的模擬量擴展模塊，以實現(xiàn)對壓差的自動控制。 在這次設(shè)計中主要用到是DDZ—III 型差壓變送器。它的工作原理是：被測差壓信號P1、P2分別引入敏感元件的兩側(cè)，敏感元件將其轉(zhuǎn)換成作用與主杠桿下端的輸入力F1使主杠桿以軸封膜片為支點而偏轉(zhuǎn)，并以力F沿水平方向推動矢量機構(gòu)。矢量機構(gòu)將推力F分解成F2和F3，F(xiàn)2使矢量機構(gòu)的推板向上偏轉(zhuǎn)，并通過連接簧片帶動副杠桿以支點M逆時針偏轉(zhuǎn)，這使固定在副杠桿的差動變壓器的銜鐵靠近差動變壓器，兩者之間距離的變化量再通過低落頻位移檢測放

65、大器轉(zhuǎn)換并放大為4-20mA 直流電流又流過電磁反饋裝置的反饋動圈產(chǎn)生的力矩M1、M2達(dá)到平衡時，變送器便達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。此時;低頻位移檢測放大器的輸出電流I反映了所測大小。 如果把差壓變送器的負(fù)室通大氣壓，正壓室通壓力，則差壓變送器就成了壓力變送器，但它有自己的優(yōu)點如：價格低；壓力在0--2.5Mpa之間完全可以使用壓力變送器，而且準(zhǔn)確度更高。在本設(shè)計中需要檢測爐膛負(fù)壓與料床差壓，變送器輸出信號與PLC的連接圖如圖4.1所示。 差壓變送器的選擇應(yīng)考慮如下幾方面：技術(shù)性能、量程、防腐材料。 1. 技術(shù)性能的選擇 變送器的使用量程應(yīng)選在最大量程的多少為宜，需做具體分析。習(xí)慣上，變送

66、器的實際使用量程應(yīng)在儀表最大量程的3/4左右。即如果實際使用范圍為0—75KPa，則儀表的最大測量范圍應(yīng)選在0—100KPa為好。 2.量程 量程比比是指變送器最大測量范圍和最小測量范圍之比，它是變送器的一個重要指標(biāo)。一般經(jīng)驗知，量程比應(yīng)同一個合理的精度相對應(yīng)，當(dāng)變送器的精度降為基本精度的2.5倍時的量程比稱為可用量程比，否則便是不推薦的量程比。 3.防腐材料的選擇 選擇變送器接觸介質(zhì)部分的材料是一個很重要的問題，材質(zhì)選得合適，儀表可以經(jīng)久耐用，否則儀表用不了多長時間就要損壞。 設(shè)計采用北京英泰德科技有限公司生產(chǎn)的B0600系列差壓傳感器。 B0600系列數(shù)顯微壓、微差壓變送器是利用固態(tài)壓阻微壓傳感器和專用電路組成。主要用于鍋爐負(fù)壓、風(fēng)機風(fēng)壓測量。 產(chǎn)品特點，靈敏度高，精度高，測量值可現(xiàn)場數(shù)字顯示，帶有空氣過濾器可測潮濕渾濁氣抗脈動沖擊，受動壓影響小，有耐高溫品種，可正負(fù)壓復(fù)合測價格更優(yōu)惠，安裝使用方便，可靠。 技術(shù)性能 測量范圍：0～100pa ～600Kpa中間量程可選 允許過載：