计算机控制系统第9章.ppt

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1、第9章计算机控制系统设计 9 1计算机控制系统的设计方法 计算机控制系统设计一般应从工艺要求 确定控制任务开始 然后选择主机机型 确定控制算法 系统总体方案设计 硬件设计 软件设计 选择传感器 变送器 执行器等工业自动化仪表 系统调试 最后进行生产现场调试 直到控制系统正式投入运行 并达到所要求的性能指标为止 同时应遵循安全可靠 操作维护方便 实时性和通用性强 经济效益好的设计原则 9 1 1测控任务的确定在进行系统设计之前 必须对测控对象的工作过程进行深入的调查 分析 熟悉其工艺过程 才能根据实际应用中的问题提出具体的要求 确定系统所要完成的任务 一般分以下几步 1 熟悉工艺过程和控制要求

2、构思控制系统的整体方案首先应考虑要构成一个什么样的系统 是开环控制 还是闭环控制 或者只检测不控制 当采用闭环控制时 应选用何种测量元件 测量精度有何要求 2 系统是否有特殊控制要求如高可靠性 高精度或快速性的要求 为满足这些要求 应采取什么措施 3 计算机承担的任务计算机在整个控制系统中所起的作用 是数据处理 还是直接控制等 4 编写设计任务书编写完整设计任务说明书 画出系统组成粗框图 作为整个控制系统设计的基础和依据 9 1 2选择系统的主机机型 在测控任务确定后 应对系统所需要的硬件作出初步的估计和选择 这是计算机系统设计的一个特点 因为构成计算机控制系统的主要功能部件是集成电路 设计者

3、必须根据测控任务和要求进行选择 主机是整个控制系统的核心 它的选择将对整个系统产生决定性的影响 在具体选择系统的主机机型时 可以选择工业PC计算机 PLC 智能仪表等现有测控硬件设备 设计者只需根据测控任务选择相应的硬件配置 再配以软件设计等 即可完成测控任务 如果因价格 功能或灵活性等方面的原因不能选择现有主机时 设计者可选择一款微处理器 单片微控制器 DSP或ARM进行自主开发设计 此时应考虑到所选择微处理器的字长 寻址能力 指令系统 中断处理能力 运行速度 是否需要内部A D转换器和PWM输出功能 是否需要内部Flash存储器和内部SRAM 需要多少个I O口和UART口 供货是否稳定

4、开发系统的价格是否可以接受等 9 1 3确定控制算法 工业生产过程中计算机控制系统控制效果的优劣 很重要的问题之一是由算法决定的 算法建立在控制对象的数学模型上 即描述各控制量与各输出量之间的数学关系 因此 首先应建立系统的数学模型 并根据数学模型确定系统的控制算法 控制算法直接影响控制系统的调节品质 是决定整个系统性能指标优劣的关键 由于控制系统种类繁多 所以控制算法也各不相同 每个控制系统都有一个特定的控制规律 并且有相应的控制算法 比如 在数控机床中 常用的有逐点比较法和数字积分法的控制算法 在直接数字控制系统中 常用的有PID控制算法及其改进算法 在位置数字随动系统中 常用的有实现最少

5、拍控制的控制算法 另外 还有模糊控制 最优控制 自适应控制等控制算法 在进行系统设计时 究竟选择哪一种控制算法 主要取决于系统的特性和要求达到的控制性能指标 在确定控制算法时 应注意所选定的控制算法要满足控制速度 控制精度和系统稳定性的要求 9 1 4系统总体方案设计 当选定主机机型和确定测控任务以及确定控制算法后 就可以确定系统总体方案 1 分配硬件软件功能计算机控制系统由硬件和软件组成 对于那些既可用硬件实现 又可用软件实现的功能 在进行设计时 应根据控制对象的要求和硬件软件的特点 采用合理的分配方案 一般情况下 只要能满足速度的要求 能用软件实现的功能 就不用硬件实现 2 选择系统总线控

6、制系统采用总线结构 具有很多优点 采用总线 可以简化硬件设计 用户根据需要直接选择符合总线标准的功能模板 而不需考虑模板插件之间的兼容问题 可大大简化系统的硬件设计 1 内部总线选择控制系统中常用的内部总线有ISA总线 PCI总线 STD总线和PC104总线 现在的工业PC计算机和PC计算机及其兼容计算机一般采用P4处理器 已没有ISA总线插槽 一般只有LPC插槽和PCI总线插槽 在特殊情况下 也可以自行设计内部总线 但不具备通用性 2 外部总线选择控制系统中常用的外部总线有多种 如RS 232C RS 422 RS 485和CANBUS LonWorks PROFIBUS TCP IP等现场

7、总线或工业以太网 具体选择哪一种 要根据通信的速率 距离 系统网络拓扑结构 通信协议等要求来综合分析才能决定 3 选择输入输出通道模板一台计算机控制系统 除了主机外 还必须具有各种输入输出通道模板 其中包括模拟量输入 AI 模板 模拟量输出 AO 模板 数字量输入 DI 模板 数字量输出 DO 模板等 以上模板可以选用市场已有的产品 也可以自行设计 1 模拟量输入 AI 模板AI模板包括A D转换电路及信号调理电路等 AI模板的输入可以是0 5V 1 5V 0 10mA 4 20mA以及热电偶 TC 热电阻 RTD 和各种传感器 变送器的信号 2 模拟量输出 AO 模板AO模板包括D A转换电

8、路及V I转换电路等 AO模板的输出可以是0 5V 1 5V 0 10mA 4 20mA等信号 也可以是双极性输出 如 5V 5V等 3 数字量输入 DI 模板DI模板包括三态缓冲器及电平转换电路等 DI模板的输入可以是有源或无源接点 当为有源接点时 电平信号可以为TTL或CMOS电平 也可以是 24V 48V等电压信号 4 数字量输出 DO 模板DO模板包括锁存器及输出电路等 DO模板的输出可以是TTL或CMOS电平 也可以是 24V 48V等电压信号 也可以是继电器或MOSPHOTO光继电器输出 4 可靠性设计在计算机控制系统中 系统的可靠性至关重要 只有系统的高可靠性 才能确保系统的正常

9、运行 可靠性设计采取的措施主要有硬件措施 软件措施 可靠性要求很高的系统 还应考虑双CPU或双机并行运行 9 1 5硬件设计 在系统总体方案定下来以后 要根据任务设计系统电气原理图 在设计电路图时 一般应按功能分别设计如下电路图 1 以CPU为核心的电路包括CPU 译码 三总线及总线驱动 存储器扩展 WDT等电路 2 AI电路图 3 AO电路图 4 DI电路图 5 DO电路图 6 通信接口电路可以是RS 232C RS 422 RS 485或现场总线与工业以太网通信接口 7 打印机接口电路可以是RS 232C或USB串行打印接口 也可以是Centronics并行打印机接口 8 显示电路图 9

10、电源电路图如果是购买的产品时 画出有多少路电源 并进行滤波处理 如果是自行设计的电源 应画出电源的详细电路 绘制以上电路时 一般采用PROTEL99 SE 绘图工具 每一片集成电路应标明芯片型号 引脚名 引脚号 二极管 三极管应标明型号及编号 电阻应标明阻值和功率 电容应标明容量和耐压 其它元器件也应遵循上述原则 9 1 6软件设计 软件设计的主要任务是进行应用程序设计 采用的语言有汇编语言 针对某一单片微处理器或微控制器的C语言 如C51 C96等 VC VB等高级语言 在进行应用程序的设计时 应采用模块化结构 注重可维护性及可移植性 另外还要合理选择数据库的结构 应用程序主要包括以下程序

11、1 数据采集和数据处理程序 1 数据采集程序主要是对多路模拟输入信号进行采样或通过数字量输入模板读取开关状态并进行存储等 2 数据处理程序主要包括数字滤波程序 线性化处理和非线性补偿 标度变换 上下限报警程序等 2 控制算法程序控制算法程序是完成控制规律的计算 得到控制量 主要包括 数字PID控制算法及其改进算法 大林控制算法 Smith补偿控制算法 模糊控制算法 串级控制算法 前馈控制算法 最优控制算法等 在具体实现时 可采用一种或几种控制算法的组合实施控制 3 控制输出程序控制输出程序根据控制算法的结果送往模拟输出模板 实现数字量到模拟量的变换或根据被控参数的上下限通过数字量输出模板去驱动

12、执行机构或各种电气开关 4 实时时钟程序实时时钟是计算机控制系统运行的基础 它包括绝对时钟和相对时钟 绝对时钟与当地时间同步 有年 月 日 时 分 秒 星期等功能 相对时钟与当地时间无关 只与时间起点有关 数据的采集 控制是由实时时钟决定的 实时时钟可通过软件定时中断或硬件电路 如DS12887和X1205等 实现 5 数据管理程序数据管理程序主要包括画面显示 变化趋势分析 报警记录 统计报表 打印输出 数据操作等 主要用于生产管理 6 数据通信程序数据通信程序主要实现两台计算机之间或一台计算机与多台计算机控制系统之间的数据传输和交换 形成分布式控制系统 7 公共服务程序公共服务程序主要包括基

13、准运算程序 函数运算程序 数码转换程序等 9 1 7选择工业自动化仪表1 传感器和变送器的选取传感器可以将非电物理量 如温度 压力 流量 位移 液位 气体成份等被测参数变成电信号 如电压 电流或电阻信号 然后通过变送器变成可以远传的统一标准信号 0 5V 1 5V或0 10mA 4 20mA等 送往AI模板进行数据采集 2 执行器的选取执行器是过程控制系统中不可缺少的组成部分 它的作用是接受计算机发出的控制信号 并把它转换成机械动作 对生产过程实施控制 执行器可以分为气动 电动 液压三种类型 气动执行机构的特点是结构简单 价格低 防火防爆 电动执行机构的特点是体积小 种类多 使用方便 液压执行

14、机构的特点是推力大 精度高 常用的执行机构为气动和电动的 在计算机控制系统当中 将0 10mA或4 20mA电信号经电气转换器转换成标准的0 02 0 1MPa气压信号之后 即可与气动执行机构 气动调节阀 配套使用 电动执行机构 电动调节阀 直接接受来自计算机的输出信号4 20mA或0 10mA 实现控制作用 另外 还有各种有触点和无触点开关 也是执行机构 实现开关动作 电磁阀作为一种开关阀在工业中也得到了广泛的应用 在系统中 选择气动调节阀 电动调节阀 电磁阀 有触点和无触点开关之中的哪一种 要根据系统的要求来确定 9 1 8系统调试 在计算机控制系统设计完成后 还要进行系统调试 1 硬件调

15、试硬件调试应按电路实现的功能分别进行调试 2 软件调试首先编写与硬件调试对应的调试程序 配合硬件调试工作 待硬件调试完成后 再进行软件的总调试 3 现场调试一台计算机控制系统在实验室调试好以后 就可以到现场进行安装并进行调试 在现场调试时 应注意接地 环境干扰等方面的问题 同时 通过现场调试 选择合理的调节参数 确保系统稳定运行 并达到设计的性能指标 现场调试需要丰富的经验 只有对生产现场进行深入的了解 不断完善设计方案 才能设计更好的计算机控制系统 9 2工业锅炉计算机控制系统的设计 9 2 1工业锅炉的工作过程工业锅炉已被广泛地应用于国民经济各个部门 通常蒸发量较小的用来供热或提供循环热水

16、 蒸发量大的用来驱动汽轮机和蒸汽机 使热能转换为机械能 或进而转换为电能 其炉型有链条炉 煤粉炉 抛煤炉 油炉及煤气炉等 10t h锅炉结构和工艺流程示意图如图9 1所示 空气预热器 图9 110t h锅炉结构和工艺流程示意图 1 锅炉的主要设计参数蒸发量 10t h 主蒸汽压力 13 105Pa主蒸汽温度 350 给水温度 60 105 热风温度 170 冷风温度 20 排烟温度 180 设计效率 78 燃烧的煤层厚度通过闸板控制 炉排转速可由滑差电机控制或交流变频调速控制 尾部受热面有省煤器和空气预热器 给水通过省煤器预热后给锅炉上水 空气经空气预热器后由炉排左右两侧6个风道进入 烟气通过

17、除尘器除尘 由引风机送至烟囱排放 主蒸汽经过过热器 有的无过热器 送至汽柜和用汽部门 2 能量转换和转移过程在锅炉中进行的能量转换和转移过程如下 燃料在炉内燃烧 燃料的化学能以热能的形式释放出来 使火焰和烟气具有高温 高温火焰和烟气的热量通过 受热面 向被加热介质传递 水被加热至沸腾而汽化 成为饱和蒸汽 进而过热而成过热蒸汽 燃料燃烧 火焰和烟气向工质 蒸汽用于动力应用时 称之为 工质 传热 工质的加热和汽化是三个互相关联而又同时进行的过程 是锅炉工作中的主要过程 能量转换和转移过程是与物质运动相结合的 1 给水进入锅炉 最后以饱和蒸汽或过热蒸汽 对于热水锅炉则为热水 形式输出 2 煤进入炉内

18、燃烧 其可燃部分燃烧后连同原含水分转化为烟气 原含灰分则残存为灰渣 3 风送入炉内参加燃烧反应 过剩的空气也混入烟气中排出 水汽系统 煤灰系统 风烟系统是锅炉的主要系统 这三个系统的工作是同时且连续地进行的 工业锅炉自动控制 其实质就是针对上述三个过程进行自动操作 以实现四个基本要求 1 保产保质 按质 压力 温度 净度 按量 蒸发量 供热量 地供出蒸汽或热水 满足生产和采暖需要 2 安全耐用 延长锅炉使用寿命 3 节能高效省材 4 消烟除尘 降低劳动强度 显然要达到上面4个要求 首先取决于锅炉本体和各种辅机的合理设计和制造 但还必须要有最佳的自动控制系统与之配套 工业锅炉自动控制是工业锅炉技

19、术进步的重要标志 工业锅炉已离不开自动化 9 2 2工业锅炉计算机控制的意义 工业锅炉采用计算机控制具有以下明显优势 能直观而集中地显示画面和运行参数 能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据 并能在CRT上同时显示锅炉运行的水位 压力 炉膛负压 烟气含氧量 测点温度 燃煤量等数十个运行参量的瞬时值 累计值及给定值 以便于操作人员观察和比较 同时还可以按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值 给人直观形象 减少观察的疲劳和失误 可以按需要随时打印或定时打印 能对运行状况进行准确的记录 这也便于一旦需要进行事故处理时 能追忆打印并记录事故前的参数 供有关部门分析研究 在运行中能

20、随时快速而简便地修改各种运行参数的控制值 给定值 并能修改系统的控制参数 变量 减少了显示仪表 还可利用软件来代替许多仪表单元 例如加减器 微分器 滤波器 限幅报警器等 从而减少了投资 也减少了故障率 在运行监督指导方面 计算机控制系统可以对启动 停炉 运行过程中的工况进行计算和监控 对主要参数变化趋势进行分析 进行操作程序的监视等 提高锅炉的热效率 从已在运行的锅炉来看 采用计算机控制可普遍提高热效率 原来运行状态较好的锅炉至少可提高3 而对于一些原来自动化运行欠佳的锅炉 这个值将更大些 节能更明显 锅炉是一个多输入多输出 非线性的动态对象 诸多调节量和被调量间存在着耦合通道 例如当锅炉的负

21、荷变化时 所有的被调量都会发生变化 故而理想控制应该采用多变量解耦控制方案 锅炉计算机控制系统经扩展后 可构成分级控制系统 可与计算机网联网工作 这对于企业的现代化管理也是必不可少的 随着我国计算机技术应用的普及 可靠性的提高及价格下降 锅炉的微机控制将日益广泛 特别对于一些容量较大的锅炉更是如此 同时应看到 这也将推动仪表行业的某些检测仪表的迅速发展 使其适应锅炉上各种不同工艺参数自动检测的需要 9 2 3工业锅炉计算机控制系统的基本功能 1 实时控制功能工业锅炉计算机控制系统的主要功能是能对影响锅炉运行安全性和经济性的重要参数 诸如上汽鼓水位 锅炉出口蒸汽压力 炉膛负压和炉烟含氧量进行实时

22、控制 1 给水调节系统 用给水调节阀门作为调节机构 以给水流量作为调节量 当锅炉蒸发量改变时与调节系统改变给水流量使之与蒸汽流量相平衡 从而将汽鼓水位控制在正常水位 正常水位为汽鼓中间水位或称 0 水位 上 2 汽压调节系统 汽压调节系统控制两个副回路 即燃料量调节回路及送风量调节回路 因此有两个调节量 即送风量和炉排转速 以及两个调节机构 即送风调节挡板和炉排直流电机 当锅炉蒸发量改变时 调节系统改变送风量和燃料量 使之与蒸发量相适应 从而将锅炉出口汽压控制在额定值 3 炉膛负压调节系统 用引风调节挡板作为调节机构 以烟气量作为调节量 当送风量随锅炉负荷量改变而改变时 调节系统改变烟气量使之

23、与送风量相平衡 从而将炉膛负压控制在额定值上 4 烟气含氧量调节系统 用送风量与燃料量的比值作为该系统的粗调 而以氧量调节作为校正调节 用滑差电机或炉排直流电机作为调节机构 以燃料量作为调节量 当烟气含氧量离开额定值时 调节系统改变炉排转速 使燃料量改变 从而将氧量控制在额定值 值得注意的是 当燃料量改变时 将使锅炉出口汽压发生变化 从而导致汽压调节系统动作而改变送风量与燃料量 当汽压恢复额定值时 也随之改变了燃料量与送风量的比值 因此可以说氧量调节系统动作的结果不是改变燃料量 而是改变了燃料量与送风量的比值 2 显示功能工业锅炉计算机控制在CRT上显示一幅锅炉的结构示意图 在该图相应位置上显

24、示了各点参数 共18点 1秒钟刷新一次参数值 显示是直接数字显示 以此代替众多的动圈仪表 它较之动圈仪表精度高 且有维修少的优点 尤其当参数信号中或有高频周期性波动时 计算机可以很容易地实现数字滤波 使显示值稳定而不波动 3 打印功能 1 用打印机打印蒸汽流量 锅炉出口汽压 汽鼓水位三曲线2分钟打一点 可取代3个记录表 2 时打印 按时打印锅炉运行的重要参数与重要的经济性指标 如蒸汽量与燃料量的比值 蒸汽量与给水量的比值 蒸汽量与耗电量比值及锅炉的平衡效率 上述指标是重要的经济考核指标 3 班打印 日打印 打印一班 8小时 的总耗汽量 总耗煤量 用水量 耗电量 打印一日 24小时 的总产汽量

25、总耗煤量 耗电量 4 键盘功能用以设置键盘命令 键盘命令分以下几种类型 1 软手操命令当调节回路因各种原因发生故障时 调节回路退出自动 此时可由指定的按键开大或关小该调节回路所对应的调节机构 相对于4个调节机构 有相应的4个开大键 4个关小键 还设置了一个停止操作键 调节机构操作后的位置改变值在CRT上显示出来 2 改变各调节回路给定值的键盘命令可用此键盘命令改变汽鼓水位 锅炉出口汽压 炉膛负压 烟气含氧量 送风量及燃料量的给定值 这里改变燃料量和送风量的给定值 实际上就是改变燃料量与送风量的比值 锅炉操作人员可根据燃料的品种及其颗粒度 适当改变燃料量与送风量的比例 也即改变了烟气含氧量给定值

26、 但直接改变比例 可以避免汽压和氧量调节系统的一次调节过程 在改变上述给定值时 可先加入某一回路的代号 然后增减给定值 其给定值数值在CRT上显示出来 直至所需值时 按停止操作键即可 3 改变各调节回路的调节参数命令可用此键盘命令改变各反馈调节器的比例值 积分时间 前馈调节器的比例值 微分增益 微分时间等 还可改变蒸汽量与给水量的比例系数 燃料量与送风量的比例系数 在改变上述参数时 可先打入某一回路的代号 然后直接打入所需的参数值 其参数值也可在CRT上显示出来 4 各调节回路的切 投键盘命令用此键盘命令切 投各调节回路 在操作时 键入某一回路的代号及切 投代号 然后观察各相应回路的投入标志出

27、现是什么颜色即可 5 其他命令其他命令包括时间输入 燃料低位发热值输入 煤闸门开度输入 操作班代号输入 声 光报警校验 打印机启停及各模拟量输入监视等命令 使用模拟量输入监视命令时 可键入此模拟量代号 然后在CRT即可显示此模拟量经过A D转换后的数字量值 5 显示屏功能及监控功能在该工业锅炉计算机控制系统中 另有一台智能重要参数显示仪 它有独立的A D转换装置和电源 锅炉运行的8个重要参数 蒸汽流量 汽压 汽鼓水位等 经该机的A D转换装置转换为数字量信号 用7段数码管在屏上显示出来 对载有高频周期性波动的信号 该机还有数字滤波功能及蒸汽流量压力补偿功能 6 报警为了维持工业锅炉的正常运行

28、当锅炉出现某些异常情况时 计算机相应发出声 光报警信号 提醒操作工人引起注意并及时进行处理 避免事故的发生 如当某些重要参数超越允许限度以前都应报警 当调节机构处于允许最小开度或最大开度也应报警 这样就提高了工业锅炉运行的安全可靠性 7 联锁功能某些调节系统投入自动是需要条件的 当与之有关的其他调节系统未投入时 该系统是不应投入自动的 否则将会威胁锅炉的安全运行 如炉膛负压调节系统未投入自动时 送风量调节系统乃至于燃料量 锅炉出口汽压 氧量各调节系统都不应该投入自动 同样 当炉膛负压调节系统因故障切除自动时 上述各调节系统也应同时切除自动 计算机控制工业锅炉系统应具有上述调节系统之间的联锁功能

29、 9 2 4直接数字控制 DDC 系统的设计 1 锅炉给水调节系统 1 给水调节系统的任务给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量 以维持汽包水位在允许的范围内 给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定 在整个调节系统中要全面考虑这两方面的任务 2 给水调节对象给水调节系统的被调参数是汽包水位 H 调节机构是给水调节阀 调节量是给水流量 W 3 给水自动调节系统方案由于给水调节对象没有自平衡能力 又存在滞后 因此应采用闭环调节系统 常用的给水调节系统有以下几种 以水位为唯一调节信号的单冲量调节系统 以蒸汽流量和水位作为调节信号的双冲量调节系统 以给水流量 蒸汽流量 水位作调节信号的三冲量调

30、节系统 三冲量调节系统最常用的是单级三冲量给水调节系统 其中也有用串级的三冲量调节系统 4 三冲量调节系统方框图三冲量调节系统方框图如图9 2所示 工业锅炉生产过程 图9 2给水三冲量调节系统方框图 蒸汽流量和给水流量用流量孔板取得差压信号 采用差压变送器将差压信号转换成电流信号 蒸汽流量和给水流量的电流信号经过电流电压变换 送往A D采样 采样结果经数字滤波和开方并乘以各自相应的比例系数 就得到了与各自流量成比例的相应的信号和 水位信号经差压变送器取得 并经数字滤波作为调节主信号H 在上述四个信号中 若有一个或一个以上信号发生变化 平衡状态被破坏 输出必将发生变化 当水位升高了 则输出信号就

31、减小 使得给水调节阀关小 反之 当水位降低时 输出值增大 使给水调节阀开大 三冲量给水单级自动调节系统 能保持水位稳定 且给水调节阀动作平稳 2 锅炉燃烧调节系统 1 燃烧过程自动调节的任务燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统 燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系 但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的 归纳起来 燃烧过程自动调节系统有三大任务 第一个任务是维持汽压恒定 如果一台锅炉运行 则维持过热器出口汽压恒定 如果几台锅炉并列运行 则维持母管汽压 汽压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 第二个任务是保证燃烧过程的经济性 当

32、燃料量改变时 必须相应地调节送风量 使它与燃料量相配合 保证燃烧过程有较高的经济性 第三个任务是调节引风量与送风量相配合 以保证炉膛压力不变 对于一台锅炉 燃烧过程的这三项调节任务是不可分割的 对调节系统设计时应加以注意 2 燃料调节系统的调节对象燃烧调节系统一般有三个被调参数 汽压 过剩空气系数 或最佳含氧量O2 和炉膛负压 一般有三个调节量 它们是燃料量 送风量和引风量 燃烧调节系统的调节对象对于燃料量 根据燃料种类的不同可能是炉排电机 也可能是燃料阀 对于送风量和引风量一般是挡板执行机构 3 燃烧调节系统方案燃烧过程自动调节系统根据燃料的不同 应有不同的要求 因此 往往采取不同的调节方式

33、 常用燃烧调节系统有以下几种 燃料 空气 燃烧调节系统 利用热量信号的燃烧调节系统 采用氧量信号的调节系统 下面介绍采用氧量信号的调节系统 4 采用氧量信号的调节系统方框图采用氧量信号的调节系统方框图如图9 3所示 在图9 3中 送风阀开度乘以系数与数字控制器的输出相加 然后经限幅 送往D A转换器去控制滑差电机的转速 另外 还有送风和引风调节系统 蒸汽流量 O2氧量 D1 DDC数字控制器 限幅 D A 滑差电机 工业锅炉生产过程 变送器 A D 开方 蒸汽流量D1压力补偿 O2最佳氧量负荷线 1 通气阀开度 O2探头 变送器 A D 图9 3锅炉燃烧调节系统方框图 9 2 5系统总体设计

34、1 系统硬件设计工业锅炉计算机控制系统硬件结构如图9 4所示 图9 4工业锅炉计算机控制系统硬件结构图 本系统主要由工业PC计算机 过程输入输出通道 外部设备 现场工业自动化仪表 UPS电源等组成 它是对工业锅炉生产进行实时控制的基础 1 工业PC计算机采用P4处理器 40G硬盘 256M内存 40X光盘 两个串行口 COM1和COM2 一个并行打印口 USB接口 光电鼠标 另外具有100M网卡和高分辨率CRT显示接口 2 过程输入输出通道系统中过程输入输出通道分别由模拟量输入通道AI 模拟量输出通道AO和开关量输入输出通道DI DO组成的 模拟量输入通道AI 系统中共设置48路模拟量输入通道

35、 它可将现场仪表检测的各种工艺参数模拟量电信号 经A D转换成12位二进制的数字量信息 模拟量输出通道AO 系统中设置4路模拟量输出通道 它可将8位二进制控制信息 经D A转换成4 20mADC电流信号 传送给控制回路的执行机构 开关量输入输出通道DI DO 系统中共设置16点带光隔离的开关量输入通道DI 16点带光隔离的开关量输出通道DO和16点非隔离开关量输出通道DO 3 外部设备系统中设置了人机进行信息交换的输入输出设备 有CRT彩色显示器 打印机和键盘三种 CRT彩色显示器 是人机对话用的图形和字符显示输出设备 能显示锅炉全貌图 定值数据和直示图等系统显示画面 在人机对话时还可随机地显

36、示有关的操作命令和数据 打印机 可记录打印锅炉生产过程中的重要工艺参数曲线 实时地制作时 班 日各种生产运行记录报表 键盘 操作员可通过键盘操作命令来调用系统功能 干预系统的运行 参与系统的控制 如修改系统的调节参数 切换调节回路 对现场执行机构的软手操功能 4 现场工业自动化仪表锅炉生产过程中的各种工艺参数信息 由现场的工业自动化仪表来检测 并转换成模拟量电信号送入系统的过程输入通道 同时也接受输出通道的控制信息 以便控制锅炉的生产设备的运行 5 UPS电源当停电时 能够保存重要数据 2 系统软件设计系统软件主要包括 数据采集程序 数字滤波程序 标度变换程序 蒸汽流量温压补偿程序 PID控制

37、算法程序 D A输出程序 报警程序 调节参数修改程序 报表 图形 曲线显示程序 通信程序 数据库管理等程序 3 工业自动化仪表的选取在工业锅炉计算机控制系统中 除进行硬件 软件设计外 还要选取如下工业自动化仪表 1 温度测量仪表 一般选用热电偶 热电阻 用来测量温度 2 压力变送器锅炉运行中 需要测量的压力有汽包压力 给水压力 送风压力 炉膛压力 蒸汽母管压力等 一般采用压力变送器将各种压力信号转换成标准的电流信号 0 10mA或4 20mA 3 差压变送器锅炉系统中需用差压变送器测量的热工参数有汽包水位 蒸汽流量 给水流量等 应用差压变送器将上述信号转换成标准的电信号 0 10mA或4 20mA 4 氧量变送器在测量烟道含氧量时 采用氧化锆变送器 5 执行器执行器是自动控制系统不可缺少的重要部分 它在系统中的作用是根据计算机发出的命令 直接控制能量或物料等被调介质的输送量 以达到调节温度 压力 流量 液位等工艺参数的目的