变频技术的工程应用

1、学校名称电力电子技术课程设计报告变频技术的工程应用姓 名 学 号 年 级 专 业 系（院） 指导教师 2010年 12月31 日变频技术在锅炉控制系统中的应用一、 引言: 变频技术作为一种电子技术, 它的应用使设备工作效率明显提高,操作更加方便、节约能源、带来可观的经济效益, 所以被广泛地应用到各个领域。变频技术在锅炉风机控制系统上使用变频器能带来的经济效益与回报, 最后总结了锅炉风机使用变频器的优越性。变频技术的产生和发展解决了锅炉运行中控制的难题, 不仅节约能源, 降低运行成本, 同时使锅炉对大气的污染大大减轻, 司炉工强度大大改善, 也为实现自动化控制提供了良好的帮助。变频器是在变频技术

2、上产生的, 它能够应用在大部分的电机拖动场合, 由于它能提供精确的速度控制, 因此可以方便地控制机械传动的升、降和变速运行。变频器经常被用于系统复杂、工作环境恶劣、高负荷、长时间运行的工况中。由于采用了通讯方式, 可以通过pc 机来方便地进行组态和系统维护, 包括上传、下载、复制、监控、参数读写等。简单来讲变频器三绕组输入变压器、整流电路、合成母线、逆变电路、合成滤波电路、控制柜等组成。多年来, 国家经贸委一直会同国家相关部门致力于变频调速技术的开发及推广应用, 并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向。本设计是供暖锅炉自动控制系统，设计了一套基于plc和变频调速技术的

3、供暖锅炉控制系统。该控制系统由可编程控制器、变频器、压力变送器、温度变送器和泵房组、工控机以及电气控制柜等构成。系统通过变频器控制电动机的启动、运行和调速。由于供暖锅炉系统中的风机、水泵负载转矩与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比，采用交流变频调速控制风机、水泵流量代替传统阀门、挡板控制流量，可以大大节省该类负载的驱动电机的耗电量，.达到节能的目的，如果普遍采用交流变频调速，平均节电率在30%左右。用变频器启动风机、水泵等电动机，由于变频器内部具有矢量转矩控制技术，保证了电机良好的启动性能，实现电机软启动，有效地限制了电机的启动电流，明显降低电机启动噪声。同时，电机的软启动避免了频繁的

4、工频启动对风机、水泵等大电机的冲击，有效地保护设备，延长设备使用寿命。采用锅炉的计算机控制和变频控制不仅可大大节约能源，促进环保而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。二、 设计任务（1）设计指标内容及要求按照电动机的额定功率，最大使用电机容量，本设计选用三菱fr-f540(l)-sfr-f540l-s系列变频器节能型、一般负载适用frf500（l）1、功率范围：75900kw（3相380v，frf540（l）系列）2采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行。3内置pid，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能。4柔性pwm，实现更低噪音运行。5内置rs485通信口。675

5、kw以上随机带dc电抗器（2）设计的任务1、 提出系统控制方案。本文针对供暖锅炉自动控制系统，设计一套基于变频调速技术的锅炉监控系统。本文提出对锅炉供暖系统中的风机和水泵等通过变频器来调节电机的转速，节省了大量的电能。本系统中丰位机采用高可靠性的工业控制计算机，对锅炉控制系统统一调度和监控管理，下位机采用西门子公司s7-300可编程控制器，实现锅炉燃烧系统和管网系统的自动控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。键技术，本系统的主要设计任务是锅炉系统的变频改造，因此本文详述变频调速技术在锅炉控制中的应用变频调速技术是关，并分析变频调速应用在锅炉供暖系统带来的节能效果。2、本系统的主要设计任务是锅炉系

6、统的变频改造，变频调速技术是关键技术，因此本文详述变频调速技术在锅炉控制中的应用，并分析变频调速应用在锅炉供暖系统带来的节能效果。3、 阐述供暖锅炉控制的控制原理，提出供暖锅炉系统的控制模型。简要介绍pid控制算法，并运用pid控制方式进行系统的补水控制、循环流量控制、燃烧过程控制以及炉膛负压控制。4、 锅炉控制系统的总体设计。本文讨论了锅炉控制系统的设计日标、功能分析和控制方案。并详细介绍了整个系统的硬件结构和通讯配置口。5、 下位机控制系统的设计。本文首先根据系统控制要求确定plc的选型以及模块的选择;讨论plc与上位机之间、plc与变频器之间的通讯配置，制定通信协议;设计plc控制程序，

7、给出主程序、基础功能块和各子程序的设计流程图和部分梯形图程序。6、 上位机监控组态软件设计。上位机监控系统完成对整个系统的监控管理，本文选用三维力控pcauto3.6设计，根据用户提出的要求完成了操作界面及控制程序、实现超温超压报警联动、历史数据查询等功能。三、设计方案选择及论证3.1 变频调速基本原理目前，随着大规模集成电路和微电子技术的发展，变频调速技术己经发展为一项成熟的交流调速技术。变频调速器作为该技术的主要应用产品经过几代技术更新，已日趋完善，能够适应较为恶劣的工业生产环境，且能提供较为完善的控制功能，能满足各种生产设备异步电动机调速的要求。变频 调 速 技术的基本原理是根据电机转速

8、与工作电源输入频率成正比的关系： 其中 表示电机转速; 为电动机工作电源频率; 为电机转差率; 为电机磁极对数。通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。3.2 出于节能的迫切需要和对供暖质量不断提高的要求，加之采用变频调速器简称变频器)易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点，因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。用变频器来对异步交流电动机调速，是八十年代末迅速发展成熟的一项高新技术。它的优点是:调速的机械特性好，调速范围广，调整特性曲线平滑，可以实现连续、平稳的调速，尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可获得显著的节能效果。3.3 变频调速

9、应用于锅炉系统的风机和水泵等电机的自动控制中，其节能效果明显。本节将以风机节能为例，详细分析其节能效果。由流体力学的基本定律可知:风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速与流量，压力以及轴功率具有如下关系: 即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。图2-1给出了风机中风门调节和变频调速二种控制方式下风路的压力-风量关系及功率-风量关系。其中，曲线1是风机在额定转速下的曲线，曲线2是风机在某一较低速度下的曲线，曲线3是风门开度最大时的曲线，曲线4是风机在某一较小开度下的曲线可以看出当实阮工况风量由下降到时，如果在风机以额定转速运转的条件调节风门开度，则工况点沿曲线1由

10、点移到点;如果在风门开度最大的条件下用变频器调节风机的转速，则工况点沿曲线3由点移到点。显然，点与点的风量相同，但点的压力要比点压力小得多。因此，风机在变频调速运行方式下，风机转速可大大降低，节能效果明显。压力 4 功率 2 3 6 1 5 0 风量 0 风量图2-1变频调速在风机中的节能分析曲线5为变频控制方式下的曲线，曲线6为风门调节方式下的曲线。可以看出，在相同的风量下，变频控制方式比风门调节方式能耗更小，二者之差可由下述经验公式表示:其中为风机运行时实际风量；为风门开度为最大，且电机运行在额定转速时的风量；为风门开度为最大，且电机运行在额定转速时的功率。假设有一台lo的热水锅炉:引风机

11、:55，鼓风机:22，共7则由变频调节与风门调节相比较可知:80%风量时每小时节能=28.36660%风量时每小时节能=41.888如果按全年运行7000小时计算，其中80%风量运行5000小时:60%风量运行2000小时，则全年节能由此可见，其节能效果非常显著。目前，变频调速技术己逐渐为许多企业所认识和接受，随着这项技术的不断发展和完善，它必将得到更加广泛的应用，也必将为认识和接受它的企业带来可观的经济效益。四、 总体电路设计本系统属于热水锅炉供暖系统，主要通过热水循环给用户供暖，一般分为燃烧控制系统、循环泵控制系统和补水泵控制系统。本系统采用集中控制，分为三层，系统结构框图下图所示:主控机

12、西门子s7-300系列可编程序控制器辅控机变频器变频器变频器电气控制回路电气控制回路电气控制回路传感器与变送器传感器与变频器传感器与变频器1#引风机2#鼓风机3# 、4#循环泵管理层: 系统采用两台工控机作为上位机，其中一台作为主控机，另一台为辅控机，构成双机冗余系统。通过mpi多点接口与下位机plc进行通讯，对现场锅炉的运行进行集中监控、统一调度，实现对锅炉的远程控制。操作人员也随时可以通过计算机，了解现场每台锅炉的运行状况，并对风机、水泵等电机进行启停控制和参数设定。另一方面，关于锅炉运行及网管系统的各种历史数据，则存储在计算机的数据库中。在需要的时候，可以在计算机显示器上显示，或由打印机

13、打印出来。现场控制层: 该层以西门子s7-300系列可编程控制器为核心，一方面通过mpi多点接口与上位机通讯，接收上位机管理层的控制命令。另一方面运用rs-485总线与各变频器进行通信，分别对鼓、引风机、炉排电机、循环泵和补水泵等进行启停控制和电机的转速设定，一旦电机启动完毕，即使plc与上位机通讯故障，系统仍能正常运行。现场数据采集与变送层: 这一层是集散控制系统的最底层，主要完成现场数据的采集、预处理和变送等工作。这些数据主要包括锅炉的出水温度、出水压力、锅筒压力、炉膛温度、炉膛压力以及总出水温度、总出水压力、总回水压力等。变送器将采集的温度、压力等物理量转换成电压或电流信号并传送给可编程

14、控制器进行数据处理。五、 各功能模块电路设计1、硬件系统：5.1.1 系统主电路模块根据本设计的要求，本系统风机和循环泵采用变频启动和调速。变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，来实现电机、变频器的过流过载保护接通，虽然变频器本身就有欠压、过压，过流、过载等保护功能，但是对于有工频运行的水泵电动机，还需要在工频电源下面接入相应的热继电器，来实现电机的过流过载保护。图5-1控制系统的主回路本系统采用4台变频器连接4台电动机，其中1号变频器控制引风电机，功率为90kw，变频工作方式，电机通过一个接触器和变频器输出电源相联，2号变频器控制鼓风机，功率为37kw，变频工作方式，电机通过一个接触器与变

15、频输出电源连接。3号变频器控制一台循环泵，4号变频器控制一台循环泵，功率都为75kw，一台作为备用，均采用变频工作方式。补水泵，炉排电机等采用工频运行方式，功率为5kw。变频器主电路电源输入端子(r, s, t)经过隔离开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子(u. v, w)经接触器接至三相电动机上，如图5-1所示。按下启动按钮，系统开始工作，使接触器线圈km1、km2、km3带电并保持，从而使接触器km1、km2、km3动作，1#变频器、3#变频器接通电源，电动机变频运行。5.1.2 系统控制电路模块 在控制电路的设计中，首先要考虑弱电和强电之间的隔离的问题。在整个控制系统中，所有控制电机

16、、接触器的动作，都是按照plc的程序逻辑来完成的。为了保护plc设备，plc输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是通过中间继电器去控制电机动作。在plc输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，其目的是为了实现系统中的强电和弱电之间的隔离，保护系统，延长系统的使用寿命，增强系统工作的可靠性。系统要实现手动自动、欠压、过压保护，电机的故障指示，变频器的故障指示以及报警输出，模拟量的输入、输出模块。 控制电路中还必须考虑系统电机的当前工作状态指示灯的设计，为了节省plc的输出端口，在电路中可以采用plc输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机的

17、工作状态。其控制电路图如图5-2所示。引风机变频调速控制电路如图2-1所示。手动控制时，首先扳动转换开关sa1,使电动机启动时，按下启动按钮sb2，接触器km1吸合并自保，电动机启动,运行指示灯hl1亮。当接触器km1吸合时，中间继电器ka1接通，变频器stf接通，变频器启动。当变频器故障输出时，开始报警ha1铃响，报警指示灯亮。按下复位按钮sb3，中间继电器ka2接通，常闭触头ka2打开，解除报警，变频器停止运行。使电动机停止时，按下按钮sb2，接触器线圈失电，主触头km1打开，电动机停止。自动控制时，扳动转换开关sa1，通过plc编程控制，来完成电动机的自动控制。5.1.3系统主要元器件的

18、选择（一）plc系统配置根据系统控制要求，统计出本系统对主plc的i/o总能力要求为:开关量输入64点，开关量输出32点，模拟量输入8通道。综合考虑系统对plc运算能力的要求等因素，选用西门子的s7-300系列plc，cpu模块选用cpu315-2dp。具体配置如下图所示: 配置图pscpu imdi（1）di（2）do（1）do（2）ai ao6es7 307-1ka00-0aa06es7 315-3af00-0ab06es7 360-3aa01-0aa06es7 321-1bl00-0aa06es7 321-1bl00-0aa06es7 322-1hh01-0aa06es7 322-1hh

19、01-0aa06es7 331-7kf02-0ab06es7 332-5hd01-0ab0s7- 300系列可编程控制器是模块化结构设计，各个单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。系统组成:(l)电源负载模块(ps307)：用于将simatic s7-300连接到120/230vac电源，输出24vd，它与cpu模块和其他信号模块之间通过电缆连接，而不是通过背板总线谁接。(2)中央处理单元(cpu315-2dp)：集成128kram，用mmc存储卡最大可扩展到8mb；对二进制何浮点运算具有较高的处理性能；可用于大规模的i/o配置；集成有profibus-dp接口；cpu模块除完成执行用户程序

20、的主要任务外，还为s7-300背板总线提供5v直流电源，并通过mpi多点接口与其他中央处理器或编程装置通信。(3)接口模块(im360)：用于多机架配置时连接主机架(cr)和扩展机架(er)。如果用户的自控系统任务需要多于8个信号模块或通信处理器时，可通过im360扩展1个机架，最长1米，每个机架上可以插入8个模块，电源也是由此扩展提供。(4)信号模块(sm)：使不同的过程信号电平和57-300的内部信号电平相匹配，主要数字量输入模块sm321、数字量输出模块sm322、模拟量输入模块sm331、模拟量输出模块sm332等。每个信号模块都配有自编码的螺紧型前连接器，外部过程信号可方便地连在信号

21、模块的前连接器上。特别指出的是模拟量输入模块独具特色，它可以接入热电偶、热电阻、4-20ma电流、0-10v电压等18种不同的信号，输入量程范围很宽。(5)通讯处理器(cp340)：西门子公司实现点到点串口通信的低成本解决方案口：rs232c(v24)；20ma(tty)；rs422/485(x.27)。固化有3964(r)协议和acsii协议两个标准通信协议。（二）通信网络配置在系统的网络配置中，图中上位机采用两台研华工控机ipc610，构成双机冗余系统，每台工控机配置一块西门子cp5611mpi多点接口通讯卡，通过mpi接口与下位机s7-300进行通讯。下位机采用s7-300系列plc，c

22、pu315一2dp，内部集成有mpi接口，用于与上位机全局通讯、plc在线编程。配置cp340rs一422/485通讯模块，通过rs一485总线传输接口与4台三菱变频器进行通讯。本系统中s7-300通过cp340与1-4#变频器之间的通信，设置cp340参数，通信协议设置为ascll协议，选择自由信息报文格式，波特率9.6bps。然后按照变频器通信协议在plc程序中组建发送数据报文，设定变频器频率，读取变频器频率、电流、电压、功率等参数。（三）变频器的选型变频器是把电压，频率固定的交流电变换成电压，频率分别可调的交流电的变换器。变频调速器与外界的联系点基本上分三部分：一是主电路接线端，包括工频

23、电网的输入端（r，s，t），接电机的频率，电压连续可调的输出端（u，v，w）。二是控制端子，包括外部信号控制变频调速器工作的端子，变频带调速器工作状态指示端子，变频器与微机或其他变频的通讯接口。三是操作面板包括液晶显示屏和键盘。1、变频器频率范围的设定（1）基本频率与最高频率电动机的额定频率称为变频器的基本频率，当频率给定信号为最大值时，变频器的给定频率，称为最高频率，在上升时间一定的情况下，最高频率决定了变频器输出频率的变化速度。（2）上限频率与下限频率上限频率与下限频率是调速控制系统所要求变频器的工作范围，它们的大小应根据实际工作情况设定。2、变频器及其型号根据设计题目要求，按照电动机的额

24、定功率，最大使用电机容量，本设计选用三菱fr-f540(l)-sfr-f540l-s系列变频器节能型、一般负载适用frf500（l）1、功率范围：75900kw（3相380v，frf540（l）系列）2采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行。3内置pid，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能。4柔性pwm，实现更低噪音运行。5内置rs485通信口。675kw以上随机带dc电抗器技术规格：fr-f540l-s系列型号fr-f540l-ch400vs75ks90ks110ks132ks160ks185ks220ks250ks315ks400k适用电机容量（kw)(注1）轻载变转矩759011

25、0132160185220250315400可变转矩7590110110132160185220280375输出额定电流（a）轻载变转矩144180216260302360432477610750可变转矩144180214216260302360432547722过载能力（注3）轻载变转矩110% 60s秒 (反时限特性)可变转矩120% 60秒 ,150% 0.5秒 (反时限特性)电压（注4）三相，380v至480v 电源额定输入交流电压/频率三相，380v至480v 50hz/60hz交流电压允许波动范围323至528v 50hz/60hz频率允许波动范围5%电源容（kva)(注5）轻载变

26、转矩110137165198230274329363464571变转矩110137165165198230274329417550保护结构开放型（ip00）冷却方式强制风冷(注)：1.表示适用电机容量是以使用三菱标准4极电机时的最大适用容量。2.额定输出容量是指,输出电压为200v级时，220v时的容量；输出电压为400v级时，440v时的容量。 3.过载能力是以过电流与变频器的额定电流之比的百分数(%)表示的。反复使用时，必须等待变频器和电机降到100%负荷时的温度以下。 4.最大输出电压不能大于电源电压，在电源电压以下可以任意设定最大输出电压。 5.电源容量随着电源侧的阻抗(包括输入电抗器

27、和电线)的值而变化。 本设计所所选变频器的型号：基本型号最大使用电机容量（kw ）输出额定电流（a）电压等级（v）fr-f540l-90k-ch90180400fr-f540-37k-ch3770400fr-f540l-75k-ch75144400fr-f540l-75k-ch75144400（四）传感器的选型1、压力传感器的选型本设计中采用cyb-20s普通型压力传感器。cyb-20s系列压力变送器使用cyb-10s压力传感器为敏感元件,和电子线路做成一体化结构，输出为420ma、05v标准信号, 适合工业自动化系统配套。cyb-20s为圆柱型全不锈钢结构，体积小，零点和灵敏度可从外部直接调

28、整，使用方便。2、液位传感器的选型本设计采用光电传感器opg-01，该光电传感器包含一个红外led和光接收器。从led的光直接到达传感器顶端的棱镜，当没有液体存在时，led中的光在棱镜中被反射到接受器。当上升的液体侵入棱镜时，光被折射到液体中，只有少许或无光到达接受器。感应这个变化，接受器开动了单元中的电动开关，外部报警或控制电路从而工作。（五）其他主要元器件的选择根据题目设计依据，主要参数计算。额定电流的计算：90kw引风机的额定电流：(a)37kw鼓风机的额定电流：(a)75kw循环泵的额定电流：(a)5kw工频电动机的额定电流：(a)2、软件系统5.2.1 plc控制程设计plc控制程序

29、采用西门子编程软件step7v5.3设计，step7v5.3是专门用于simatic s7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件包，支持梯形图(lad)语言、语句表(stl)语言和功能块图(fbd)语一言。plc控制程序由一个主程序和若干子程序构成，编程、调试等全部在计算机上完成，编译后通过mpi接口下载到plc。整个编程的步骤如下图所示:由图中可看出，程序的设计步骤有两种途径，一种是先组态硬件再编写程序块，另一种是先编写程序块再组态硬件。如果要生成一个多点输入输出的综合系统，应先组态硬件，这样step7自动根据硬件的位置确定好i/o点地址，有利于编程。本系统是一个输入输出点数多而

30、烦杂的综合系统，故先组态硬件。开始设计系统控制方案生成一个项目组态硬件编写程序块编写程序块组态硬件传送程序到cpu并在线调试下载程序到cpu完成5.2.2 plc控制流程图在所设计的系统中，要实现设计任务的要求而进行程序的编制，在程序编制之前的工作是绘制流程图，流程图的编写将决定所设计的程序的性能和完成设计任务要求。下面是本控制系统程序的基础功能块说明，通过调用这些基础功能块就构成了系统控制程序。这些基础功能块有step7标准库自带的，包括cp340专用通信功能块fb2和fb3；连续pid控制功能块fb41；ascii转换为16进制功能块fc94和16进制转换为ascll码功能块fc95。发送

31、数据报文处理功能块fb12。下面具体介绍这些基础功能块的设计流程。主程序设计主程序通过循环组织块(obi)完成，下图给出了ob1中的主程序结构。组织块ob1调用功能块fc1、fc2、fc3、fc4、fc5。fc1完成锅炉系统的控制，确定鼓风机、引风机和炉排电机的变频器频率；fc2完成锅炉燃烧系统、循环泵系统、和补水泵系统中所有电机的启/停控制；fc3采集所有模拟量并转换为ieee758犯位浮点数；fc4完成循环泵系统中的电机启/停控制和参数设定；fc5进行plc与变频器的通信处理，完成所有变频器的频率设定，采集变频器的频率、电压、电流、功率等参数。 5.2.3 监控系统软件设计监控软件要完成的

32、任务是监控整个系统的运行过程。其监控系统的软件结构如下图所示锅炉启停控制循环泵系统监控数据记录锅炉参数设定接收下位机数据发送数据至下位机补水泵系统监控数据记录数据记录锅炉数据监视监控系统完成的任务如下:l 数据监视。监视每台锅炉运行时出水温度、回水温度、出水压力、回水压力、炉膛温度、出水流量等模拟量参数以及电机转速和输出电压、流信号的变化。数据以直接显示、趋势图的形式显示在图形面上供用户查看。l 循环泵系统监控。控制循环泵的启动/停止，设定变频器的频率和管网出水压力，同时监视循环泵系统的压力、温度、电压、电流、功率等号。l 数据归档。所有模拟量信号均通过变量一记录编辑器进行短期归档，而对于一些

33、重要参数(如出水温度)和统计量(如耗煤量、出水供热量等)则长期归档。l 报警记录。系统中采集到的模拟量信号都必须设定上下限，当系运行过程中模拟量发生超限报警时，报警记录编辑器记录报警时间，并提报警信息。对于超温超压报警，必要时要停止风机和水泵等电机。六、 总体电路6.1 循环流量控制循环流量控制同样采用偏差控制和pid控制相结合的控制方式。偏差控制设定出水压力范围，当出水压力实际值不在设定范围内时，调节流量，直到出水压力达到要求为止。pid控制在偏差控制的基础上对出水压力进行微调，其原理如图3-3所示。循环泵系统根据出水压力的设定值与采集到的出水压力的实时数据，通过pid算法将出水压力值控制在

34、设定值附近。其控制采用前述改进pid控制算法与参数整定方法。压力调节pid变频器管网系统循环流量pid控制原理图6.2 燃烧过程控制锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应负荷的需要，同时还要保证锅炉安全经济运行。燃烧控制系统的任务主要有三点:(1)稳定锅炉的出水温度，始终保持在设定值附近。出水温度的设定值与室外温度以及消耗热量(负荷)的变化相关，以出水温度为信号，改变燃煤量和风煤比，达到出水温度与设定值一致。同时测量系统的回水温度和炉膛温度，若回水温度过低则适当加大给煤量，反之则适当减少给煤量;若炉膛温度过高则适当减少给煤量，反之则适当加大给煤量。(2)保证锅炉燃烧过程的经

35、济性。对于给定出水温度的情况下，需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。开始运行时，可根据经验设定风煤比，使耗煤量与鼓风量成比例关系，同时根据出水温度的变化对鼓风量进行前馈控制，然后通过测量烟气含氧量，运用偏差控制调节风煤比，使燃煤充分燃烧。(3)调节鼓风量与引风量，保持炉膛压力在一定的负压范围内。炉膛负压的变化，反映了引风量与鼓风量的不相适应。如果炉膛负压太小，炉膛容易想外喷火，危及设备与工作人员的安全。负压过大，炉膛的漏风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。本系统中根据鼓风量的变化，对引风量进行前馈控制。根据经验设定炉膛负压，并测量炉膛负压，运行pid算法控制炉膛

36、负压保持在一定的范围内，从而调节引风量，确定引风机的转速。七、总结锅炉控制在国内外已经是应用非常普遍的而且成熟的过程控制。目前对锅炉控制研究较多的是火力发电厂的蒸汽锅炉的控制，其控制精度要求高，各项技术指标都要求限定在一定范围内。蒸汽锅炉燃烧系统是一个复杂的多输入多输出祸合系统，随着模糊控制等人工智能控制理论的引入，锅炉控制的控制模型已基本成熟。本系统供暖锅炉自动控制系统，主要由进口变频器、可编程控制器、压力变送器、温度变送器和泵房机组以及电气控制柜等组成。在本设计的控制系统中，pid技术主要是通过plc的pid处理模块来完成，所计算的对象主要是变频器的工作频率、温度和压力信号（模拟量转换成数

37、字量），根据这些采样得到的数据，进行pid运算，控制变频器的输出频率，来控制电动机的转速。本文提出了系统的设计方案，阐述了系统设计的结构、硬件配置和系统的构成。本系统采用集中控制，以工业控制计算机为上位机，对整个系统统一监控管理。选用西门子s7-300系列可编程控制器为下位机，完成供暖锅炉系统自动控制系统。在下位机控制系统设计中，根据系统的控制要求以及供暖锅炉的控制理论，选定plc的cpu和各种功能模块。本文中详述plc与变频器的通信方式，制定了本系统中的通信协议，并在此基础上，通过plc控制程序完成所有控制任务和通信功能。在上位机软件设计中，根据系统设计的功能要求和上位机的监控管理任务，上位

38、机的软件采用三维力控pcauto3.6设计，编程简单方便，己完成锅炉系统的启/停控制、参数设定、数据监视等功能。本方案设计合理、技术先进、功能完善、通用性和灵活性较强、控制简单、操作方便、手动和自动调节切换容易、系统经济实用、运行稳定、可靠性高、保护功能全、自动化程度高，有较好地推广应用前景，对相关领域自动控制系统设计有很好的借鉴和帮助意义。八、参考文献1 李素玲等.恒压供水自动测控系统的设计与实现m.中国给水排水，2004年3月.2 钟肇新.可编程序控制器原理及应用m.华南理工大学出版社，2002年.3 韩安荣.通用变频器及其应用（第二版）m.北京：机械工业出版社，2000年.4 张凤珊.电

39、气控制及可编程序控制器m. 中国轻工业出版社，2005。5 宁耀斌.明正峰，变频调速恒压供水系统的原理与实现j.西安理工大学学报.6 上海电子电器技术学会编.常用高低压电器手册m.上海：上海科学技术出社，1992年8月.7 邵裕森.过程控制及仪表m.机械工业出版社，1998年.8 胡健.西门子s7-300 plc应用教程m.机械工业出版社，2007年1月.9 step7编程软件用户手册m.西门子公司.10 李仁.电器控制m.机械工业出版社，2000年5月. 蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁

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49、蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆

50、蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀

51、蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇

52、螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂

53、薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆

54、莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀

55、蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈荿螈袆羈膂蚄羅肀莈薀羄膃膀蒆羃袂莆莂羂肅腿螁羁膇蒄蚇羀艿芇薃羀罿蒃葿罿肁芅螇肈膄蒁蚃肇芆芄蕿肆羆葿蒅蚃膈节蒁蚂芀薇螀蚁羀莀蚆蚀肂薆薂虿膄莈蒈蚈芇膁螆螇羆莇蚂螇聿膀薈螆芁莅薄螅羁芈蒀螄肃蒃蝿螃膅芆蚅螂芈蒂薁螁羇芄蒇袁肀蒀莃袀膂芃蚁衿羂蒈蚇袈肄莁薃袇膆薇葿袆芈