第11章计算机控制系统实例

第11章

计算机控制系统实例

ExampleofComputerControlSystems6/1/20231计算机控制技术工业锅炉计算机控制系统硫化机计算机群控系统本章主要内容6/1/20232计算机控制技术11.1工业锅炉计算机控制系统工业锅炉简介锅炉计算机控制系统组成6/1/20233计算机控制技术锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得越发重要6/1/20234计算机控制技术11.1.1工业锅炉介绍按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的有燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉在石油化工、炼油的生产过程中，往往产生各种不同的残油、残渣、释放气和炼厂气，为充分利用这些燃料，所以出现了油、气混合燃烧锅炉和油、气、煤混合燃烧锅炉在化工、造纸、制糖等工艺过程中，还会产生各种毫无规则的聚合物、残渣等，可利用这些“燃料”产生的热量以及在化工生产中化学反应生产的热量，来生产各个部门所需要的蒸汽，因此又形成了废热锅炉所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备的主要工艺流程如图11.1所示。6/1/20235计算机控制技术6/1/20236计算机控制技术燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。

6/1/20237计算机控制技术锅炉设备是一个复杂的控制对象，主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。主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相互关联。如果蒸汽负压发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量变化不仅影响蒸汽压力，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变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响；6/1/20238计算机控制技术6/1/20239计算机控制技术锅炉是一个典型的多变量对象，要进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。目前，锅炉控制系统大致可划分为三个控制系统锅炉燃烧控制系统、锅炉给水控制系统过热蒸汽温度控制系统

6/1/202310计算机控制技术11.1.2锅炉计算机控制系统组成燃烧过程控制系统：燃烧过程控制任务：使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的燃烧（常以烟气成分为被控变量），提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内燃烧过程控制系统设计方案：根据自治原则简化锅炉燃烧控制系统，可将其大致分为三个单变量控制系统：燃料量—汽压子系统、送风量—过量空气系数子系统以及引风量—炉膛负压子系统。6/1/202311计算机控制技术6/1/202312计算机控制技术6/1/202313计算机控制技术锅炉给水控制系统：控制任务：考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内，实现给水全程控制。给水控制也称为汽包水位控制。被控变量是汽包水位，操纵变量是给水量基本结构：单冲量控制系统、单级三冲量控制系统、串级三冲量控制系统6/1/202314计算机控制技术6/1/202315计算机控制技术6/1/202316计算机控制技术蒸汽温度控制系统：控制任务：维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器出口温度，操纵变量是减温器的喷水量控制系统：以过热蒸汽为主参数，选择二段过热器前的蒸汽温度为辅助信号，组成串级控制系统或双冲量气温控制系统

6/1/202317计算机控制技术锅炉计算机控制系统实现：一次仪表测得的模拟信号经采用电路、滤波电路进入A/D转换电路，A/D转换电路将转换完的数字信号送入计算机，计算机对数据进行处理之后，便于控制和显示。D/A转换将计算机输出的数字量转换成模拟量，并放大到0—10mA，分别控制水泵调节阀、鼓风机挡板、引风机挡板和炉排直流电动机

6/1/202318计算机控制技术6/1/202319计算机控制技术11.2硫化机计算机群控系统系统总体方案可编程控制器控制软件设计工控机管理软件设计结束语6/1/202320计算机控制技术系统总体方案：内胎硫化过程共包括四个阶段:合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius)经验公式来计算等效硫化时间。某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS系统结构，使用PLC作为直接控制级，完成现场的控制功能;使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图6/1/202321计算机控制技术6/1/202322计算机控制技术PLC软件设计：从内胎硫化的流程可知，硫化的控制属于过程、位置控制，采用PLC可方便的进行编程，实现内胎硫化机的等效硫化时序。为提高运行速度、减少运行指令，在控制软件设计中采用了模块化编程，设计了多种通用子程序，如数据采样及处理子程序、等效硫化计算子程序、报警子程序等控制软件主程序流程简图见图11.9

6/1/202323计算机控制技术6/1/202324计算机控制技术6/1/202325计算机控制技术6/1/202326计算机控制技术6/1/202327计算机控制技术结束语：本系统在某橡胶制品有限公司投入运行后，控制达到了预定的工艺要求，内胎质量稳定，产品合格率达到99.8%以上，每年可增加直接经济效益200万元。同时大幅减轻了工人的劳动强度，改善了工作环境，提高了企业生产的自动化和信息化程度，并且还可方便地与企业的信息管理系统相连，组成管控一体化的网络系统等本系统群控机台数量多、投入低、抗干扰