基于声波测温的电站锅炉燃烧优化控制系统(完整资料)

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基于声波测温的电站锅炉燃烧优化控制系统(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）基于声波测温的电站锅炉燃烧优化控制系统项目建议书华北电力大学一目前电站锅炉燃烧系统存在的问题1.1共性问题1。１.1两对矛盾需要解决①锅炉效率（)与污染排放（ＮOx)之间的矛盾当我们追求高的锅炉效率的时候,势必要使煤粉在炉内充分燃烧。要达到这一目的,则需要提高炉内燃烧温度以及使用较高的过量空气系数，而这两方面都会增加污染的排放。反之，则锅炉效率较低。炉内的高温燃烧还会带来水冷壁结渣等事故的发生。因此需要在两者之间做出最佳的折中选择.②锅炉排烟热损失()和机械未完全燃烧热损失(）之间的矛盾对于锅炉效率影响最大的两项热损失-排烟热损失()和机械未完全燃烧热损失(）—而言,也存在类似的矛盾.提高炉内燃烧温度以及使用较高的过量空气系数,可以降低机械未完全燃烧热损失(），但是排烟热损失(）则会随之增加。因此也需要在两者之间做出最佳的折中选择。1．1.2四个优化问题需要解决①锅炉效率（）与污染排放（NＯx)的联合优化通过寻找最佳的二次风门和燃尽风门组合，建立良好的炉内燃烧空气动力场,可以达到锅炉效率（）与污染排放(NＯx)的共赢。②锅炉排烟热损失（)和机械未完全燃烧热损失(）的联合优化通过寻找最佳的烟气含氧量(Ｏ2)设定值，可以达到锅炉排烟热损失()和机械未完全燃烧热损失（）的共赢.③汽温控制方案的优化联合调节燃烧器和喷水，尽量使用燃烧器摆角等方式来调节汽温而减少减温水的使用量，可以较大幅度的提高机组热效率。④防止炉内结渣的优化这可以通过以下方法实现:一是寻找最佳的煤粉和二次风门、燃尽风门的组合，调整均衡燃烧,防治火焰偏斜；二是调节炉膛出口温度目标值；三是组织合理的吹灰优化.1．1．3炉膛内三个参数的测量需要解决①炉膛温度场的测量②炉内Ｏ2浓度的测量③炉内CO浓度的测量炉膛温度、O2和ＣO与锅炉效率、污染物排放、炉内结渣等等关系密切,它同时还反映了燃烧是否均衡以及燃料的质和量的变化情况.通过炉膛温度测量可以达到a）监控炉膛出口温度,防止过热器结焦和管壁过热，防止启动时升温太快和烧坏再热器管（干烧),监控炉膛水冷壁的吸热量情况,指导吹灰和调整风量，减少过热器和再热器喷水量（3０0MW，再热喷水减10t／ｈ,降低煤耗1．９1g／kwh);b)矫正燃烧不均衡，防止两侧烟温、汽温偏差，防止一侧水冷壁磨损、结焦,防止汽包水位两侧严重偏差,防止局部过热而流渣；c）提高燃烧效率，均衡风量分配，优化风煤比,降低O2，控制火焰中心高度；d）降低污染物排放，防止局部火焰过热，降低NＯｘ生成(1482℃时ＮＯX成指数级增加）,减少脱硝系统运行成本。这些参数对于炉内燃烧状况的实时监测和诊断具有十分重要的意义.对于炉膛温度场的测量，在声波测温装置问世之前还一直是个棘手的难题。而对于炉内O2浓度和CＯ浓度，课题组将计算智能和炉膛温度场、尾部烟道氧量测量等气体分析装置相结合,所研究的相关软测量技术能够达到相当好的精度。１.2特殊问题不同的电厂、不同的运行人员或不同的运行水平,带来个不系统的问题,比如:有的厂，二次风的配风长期以来不正常（二次风挡板开得很少,甚至几乎不开）,结果造成排烟处的氧量只有2％－3％，炉内燃烧严重缺氧，飞灰、炉渣可燃物增加；还造成主汽温、再热汽温降低、二次风喷嘴烧坏、水冷壁高温腐蚀等一系列的负作用。有些厂的运行人员人为过多的压风量，造成低负荷下缺氧燃烧这样做的理由是怕熄火,认为风速低一点,风量少一点，有利于燃烧稳定，很多电厂的司炉头脑中都持有这一观点。有的锅炉主汽温、再热汽温一直偏低，为了提高汽温,抬高燃烧器的倾角,结果造成煤粉在炉内停留的时间缩短，机械未完全燃烧热损失增大。1.3问题的复杂性以上所述表明:在数学上,燃烧系统是一个非线性的、多变量严重耦合的、复杂的问题，对一个目标的调节会矛盾地影响到其它目标的实现,属于多目标的优化问题。在测量手段上，需要开创性的引入炉膛参数测量设备，给我们的运行人员和优化系统配备一双“火眼金睛”.在运行方式上，我们需要对燃烧系统重新认识,合理组织燃烧，真正的做到节能减排。也正是在这种思想的指导下，我们基于课题组在该方面多年的探索、探寻和积累,终于研究开发出全新一代的燃烧优化控制系统。二本项目实施的目的和意义在火力发电成本中,燃料费用一般要占7０％以上,提高锅炉燃烧系统的运行水平对机组的节能降耗具有重要意义.同时，发电企业面临厂网分开、竞价上网的电力市场竞争,由于能源紧张导致燃煤价格上涨，进一步加大了发电企业的生产成本。一方面,就供电煤耗来说，根据中国电力企业联合会2008年的全国300MＷ机组煤耗评比数据，最佳供电煤耗是301。５2g/Ｋｗ·h。30０MＷ机组世界先进水平的供电煤耗是2８5g/Kｗ·h。我国当前供电煤耗相当于发达国家1990年左右的平均水平。另一方面，我国目前的大气污染状况很严重,氮氧化物、二氧化碳排放量分别居世界第一位和第二位，因此造成了高昂的经济成本和环境成本。研究表明大气污染造成的经济损失占GDＰ的3—7％.造成严重大气污染的主要原因也在于我国以燃煤为主的能源结构,煤炭能源占整个能源的7０%左右,大气污染中烟尘和二氧化碳排放量的70％、二氧化硫的９0%、氮氧化物的67%来自于燃煤。截至２006年底，中国环境统计的煤炭消费总量达到了23。7亿吨，其中火电燃煤量达12.６３亿吨，占总煤炭消费的5０％以上，成为最大的消费途径.燃煤价格的上涨和污染排放的限制,使国内燃煤电站面临着提高锅炉效率与降低污染排放的双重要求，迫切需要面向节能、降耗与降低污染、安全运行的生产过程优化控制与调度方法。锅炉燃烧优化技术能够有效提高机组运行效率，降低发电成本，显著降低锅炉污染物的排放，并能够监督保障锅炉的安全运行。三国内外在相关领域的研究和应用现状３.1燃烧优化控制的研究和应用现状早在上世纪八十年代末，美国和日本专家就声波测量炉膛烟气温度进行了研究.声波电站锅炉燃烧是个复杂的物理化学过程,涉及到燃烧学、流体力学、热力学、传热传质学等学科领域任何与燃烧相关参数的检测、与燃烧相关设备的改造,都可以称为燃烧优化，包括ＤCS控制逻辑的优化、控制模型的设计。从锅炉燃烧优化技术角度看，锅炉燃烧优化技术可以分为三类：第一类通过在线检测锅炉燃烧的重要参数,指导运行人员调节锅炉燃烧,这类燃烧优化技术目前在国内占据着主导地位。第二类燃烧优化技术是在DＣＳ的基础上,作为锅炉运行的监督控制系统,通过采用先进的控制逻辑、控制算法或人工智能技术，实现锅炉的燃烧优化随着先进控制和人工智能技术的逐步成熟和在工业上成功的应用，这类燃烧优化技术发展迅猛。第三类燃烧优化技术在设备层面，通过对燃烧器、受热面等的改造实现锅炉的燃烧优化调整。上述三类技术在实际中各有优点和应用但其中第二类技术不需要对锅炉设备进行任何改造,能够充分利用锅炉的运行数据，在ＤCS控制的基础上,通过先进建模、优化、控制技术的应用,直接提高锅炉运行效率，降低NOｘ排放，具有投资少、风险小、效果明显的优点,因而成为很多电厂首选的燃烧优化技术。近几年来,随着锅炉燃烧在线检测、诊断技术的发展，许多以前难以测得重要燃烧参数例如炉膛燃烧截面的Ｏ２、CO浓度与温度分布值都变成了实实在在、精确的在线数据被送到DCS以及燃烧优化软件。应用实践证明，第一类与第二类技术的结合可以取得事半功倍的效果。第一类技术直接服务于第二类技术.20世纪80年代末期和90年代初期,随着我国电厂“节能降耗”措施的推行,电厂开始普遍关注锅炉燃烧优化技术，通过燃烧优化降低锅炉煤耗,提高火电厂发电效率。20世纪90年代中期和末期,随着测量技术的发展,许多企业研制开发了一系列重要的影响锅炉燃烧参数的在线测量仪表，如飞灰含碳量在线检测装置、煤粉浓度细度在线检测装置、煤质成分在线检测装置、锅炉火焰监测系统等.同期,随着人工智能技术的发展，在分散控制系统ＤCS层面上控制逻辑的优化,先进的人工智能技术在锅炉燃烧优化上应用的研究也开始受到了广大科研人员的关注。2０世纪90年代末期，随着社会对环境的关注,电站锅炉燃烧优化已由最初的以安全性、经济性为目标的优化发展到经济性、安全性、环保并举的时期。电子信息技术、人工智能技术给电站锅炉燃烧优化注入了新的活力,锅炉燃烧优化技术进入新的快速发展时期。我国研究电站锅炉燃烧优化技术的高校、研究所、企业、工程公司有近千家，这近千家单位可分为两类.企业、工程公司为一类，大都从实用角度出发,重点研究开发影响锅炉燃烧参数的测量、监测仪表.高校、科研院所侧重于从理论角度出发,重点研究新的控制技术在电站锅炉燃烧优化上的应用。不过这样划分并不绝对。现在,这样的界限并不是很明显。高校、科研院所也开始研制影响锅炉燃烧参数检测、监测的产品。而企业、工程公司也开始关注新的控制技术在锅炉燃烧优化上的应用。国外的人工智能控制算法已经在电站锅炉燃烧优化上实现了大规模工业应用，取得较好的成绩。如德国西门子公司的P-3０0０产品、美国NEUCO公司的CｏmbustioｎＯpｔ。但是国外产品对于中国市场来说存在两个方面的问题：一是国外产品不太适应国内电厂实际运行情况;二是国外产品价格昂贵,一般在四、五百万甚至千万人民币不等，而且其服务费用高昂，再加上路途遥远导致难以快速响应客户的服务需求。3.2炉膛温度测量技术的现状和缺点正因为炉膛温度测量如此重要，长期来人们进行了大量研究,开发出了各种不同原理的测量装置，但由于其固有的缺点，应用情况一直不佳，甚至大部分锅炉上至今仍是一个空白，使锅炉燃烧监控失去了一个重要依据。传统炉膛温度测量装置主要有接触式（伸缩式温度计）和非接触式两类，而非接触式常见有辐射式温度计和光谱图象检测系统，这些技术存在的缺点是:1）接触式（伸缩式温度计）目前3００MＷ及以上机组的锅炉均配供有价格昂贵的测量炉膛出口烟气温度的伸缩式温度计,但由于探针深入炉膛很长,笨重、易变形卡涩，故障率高，因此，许多电厂实际上已停用。此外，探针受耐温限制，一般仅在锅炉启动时伸入炉膛测量出口烟气温度,当烟温达到一定值时，必须马上退出炉膛,因此，其允许使用温度范围和作用也有限。2）辐射式温度计众所周知炉膛烟气辐射大多不在可见光范围内，因此，目前常见的辐射式温度计主要是红外式温度计，它测量表面或区域的红外光强度。由于炉膛烟气是气态发光，温度分布不均匀，成分不固定,再加上飞灰颗粒辐射的存在,因此，组成的光谱波长和穿透力等不确定,从而导致被测区域不确定,测量误差大。由于上述缺点影响了辐射式温度计在锅炉炉膛烟气温度测量领域的应用.3）飞灰颗粒辐射光谱测量这类温度测量系统是利用图像检测炉膛烟气中主要是飞灰颗粒辐射的可见光(包栝一定波长红外光,以提高温度测量上限),经计算机进行极其复杂的图象处理,从而得到炉膛内烟气的温度分布。由于受飞灰颗粒成分浓度和分布的影响,镜头污染以及复杂图象处理算法等影响,测量误差大;被测量区域也存在很大的不确定性。加上采光系统复杂，结焦或积灰使镜头保养困难，可靠性差,价格昂贵。从而使这类系统在炉膛烟温测量的工程实际应用中受到限制.四项目的理论和实践依据锅炉燃烧优化本质上是一个多目标优化问题。在保证污染排放不超标的前提下,追求尽可能高的锅炉效率;或者在保证锅炉效率一定的前提下,采用尽可能低的污染排放控制策略；或者在锅炉效率和污染排放之间达到最佳折中,使综合成本最低.燃烧优化的目标是在锅炉的负荷、煤种以及其它相关设备和参数的约束下,实时寻找最优的锅炉配风、配煤以及有关参数的设定值,以达到最佳的燃烧运行方式，指导锅炉燃烧调整，提高锅炉燃烧运行效率,降低发电煤耗,同时减少污染物排放，实现锅炉的经济环保运行。锅炉的燃烧效率和污染物排放特性主要是由两个方面决定的:①锅炉的设计制造水平②锅炉的操作运行水平由此相应地有锅炉燃烧优化技术的两种主要方式：①改造锅炉的设计制造水平。燃烧优化技术在设备层面，通过对燃烧器、受热面等的改造实现锅炉的燃烧优化调整。②提高锅炉的运行操作水平.通过在线检测锅炉燃烧的重要参数，指导运行人员调节锅炉燃烧。同时在DCS的基础上,作为锅炉运行的监督控制系统，通过采用先进的控制逻辑、控制算法或人工智能技术，实现锅炉的燃烧优化。随着DCＳ技术的广泛推广、先进控制和人工智能技术的逐步成熟及其在工业上成功的应用,这类燃烧优化技术发展迅速。就目前实现燃烧优化的方法与手段而言,我们一方面需要将先进的控制理论、完善的数学模型与功能强大的软件进一步实用化,另一个关键问题是缺乏对炉膛燃烧区域、火焰中心的直接数据的获取:比如温度场以及O２、CO的浓度值。由于无法实现对炉膛燃烧参数进行精确测量，无法对炉内燃烧状况进行实时监测和诊断，这导致现有的燃烧优化项目完成并投入运行之后取得的效果基本上都不是很显著。众所周知,依靠传统的测量仪表例如氧化锆探头、CO探头无法在炉膛燃烧区域直接测量，获得数据。因为它们在摄氏１50０℃的炉温下都会熔化。要想获得这些数据，现有的做法是在锅炉尾部烟道、空气预热器附近安装氧化锆、CO探头，获取间接数据,再结合热力试验、经验公式从而修正、推算出炉膛燃烧区域的温度、Ｏ2、CＯ浓度.由于炉膛漏风、氧化锆炉膛内是否均衡燃烧是实现锅炉最优效率、最优经济指标的绝对前提，而这又追溯到风粉是否在燃烧前均匀混合、如何取得最优的风/粉比动态值.而这些重要数据的缺乏给实时燃烧优化控制带来极大的难题与挑战.依照传统的优化调节方法与测量手段,在做优化调整之前无法得知这些工况的具体数据,而调整之后又无法及时、准确地验证优化效果。在声波测温诊断系统发明之后，这些问题便迎刃而解.它可以在较短时间内告诉我们锅炉优化调整的效果.五技术特点整个燃烧优化控制系统由声波测温诊断系统和基于人工智能建模、优化控制算法的软件包构成，其核心结构如图1所示。左侧上部（ｘ1,x2，…，xn1）是广泛存在于DCS图１燃烧优化系统软件结构或SＩS中的机组常规运行数据，左侧下部(y１，y2，…,yn1)是声波测温得到的炉膛温度场数值，中间部分是基于常规运行数据和声波测量数据的多目标燃烧优化软件。其中前两部分都通过开放的OＰC协议送达优化部分，后两部分则是本项目所独有的技术,而第二部分则是火电厂极其重要而有难度很大的一种热工测量技术的重大突破,它的推广应用必将对我国电站锅炉安全、节能和减排产生重大影响。下面就对后两部分略做介绍。5．1声波测温工作原理早在上世纪八十年代末,美国和日本专家就声波测量炉膛烟气温度进行了研究.声波测温原理是基于声音的传播速度直接随介质温度而变化。图2为声波测温系统的原理图。温度显示温度显示炉膛声波发射器声波接收器图2声波测温系统原理图由热力学中气体方程和声学中的声波波动方程推导出声波传播速度和介质温度的关系如下：（1）其中,Ｃ——声音在介质中的传播速度R-—气体常数k—-气体的绝热指数Ｍ—-气体分子量T——气体温度测点分布图现场安装的测点平面二维温度场分布图温度场立体显示图接线盒接线盒主机锅炉声源传声器导管输入/出系统信号调理器功率放大器显示器图3声波测温系统框图声波测温系统主要有下列核心技术：1）多接收器处理技术一个声波发生器发出的声波可以有多个接收器同时监听，一个控制平台可采用多达16个发生器和接受器，比起一个发生器对一个接受器的系统来说，不仅简化了系统，更重要的是大大减少了锅炉上安装发生器必须在水冷壁弯管开孔带来的麻烦。2）通过特殊算法计算炉膛温度场图4为典型的４个发射点,8个接收点，锅炉炉膛温度测量系统配置图。图４典型的炉膛温度测量系统配置图（4发，8收）通过测量得到24个通道上烟气的平均温度，再经计算机特殊算法处理得到炉膛温度场分布（图5）,并在DCＳ显示器上呈现出来，指导运行人员操作。必要时还可以实现三维空间的温度场测量和显示（图6）图5炉膛温度场分布图图6炉膛温度场三维空间分布图5.２多目标燃烧优化软件介绍5。2.1基本方法首先利用历史数据站存储的大量来自DCS的运行数据,分析建立锅炉燃烧优化操作变量(如:氧量设定、给煤机偏移量、风量偏移量等）、干扰变量与反应锅炉燃烧经济性、安全运行、污染物排放的控制目标量(如：锅炉效率、飞灰含碳、NOx排放等）之间的多变量非线性动力学模型。离线建模调试结束后，可在线更新模型并且利用模型进行动态优化控制，通过对风、粉、氧量等影响锅炉燃烧特性的操作变量的设定值或偏置进行动态优化调整,实现基于多目标的锅炉安全运行、低排放运行、经济运行.优化的结果可以开环操作指导、闭环监督控制两种工作模式与机组的DCS控制系统相连接.图85．2．2燃烧过程数学模型实现燃烧优化的一个关键问题是建立燃烧优化数学模型。由于锅炉炉内煤粉燃烧过程极其复杂,无法用理论方法建立燃烧模型。但是,锅炉的燃烧特性必然反映在锅炉的燃烧过程数据中,也就是说，锅炉实际燃烧运行数据中蕴涵了锅炉的燃烧运行特性。基于数据的黑箱建模技术是解决这一问题的有效方法。人工神经网络（ArtｉficiａｌNeurａlNｅtworkｓ,ANN）,一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度，通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，从而达到处理信息的目的.人工神经网络具有自学习和自适应的能力，可以通过预先提供的一批相互对应的输入—输出数据，分析掌握两者之间潜在的规律，最终根据这些规律,用新的输入数据来推算输出结果。图9燃烧优化系统应用神经网络技术，根据锅炉燃烧过程历史数据，建立锅炉运行工况（负荷、煤种等)、配风配煤运行方式和燃烧性能之间的关系模型，并采用非线性寻优技术,从模型中找出不同负荷、不同煤种下最佳的配风、配煤运行方式，以此作为“专家”燃烧运行经验，指导锅炉燃烧调整，实现锅炉燃烧系统的优化运行。神经网络强大的非线性映射能力,使其成为复杂系统一致逼近建模的首选工具。基于历史数据和试验数据,使用神经网络算法建立机组在不同的干扰量(负荷，环境温度）下，锅炉各可调量，如一次风压，二次风压及不同的二次风门开度组合，燃烧器倾角，烟气含氧量、给粉偏置等，与锅炉运行性能（NOx和效率）之间的非线性动态模型.利用神经网络对锅炉燃用煤种、锅炉运行参数之间的函数关系、锅炉的低NＯx排放特性、飞灰含碳量特性等进行学习建模。确定输入之后，根据历史数据,训练获得神经网络模型。建立模型之后,可以根据模型分析输入变量与输出变量之间的关系,从而明确如何调节某一输入变量数值来改变输出值，更好的达到调节目的.在锅炉燃烧特性建模完成的基础上，利用遗传算法、模拟退火方法等全局寻优算法在可行域内对锅炉的最佳燃烧工况进行寻优，获得不同煤种下各燃烧参数的最佳设定值,可以指导实现燃烧优化控制。系统可实现低NOx高效燃烧的在线控制，对提高锅炉燃烧优化控制水平，降低NOx排放和提高锅炉效率具有重要意义.5.２。3燃烧优化系统优化计算最佳的控制定值，从而能让运行得到改进，如提高锅炉效率及减少污染排放，同时满足运行安全性的限制要求。燃烧优化系统采用遗传算法（GeｎeｔicＡlgorithｍ）来获得最佳定值.ＧＡ是一种优化技术,它对生物遗传演化和自然选择进行模拟。本质上，GA创建计算“家族”允许交配以及随机变异，将每一代中适应性最强的基因传给下一代。随着时间的推移，确定最强的或最佳的定值族。多目标优化问题X表示氧量、一次风各风门开度、二次风各风门开度、燃尽风各风门开度、一次风压、二次风压、总燃料量、各层煤粉流量、燃烧器摆角等组成的优化向量；D表示机组负荷、燃煤热值等不可控干扰向量；Ｙ表示飞灰含碳量、排烟温度等可控干扰向量；Ｚ＝F3（Ｘ)表示机组除效率和氮氧化物之外的其它约束关系；Xｍin和Xｍax表示优化操作向量的约束范围.通过对这两目标进行加权,我们还可以得到偏重提高效率或者是偏重降低NOx排放的优化控制结果.正交试验多因素试验方法,适用于多因素、多指标、因素间存在交互作用及具有随机误差的试验，具有试验工作量小、信息量丰富、试验方案程序化的特点，能够实现对各影响因素进行组合简化试验。将这种试验方法应用于锅炉燃烧优化，能够掌握了解多种因素的共同影响,通过合理的试验次数分析各因素及其交互作用对试验指标的影响，并按其重要程度找出主次关系，确定最佳的运行参数。模型的自适应技术锅炉燃烧是一个非线性的动态过程,如果只是建立线性模型或者稳态模型，往往不能进行很好的燃烧优化。入炉煤种的不稳定，再加上锅炉检修、积灰、结渣等因素的影响，使得在性能试验数据基础上建立的锅炉模型失配严重，所以如何利用最新的燃烧数据进行模型的在线自适应修正和建模显得格外重要，也是成功进行燃烧优化的关键。相对于国外燃煤电站锅炉，我国电站锅炉具有煤质多变，负荷变化大的特点,导致一些进口的燃烧优化控制软件在国内应用存在适应性差的问题。锅炉燃烧优化系统采用自适应技术，根据锅炉最新的燃烧过程更新样本数据，在线修正燃烧优化数学模型,将运行中出现的新的“工况点”加入模型,使模型随着时间的推移得到不断的扩充和完善，同时保证模型与变化的锅炉特性相“匹配"，使燃烧优化系统滚动更新,保证优化效果长期有效。5。3总体方案首先利用历史数据站存储的大量来自DCS的运行数据,建立锅炉操作变量(如：氧量设定、磨煤机偏置、风量偏移量等)、干扰变量与反应锅炉燃烧经济性、安全运行、污染物排放的控制目标量（如:锅炉效率、飞灰含碳、排放等）之间的多变量非线性动力学模型。采用基于神经网络建模与多目标遗传算法优化（NN—ＧA)的系锅炉燃烧优化系统在线进行过程优化，同时在线模型参数可以根据新的稳态实时数据或测试数据滚动更新，及时修正更新在线模型参数。离线建模调试结束后，可在线利用模型进行动态优化控制，通过对风、粉、氧量等影响锅炉燃烧特性的操作变量的设定值或偏置进行动态优化调整，实现基于多目标的锅炉安全运行、低排放运行、经济运行。5。4优化模式优化结果可以以开环指导、闭环控制两种工作模式与机组的DCS控制系统相连接。①开环优化模式锅炉运行优化控制系统将优化结果,即与锅炉运行性能有关的各个操作量的偏置值，提交给运行人员，由运行人员手工设定DCＳ设定值的偏置量。②闭环优化模式锅炉运行优化控制系统将优化结果,即与锅炉运行性能有关的各个操作量的偏置值,直接下载到ＤCS,完成性能闭环控制.采用闭环优化模式，优化控制系统反馈给DＣS的补偿值可以采用两种方式反馈给DCS：一是通过与DCS的数字通信，将优化补偿值传送给ＤCS的数据库，进而实现优化控制。这种方式需要的设备简单,但通信接口实现较为复杂，一般最好能够与DCＳ改造一起进行.二是通过标准4-20ｍA电信号将优化补偿值送给DCＳ，由DCＳ采集这些新的补偿信号，写进数据库，进而实现优化控制。这种方式需要的设备较前者复杂一些,但是数据接口实现较为简单。图１0通过ＯＰC通信方式或I/Ｏ硬接线方式将定值送入现有DCS图115．5系统实施（１）安装声波测温装置并调试；(２）数据接口调试:（2a)燃烧优化系统与声波测温装置接口通讯调试；（2ｂ)燃烧优化系统与DＣS/SIS等软件接口通讯或硬件数据传送调试；（３）燃烧调整试验--按照实验方案确定实验工况进行正交试验以采集锅炉特性数据通过试验，确定燃烧过程在不同负荷、不同磨煤机组合、不同的二次风和燃尽风配风方式、不同燃烧器摆角、不同氧量设定值情况下，锅炉效率和NＯx的变化特性，为神经网络模型的学习提供样本，从而通过优化确定最佳燃烧方式。六安全性分析6．1可靠的技术—声波测温技术的优点声波测温技术进入锅炉上成功应用需要克服一系列技术上的挑战，这大约经历了十余多年的努力.目前核心技术成功解决了工程应用方面的一系列难点，推出的声波测温系统已经广泛应用。声波测温技术与传统炉膛测温技术相比有下列明显优点:

精确度高,不受辐射等不确定因素的影响，其精确度可以达到±１%;

测量温度范围广，在锅炉全负荷范围内均可使用；

测量空间不受限，不仅可以测量平均温度,还可以确定炉膛温度场分布；

测量灵敏度高,实时性好;

可维护性好。６．2精心的设计系统在预先确定的最大值最小值范围内寻找最佳的配风配煤方式，使优化结果保持在允许的安全范围内,确保锅炉运行的安全性.最大值最小值范围的限定是动态的，一般随负荷的不同而变化。并且优化计算得出的控制量在原有DCS控制方案的约束条件下进行，从而不影响运行的安全性。①锅炉运行优化控制系统仅仅是在原ＤCS控制系统的设定值上增加一个偏置值,为DCS指明一个优化的控制目标和方向,以提高机组运行性能，并不参与DCS的实际控制过程。②锅炉运行优化控制增加到DCS控制系统设定值上的偏置值,需要经过多个安全逻辑检查和安全限判断，才能加入到DCS控制的设定值上,从而保证原控制系统的安全性。③系统优化方案不影响或干扰任何电厂的安全系统、联锁逻辑、报警和DCＳ中预设的停机系统。七优化效果和预期目标7。1优化效果根据基于声波测温装置的锅炉燃烧优化系统在火力发电厂投入运行以来的统计数据来看，无论是锅炉的热效率,经济运行指标还是锅炉负荷的快速响应能力、NＯx排放量都得到了显著的优化或改善。我们有信心基于声波测温装置的锅炉燃烧优化系统会给电厂带来以下的效益：显著提高锅炉效率，减少发电用煤的消耗大幅减少有害气体排放,提高环保指标增强锅炉对煤种、负荷变化的适应性，确保锅炉运行稳定有效监测炉膛燃烧状况，防止锅炉结焦、燃烧失衡对水冷壁的损伤7。2预期指标锅炉热效率提高0．5%－1％NＯx排放降低15%—2５%消除炉膛受热面、过热屏/再热屏结焦问题有效控制过热器、再热器的蒸汽温度，大幅减少减温水使用频率及喷水量延长锅炉大修周期12个月八系统预算约为人民币２00万元和国外相关的类似系统相比,具有很高的性价比。PLC设计与调试课程名称电气控制与PLC应用技术设计题目基于PLC控制的中央空调系统专业班级自动化1141姓名高海风学号1104421110指导教师蔡长青张卓起止时间2014.6.9—2014。6。20课程设计考核和成绩评定办法1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面,给出各项权重,综合评定。该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案.2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结.5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载.课程设计报告内容课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。注：1。课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。2。为了节省纸张,保护环境,便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。12/13学年第二学期PLC应用技术课程设计任务书指导教师:蔡长青张卓班级：自动化1141、2班地点：PLC512教室课程设计题目：基于PLC控制的中央空调系统课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论,加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤,为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础.课程设计内容（包括技术指标）控制面板介绍空调的控制面板如上图所示，使用时，按动启动按钮，根据使用者的需求从左到右依次选择工作模块。（1）制冷制热模块的选择是根据人的操作决定,同时可以选择吹风，定时模式，温度比较是PLC中自动进行的.（2）当室内温度达到设定温度值时，通过PLC自动控制，室内风机停止，当室内温度重新超出设定温度值时，室内风机自动启动。（3）启动定时器时，当定时时间到,室内外风机停止工作。（4）通过变频器控制风机转速,达到变频控制目的，实现最优控制。2、中央空调系统工作过程首先启动冷（热）水泵，当通水管道充满水后，延时启动压缩电机，实现初步节能与安全。此时中央空调启动，可以实现单独房间的控制。打开房间1开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较，启动定时器，定时时间到，室内外风机关闭。打开房间2开关,室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭。打开房间3开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭.注：不同房间单独独立控制不受外部干扰。交流电机正反转控制交流电机由变频器来控制转速，转速分为四级：1200r/min,800r/min，600r/min，400r/min。4、传感器温度传感器:用于室内温度的高低编码器：用于检测电机的转速三、课程设计原则1、尽可能地满足被控对象的控制要求;2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；3、保证控制系统安全可靠；4、考虑到被控对象的改进,在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量。四、课程设计步骤1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务;2、选择和确定用户I/O设备 根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种按钮、开关、继电器和接触器等。3、确定系统整体设计方案,选择PLC型号 确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。由于本设计中只涉及到开关量,因此在选择PLC型号时,只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10％～15%）选择小型PLC。4、控制系统的硬件设计（1)主电路的设计；（2）确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图。5、控制系统的软件设计（1）首先分别设计出全自动洗衣机各部分的控制软件梯形图;（2）整体控制软件梯形图设计。6、联机调试；7、撰写设计说明书.五、时间安排时间内容备注第15周周一集中讲解课程设计要求,分配设计题目,明确任务和具体安排周二调研、查阅资料、给出设计方案周三检查设计方案，周四调整设计方案周五上机调试第16周周一上机调试周二上机调试周三写课程设计报告周四老师对报告进行初步检查周五答辩基本要求(一）课程设计报告1．控制流程图一张（A4）（手绘)2．控制系统硬件设计图一张;（A4)(手绘)3．控制系统软件梯形图一张;(A4）(手绘)4．设计说明书一份,包括以下内容写出设计计划和基本步骤。写出控制要求并画出设计流程图。画出I/O分配表和I/O接线图.画出具体设计的梯形图，并加以注释。写出调试过程和结果。写课程设计小结。（二)成绩评定标准 对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力,综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。 最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0。2、0。4、0。4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。组长：李志萍副组长：祁宇晗组员：高海风、王勇、冯元胜、邢洋任务分配任务一资料准备任务二总体设计任务三绘图任务四绘制梯形图任务五调试任务六报告排版祁宇晗李志萍冯元胜邢洋王勇高海风冯元胜邢洋祁宇晗李志萍王勇高海风祁宇晗李志萍冯元胜邢洋高海风冯元胜摘要随着人们生活水平的不断提高，空调已经作为一件必备实用的家用电器进入了千家万户.中央空调更是凭借它优越的节能性深受大家喜爱，目前，大型商场、医院、娱乐场所等地方中央空调随处可见，方便控制,价格低廉，性能优越会使它越来越普及。直至今日，可编程控制器PLC在我国飞速普及与发展，我们已经可以把PLC与中央空调系统联系起来.本文就主要介绍了，基于PLC所设计的中央空调，功能包括制冷、供暖、定时控制、风速控制、温度比较等控制.详细介绍了设计原理、设计步骤、硬件结构和程序编写。关键字中央空调PLC控制器PLC编程Abstract:Withthecontinuousimprovementoflivingstandards,

airconditioning

hasbeenusedas

anessentialandpracticalhouseholdappliances

intothousandsofhouseholds.

Centralairconditioning

isbyvirtueof

itssuperior

energy-saving

lovedbyeveryone,

atpresent，

largeshoppingmalls,

hospitals，

placesofentertainmentsuchas

local

centralairconditioning

canbeseeneverywhere,

convenient

control，

lowprice,superiorperformance

willmakeit

moreandmorepopular。Untiltoday,

theprogrammablecontrollerPLC

intherapid

popularizationanddevelopmentof

ourcountry，

wecan

associatePLCwith

centralairconditioningsystem。

Thispaper

mainlyintroducesthe

centralairconditioning，

PLC

baseddesign，

including

refrigeration，

heating

function,timingcontrol,

speedcontrol,

temperature

control.

Introducesthedesignprinciple，

designprocess,

hardwarestructureand

program。Keywords:CentralairconditioningPLCcontrollerPLCprogramming目录HYPERLINK\l”_Toc391195931”1绪论11。1中央空调工作原理1HYPERLINK\l”_Toc391195933”1.2中央空调的发展趋势3HYPERLINK\l”_Toc391195934"2设计方案5HYPERLINK\l”_Toc391195935"2。1控制系统的比较52.2中央空调主要指标6HYPERLINK\l”_Toc391195937"2。4电机调速方式选择6HYPERLINK\l”_Toc391195938”3系统硬件设计7HYPERLINK\l”_Toc391195939”3。1控制系统组成（PLC）7HYPERLINK\l”_Toc391195940”3。2传感器7_Toc391195942”3.4电动机介绍8HYPERLINK\l”_Toc391195943"3。5中央空调系统原理图93.6主电路设计9HYPERLINK\l”_Toc391195945”3.7可编程控制器的选择9_Toc391195947"4系统软件设计10_Toc391195949”4。2PLC分配表11HYPERLINK\l”_Toc391195950”5调试115.1现场联机11HYPERLINK\l”_Toc391195952”5。2联机结果13HYPERLINK\l”_Toc391195953"总结14HYPERLINK\l”_Toc391195954”参考文献15HYPERLINK\l”_Toc391195955"附录(一）硬件图16HYPERLINK\l”_Toc391195956"附录（二)流程图17HYPERLINK\l”_Toc391195957"附录(三）梯形图18附录（四)元件清单231绪论中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。采用液体汽化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量.制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.中央空调软化水设备应用范围：全自动软水器:可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理.中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成，制冷系统为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.1.1中央空调工作原理1.1。1水系统工作原理水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环,压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体,流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置,成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩.在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统,制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换，将冷风吹出.1。1。2风系统工作原理新风的传输方式采用置换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时,再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气,集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环.1。1。3盘管系统工作原理风机盘管空调系统的工作原理,就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度.盘管使用的冷水或热水,由集中冷源和热源供应。与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风，通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道，只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点,广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。1。1。4制热原理压缩机吸入低压气体经过压缩机压缩变成高温高压气体,高温气体通过换热器把水温提高，同时高温气体会冷凝变成液体。液体再进入蒸发器进行蒸发，（蒸发器蒸发的同时也要有换热媒体，根据换热的媒体不同机器的型号结构也不同。常用的有风冷和地源。）液体经过蒸发器后变成低压低温气体，低温气体再次被压缩机吸入进行压缩.就这样循环下去，空调侧循环水就变成45-55度左右的热水了。热水经过管道送到需要采暖的房间，房间安装有风机盘管把热水和空气进行热交换实现制热目的。1.1。5水系统工作原理水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环，压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体，流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置，成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩。在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换,将冷风吹出。风系统工作原理新风的传输方式采用置换式,而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法,户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时，再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环。1.1。7盘管系统工作原理风机盘管空调系统的工作原理，就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热,以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风,通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道,只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点，广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。1。2中央空调的发展趋势市场需求是决定空调发展的主要动力，根据目前的市场需求来看，在空调技术方面有两大主流方向:一为变频技术，一为健康技术。在空调类型方面，则以户式中央空调的前景最为乐观。以下我将从三个方面阐述对空调的发展趋势的理解。我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类，家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。目前，市场出售的两类空调都有其局限性:一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑采用中央空调。但是随着社会经济的不断发展与进步，随着居民居住面积的增大，对室内空气品质的要求也越来越高.例如一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间，原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制；虽然有些空调器生产厂家加装了排气扇，但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小,一次性投资较大，只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。通过分析得出户式中央空调的一下优点：①户式中央空调系统是小型化的中央空调系统可满足用户多居室需求，以家庭为单元，可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。②由于户式空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离，这样就保证了宁静的家居环境；符合空调低噪声的发展趋势。③室内末端装置可采用多种方式安装如:暗藏、半暗藏、明装等方式,极适宜配合室内装修,尤其适合高档装修.④由于主机由微电脑控制，在室内可完成全部操作,且操作简便；采用先进的电子控制技术系统可根据实际负荷自动化运行，节约能源及运行费用。在户式中央空调的销售方面,可以和房地产商进行匹配销售。因为对房地产商而言,户式中央空调系统运行可靠、维护量极小、收费直观合理、不需设机房、这样可以减少公用设施和土建投资，降低房地产价格。此外户式中央空调可以分批投资添置各用户的空调系统,这样可以减少资金的固定化。关于变频技术的运用，是由于现阶段的能源紧张所导致的。2004年9月16日国家空谈的强制性能效新标准出台，新标准按空调能效等级分为五级：一级为最高标准其能效指标为3.4；五级为最低标准，能效指标为2。6。一台1。5匹的一级产品每小时用电量不超过1度，五级产品每小时用电量不超过1。35度。从2005年3月1日起达不到最低标准的空调将不允许上市销售。所谓的“变频空调"是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变,传统的定频空调的压缩机转速基本不变,依靠不断地“开、停"压缩机来调整室内温度,其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比的“变频空调”变频器改变压缩机供电频率,调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少,其舒适度得到较大提高。运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果.供电频率高，压缩机转速快,空调器制冷（热）量就大；而当电频率较低时，空调器冷(热）就小，这就是所谓＂定频＂的原理。变频空调的核心是它的变频器，变频技术是20世纪80年代问世的高新技术,它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率,使空调完成了一个新革命;同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电源电压不稳造成空调机不能正常工作的难题。变频每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风速量进行制冷或制热，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同品牌同级别空调器的1.5倍，低温下仍能保持良好的制冷效果。此外，一般的分体机只有四风速可供调节,而变频空调的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化,由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。在空调高功率运转时,迅速接近所设定的温度。这样不但温度稳定,还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对压缩机寿命的衰减,而且耗电量大大下降，实现了高效节能。“变频空调"采用了比较先进的技术，启动时电压较小,可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况,有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。不过，“变频空调”的价位通常较“定频空调”高出几百元。根据目前的变频技术的发展主要表现在以下两个方面:（1）机的驱动方式——从交流变频到直流调速；（2）制技术-—VVVF变频技术,PWM脉宽调速控制技术，矢量控制技术。变频技术的优点：（1）或制热速度快（2）较好的舒适性。（3）变频空调启动时对电路没有大、的电流冲击.然而,通过多年的市场分析可以看到，节能并没有很好的被消费者接受。因为变频空调的节电与否与使用方式有很大关系,如果不是长时间的开着空调那么节电的意义就不突出.所以我认为变频空调是一种趋势，但在近年内为空调企业赢利的空间不大。随着人们生活水平的大幅度提高，追求健康将成为一种时尚，也是一种必然的趋势.经调查显示，未来空调的预期消费9。5％，选择健康节能的比例超过50%，健康与高效节能成为消费者选择的首要因素，达到80.3％，市场上比较认可健康的概念。健康空调的发展历史为：最早是吸污材料,90年代光触媒、冷触媒已经逐渐被淘汰,2000年后，除尘、除垢显得很重要,2004年进入第三阶段，以杀菌、除菌为主导的健康空调技术替代原先技术，而成为市场主流,也使得市场上很多伪健康空调开始出现，各种健康技术也浮出水面，但技术水平差参不齐。这个时候，空调的光波技术横空出世，成为健康空调的主流技术,但以光波技术为代表的企业并不多，只有格兰仕独树光波健康技术大旗,光波技术在我国应用时间较短，市场声音较小，但光波技术是目前市场上最为成熟的健康技术，也代表了行业的发展方向与趋势.2设计方案2.1控制系统的比较（1)PLC系统的特点1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定,而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言,如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。(2)单片机系统的特点:1)要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差.2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3)功能单一知识具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。2。2中央空调主要指标（1)定时设计:根据实际情况,采用定时器方便控制。(2）模式设计：根据实际情况，分为制冷、吹风和供暖,可以相互配合控制。（3）调速设计：采用变频调速.（4)手动环节：手动停机，手动定时.2.3检测电路。（1)温度检测：用于检测当前模式下室内温度高低。(2）转速检测:用于检测电机转速是否达标.2。4电机调速方式选择三相交流电机的调速方式大致分为以下几种：调压调速、调电枢电阻调速、调磁通调速，变频调速。在洗衣机发展过程中，对于速度的调整又有以下几种常见的调速方法：皮带调速、离合器调速、变频调速。在现场,调压调速、调磁通调速都是有一定缺陷的。而皮带调速和离合器调速都是有级调速，能满足的速度需求相对较低，而这两种调速方式对于机械硬件的依赖较高，在有较强干扰时，不能满足电机额定转速的要求，所以自动化程度是欠缺的。但是变频调速通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，并且变频调速是高效调速，调速是转差率不变，因此无转差损耗，而其他调速方式转差损耗随调速范围扩大而增加。故,我们选择变频调速。3系统硬件设计3.1控制系统组成（PLC）PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计. 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。基本构成有：电源、中央处理单元（CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。3。2传感器温度传感器：用于检测和控制当下工作模式室内温度高低。当温度达到设定范围时，传感器发出信号，室内风机停止。编码器：用于检测电机转速,在电压不稳时，检测之后回馈之后调节变频器，使电机达到额定转速。3.3变频器介绍变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。我们使用的变频器是欧姆龙公司生产的。在操作过程中应当注意以下几点事项：（1）防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。(2）防止输入端过电压.变频器电源输入端往往有过电压保护，但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此，在实际运用中，要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果.（3)接地。变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段,变频器接地端子E(G）接地电阻越小越好,接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。信号输入线的屏蔽层，应接至E(G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。在连接过程中，一定要将变频器的接地端与电机的接地端相连。3。4电动机介绍电动机采用三相异步交流电动机.与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路）,载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同.3。5中央空调系统原理图3.6主电路设计3。7可编程控制器的选择根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算,输入点数为12点,输出点数为5点，输入、输出信号都是数字量.增加20%备用量，以便随时增加控制功能：输入点数为：12×(1+20%）=14。4输出点数为：5×(1+20%)=6。0根据I/O点数,可选欧姆龙CPM2*型可编程控制器.3。8可编程控制器的外围接线图4系统软件设计4.1模式介绍顺序进行具体步骤为：启动（热）冷水泵,延时启动压缩电机,打开室内空调开关,自动进行温度比较，智能控制室内风机，选择启动定时器，定时到,室内外风机停止。下面就是工作的详细介绍(以房间1制冷为例）1）PLC投入运行,系统处于初始状态准备好启动；2）启动冷水泵；3)延时启动压缩电机；4）打开房间1开关;5）自动进行温度比较;6）打开定时器；7）温度达到设定温度范围时，室内风机停止；8)温度超出设定温度范围时，室内风机启动；9）延时时间到；10）室内外风机停止；4。2PLC分配表输入地址分配输入地址对应控制电器电器元件代号1。00总启动SA01。01总停止SA11。02冷水电机启动开关SB01。03热水电机启动开关SB11.04房间1开关SC01。05房间2开关SC11。06房间3开关SC21。07房间1定时启动开关SQ01.08房间2定时启动开关SQ11。09房间3定时启动开关SQ2输出地址分配输出地址对应外围电器电器元件代号10。00冷水电机YV110。01压缩电机YV210.02热水电机YV311。00房间1室内风机NV111.01房间1室外风机NV211.02房间2室内风机NV311。03房间2室外风机NV411。04房间3室内风机NV511.05房间3室外风机NV65调试5.1现场联机在所有程序编写完成之后，在试验台进行联机调试，由PLC控制变频器，变频器控制电机电源,再由PLC控制开关从而控制电机运行状况.按照硬件图连接。硬件连接完毕之后,按照段子表连接开关、连接控制端口。电源与变频器变频器电机5.2联机结果联机之后,电机按照预定形式运行。总结PLC（可编程控制器）技术是一门实践性很强的专业课，PLC在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。经过将近两周的中央空调系统PLC课程设计，让我们收获颇丰,不仅熟悉了中央空调的工作过程，同时了解到了其内部硬件电路的构成、每部分电路的设计等，还熟悉了PLC软件开发环境的使用、各种编程指令的应用等.此次软件编程使用的主要为步进指令。基于以前的课程和这次的自己操作，对PLC有了更加深刻的认识。在为期两周的课程设计中，我们去了实地考察能动学院中央空调研究室的空调组件，通过学长们的讲解,明白了一件很重要的事情，生活中的很多事情的背后都有很多和我们专业息息相关的知识。在实际设计过程中，发现一个工业成平中,包含的技术，不仅仅是我们平时看到的那些，很多都隐藏在我们没有注意的地方。而在设计的过程中，我们全组合理分配任务，大家积极讨论，充分锻炼了团队合作能力.在此要感谢我的指导老师段老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大.这次实习不仅历练了我们大家动手实践能力，也是大家更加了体会到相互合作的重要性，一个团队少了谁都不可以,真的可谓是受益匪浅。参考文献［1］韩顺杰，吕树清，蔡长青.电气控制技术。北京大学出版社，2006

［2]蔡杏山。PLC、变频器入门知识与实践教程。电子工业出版社，2011

[3］杨尚威。家用电器.高等教育出版社，2001

［4]唐

介.电机与拖动。高等教育出版社，2003

［5]郑凤翼.图解欧姆龙PLC入门。机械工业出版社，2011

[6]陈

根。家用产品设计.化学工业出版社,2013

附录(一）硬件图附录（二）流程图附录（三）梯形图附录(四）元件清单元件清单名称数量电动机9变频器3PLC1温度传感器1编码器1开关若干指示灯若干导线若干基于PLC的城市供热锅炉水温控制系统设计作者姓名叶凯专业自动化指导教师姓名刘光亚专业技术职务教授目录TOC\o＂1-3”\u摘要１第一章绪论PAGEREF＿Ｔoc170１1451３\ｈ31。1课题背景及研究目的和意义PAGＥREF＿Ｔoｃ17０１14514\h3１。2国内外研究现状3１.３项目研究内容4第二章PLC和组态软件基础5２．1可编程控制器基础52。１.１可编程控制器的产生和应用5２．1.2可编程控制器的组成和工作原理PAGEＲEF_Toc1７0１1452０\h５2。1．3可编程控制器的分类及特点７2.2组态软件的基础8２。２.１组态的定义82.2.2组态王软件的特点82.2.3组态王软件仿真的基本方法8第三章ＰLC控制系统的硬件设计93．1PLC控制系统设计的基本原则和步骤93。1．1PＬＣ控制系统设计的基本原则93。1。2PLＣ控制系统设计的一般步骤93.1.3PＬC程序设计的一般步骤1０3。2ＰLC的选型和硬件配置113。2．1ＰＬC型号的选择１13．２。2S7—200CＰU的选择123。２．3EＭ2３5模拟量输入/输出模块123。2.4热电式传感器１２3.2.５可控硅加热装置简介1２3.3系统整体设计方案和电气连接图１33。４PＬC控制器的设计１4３.4。1控制系统数学模型的建立1４3.４.2PID控制及参数整定１4第四章PLC控制系统的软件设计164.1PLC程序设计的方法164．2编程软件STEP７—－Micro/ＷIN概述1７4．2．1ＳＴEP７-－Ｍicrｏ／WIN简单介绍17４.2。2计算机与PLC的通信184.３程序设计18４.３.1程序设计思路１84．3．2PID指令向导194。3。3控制程序及分析25第五章组态画面的设计29５．1组态变量的建立及设备连接２９5.1。1新建项目295。2创建组态画面335.2。1新建主画面335.2。2新建ＰＩＤ参数设定窗口３４5．2。3新建数据报表34５.２.4新建实时曲线3５5.2．5新建历史曲线３55.２．6新建报警窗口3６第六章系统测试376.1启动组态王３７6。2实时曲线观察３８6。３分析历史趋势曲线38６．４查看数据报表40６．5系统稳定性测试42结束语43参考文献４４致谢4５摘要从上世纪80年代至90年代中期，PＬＣ得到了快速的发展,在这时期，PＬC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,ＰLＣ逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DＣS系统。ＰLＣ具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。本文介绍了以锅炉为被控对象,以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数,以ＰLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PＬＣ梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。电热锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，电热锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前电热锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术,既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度.本文分别就电热锅炉的控制系统工作原理,温度变送器的选型、PＬC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。关键词：电热锅炉的控制系统温度控制串级控制PLＣＰＩDＡBSTRACＴＦromtｈｅｌａstcentｕｒｙto90intheｍid80＇s,PＬChasｂeenrapiddｅｖelｏpmeｎｔinthiｓperiｏd，PLCcapabilityiｎdealingwithanalｏｇanddigitalｃomｐutiｎgpower,man-mａｃhiｎｅinterfaｃecapabiｌitiｅｓaｎdnｅtworｋcapａbilitiesａreｇreａtlyimpｒｏved，PLCgradｕalｌyeｎteriｎgｔhefiｅlｄofpｒｏｃｅsscontroｌ,ｒeplacｅdinsomeaｐplicatｉｏnsｉｎｔhefｉeldofprocesｓcoｎｔｒｏldoｍinａntDCS．PLＣhａsｔｈeverｓatilｉty,ｅasｅofuse，ｗideａｄａｐtation，higｈreｌiabｉlitｙａｎdsｔｒon