基于PLC实现的锅炉水位监控系统设计完成.docx
《基于PLC实现的锅炉水位监控系统设计完成.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PLC实现的锅炉水位监控系统设计完成.docx(39页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 毕业设计基于plc发电厂锅炉水位控制系统设计摘 要在锅炉水位监控系统中,水位是一个很重要的控制参数,它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。本次设计是合理控制水位,其控制方案是于GE90-30 PLC实现三冲量调节系统,即前馈-串级复合控制系统。本文介绍的是基于PLC实现的锅炉水位监控系统设计,设计中主要解决的是确定锅炉水位的控制方案、系统控制设备选型、PLC梯形图的编程、系统配置、IO配置、上位机工艺操作界面组态的设计。本锅炉水自控设计选用的美国GE Fanuc自动化公司的90TM-30系列PLC可编程序控制操作站GE Fanuc自动化公司用GE90-30 PLC来实现锅炉水位监控,可以提
2、高锅炉的自动化控制水平,维持水位在给定范围内,保证了锅炉安全运行,降低工作人员的劳动强度,取得了较好的经济和社会效益。关键词: PLC 水位 三冲量调节系统 监控软件Abstract feed-forward complThe article describes the design of based on PLC. The problems solved in the article are the control scheme of , equipment selection, the program for ladder diagram of PLC, IO configuration
3、and the design for the technological operation of PLC, in the design, we choose 90TM-30 series PLC made by automation company GE Fanuc in America with programmable controllers as input and output passages, which realizes data testing and output control in the scene. We choose automatic monitored sof
4、tware CIMPLICITY HMI 4.01 (300 points) produced by GE Fanuc automation company in America as operation station which can realize configuration design for operation station and realize data testing and output control in the scene. As a result, this can realize the control for the . GE90-30 PLC. It ca
5、n not only improve the standard of automatic control ofKey Words: PLC Water Level of Steam Manifold Tri-Impulse Controlling System Monitoring and Controlling Software引 言在锅炉水位监控系统中,水位是一个很重要的控制参数,它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。水位是保证锅炉安全运行的必要条件。锅炉水位过高,会影响水内汽水分离装置的正常工作,造成出口蒸汽中水分过多,结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏,同时会使过热蒸汽汽温产生急
6、剧变化,直接影响机组运行的经济性和安全性;水位过低,则由于水内的水量较少,当负荷很大时,水的汽化速度很快,因而水内的水量变化速度很快,如不及时有效控制,就会使水内的水全部汽化,导致锅炉被烧坏或爆炸;在燃料量不变的情况下,蒸汽流量突然增加,导致水内压力骤然下降,水内水沸腾加剧,气泡增多,将水位抬高,导致虚假的水位上升。即假水位现象同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而锅筒的体积相对来说较小,所以锅炉水位控制显得非常重要1-2。在锅炉水位控制中被控变量是水位,操作变量是给水流量,给水量的变化不仅影响水位,而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等都有影响。它主要受考虑水内部的物料平衡,使给水量适应锅炉的蒸汽量
7、,维持水中水位在工艺允许范围内。维持水位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件。锅炉水位控制的任务是控制给水流量,使其与蒸发量保持平衡,维持锅筒内水位在允许的范围内变化。锅炉长期在高水位下运行,已成为高参数水锅炉普遍存在的问题。研究水内部实际水位与理想水位差值的成因,并设法修正和消除这个差值,合理控制水位,保证锅炉安全运行有着重要的现实意义。锅炉水位监控系统在发生扰动的情况下,控制器采用PID控制策略3,提高了系统在恶劣情况下的抗干扰能力和控制系统的鲁棒性能,保证了生产过程的稳定和安全。在锅炉水位控制系统中,将PID算法融于PLC控制系统,取得了良好的控制效果。PLC对整个锅炉的运行进行监测
8、、报警、控制,以保证锅炉正常可靠地运行。PLC实现的计算机控制系统可以提高锅炉设备的自动化控制水平,降低工作人员的劳动强度,取得了较好的经济和社会效益4-6。 蒸汽锅炉是用于满足生产规模扩大和民用供热的工业锅炉,其操作和控制从人工及仪表进入了微机时代7。微机监控装置经历了以下几个阶段:单板机、单片机、一般微机配工业接口板、工控机、可编程调节器、DCS集中分散型系统及PLC计算机控制系统,其发展过程体现了设备档次由低到高,由通用微机设备到工业专用设备,由自制设备到产品化标准设备的演变过程。国外发达国家的工业锅炉,已有成熟的控制系统,例如:日本横河、北辰的YS-80/100、美国霍尼威尔的9000
9、、德国西门子的Teleperm-D等。一般是仪表的微机化或DCS系统8-9。这些装置的优点是可靠性高、功能强、组态灵活,代表着自动控制领域的发展方向,缺点是不适合我国工业锅炉实际情况,成本很高。先进控制策略的发展主要向预先控制、自适应控制、智能控制、模拟控制等方面发展。目前,国内外水位控制策略采用三冲量控制、模糊控制及PID自校准与自调整的比较多,特别是前2种,其中模糊控制主要是朝智能化方向发展,表现在模糊控制与智能控制的结合,采用遗传算法优化模糊控制等。它避免了只凭经验和试凑法设计模糊控制器所存在的困难和盲目性,有效地提高了模糊控制器的控制品质,FNN 的结构考虑了模糊推理及模糊规则,主要解
10、决的问题是:规则的完整性、规则的优化和控制系统的稳定性;PID自调整、自校正主要采用不同的优化方法对参数进行自调整;预测函数控制、广义预报自适应控制、模型参考自适应控制等基于模型的控制方法发展的比较少,具体在实际应用过程中应用的则更少;前叙的各种水位控制策略各有优缺点,引入水位噪声的因素,并基于这些控制策略开发新的控制策略将是项很有意义的工作,也是可行的11-12。控制设备方面以往的单元组合仪表及计算机集中控制方式(如DDC,SPC等)已被淘汰,目前国内外大多采用商品化的分布式计算机控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controllers,PLC)计算
11、机控制系统13。其控制对象方面:受约束的MIMO(多输入多输出)系统,控制目标考虑操作条件的最优化。其控制方法的发展趋势为:结合最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术的现代集成制造系统(CIMS)。目 录摘 要IAbstractII引 言III第1章 系统的总体设计11.1设备的选择11.2 PLC与过程监控软件的选择21.3控制方案的选择2第2章 锅炉水位的设计42.1 工艺流程42.2 自控模型42.3 技术路线6第3章 系列GE90-30 PLC93.1系列GE90-30 PLC特点93.2系列90-30 PLC系统配置93.3 PLC安装结构及设备组态103.4 I/O地址分配113
12、.5 PLC编程软件13第4章PID控制算法及PLC编程134.1 PID控制算法134.1.1控制算法144.1.2 CV幅值和速率极限144.2 PID调节器PLC编程15第5章 监控软件及组态设计225.1 监控软件CIMPLICITY HMI简介225.2 CIMPLICITY HMI运行环境245.3 CIMPLICITY HMI操作主画面245.4 调节器组态设计25结 论27参考文献28附录129第1章 系统的总体设计1.1设备的选择控制设备方面以往的单元组合仪表及计算机集中控制方式(如DDC,SPC等)已被淘汰,目前国内外大多采用商品化的分布式计算机控制系统(DCS)与可编程逻
13、辑控制器(Programmable Logic Controllers,PLC)计算机控制系统。其控制对象方面:受约束的MIMO(多输入多输出)系统,控制目标考虑操作条件的最优化。其控制方法的发展趋势为:结合最优化技术、计算机网络与数据信息处理技术的现代集成制造系统(CIMS)。控制设备的选择:首先系统还需对原水量、蒸汽产量及燃料消耗量进行流量计量,以便工厂进行投入产出核算,它是现代数据信息处理技术的重要研究方面。尤其是产品产量及能耗指标的准确性、经济性一直是国内外工程技术人员和科研人员关注热点。合理地原材料消耗及实时性的准确汇总、科学的报表统计,它关系到生产管理、成本核算、提高经济效益大问题
14、。分布式计算机控制系统(CS)和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controllers,PLC)计算机控制系统配有多种通讯协议,支持多种现场总线技术,为数据信息处理技术的实时性、准确性实现提供了保障。其次系统生产过程的重要参数和设备运行状态进行实时控制及检测,以往采用众多数字显示仪表进行现场参数检测的方法被取代为计算机分组画面检测,同时实时趋势画面,历史趋势画面,更加有利于多手段、多方面集中监测生产过程运行状态。对于设备运行控制可实现集中操作、故障分散设计手段,且其运行状态配以报警画面及声光提示,更有利于生产设备的安全运行。它是分布式计算机控制系统(DCS)和可编程逻辑
15、控制器(Programmable Logic Controllers,PLC)计算机控制系统的性能及特点的具体体现,是目前国内外普遍采用的先进的手段。因此硬件设备将在商品化的DCS系统与PLC计算机控制系统选择。鉴于国外DCS系统硬件成本较高,本着即要充分考虑设备的先进性、运行可靠性、实用性、可维护性,又要保证满足系统功能设计要求,使先进的监控手段得以实现,并要为厂家降低经费投入的硬件设备选择原则,系统硬件设备可以采用国产的DCS系统或国外的PLC计算机控制系统。由于国产的DCS系统比国外的可编程逻辑控制器计算机控制系统成本投入略高,同时国外的PLC控制系统已不仅仅数字逻辑控制,也已具有模拟量
16、输入、输出模块及其它各种多功能模块,使完成系统设计的各项功能已不成问题。同时,系统监控软件如也选择统一厂家的,将使系统软件和硬件设备有机结合,可保证系统运行可靠性、稳定性。因此系统硬件设备选择PLC系统。1.2 PLC型号选择世界著名厂家的可编程控制器及过程监控软件如表1-1所列。通过下表PLC和过程监控软件的比较和研究内容的需求,最后选择了S7200系列PLC本系统下位机采用美国GE Fanuc自动化公司的系列90TM-30 PLC可编程序控制器实现对现场设备生产过程的实时监控。该系列PLC模块具有成本低、性能高、安全性好、易于组态和便于安装等特点,它的CPU具有十分强大的功能,内装PID,
17、结构化编程,中断控制,间接寻址及各种功能模块,能方便地完成各种复杂的操作。表1-1 著名厂家的可编程控制器及过程监控软件生产厂可编程控制器过程监控软件ABSLC500RSview32组态软件松下FP0系列PLCiFix V3.0组态软件OMRONCJ1系列PLCiFix V3.0组态软件SIMATICS7-400/M7-400 PLCInTouch8.0过程可视化组态软件三菱A系列PLCIntellution FIX上位组态软件GE Fanuc90-70/30/20系列PLCGE CIMPLICITY HMI西门子S700WinCC V4.0 监控组态软件1.3控制方案的选择典型的锅炉水位控制
18、策略包括单冲量、双冲量和三冲量。由于单冲量、双冲量及单级三冲量控制策略比较简单,并且难以适应现代各种复杂锅炉的控制要求,目前各种锅炉水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。锅炉水位的单冲量控制系统:这里指的单冲量即水位,这种控制系统是典型的单回路控制系统。当蒸汽负荷突然大幅度增加时,由于假水位现象,控制器不但不能开大给水阀增加给水量,以维持锅炉的物料平衡,而是关小控制阀的开度减小给水量。等假水位消失后,由于蒸汽量增加,送水量反而减少,将使水位严重下降,波动很厉害,严重时甚至会使水位降到危险程度以致发生事故。因此对于停留时间短、负荷变动大的情况,这种的系统不能适应,水位不能保证。锅炉水位的双冲量
19、控制系统:在水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化。如果根据蒸汽流量来起校正作用,就可以纠正虚假水位引起的误动作,而且使控制阀的动作十分及时,从而减少水位的波动,改善控制品质。将蒸汽流量信号引入,就构成双冲量控制系统。这是一个前馈(蒸汽流量)加单回路反馈控制的复合控制系统。这里的前馈系统就仅为静态的前馈,若需要考虑两条通道在动态上的差异,需加入动态补偿环节。这个控制系统有两个缺点,控制阀的工作特性不一定成为线性,对于蒸汽负荷变化要做到静态补偿比较困难;而对于给水系统的扰动仍不能克服。三冲量控制系统的特点:此系统是前馈-串级控制系统。其前馈控制是根据蒸汽流量来起校正作用,以纠正虚假水位引起的误动作
20、,而且使控制阀的动作非常及时,从而减少水位的波动,改善控制品质,其串级控制对于主要调节器是保证水位的静态准确性,同时副调节器能快速克服给水阀前压力波动干扰。在此设计中也采用三冲量水位控制调节系统。水位调节重要性是维持水位在一定范围内,它也是保证锅炉安全运行的重要条件14-16。原因:(1)水位过高会影响水内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,在过热器管壁结垢,导致损坏。同时过热蒸汽温度急剧下降,会毁坏锅炉。(2)水位过低,水量较少,当负荷较大时,水的汽化速度快,如不及时控制,水内水会全部汽化,导致水冷壁烧坏,甚至爆炸。根据水位条件的重要性和此设计中对水位的要求使用三冲量控制其优点是(1)系统适合于对
21、于水位要求严格或变化频繁、虚假水位严重的系统。(2)对信号的静态配合要求没有那么严格,主调节器能自动校正信号配合不准所引起的误差。(3)可以实现无差调节(不存在稳态配合问题)。三冲量调节系统,即前馈-串级复合控制系统,它的设计思想是:以锅炉水位测量信号作为主控制信号,构成主调节回路,以蒸汽流量信号作为前馈信号,构成前馈调节回路,总给水流量作为串级信号,构成副调节回路,由主调节回路、前馈调节回路、副调节回路来共同构成锅炉水位串级三冲量自动控制系统。第2章 锅炉水位的设计2.1 工艺流程本设计的工艺流程是原水原水前处理原水罐水水换热器汽水换热器除氧器储煤器水液位。系统具有五个调节回路,如水液位的控
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PLC 实现 锅炉 水位 监控 系统 设计 完成
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。