基于PLC的锅炉汽包液位控制系统设计_课程设计论文.doc

基于PLC的锅炉汽包液位控制系统设计 摘 要 锅炉是钢铁、石油、化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备，所产生的高压蒸汽既可作为驱动的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。例如电厂里的汽轮发电机，就是靠锅炉产生的一定温度和压力的过热蒸汽来推动的，化工厂里许多换热器的热源大多是锅炉提供的蒸汽。为适应生产的需要，锅炉的大小、型号也是各种各样。锅炉的大小是以锅炉每小时产生的蒸汽量来衡量的，小型锅炉每小时产几吨蒸汽，大的锅炉每小时能产200t 以上的蒸汽，蒸汽压力有高、中、低之分。在应用类型上，可将锅炉分为动力锅炉和工业锅炉，其中工业锅炉又分为辅助锅炉、废热锅炉、快装锅炉、夹套锅炉等。锅炉的燃料也各不相同，有燃气型、燃油型、燃煤型和化学反应型等。 锅炉产生蒸汽的压力和温度是否稳定、锅炉运行是否安全，直接影响到生产能否正常进行，更关系到人员和设备的安全与否，因此，锅炉的过程控制十分重要。工业蒸汽锅炉是一个复杂的控制对象，为了保证锅炉能够提供合格的蒸汽，生产过程中的各工艺参数必须严格控制。在这些工艺参数中，锅炉汽包水位是一个非常重要的参数，水位的大小不仅是影响蒸汽质量的主要因素，而且将水位控制在一定的范围之内是保证锅炉安全运行的必要因素。 关键词：锅炉汽包；三冲量；PLC；PID； 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型 流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点，广泛应用于封闭工业管道中液体、汽体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。该流量计的部分技术参数如下： ①测量介质：蒸汽、汽体、液体 ②传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高 ③传感器内无可动部件，结构简单而牢固，压损小、维扩量小、使用寿命长 ④范围度宽达10：1～15：1 ⑤测量范围：正常工作范围，雷诺数为20，000～7，000，000；输出信号不受液体温度、压力、粘度及组份影响。测量可能范围，雷诺数8，000～7，000000 ⑥精度等级：液体，指示值的±1.0%；蒸汽，指示值的±1.5%⑦输出信号：a.电压脉冲　　低电平：0-1V；高电平：大于4V；占空比为 50% b.电流: 4～20mA(三线制) （3）输出控制电路 PLC根据采样的相对液位数值对其进行相应规则的计算、处理、判断后，得出控制结果，输出相应的控制信号，模拟量输出模块我们选择EM232，它有两个模拟量输出点，可满足要求。 电机是锅炉汽包供水的动力设备，电机的准确选型关系到汽包能否准确供水进而影响到汽包水位的稳定，经查阅资料可知选用功率为100Kw的三相异步电动机完全可以满足工作要求 ，由于使用变频调速不必选用绕线型异步电动机，选用鼠笼型电机就可以满足要求。济南华力贝尔机电设备有限公司生产的YJTG三相变频调速电机专门为变频调速设计可以根据技术要求订货设定其额定电压为380V额定功率为100Kw。 变频器是电机的供能设备，合理选择变频器关系到电机能否正常工作为汽包供水。由电机的选型可以知道电机在50Hz三相交流电下工作时电机的功率大约是100Kw，我们可以选择罗克韦尔公司的1336PlusII系列1336F-B150型号的变频器。该变频器可以输入380V-480V 50/60Hz三相交流电，输出380-480V三相交流电并通过控制信号控制其输出频率，其容量是149Kw，可以满足设备功率要求。该型号变频器具有丰富灵活的控制接口，可以通过控制信号方便地改变变频器的工作特性。 至此，系统硬件电路设计完成，系统的总体框图如图2.4。 图2.4系统硬件原理图 2.2系统软件设计： 整个控制系统的软件包括以下几部分: 液位的实时采集，电机调速，算法的控制( 这里采用PID 算法)等功能。本系统的软件结构采用了总分的形式，即PLC一直在运行主控制程序，然后主控制程序根据各种条件来运行和调用各子程序，用来实现各种功能。这种总分设计方式使得软件简单明了，一看便知，并且在调试起来时也特别方便。系统的程序设计框图如图2.5。 图2.5系统软件原理图 第三章 PID调节规律的选择及参数整定 众所周知，要使控制系统具有良好的控制性能，除了必须正确的选取、设计控制方案以外，还必须正确的选择控制算法并进行参数整定。 在控制系统中，按照给定信号和反馈信号之间的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象─“一阶惯性＋纯滞后”与“二阶惯性＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态