第11章计算机控制系统实例.

第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术1第11章计算机控制系统实例ExampleofComputerControlSystems第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术2•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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术311.1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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术4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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术511.1.1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。第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术6第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术7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。第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术8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；第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术9第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术10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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术1111.1.2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。第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术12第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术13第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术14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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术15第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术16第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术17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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术18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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术19第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术2011.2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结束语第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术21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。系统总体方案见图第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术22第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术23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第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术24第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术25第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术26第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术27第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术28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、抗干扰能力强、使用方便，集控制与管理于一身，特别适合于在各种型号的硫化控制中推广第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术29本章小结•计算机控制系统设计原则和步骤•系统工程设计与实施第11章计算机控制系统实例2019/12/20计算机控制技术30•工业锅炉计算机控制系统•硫化机计算机群控系统本章小结