【毕业设计】供暖锅炉变频控制系统的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。

从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护维修费用高居不下。

在供暖锅炉系统中带有循环泵补水泵等水泵类设备，根据不同的生产需求往往采用调整阀回流阀截止阀等节流设备进行流量压力水位等信号的控制。

这样，不仅造成大量的能源浪费，管路阀门等密封性能的破坏，还加速了泵腔阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备而影响生产。

目前，风机泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大机械冲击电气保护特性差等缺点。

不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现泵损坏同时电机也被烧毁的现象。

近年来，出于节能的迫切需要和对供暖质量不断提高的要求，加之采用变频调速器简称变频器易操作免维护控制精度高，并可以实现高功能化等特点，因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门挡板阀门的控制方案。

用变频器来对异步交流电动机调速，是八十年代末迅速发展成熟的项高新技术。

它的优点是调速的机械特性好，调速范围广，调整特性曲线平滑，可以实现连续平稳的调速，尤其当它应用与风机水泵等大容量负载时，可获得显著的节能效果。

变频调速节能分析变频调速应用于锅炉系统的风机和水泵等电机的自动控制中，其节能效果明显。

本节将以风机节能为例，详细分析其节能效果。

水泵的节能分析类似。

由流体力学的基本定律可知风机泵类设备均属平方转矩负载，其转速与流量，压力以及轴功率具有如下关系，，即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

图给出了风机中风门调节和变频调速二种控制方式下风路的压力风量关系及功率风量关系。

其中，曲线是风机在额定转速下的曲线，曲线是风机在较低速度下的曲线，曲线是风门开度最大时的曲线，曲线是风机在较小开度下的曲线。

可以看出，当实际工况风量由下降到时，如果在风机以额定转速运转的条件调节风门开度，则工况点沿曲线由点移到点如果在风机开度最大的条件下用变频器调节风机的转速，则工况点沿曲线由点移到点。

显然，点与点的风量相同，但点的压力要比点压力小得多。

因此，风机在变频调速运行方式下，风机转速可大大降低，节能效果明显。

曲线为变频控制方式下的曲线，曲线为风门调节方式的曲线。

可以看出，在相同风量下，变频控制方式比风门调节方式能耗更小，二者之差可由下述经验公式表示其中为风机运行时实际风量为风门开度为最大，电机运行在额定转速时的风量为风门开度为最大，电机运行在额定转速时的功率。

目前，变频调速技术已逐渐为许多企业所认识和接受，随着这项技术的不断发展和完善，它必将得到更加广泛的应用，也必将为认识和假手它的企业带来可观的经济效益。

第三章供暖锅炉控制原理引言现有的供暖锅炉由蒸汽锅炉改造而成的常压热水锅炉，常压锅炉使用安全，对原材料的要求比蒸汽锅炉低，无需控制蒸汽压力，控制精度要求相对要低。

目前国内外对蒸汽锅炉控制的研究已经比较成熟，锅炉控制数学模型基本定型，而供暖锅炉控制相对简单，对其研究不够重视。

本文以火力发电厂蒸汽锅炉的控制模型为参考，提出供暖锅炉的控制模型。

供暖锅炉控制系统属于过程控制系统，其控制的目标是控制锅炉燃烧过程中的出水温度回水温度出水压力回水压力炉膛负压等参数，使锅炉燃烧工况良好，保证设备运行安全，满足用户的供热要求。

在供暖期间，系统根据室外温度的变化分时段控制锅炉的出水温度和系统回水温度。

在室外温度较低的时段内，出水温度的设定值较低，在室外温度较高的时段内，出水温度的设定值较高，进而调节出水供热量。

在时段内，则通过调节热水循环流量对出水供热量进行微调。

锅炉出水温度的调节主要靠燃烧控制系统来实现，而系统回水温度的调节主要靠热水循环流量来调节，出水压力和回水压力的大小由循环泵和补水泵的状态来决定。

调节温度和压力等参数时，采用偏差控制和控制相结合的控制方式。

偏差控制方式应用于系统的开关量输出，控制方式应用于系统的模拟量输出。

偏差控制方式偏差控制是指当热工参数实际采集值与用户设定值之间存在偏差时，系统通过调节些量来减少偏差，直至实际采集值等于用户设定值为止。

但这只是种理想设计，在实际应用中，由于系统误差的存在，实际采集值不可能等于用户设定值。

因此，引入回差的概念，即给用户设定值个可以接受的范围，在此范围内都可认为达到系统设定值。

例如锅炉的出水温度设定值为，温控回差为，则当出水温度满足式时即可。

控制方式偏差控制只能输出开关量信号，对于连续调节的设备，则需要过程控制系统中最常用的控制规律控制方式。

控制，即按偏差的比例积分微分控制，是控制系统中应用最为广泛的种控制规律。

实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的结果。

调节器既能消除静差，改善系统的静态特性，又能加快过度过程，提高系统的稳定性，改善系统的动态特性，是种比较完善的调节规律，只要应本体及管网系统循环泵管理层系统采用两台研华工控机作为上位机，其中台作为主控机，另台为辅控机，构成双机冗余系统。

通过多点接口与下位机进行通讯，对现场锅炉的运行集中监控统调度，实现对锅炉的远程控制。

现场控制层该层以西门子系列可编程控制器为核心，方面通过多点接口与上位机通讯，接收上位机管理层的控制命令另方面运用总线与各变频器进行通讯，分别对鼓风机引风机炉排电机循环泵和补水泵等进行启停控制和电机的转速设定，旦电机启动完毕，即使与上位机通讯故障，系统仍能正常运行。

现场数据采集与变送层这层是集散控制系统的最底层，主要完成现场数据的采集预处理和变送等工作。

这些数据主要包括锅炉的出水温度出水压力锅筒压力炉膛温度炉膛压力以及总出水温度总出水压力总会水压力等。

变送器将采集的温度压力等物理量转换成电压或电流信号并传送给可编程控制器进行数据处理。

系统硬件主机系统两台研华工业控制计算机，其中台为主控机，另台为辅控机，构成双机冗余系统。

为实现与可编程控制器的通信，系统配置有多点接口卡。

可编程控制器西门子系列可编程控制器，具有极高的可靠性极丰富的指令集丰富的内置功能丰富的扩展模块，易于掌握，操作便捷，且具有实时特性。

仪表设备为了提高仪表的抗干扰能力，选用型仪表，仪表输出为电流，保证系统的可靠性。

仪表主要包括温度变送器流量变速器压力变送器液位变送器微压变送器等。

变频控制包括电源控制柜锅炉变频控制柜循环泵变频控制柜和补水泵变频控制柜。

变频器全部采用日本富士山公司系列低噪声高性能多功能变频器，根据电机功率选择不同的型号。

控制柜内配置各种型号大小的断路器接触器继电器等低压电器设备，以完成电机的启停控制。

系统构成补水泵控制系统补水泵系统共有四台补水泵电动机，系统采用两台变频器拖到，台变频器负责拖动两台补水泵，即拖二模式。

系统的电气控制如图所示。

循环泵控制系统循环泵系统有台循环泵，本系统配置两台变频器，才有拖六模式，即用台变频器拖动台循环泵，另外台作为备用。

没太循环泵均通过变频器启动，并根据负荷的变化切换到工频运行，变频器启动下台循环泵，依次类推，最后其中台循环泵变频运行，其他工作循环泵工频运行，剩下循环泵处于停止状态作为备用。

系统的电气控制图如图所示。

第五章控制系统设计西门子系列的硬件系统系列是西门子公司生产的种小型整体可编程控制器，其组网能力强大，编程软件功能完善，功能模块种类齐全，亦有良好的人机画面。

西门子自带通信接口，内置电源和接口。

它结构小巧，运行速度快，可靠性高，具有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时特性和通信能力强大，便于操作易于掌握，性价比非常高，在各种行业中的应用越来越广，成为中小规模控制系统的理想控制设备。

系统组成单元即主机，也可称基本单元。

它内部包括中央处理器存储单元输入输出接口内置和直流电源通信接口等，是的核心部分。

其功能足以使它完成基本控制功能，所有单元单独就是个完整的控制系统。

编程设备是对单元进行编程调试的设备。

可用编程电缆与单元进行连接。

常用设备为手持编程器和装有西门子系列的编程软件的微机。

数字量扩展单元接口单元，用于对数字的扩展。

在工程应用中，单元自带的接口往往不能满足控制系统的要求，用户需要根据实际需要选用不同模块进行扩展，以增加接口的数量。

不同的单元可连接的最大模块数不同，而且可使用的点数也是多种因素共同决定的。

模拟量扩展单元模拟量与数字量转换单元。

控制领域中模拟量的使用十分广泛，模拟量扩展单元可十分方便地与单元连接，实现转换和转换。

智能扩展模块多为特殊功能模块，模块内含有，能够进行运算和功能设置，如定位模块模块模块等。

文本显示器西门子提供的简单易用人机界面。

可使用种文字种的任意种进行显示，为操作人员提供了个方便简洁的操作员界面通过编程设置能够显示最多条信息，每条信息最多有种状态具有个可由用户自定义的功能键，每个都由单元分配了个存储空间，能够在执行程序是的过程种修正参数，或直接设置输入或输出量对程序进行调试。

通信处理模块多通信模块。

通信处理器使接口主站连接部件，专门为型设计，使接口上能运行最多个数字从站，可显著增加系统中可利用的数字和模拟量，便于适应不同的控制系统。

可选扩展卡可根据用户需求配置用户存储卡时钟卡电池卡，通过可选卡插槽进行连接。

系列简介编程方式简介的编程语言是，继承了语言结构化程序设计的优点，用文件块的形式管理用户程序及程序运行所需的数据。

如果这些文件块是子程序，可以通过调用语句，将他们组成结构化用户程序。

这样，的程序组织明确，结构清晰，易于修改。

支持的编程语言非常丰富，有梯形图语句表标准控制语言功能块图顺序控制状态图连续功能图等，用户可以选择种编程，如果需要，也可以混合集中语言编程。

这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编程大大简化，对用户来说，开发输入调试和修改程序极为方便。

本系统中主要采用梯形图和语句表两种语言编程。

梯形图语言最接近于继电器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被般的电气工程设计和运行维护人员所接受，使初学者理想的编程工具。

语句表语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员，它使用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件