基于sm西门子CS的锅炉综合过程控制.docx

基于西门子PCS7的锅炉综合过程控制摘要锅炉是一种能量转换设备，在我国的国民经济发展中占有着里要的地位，电力、机械、化工、冶金、纺织、食品、造纸等行业，以及工业和民用采暖都有着锅炉的身影。以工业上最常见的自然循环锅炉作为被控对象,根据锅炉的主要控制参数，成分，温度，压力，流,液位，区分来说就是锅炉的产汽JI,过蒸蒸汽出口温度以及压力，燃料,汽包水位,烟气含氧量，风量，炉膛负压等等，并分析其工艺流程和动态特性的，结合安全、稳定等控制要求设计出了锅炉系统的总体控制方案。采用SMPT-I(X)O仿真过程控制设备，根据控制方案三个层次的要求：生产要求，安全要求和优化要求以及锅炉的详细控制参数,设计工程有前馈-串级控制系统，串级控制系统，双闭环比值控制系统，前馈-反馈控制系统和单回路控制系统，并使用西门子集散控制系统DCS中PCS7软件编程，煽程顺序有OS组态，AS组态，组态下载,CFC连续功能图与SFC顺序功能图的编译与下载，WINCC的在线监控以达到优化控制系统的设计目的。关键词：PCS7;SMPT-1000;过程控制；锅炉Integratedprocesscontro1.ofboi1.erbasedonSiemensPCS7simu1.ationAbstractBoi1.erisakindofenergyconversiondevice,inourcountry,thedeve1.opmentofnationa1.economy,p1.aysanimportantro1.e,e1.ectricpower,machinery,chemica1.industry,meta1.1.urgy,texti1.e,food,paperandotherindustries,andindustria1.andcivi1.heatinghasafigureoftheboi1.er.Inindustrythemostcommonnatura1.circu1.ationboi1.erasacontro1.1.edobject,accordingtothemainntro1.parametersoftheboi1.er,composition,temperature,pressure,f1.ow,1.eve1.,distinguishitisboi1.ersteamproductionquantity,superheatedsteamout1.ettemperatureandpressure,theamountoffue1.,drumwater1.eve1.,oxygencontentinf1.uegases,air,vacuumfurnaceandsoonandana1.ysistheprocessanddynamiccharacteristics,mbinigwiththesafeandstab1.entro1.requirementstodesignthecontro1.schemeoftheovera1.1.systemofboi1.er.Thesmpt-1000simu1.ationprocesscontro1.equipment,accordingtotherequirementsofthentro1.schemeofthree1.eve1.:productionrequirements,safetyrequirementsandrequirementsandboi1.erwithtro1.parameteroptimization,engineeringdesignwithfeedforwardcascadecontro1.system,cascadentro1.system,thedoub1.ec1.osed1.pratiocontro1.system,feedforwardfeedbackcontro1.systemandasing1.e1.oopntro1.system,andtheuseofSiemensdistributedcontro1.systemDCSPCS7softwareprogrammingandsequentia1.programmingwithOSconfiguration,nfigrationofatherosc1.erosis,down1.oadnfiguration,CFCcontinuousfunctiona1.diagramandtheSFCsequentia1.functionchart,compi1.eanddown1.oad,WinCCon1.inemonitoringtoachievetooptima1.ntro1.systemisdesigned.Keywords:PCS7;SMPT-1000;processcontro1.;boi1.er41IABSTRACTI1.1堵论12仿真设备与软件的介绍52.1 SMPT-100O仿真设备52.1.1 SMPT-1000哽件组成52.1.2 SMPT-1000软件系统72.2 西门子PCS7系统83锅炉控制方案的设计133.1 仿真锅炉的设计瞟则143.2 仿真锅炉的工艺流程153.3 分析并设计系统的方案164情炉系统方案的实现194.1 控制方案的耍件组态194.1.1 AS襄件组态20412编辑哽件变表214.1.3 OS站蛆态234.1.4 网络连接组态与下载244.2 控制方案的软件编辑254.2.1 CFC连续功能图组态284.2.2 SFC顺序流程图组态344.2.3 W1.NCC组态345锅炉系统方案的运行与参数的整定385.1 系统方案的运行385.2 P1.D参数的整定40结论1致谢2参考文献31绪论锅炉作为工业过程中的大型动力设备，不仅在电力化工领域有着广泛运用，同时又能产出巨大热能，即分裂精僧原油也能干燥气体，所以锅炉在工业领域中也有着举足轻重的地位。能应用于加热水使其转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽式锅炉,也称之为蒸汽发生器:能应用于加热水使其提高温度转变为热水锅炉,称为热水式锅炉，而应用于加热有机热毂体的锅炉又称为有机热载体式锅炉。从能源利用的角度来看,锅炉是种能源转换设备，在锅炉中,一次性能源（燃料）的化学贮藏通过燃烧过程转化成为燃烧产物（烟气和灰渣）将所载有的热能,又通过传热过程使热量传递给中间的载热体（例如水或蒸汽）,然后依靠它将热送到用热设备中去。这种传输热的中间的载热体已经属于二次能源.因为它的用途是向用能的设备提供能量。当中间载热体应用于热机中进行热与功转换时,就叫做为“工质”。如果中间的载总体只是给热设备传检并且提供热量以进行热利用的话,那么通常被称为“热媒锅炉也能按其用途分为电站锅炉、船舶锅炉、工业锅炉和机车锅炉等四类。前两类称为固定式锅炉,那是因为安装在固定基础上并且不可移动的。后两类便称为移动式锅炉。当今社会发展的迅速，特别是工业领域规模的不断壮大.我们也对能源需求越来越急切。同时我们现在的环境也要求锅炉控制的安全和环保，然而锅炉的工作环境却星高压高二氧化碳排放高温，怎么安全、有效和环保的控制使用锅炉已然成为工业领域上重要的课题。锅炉按照结构、燃料性质、容量大小、压力大小、用途和能源类型，亦可分为不同类型，锅炉工艺需求据锅炉类型不同也是多种多样，相应的控制方案也大不同。伴随着工业自动化水平的步步提高，我国的石油化工等大型企业对工业锅炉的控制要求也加强了。在许多工业过程的使用中，锅炉中存在许多缺点，如耗能大，气压不稔,热效低等等。锅炉的控制包含了多个控制回路，例如压力控制回路，燃烧控制回路，液位控制回路，安全联防及温度控制回路等等，其中燃烧的过程是多输入多输出非线性的过程,而温度系统具有较大的惯性以及滞后性。所以，锅炉过程总体上来说是一个非线性时变的动态过程。目前，在国际工业控制领域范围内，复杂的系统控制，除去了采用经典PID控制.还有采用模糊的控制理论来设计先进的控制方案。模糊控制方案都具有灵活多变性，且与自适应的控制理论互相结合，能消除模糊控制带来的稳态偏差,并且这种控制方案已然成功的应用到许多先进复杂系统中去。模糊控制第一步先通过对系统被调采样得出的实际信号:然后将这些实际信号通过数据转换,得到模拟量;通过查表得出模糊决策；最后，根据模糊决策，得到控制信号，并将其送到执行机构去控制调节。模糊控制的控制效果是否精确,取决于决策表的编制是否合理。决策表总结了专业人员的技术经验及思维模式，使得系统更适合控制要求。如今，自控技术已成为锅炉控制不可或缺的一部分，它是提高锅炉整体性能,保持其高效环保运行的重要技术。但是，锅炉设备具有非线性、时变特性，同时，主流控制技术存在多种缺陷,比如滞后性和惯性。这些因素导致锅炉系统，在当前时期仍不能实现全自动化控制。现在，P1.C的各方面都有飞跃地发展，比如，模拟、仿真、高等运算算法及通讯网络方面，并逐渐适应国内石油化工、轻工业、汽车制造业、机械制造业及精细加工等领域均有较好的应用。介于P1.C仪表工控功能逐渐提高对电池要求较DCS低，用于回路控制有较好的效果，并有自动，半自动，手动等操作，P1.C在某些领域逐渐替代了独占鳌头的集成控制DCS,比如，在化工领域锅炉控制上，P1.C就有就好的应用效果。P1.C不仅具有传统的PID控制模块，还结合计算机高级运算算法进行智能控制,比如，模糊控制、神经系统控制、及其他先进控制。在燃烧系统上,利用模糊控制原理，采用模拟信号，采集炉温,建立控制杳询表，根据温度偏差输出变频器变化信号，有效控制炉温。神经系统在这一方面也有应用,将PID的参数设为BP神经网络输出，调节神经网珞W值，实现网络自我学习的功能，精确调整控制参数，达到控制效果。自适应控制在炉温控制上，也取得较好的成果。首先建立控制系统数字模里,再结合自适应PID控制算法，得出控制结论，精确稳定控制炉温。针对锅炉是1个多输入和多输出的系统，具有非线性、强域合、大滞后等特点，本设计在分析其工艺流程和动态特性的，结合安全、稳定等控制要求基础上，综合考虑节能减排的要求.提出了锅炉系统的综合自动控制方案，包括：汽包水位控制系统、燃料流量控制系统、烟气氧含量控制系统、炉膛负压控制系统、过热蒸汽出口压力控制系统、过热蒸汽出口温度控制系统、过热蒸汽出口压力控制系统、过热蒸汽出口流控制系统等7个部分。并采用版本为V8.0up1的PCS7过程控制系统和高级多功能实训过程控制系统(SMPT-100O)的锅炉单元实施已经设计好的控制方案，由PCS7中提供的连续功能图CFC与顺序功能图SFC实现该方案从冷态开车到最终达到稳态整个过程，并用WinCC实施在线监控。实验结果证明，该锅炉系统控制方案能够保证整个开车过程的平稳运行，不仅满足了控制要求，还具有一定的抗干扰性。辽宁科技大学本科生毕业设计2仿真设备与软件的介绍2.1 SMPT-100O仿真设备在本次课题设计中，所用到的是仿真设备是SUPerMu1.tifunctionProcessContro1.TrainingSystem即SMTP-1000,它是最新一代的高级多功能过程控制缘合实训系统，一个包括多种工业生产工艺的一套仿真系统，有锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可拆分为以下六种生产工艺过程：设备级和单员级工艺流程1 .非线性液位与离心泵系统工艺流程2 .动力除氧系统工艺流程3 .高阶换热系统工艺流程4 .加热炉工艺流程水汽热能全流程工艺1 .锅炉系统工艺流程2 .蒸发器工艺流程2.1.1 SMPT-1000硬件组成SMPT-100O运用高精度动态仿真技术,将实际工业装置的各种对象特性用数字化手段完整地在小型化半实物实版装置上得到再现。由于实珀对象特性与工业装置完全一致,多种信号与通信方式、数十个检测点与十多个执行机构可自由地设计、探索各种控制算法与方案,更加真实地模拟了实际工业现场的操作场景。1 .流程设备盘台：SMPT-1000由小型流程设备操作台、数字式软仪表与接口硬件、系统监控软件和过程模型软件4部分组成。这4部分通过小型实时数据库和实时数字通信协调运行,完成复杂的半实物模拟实版。SMPT-100o采用空间立体分布设计,所有变送器、执行器均分布在实际位置,具有很强的工业感。调节阀管路设计符合工业现场,安装了前、后阀和旁路阀,可以模拟调节阀故障,调节阀特性可以在快开、线性、等百分比、抛物线4种特性中任何选择。本系统采用动态定量数学模型模拟真实工艺流程,并提供各变量的当前值。该实验系统的最大特点就是每个反应设备和执行机构的参数均可以改变,以便模拟各类真实的工况场景。为满足设计、组合多种多样的控制方案,以及获取被控参数曲线等需求,系统还自行开发了专用的VC+控制系统图形组态软件。2 .控制方式：SMPT/000可以通过AI/AO、D1.Q0、Profibus.OPC与各种P1.C、DCS或工业控制计算机等控制器相连,同时配备有操作与联锁停车控制台。与西门子的PCS7可以蛆成现场站、控制站、操作站三级完整的工业控制环境。本文采用ProfibusQP方式完成过程控制实脸开发。Profibus-DP的设计可代替制造自动化中传统的24V并行信号传输,过程自动化中420mA或HART模拟信号传输。SMPT-1000全部设备运用动态的仿真技术,完整地保留了对象动态特性，涉及到的燃烧和换热等环节，均实现锅炉过程数字化，并能将其完整的体现出来，如图2.1。图2.1SMPT-1000各部分坦件图2.1.2 SMPT-100O软件系统SMPT-1000软件系统包括上位机软件SMPT1.AB,实时仿真引擎软件Smptruntime,以及其他软件和硬件接口软件。1 .上位机软件SMPT1.AB实现实验项目的管理，实时数况的监视，控制系统的组态等日常实验功能。2,实时仿真引擎软件SMPTRUNTIME完成实时动态仿真计算以及数据管理功能，目前能够实现以下动态仿真模型：非线性液位与痛心泵动态仿真模型、动力除氧动态仿真模型、高阶换热动态仿真模型、加热炉工艺流程、工业锅炉动态仿真模型、蒸发器动态仿真模型以及水汽熟能全流程动态仿真,如图2.2oma僧祖就,fE61EhK1.W-×r二帝虢8射击心力“u1.g1.1.a<a1.a<a1.¾01s1.一gj1.wbjI101.三1，区(Ob二Y二:/_:-.c,1.o¾w0"d1.¾1b¾>0>.ow;图2.2SMPT1.AB软件运行图,"T.，心力12.2西门子PCS7系统西门子PCS7系统是完全无疑集成的自动化解决方案。可以应用于所有工业领域,包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进的过程控制系统,SIMATICPCS7形成了一个带有典里过程组态特征。PCS7是西门子的DCS系统,基于过程自动化，从传感器、执行器到控制器，再到上位机,自下而上形成完整的TIA（全集成自动化）架构。主要包括Step7,CFC.SFC.SimaticNet和WinCC以及PDM等软件，组态对象选用S7-400高端CPU,-般应用于钢铁和石化等行业。PCS7并不等同于Step7+WinCC,PCS7中的OS中的很多模板和画面都是在Step7中用CFC和SFC自动生成的.变量记录和报警记录也都是由Step7中编译传送到WinCC中去的，并不需要象使用普通WinCC那样手动组态画面、变量记录和报警记录.如图2.3。图2.3实验室西门子PCS7系统在本次设计的DCS控制系统中使用到的硬件包括如下订货号为407-0KA02-0AA0的电源PS40710A;订货号为412-5HK06-0AB0,P1.C版本为V6.0的CPU412HPN/DP;订货号为443-1EX30-0XE0,CP版本为V3.0的CP443-1,如图2.4和2.5»过程控制级纲成设备<a：<,'*t；¼t*tMa11tAayft<24VDC)工分*<<X(过程卷，筑)：经常被通俗地钵为上位机在此处运行PCS7系统软件和应用软件.iiI,可以既实凫工程师玷(ES)功能，又完成操作员站(OS)任务.而站合一。夕图2.4PCS7上位机CPU(AM»)<<MnW<.P4.M.RS?+HttaHSIMATK：S70M.<Ft.*1.rfi>ud>Ptt.'*.aUIMib<<>4AM*.1.toHt*I2><MrtM<MKrAud>P4HUEranMmx>Gjo一，&.*氏I/O"*Ji1.O+"8*.图2.5PCS7现场控制级SIMATICPCS7过程控制系统是全集成自动化(TIA)的核心部分，为生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台。通过采用SIMATICPCS7的全集成自动化解决方案，可实现一致性的数据管理、通讯和组态，性能优异并可前瞻性地确保满足典型的过程控制系统应用需求。1 .简单而可靠的过程控制2 .用户友好的操作和可视化，并可通过因特网实现3 .系统范围内功能翎大、快速、一致性的工程与组态4 .系统范围内的在线修改5 .在各个层级的系统开放性6 .灵活性和可犷展性7 .与安全相关的自动化解决方案8 .广泛的现场总线集成9 .仪表与控制设备的资产管理PCS7软件包含以下应用程序,我们可以用它组态一个基本的PCS7工程：1. PCS7工程组态系统一ESS1.MAT1.C管理器是工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATICPCS7过程控制系统所有工程组态任务的蛆态基础。SIMAT1.CPCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。蛆态内容主要包括：控制系统硬件，包括分布式I/O和现场设备、通讯网络、用于连续和批生产过程的自动化功能（AS工程组态X操作和监视功畿（OS工程组态X诊断和资产管理功能。CFC连续功能图:CFC编辑器是用于图形方式组态和连续自动化功能调试的工具。在功能强大的自动路径选择和HMI消息集成蛆态的支持下，可将预蛆态的功能块在CFC内部定位、组态和互连。除了便捷的墉辑功能外,CFC功能也包括强大的测试和调试功能，以及可以单独组态的文档记录功能。仿真:使用S7-P1.CSIM仿真软件，用户可以在PG沪C上对用CFC/SFC创建的用户程序进行测试，而不管目标硬件是否可用。因此，在早期开发阶段就可以检测并消除错误。这样就可以快速进行调试,降低成本并获得更高的程序质量。2. PCS7操作员系统一OS通过SIMATICPCS7过程控制系统的操作员系统，操作人员可方便而安全地执行过程。操作员可以通过各种视图来观察过程序列，并在必要时进行干预，从而对系统进行控制。操作员系统架构具有很大的可变性，可灵活地适应不同的工厂架构和客户需求。该架构的基础是由完美协调的单用户系统操作员站（OS单站）和具有客户端/服务器架构的多用户系统操作员站所构成。窗口功能:不固定位置的岗口可显示某个设备或控制对象的具体参数或趋势方便操作员对其迸行操作或分析。消息系统:每个OS单站/0S服务器最多可蛆态150000条消息：预定义的系统消息,由系统事件触发、单个或群组消息，由过程状态的更改初始化、操作员输入消息，在手动操作对象时产生，集成在操作员系统中的消息系统通过AIarmContro1.功能，来记录这些过程消息和本地事件，并将其保存在消息归档中，然后进行显示。3. 西门子自动化系统一AS自动化系统具有如下特点：模块化无风扇的设计、强大的扩展能力和坚固的结构、单一或冗余设计、全面的通讯功能、集成的系统功能、集成安全功能、简单连接集中式或分布式I/O,我们提供的所有自动化系统都选用有硬件控制器的独立控制器,并且是由西门子预组装和测试的完整系统。高达科技根据项目的具体需求，确定自动化系统的类型。主要依据是点数及根据点数测算的PO（过程对象）数目。3锅炉控制方案的设计控制方案决定设备控制效果，视察设备的特性，根据控制要求和设备特点设计去设计控制方案。在控制中，阀门的开闭形式及控制器的正反作用对控制效果也有很大影响。对于工业传热设备，锅炉控制目的是：工业介质达到规定温度.即对工业介质加热或冷却，使其在规定温度范围内；工业介质改变相态，即根据工业要求，对工业介质加热或冷凝改变相态；回收热JI,根据工业工艺要求.取温度为被控变量,平衡设备热(.3.1 仿真锅炉的设计原则锅炉是工业设备中特殊的传热设备，与一般传热设备不同，它有自身的结构和特点。锅炉控制主要目的是在不超负荷、安全生产的前提之下，使蒸汽具备适当温度和压力，同时需要遵循生产安全、环保的一系列条件。控制系统设计应考虑一下几点。1 .满足产品质及产要求。本课题产出产品为过热蒸汽,满足过热蒸汽产量的前提下，保证过热蒸汽的输出稳定，维持在允许的波动范围之内，同时让输出的过热蒸汽的温度与压力达到工艺要求。在生产指标主要控制环节为燃烧控制及减温器控制。2 .满足生产安全指标安全是生产的必要条件，除氧器压力及水位，锅炉的汽包水位，炉膛压力等必须符合相关安全标准范围。同时，所有工序按序进行，生产过程保持稳定。因此，要充分考虑各生产过程可能产生的各类问题。3 .满足生产优化指标当前社会越来越强调节能，环保，主要在烟气排放控制环节及燃烧环节，节约热能.控N-氧化碳的排放,保证节能,环保。4 .阀门开闭形式选择原则控制阀正反作用选择对控制方案至关重要，对于控制阀作用选择，人员及设备的安全应放在首位。当故陵发生时，阀门应恢复到锅炉冷态状态，防止故障发生。其次考虑控制质量，保证工艺介质出口温度在正常范围内。5 .控制器正反作用选择控制器,控制阀、被控对象、测变送器及偏差环节构成控制回路。控制回路为负时，遇到干扰,系统响应衰减达到稳定。所以,在控制设计中，控制回路为负。根据各个控制回路各组成符号乘积符号为负原则，晒认控制阀、被控对象、测量变送器及偏差环节的符号，即可确认控制器的正反作用。3.2 仿真锅炉的工艺流程本论文针对SMPT-1000仿真实验装置,被控对象为自然循环锅炉系统。工艺流程主要包括：汽包、燃烧系统和过热蒸汽系统3部分，如图3.10图3.1期炉工艺流程图1 .汽包水位控制系统软化水经上水泵P1101后分成2路，一路去减温器E1101,与过热蒸汽校热，并微调过热蒸汽的温度，然后与另一路给水混合进入省煤器E1102,吸收烟气中的余热。被烟气加热成饱和水的锅炉给水全部进入汽包V1.1.O2,再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射/变成汽水混合物，然后返回汽包VI1.O2进行汽水分离。汽水分密是汽包的重要作用之一，汽包VI1.o2顶部设放空阀VIIo4,汽包中部设水位检测点1.1.I1.O2。分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。2.燃烧系统燃料经燃料泵P1102泵入炉腹F1101的燃烧器，空气由变炒鼓风机K1101送入燃烧器.燃料与空气在燃烧器内以一定比例混合燃烧,产生热使锅炉水汽化。燃烧产生的姻气带有大量余热，自上而下经过省煤器E1102盘管的间隙给上水预热。换热后的烟气经由烟道.靠烟囱的抽力抽出,通入大气。过热蒸汽系统出炉膛F1101的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行过热蒸汽温度微调并为锅炉给水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下游生产过程。过热蒸汽出口管线上设开关阀XV1105o3.3 分析并设计系统的方案通过对锅炉对象特性的分析，可以明真控制任务和控制范围，合理制定和选取被控变、操作变及控制设备，使被控对象平稔安全的生产出合格产品，为了使锅炉的生产单元为下游提供3.8MPa.450度的过热蒸汽，结合我们已有的知识，可以归纳出需要控制和监测的变,如表3.1和表3.2o表3.1霭要控制的变效据名称位号汽包上水流量FI1.Io1.燃料流FI1.1.O3风量F1.1.1.O4过热蒸汽出口流*H1105汽包水位-锅炉上水流-过热蒸汽出口流量前馈-串级控制；过热蒸汽出口压力-燃料流量串级控制系统；燃料流量-风双闭环比值控制系统；风量-烟气含氧量前惯-反馈控制系统；过热蒸汽出口温度单回路控制系统；炉膛真空度-风量前惯-反馈控制系统；过热蒸汽出口流单回路控制系统。另外，针对安全生产问题,我们设计停风、停燃料连锁停车系统，如果出现燃料流骤降和空气骤降的情况将启动连锁停车信号。在接到连锁停车信号后，切断过热蒸汽图4.1新建工程示意图4.1.1AS耍件组态打开组件试图，选择CPU右边的硬件组态并打开，根据实验室DCS系统的硬件P1.CFSCP选择与之相对应的订货号和版本里号,使用ISo通信协议配覆工业以太网接口CP443-1,检入CP443-1的MAC地址方面后续与个人计算机相连，随后在CPU的MPi/DP接口配置工业现场总线Profibus,将与smpt-woo仿真设备遹信的接口模块PM125加载上去并配面D1.AI1DO1AO通信模组与编辑符号，最后编译并保存，如图图4.2硬件组态视图图4.7OS组态视图图4.8OS站名更改图4.1.4网络连接组态与下载打开菜单栏里面的NETPRo视图，在OS的通用网卡上面右键建立与AS的S7组态链接，由于是使用了IOS通讯协议,那么选择PC/PG接口中的PCintema1.,选择后>!CKKKW*0MMt“atnrsoM«BWaI1.S>AE.MAJS«M.«s*n.yE>1c*Ir三-1x三r2%ev，e 一B ¾COMNM OOMWX*OMT UTM.3/».3THT7R .vun,.F M0ja，p 0t”IaauaS34.17汽包水位燃炉上水流量过热蒸汽出口流量前馈串级控制:WgB*ORI电£mS*D4U>方;If1.B8*，iXV三U.'.,9f-'V1.JN>«M«tCtfA”A1.X三U4A%»ECaV>ME«UKCOVNM. C0MT三5M ,0 *UTM3sutmt.Mawcu11V<11.EW三Vthoj1.E三1业W人。»#入9"”加图4.18炉膛真空度-风前馈-反馈控制系统图4.19过热蒸汽出口流量单回路控制系娩示意图ZnarX1.1.1.!VJ0UW,/-,1.-B图4.20CFC中被监控温度变的状态图dr-r三1-X5srae11wWtv.r>，co*tm M*TM 3儿” UTM>T,MMW cu11.ve11vojaHBJt*U三wBNM»4.2.2 SFC顺序流程图组态激活工厂视图，选择与上述CFC墉程的同一层级的SFC并打开，按照控制方案要求，插入并煽辑所需要的步与转移条件，编辑完成后墉译并下载,如图4.240%=trwI'1jn«t;图4.24SFCWi序流程图4.2.3 WINCC蛆态在CFC与SFC都编译与保存以后，接下来将进行最后WINCC的蛆态，在编译之前确定好同等级CFC界面是否有PICTURE,如没有就右键添加一个，接下来右键确定工厂层级为三，然后同样右键更新块图标，更新以后进入蛆件视图OS站下面的OS右键选择编译，编译完成后单击PICTURE进入WINCC,如图4.25到4.29。三三：三三三二三2图4.27WINCC界面打开图PCIKXrPIC1104999999.9999999.9UntJn999999.9M11T"P1.CI1.OMIC1.1.o3999999.9999999t9Unitofrr999999.9M11IP1C1104ff1.C11(M999999.9999999.9UnItOfnQQQQQQaMh1.PIC11O4A1C11O1999999.9而999比95。OffT9?9?929HawRaboFactocPIC1.1.o2/PIC1102999999.91-UtCfn的。Mh1.i1.II>t1102FFCFactor|999999.9TIC110411IC1104999999.9999999r9Urtof99¾¾9k9"Mh11C110MIC1105m>¾9Q999999.9Unitof1199999919可"I999999.9999999.9Utcf11999999V“hiIIr1.1.C1.Io2斤ICI1.o1.999999.9999999.9Ust"999999.9U1102FFCFact<xQQQQQqM102OPRAT三999999CImertoCXMainPic：5锅炉系统方案的运行与参数的整定5.1 系统方案的运行编辑并保存好各部分文件后，在程序已经下载到CPU的前提下，首先打开位于SMPT-1000的BoiIerControI即锅炉工程，调整锅炉至冷态并将曲线清空，设置好与之对应的阀门状态，将所有PID控制器调整为手动模式且设置比例增益为1、积分时间常数为99999,微分时间常数为0,开始工程进入到系统开始与调试模式,通过个人计算机的WINCC与SMPT-1000仿真设备中的SMPT1.AB软件实时在线监控，如图5.1到5.3o图5.1SMPT-1000阀门设定图图5.2SMPT1.AB在线监控图图5.3WINCC在线监控概况图5.2 P1.D参数的整定在进行PID参数的整定前,首先要明确三个基本参数Kp.Ki,Kd在实际控制中的作用：1 .比例环节：成比例的反应控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例系数kP越大，系统的响应速度越快，但过大，系统会产生超调，甚至导致不稳定。2 .积分环节：用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越大，积分作用越弱,反之则越强。但它有滞后现象，使系统的响应速度变慢，超调量变大并可能产生振荡。3 .微分环节：反应偏差信号的变化趋势(变化速率),调节误差的微分输出，误差突变时，能及时控制，并施在偏差信号变化太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。但其会带来扰动敏速,抑制抗干扰能力差。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模里,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用.如表5.1。表5.1PID参数正定方法PID书数整定方法优点缺点参数整定花费时间长局单方便，适用于记录曲姣不视经验整定法整定结果因人而异，没有明确标则.外界干扰频繁的控制系笠准需要求出各个环节的传递函数.理论整定法结果比较精弱实际问题不旄满足理论计算比较繁顼不满用于工艺方面不允许被控交量长时间的等幅振疡场合在纯比例控制情况下，系统可能的界比例度法使用起来比较方便不会出现等幅振缓只适用于二阶以上的高阶对象或者一阶费滞后对象援定质好对时间常数小的系统不易测取衰减振法法对工艺过程干扰小袁减振荡周期安全可靠不宜用于干扰坡繁的系统四种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经魄公式对控制器卷数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振薄周期(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数，如表5.2»表5.2PID控制器的选取被控变量特征控制器的选取时间常数较小不易加入积分作用，一般采用比流量容易受到干扰例积分控制器液位炖滞后较小一般不加入微分时间常数与体积有关.例如大体时间常数较大的话可以加入微压力粗的容器压力时间常数较大，而分，一般情况下采取比例积分控管道压力时间常被较小制器时间常数比较大，控制起来不灵温度敏需要加入微分作用本文主要应用的是经就整定法，因为涉及到了如下七种控制回路：汽包水位-锅炉上水流-过热蒸汽出口流前馈-串级控制；过热蒸汽出口压力-燃料流量串级控制系统；燃料流量-风量双闭环比值控制系统；风量-姻气含氧量前馈-反馈控制系统；过热蒸汽出口温度单回路控制系统；炉膛真空度-风前馈-反馈控制系统；过蒸蒸汽出口流单回路控制系统。在控制器均为手动的前提下，先根据经的凑试法手动设定各个部分的P1.D控制参数,再将控制器调整为自动模式待曲线稳定后再去调整各个控制器的参数,双闭环比值控制系统；前馈-反馈控制系统；前馈-串级控制均可参考单回路与审级控制系统参数的整定，通过对象的特性分析和经验整定法确定参数0,如表5.3o表5.3经轮整定法控制器参数对象类型P(KP)I(T1.)D(Td)1.25-25液位流,1-2.56-602-10温