三沖量鍋爐水位控制系統(tǒng)設計及仿真畢業(yè)設計

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 論論 文文 題 目： 三沖量鍋爐水位控制系統(tǒng)設計及仿真 學 院： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 指導老師： 完成時間： 本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 摘 要 鍋爐是眾多工業(yè)部門必不可少的重要動力設備，因而，對鍋爐設備中的自動 控制系統(tǒng)進行分析研究是必要的。鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重 要的環(huán)節(jié)。汽包水位是影響鍋爐安全運行的一個重要參數(shù)，汽包水位過高或者過 低的后果都非常嚴重，因此對汽包水位必須進行嚴格控制。 本文從分析影響汽包水位的各種因素出發(fā)，重點分析了鍋爐汽包水位的“假 水位現(xiàn)象”，提出了基于matlab/simulink 平臺,建立一

2、種模糊自適應pid系統(tǒng)的 仿真模型,應用于鍋爐汽包水位的控制過程,并按照工程整定的方法進行了pid參 數(shù)整定，根據(jù)控制要求和所設計的控制方案進行硬件選型以及系統(tǒng)的硬件設計， 給出仿真的具體實現(xiàn)方法。利用plc編程及模糊控制實現(xiàn)控制算法進行系統(tǒng)的設 計，最終完成模糊自適應pid在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中應用。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：汽包水位，三沖量，模糊自適應控制，pid 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 ii abstract the boiler is numerous essential important power equipment of industrial department .

3、therefore, its essential for automatic control in the boiler equipment to research. the water level control system of the boiler is that the boiler produces the most important link in the control system. the steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both hig

4、h and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon” is analyzed specially, and based on matlab/simulink, a sim

5、ulation model of fuzzy self-tuning pid control of the boiler drum level is proposed and established. the disturbance signal is also added in the operation of the system. its apply for steam drum water level system of the boiler. pid parameters are regulated by engineering regulation method, and simu

6、lation study is done. according to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. finally the application of fuzzy self-tuning pid control in boiler steam drum water control system is completed. key w

7、ords: steam drum water level ,three impulses control ,fuzzy self-tuning ,pid 目 錄 摘 要.i abstract .ii 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 iii 1 緒 論 .1 1.1 引言 .1 1.2 設計的主要工作 .2 2 控制方案設計的分析及選擇.3 2.1 工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程 .3 2.2 鍋爐汽包水位的控制 .4 2.3 汽包水位的控制方案設計 .7 3 硬件選型.14 3.1 水位傳感器選型 .14 3.2 流量傳感器的選型 .14 3.3 電機的選型 .16 3.4 變頻器的選型

8、 .16 3.5 接觸器的選型 .17 3.6 熔斷器的選型 .17 3.7 功率三極管的選型 .17 3.8 plc 及相關(guān)模塊的選型 .18 3.9 硬件工作原理 .19 3.9.1 變頻器工作原理 .19 3.9.2plc 工作原理 .20 4 硬件設計.22 4.1 系統(tǒng)總體線路設計 .22 4.2 控制線路設計 .24 5 鍋爐水位的模糊自適應 pid 方案的設計.26 5.1 主回路模糊控制器的設計 .26 5.1.1 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)及輸入、輸出語言變量 .26 5.1.2 確定各變量的隸屬度函數(shù)和賦值表 .27 5.1.3 模糊控制響應表的生成 .30 5.2 pid 控制

9、的設計 .33 6 程序設計.37 6.1 程序流程圖設計 .37 6.1.1 模糊控制流程圖 .38 6.1.2 pid 控制流程圖.39 6.1.2 動態(tài)前饋流程圖 .40 6.2 系統(tǒng)的程序 .41 6.2.1 水位控制 .41 6.2.2 模糊控制算法的 plc 實現(xiàn).41 參考文獻.43 致謝.44 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 iv 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 1 緒 論 1.1 引言 在鍋爐運行中在鍋爐運行中 ,水位是一個很重要的參數(shù)。若過高 ,則會影響 汽水分離的效果,使用電氣設備發(fā)生故障 ;而水位過低 ,則會破壞汽水循環(huán) ,嚴重 時導致鍋爐爆炸。同時高性

10、能鍋爐產(chǎn)生蒸汽流量很大,而汽包的體積相對來說較小 ,所以鍋爐水位控制顯得非常重要。鍋爐水位自動控制的任務 ,就是控制給水流量, 使其與蒸發(fā)量保持平衡,維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。 目前我國有各類鍋爐幾十萬臺，其中相當大的部分還在使用常規(guī)儀表控制。 由于爐水位存在一定的反向特性即“假”現(xiàn)象，而常規(guī)儀表所用 pid 算法對“假 水位”現(xiàn)象的控制效果并不理想，若要較好的控制“假水位”現(xiàn)象，采用常規(guī)儀 表所構(gòu)成的控制器，其結(jié)構(gòu)又會過于復雜，以及成本造價較高的問題比較突出。 因此研究新型水位系統(tǒng)使其能進一步提高水位控制的效果，同時又具有結(jié)構(gòu)簡單、 容易實現(xiàn)特點，還是非常必要的。 模糊控制是以集合理

11、論為基礎(chǔ)的一種新興手段，它是模糊控制理論和模糊控 制技術(shù)與自動控制相結(jié)合的產(chǎn)物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人 控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種 方不僅能實現(xiàn)控制，而且模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學模型的被控對象 進行有效僅能實現(xiàn)控制。經(jīng)過多年的對鍋爐的使用和研究，人們發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包水 位系統(tǒng)是一個大滯后、純時變、非線性的復雜系統(tǒng)，這些特性其很難用精確的數(shù) 學模型來描繪，僅用經(jīng)典控制理論往往難以實現(xiàn)有效的控制，三沖量鍋爐水位控 制系統(tǒng)中的主回路控制部分與蒸汽前饋控制部分正是屬于這種情況：由于虛假液 位的影響和各種參數(shù)存在時變性而導致無法確定這一

12、過程數(shù)學模型，這樣就不能 僅僅只設計常規(guī)的控制器進行控制。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒 論 2 1.2 設計的主要工作 本次設計的主要工作有： （1） 設計鍋爐汽包水位控制方案 從鍋爐汽包水位的動態(tài)性能入手，分析影響鍋爐汽包水位的主要因素，并對 這些因素對鍋爐汽包水位動態(tài)性能的影響進行理論研究。在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)各 個因素對鍋爐汽包水位的影響采用基于模糊自適應 pid 汽包水位三沖量方案，達 到控制鍋爐汽包水位穩(wěn)定的目的。 （2） 硬件設備的選型與設計 根據(jù)所設計的控制方案合理地選擇檢測元件、執(zhí)行機構(gòu)和控制設備以及其它 必要設備，并在此基礎(chǔ)之上根據(jù)控制方案合理地進行硬件設計，完成各種

13、設備之 間的接線與配置，并進行設備的安裝調(diào)試。為整個系統(tǒng)的實現(xiàn)以及穩(wěn)定、可靠運 行打下基礎(chǔ)。 （3） 控制算法的參數(shù)整定 根據(jù)被控對象的特點以及它的靜態(tài)、動態(tài)特性按照工程整定的方法進行控制 器的參數(shù)整定，設計調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)。在此基礎(chǔ)之上對整定結(jié)果進行仿真，并 對整定結(jié)果進行進一步調(diào)整判斷其可行性。 （4）軟件設計及系統(tǒng)仿真 根據(jù)參數(shù)整定的結(jié)果利用相關(guān)軟件進行 plc 梯形圖程序設計，最終實現(xiàn)控制 算法。并且在 matlab 中使用 simulink 進行系統(tǒng)的仿真，而且給出仿真結(jié)果， 使之能夠動態(tài)顯示系統(tǒng)的運行狀況，并可以通過監(jiān)控界面對系統(tǒng)進行相關(guān)操作。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控

14、制方案設計的分析及選擇 3 2 控制方案設計的分析及選擇 2.12.1 工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程必不可少的重要動力 設備。尤其是在現(xiàn)代化的石油化工企業(yè)里，熱力站的設立可以使工藝生產(chǎn)過程中 的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不僅能為反映器、蒸餾塔、換熱器以 及其他設備、管道保溫伴熱提供熱源，而且還可以為生產(chǎn)過程中的風機、壓縮機、 泵類驅(qū)動透平提供動力來源。工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務是控制給水流量 與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生 產(chǎn)運行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的主要指標之一。 盡管有各種各

15、樣的鍋爐，并且它們的燃料種類也各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng) 和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。常見的鍋爐設備的主要工藝流程圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 工業(yè)鍋爐工藝流程 首先，除氧水通過給水泵進入給水調(diào)節(jié)閥，通過給水調(diào)節(jié)閥進入省煤器，冷 水在經(jīng)過省煤器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成溫水進入汽包，在汽包 內(nèi)加熱至沸騰產(chǎn)生蒸汽，為了保證有最大的蒸發(fā)面，因此水位要保持在鍋爐上汽 包的中線位置，蒸汽通過主蒸汽閥輸出?？諝饨?jīng)過鼓風機進入空氣預熱器，在經(jīng) 過空氣預熱器的過程中被由爐膛排出的煙氣預熱，變成熱空氣進入爐膛，煤經(jīng)過 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 4 煤斗落在爐排上

16、，在爐排的緩慢轉(zhuǎn)動下煤進入爐膛被前面的火點燃，在燃燒過程 中發(fā)出熱量加熱汽包中的水，同時產(chǎn)生熱煙氣。在引風機的抽吸作用下經(jīng)過省煤 氣和空氣預熱器，把預熱傳導給進入鍋爐的水和空氣。通過這種方式使鍋爐的熱 能得到節(jié)約。降溫后的煙氣經(jīng)過除塵器除塵，去硫等一系列凈化工藝通過 煙囪排出。 2.2 鍋爐汽包水位的控制 首先應該從分析汽包水位的動態(tài)特性入手。鍋爐給水調(diào)節(jié)對象如圖 2.2 所示。 給水調(diào)節(jié)機構(gòu)為變頻器調(diào)節(jié)給水量 w，蒸汽流量 d 是由汽輪機閥門開度來控制的。 省煤器 過熱器 水冷壁 汽 包 變 頻 器 圖 2.2 鍋爐給水調(diào)節(jié)對象 初看起來，汽包水位的動態(tài)特性似乎和單容水槽一樣，給水量和蒸汽流

17、量影 響汽包水位的高低。但實際情況并非如此，最突出的一點就是水循環(huán)系統(tǒng)中充滿 了夾雜著大量蒸汽汽泡的水，而蒸汽泡的體積 v 是隨著汽包壓力和爐膛熱負荷的 變化而變化的。如果有某種原因使汽泡的總體積變化了，即使水循環(huán)系統(tǒng)的總水 量沒有發(fā)生變化，汽包水位也會因此隨之發(fā)生改變從而影響水位的穩(wěn)定。 影響汽包水位 h 的主要因素有給水量 w，蒸汽流量 d 和燃料量 b 三個主要因 素。 （1）給水擾動的影響 如果把汽包及其水循環(huán)系統(tǒng)看作一個單容水槽，那么水位的給水階躍擾動響 應曲線應該為圖 2.3 所示的曲線 h1所示。但考慮到給水的溫度低于汽包內(nèi)飽和的 水溫度，當它進入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部

18、分熱量使得鍋爐內(nèi)部的蒸 汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡的總體積 v 也就會相應的減小，從而導致水位下降 如圖 2.3 所示的曲線 h2所示。水位的實際響應曲線應是曲線 h1和 h2之和，如圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 5 2.3 所示的曲線 h 所示。從圖中可以看出該響應過程有一段延遲時間。即它是一 個具有延遲時間的積分環(huán)節(jié)，水的過冷度越大則響應延遲時間就會越長。其傳遞 函數(shù)可以近似表示為： (2.1) 1 1s (1) g ss 式 2.1 中表示汽包水位的飛升速度， 表示延遲時間。 1 w w t t hh1 h h2 圖 2.3 給水擾動響應曲線 （2）蒸汽

19、流量擾動的影響 當蒸汽流量 d 突然做階躍增加時，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使 汽包內(nèi)液體蒸發(fā)量變大從而使水位下降，如圖 2.4 所示的曲線 h1所示，另一方面 由于蒸汽流量 d 的突然增加，將迫使鍋爐內(nèi)汽泡增多，同時由于燃料量維持不變， 汽包壓力下降，會導致水面以下蒸汽泡膨脹，總體積 v 增大，從而導致汽包水位 上升，如圖 2.4 所示曲線 h2所示。水位的實際響應曲線應該是曲線 h1和 h2之和， 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 6 如圖 2.4 所示曲線 h 所示。對于大中型鍋爐來說，后者的影響要大于前者，因此 負荷做階躍增加后的一段時間內(nèi)會出現(xiàn)水位不

20、但沒有下降反而明顯升高的現(xiàn)象， 這種反?，F(xiàn)象通常被稱為“假水位現(xiàn)象” ?？梢哉J為這是一個慣性加積分環(huán)節(jié)， 其傳遞函數(shù)可以近似的表示為： (2.2) 2 0 2 1 ( ) k st s gs 式 2.2 中表示汽包水位對于蒸汽流量的飛升速度， 表示“假水位現(xiàn)象”的延 1 0 t 遲時間。 d t t h h1 h h2 圖 2.4 蒸汽流量擾動響應曲線 （3）燃料量擾動的影響 燃料量 b 的擾動必然也會引起蒸汽流量 d 的變化，因此也同樣會有“假水 位現(xiàn)象”發(fā)生。其影響如圖 2.5 所示，由于汽包水循環(huán)系統(tǒng)中有大量的水，汽 包和水冷壁管道也會存儲大量的熱量，因此具有一定的熱慣性。燃料量的增大

21、只能使蒸汽量緩慢增大，而且同時汽壓也會緩慢上升，它將使汽泡體積減小， 因此燃料量擾動下的“假水位現(xiàn)象”比負荷擾動下要緩和的多。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 7 圖 2.5 燃料量的擾動影響 由以上分析可知道給水量擾動下的水位響應有遲滯性，負荷擾動下的水位 響應有“假水位現(xiàn)象” 。這些特性使得汽包水位的變化受到多種因素影響，因而 對它的控制變得比較復雜和困難。 2.3 汽包水位的控制方案設計汽包水位的控制方案設計 從反饋的思想出發(fā)很容易想到以汽包水位信號作為反饋量，給水流量作為 被控量，構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)，即水位單沖量控制系統(tǒng)。如圖 2.6 所示，這 是一個基

22、本的控制方案其方框圖如圖 2.7 所示。對于小容量鍋爐來說由于它的儲 水容量較大，水面以下的汽泡體積并不占有非常大的比重，因此水容積延遲和 假水位現(xiàn)象并不是非常明顯，因此可以采用汽包水位單沖量控制系統(tǒng)來控制汽 包水位。但對于大中型鍋爐來說這種控制方案就不能滿足控制要求，因為蒸汽 流量的負荷擾動引起的假水位現(xiàn)象將引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作，導致汽包水 位激烈的上下振蕩而不穩(wěn)定，嚴重的影響設備的運行壽命和安全，所以大中型 鍋爐不宜僅僅只采用汽包水位單沖量控制系統(tǒng)，必須尋找其他的解決辦法來控 制汽包水位。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 8 省煤器 過熱器 水冷壁 汽 包

23、變 頻 器 hthc 圖 2.6 汽包水位單沖量控制系統(tǒng) 給水流量調(diào) 節(jié)器 變頻器 液位變送器 汽包 給水流量 - + 圖 2.7 汽包水位單沖量控制系統(tǒng)框圖 如果從物質(zhì)平衡的角度出發(fā)，只要能夠保證給水量永遠等于蒸汽蒸發(fā)量就可 以保證汽包水位大致不變。因此可以采用圖 2.8 所示的蒸汽流量隨動控制系統(tǒng)， 其中流量調(diào)節(jié)器采用 pi 調(diào)節(jié)器，使汽輪機的蒸汽量作為系統(tǒng)的給定使給水流量跟 蹤蒸汽流量的變化，構(gòu)成了一個以蒸汽量作為給定的隨動系統(tǒng)從而保證汽包水位 的恒定。該方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.9 所示。 省煤器 過熱器 水冷壁 汽 包 變 頻 器 hthc ft 圖 2.8 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng) 河南

24、城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 9 給水流量 調(diào)節(jié)器 變頻器 液位變送 器 汽包 給水流量 - + 蒸汽量變 送器 - 圖 2.9 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng)框圖 采用該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)完全根據(jù)物質(zhì)平衡條件工作，給水量的大小只取決 于汽輪機的耗汽量，假水位現(xiàn)象不會引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動作。但是這個系統(tǒng) 對于汽包水位來說只是開環(huán)控制系統(tǒng)。由于給水量和蒸汽量的測量不準確以及鍋 爐系統(tǒng)引入的其他擾動使得給水量和蒸汽量并非準確的比值關(guān)系而保持水位恒定。 由于水位對于二者的偏差是積分關(guān)系，微小的偏差長時間積累也會形成很大的水 位差，因此不宜采用隨動控制系統(tǒng)。 如果把以上所述兩種方案結(jié)合

25、起來，就構(gòu)成了汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)如圖 2.10 所示，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.11 所示。雙沖量指的是同時引入兩個測量信號：汽 包水位和蒸汽流量。這個系統(tǒng)對以上所分析的兩種方案取長補短，可以極大的提 高汽包水位的控制質(zhì)量。當蒸汽流量出現(xiàn)階躍增大時，一方面由于“假水位現(xiàn)象” 汽包水位會暫時有所升高，將使調(diào)節(jié)機構(gòu)做出誤動作錯誤的減少給水量；另一方 面蒸汽流量的增大又通過比值控制系統(tǒng)指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)增大給水量，實際給水量的 增減情況要根據(jù)實際情況通過參數(shù)整定來確定。當假水位現(xiàn)象消失后水位和蒸汽 信號都能正確的指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。只要參數(shù)整定合適，給水量必然等于蒸汽量 從而保證水位恒定。 河南城建學院本科畢

26、業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 10 省煤器 過熱器 水冷壁 汽 包 變 頻 器 fc hthc ftfc 圖 2.10 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng) 給水流量 調(diào)節(jié)器 變頻器 液位變送 器 汽包 變送器 給水流量 液位 蒸汽 流量 + - + + 液位流量 調(diào)節(jié)器 液位給定 前饋調(diào) 節(jié)器 圖 2.11 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)框圖 此外考慮到給水流量的變化可以通過串級控制的方法讓給水量的擾動通過內(nèi) 回路自行調(diào)節(jié)，設計如圖 2.12 所示的三沖量控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.13 所 示。即前饋反饋串級復合控制系統(tǒng)。該三沖量控制系統(tǒng)包含給水流量控制回 路和汽包水位控制回路兩個控制回路以及一個

27、蒸汽流量前饋通道，實質(zhì)上是蒸汽 流量前饋與水位流量串級系統(tǒng)組成的復合控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)的主參數(shù)是 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 11 汽包水位，副參數(shù)是給水流量，主調(diào)節(jié)器是給水流量調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器是液位調(diào) 節(jié)器。一方面可以克服給水擾動，使給水流量自行調(diào)節(jié)，另一方面可以有效地抑 制“假水位現(xiàn)象” 。當蒸汽流量發(fā)生變化時，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流 量控制回路可迅速改變進水量的大小以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成 水位的細調(diào)維持汽包水位的穩(wěn)定。 省煤器 過熱器 水冷壁 汽 包 變 頻 器 ftfc hthc ftfc 圖 2.12 汽包水位三沖量控制系統(tǒng)

28、 給水流量 調(diào)節(jié)器 變頻器 給水流量 變送器 液位變送 器 汽包 變送器 給水 流量 液位 蒸汽 流量 - + - + + 液位流量 調(diào)節(jié)器 液位給定 前饋調(diào) 節(jié)器 管道 圖 2.13 汽包水位三沖量控制系統(tǒng)框圖 而現(xiàn)代工業(yè)鍋爐都向著大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般鍋爐容量越大，汽包 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 12 的容水量就相對越小，允許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在很短的 時間內(nèi)就會發(fā)生危險水位；如果僅是給水量和蒸汽量不相適應，也可能在幾分鐘 呢出現(xiàn)缺水和滿水事故，這樣對汽包水位要求就更高了。三沖量控制系統(tǒng)，采用 蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控制，

29、當蒸汽負荷忽然變化時，蒸汽流量信號 使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵 消了“虛假水位”引起的反向動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當 由于水壓干擾使給水流量改變時，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如給水流量減少，調(diào) 節(jié)器立即根據(jù)給水流量減小的信號，開大給水閥門，使給水流量保持不變。多年 的對鍋爐的使用， 人們發(fā)現(xiàn)鍋爐汽包水位系統(tǒng)是一個大滯后、純時變、非線性 的復雜系統(tǒng)，由常規(guī)控制理論的局限性和模糊控制理論的特點可以看出，對于存 在精確數(shù)學模型的自動控制系統(tǒng)，常規(guī)控制理論發(fā)揮了巨大的作用，并取得了令 人滿意的控制效果。但在實際系統(tǒng)中，工業(yè)生產(chǎn)過程是極其復雜的，

30、無法得到描 述這些過程的數(shù)學模型，盡管通過各種測試手段及數(shù)據(jù)處理方法獲得數(shù)學模型， 但也很難得到確切描述這些過程的傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程。這樣常規(guī)控制理論就無 法勝任，必須尋求新的控制理論來取代常規(guī)控制理論進行控制。而三沖量系統(tǒng)可 以克服“虛假液位”引起的反向動作，并且可以克服給水流量信號變化而引起調(diào)節(jié) 器動作做不及時而引起的水位波動。但是各種參數(shù)又存在不同程度的時變性，且 過程具有非線性，強耦合的特點，特別是蒸汽負荷變化對水位的影響，當蒸汽負 荷增加和減小時，汽包水位在蒸汽作用下的動態(tài)特性不一致，這樣很難確定三沖 量控制系統(tǒng)中蒸汽前饋系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，這就使得三沖量控制系統(tǒng)的控制規(guī) 律很難找到

31、，即使找到控制規(guī)律也很難作的精確。這樣想采用三沖量水位控制系 統(tǒng)來實現(xiàn)鍋爐水位的自動控制而又達到規(guī)定的工藝要求異常困難。 對于大型鍋爐，汽包的容量相對較小，則對鍋爐汽包水位的要求更高，汽包 水位就必須實現(xiàn)全自動控制才能滿足。因而，汽包水位控制就采用比較復雜而投 資比較大的控制系統(tǒng)。對于中小型鍋爐，汽包的容量相對較大，則對汽包水位的 控制要求就沒那么高，又由于常規(guī)三沖量控制系統(tǒng)很難實現(xiàn)汽包水位的自動控制， 所以中小型鍋爐允許適當?shù)牟捎檬謩涌刂?。這樣對于中小型鍋爐就可以考慮用模 糊控制系統(tǒng)來取代常規(guī)的三沖量pid控制系統(tǒng)。 模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理 論和模

32、糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。模糊控制的核心就是利用模糊集合 理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控 制算法，這種方法不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù) 學模型的被控對象進行有效的控制。將模糊集合理論運用于自動控制而形成的模 糊控制理論，在近年來得到了迅速的發(fā)展，其原因在于對那些時變的非線性的復 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制方案設計的分析及選擇 13 雜系統(tǒng)，當無法獲得精確的數(shù)學模型的時候，利用具有智能的模糊控制器能給出 有效的控制。 通過以上方案的比較，常規(guī)的三沖量控制系統(tǒng)中，由于“虛假液位”的原因使 得蒸汽負荷上升和下降時的

33、動態(tài)特性曲線不對稱，且系統(tǒng)參數(shù)具有時變性，不能 求出準確的數(shù)學模型，也就不能設計出準確的前饋控制器，能實現(xiàn)靜態(tài)前饋，但 對動態(tài)性能控制不好?？紤]到模糊控制器的設計不需要知道該過程的數(shù)學模型以 及它的其他特點都適合于這種水位控制，所以選擇了汽包水位模糊自適應pid控 制系統(tǒng)。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 14 3 硬件選型 3.1 水位傳感器選型 由于該設計的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是對水位的準確 測量，因此水位能否準確測量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。合理的選擇水位傳感 器在水位控制系統(tǒng)的設計中有關(guān)鍵作用。根據(jù)原始資料可以知道汽包水位應該控 制在 30010 mm，

34、根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則：儀表量程應該為被測量參數(shù) 的 4/33/2 倍。因此所選傳感器的最大量程為:400450 mm。而且汽包水位應該 控制在 30010 mm，因此所選水位傳感器的精度應該高于 10/450=2.2%fs，因此 選擇該測量精度才可以滿足要求。 佛山市順德區(qū)拓樸電子儀器有限公司生產(chǎn)的 ptp601 投入式水位傳感器可以 滿足控制要求，該系列儀表采用擴散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體。316 全不銹鋼 結(jié)構(gòu)有多種量程可供選擇，選擇測量圍為：100500mm，測量精度在 1%fs 的 型號可以滿足控制要求。該型號的傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下： 量程： 100500mm(水位高/深度)

35、 綜合精度: 1.0%fs 輸出信號: 420ma(二線制)、05v、15v、010v(三線制) 供電電壓: 24dcv(936dcv) 負載電阻: 電流輸出型：最大 800；電壓輸出型：大于 50k 絕緣電阻: 大于 2000m (100vdc ) 密封等級: ip68 長期穩(wěn)定性能: 0.1%fs/年 振動影響: 在機械振動頻率 20hz1000hz 內(nèi)，輸出變化小于 0.1%fs 電氣接口(信號接口): 緊線防水螺母與五芯通汽電纜連接 機械連接(螺紋接口): 投入式 使用時可以采用 24v 直流電源為水位傳感器供電保證其正常工作，將 15v 電壓信號作為反饋量引入 plc 模擬量輸入端口

36、進行控制運算。 3.2 流量傳感器的選型 根據(jù)控制方案我們可以知道流量傳感器用于測量給水流量和蒸汽流量，這兩 個信號可以有效地改善控制質(zhì)量，因此合理的選擇流量傳感器能夠有效的改善整 個系統(tǒng)的控制質(zhì)量。根據(jù)原始資料可以知道我們所要控制的是 35t/h 鍋爐的汽包 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 15 水位，即該鍋爐正常工作時每小時蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有 35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽。 由原始資料可以做如下估算水位穩(wěn)定時供水量為：35 m3/h 。上海正博自動化儀 表有限公司生產(chǎn)的 lugb-99 型渦街流量計是一種基于卡門渦街原理流體振動式 新型流量計，它具有測量范圍廣、壓損小、性能

37、穩(wěn)定、準確度高和安裝、使用方 便等優(yōu)點，廣泛應用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質(zhì)體積和質(zhì)量流量的 測量。 該流量計的技術(shù)參數(shù)如下： （1）測量介質(zhì)：蒸汽、汽體、液體 （2）傳感器的感應元件不直接與被測介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高 （3）傳感器內(nèi)無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單而牢固，壓損小、維擴量小、使用壽命 長 （4）范圍度寬達 10：115：1 （5）測量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為 20，0007，000，000；輸出信號 不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。測量可能范圍，雷諾數(shù) 8，0007，000000 （6）精度等級：液體，指示值的1.0%；蒸汽，指示值的1.5% （7）輸出信號：a.電壓

38、脈沖低電平：0-1v；高電平：大于 4v；占空比為 50% b.電流: 420ma(三線制) （8）電源電壓： 24dcv （9）殼體材料：碳鋼；不銹鋼(1cr18ni9ti) （10）規(guī)格：(管道內(nèi)徑)20、25、32、40、50、65、80、125、150、200、 250、300(大于 dn300 口徑為插入式) （11）工作狀況下流量范圍(單位：m3/h)，見表 3.1 表 3.1 工作狀況下流量范圍 dn(mm)液體汽體蒸汽 200.8-105-408-80 251-127.2-6010-120 321.5-2012-10015-200 402-3018-15020-300 503-

39、5030-30030-450 656-8050-42060-800 8010-13070-600100-1300 10020-200120-1000200-2000 12530-300180-1500300-3000 15045-450240-2000450-4500 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 16 20090-900480-4000900-9000 250120-1200700-80001200-12000 300180-2000900-100001600-16000 根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/33/2 倍， 流量計應當能夠檢測的最大流量為

40、：46.552 m3/h，因此汽包送水管道直徑選用 50 mm 并用 lugb-99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 350 m3/h，可以滿足設計要求進行檢測汽包給水流量信號。 由于 lugb-99 型渦街流量計既可用于液體流量檢測也可用于蒸汽流量檢測， 因此我們還可以選擇該流量計作為汽包負荷蒸汽流量的檢測傳感器。正常工作時 汽包蒸汽壓力大約是 0.5mp，由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大約是 2700kg/ m3，根據(jù)過程控制選擇儀表量程原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/33/2 倍， 流量計應當能夠檢測的最大流量為：17.219.2 m3/h 因此汽包蒸汽管道直徑選用 20 m

41、m，并用 lugb-99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 880 m3/h，可以滿足設計要求進行檢測蒸汽流量信號。 3.3 電機的選型 電機是鍋爐汽包供水的動力設備，電機的準確選型關(guān)系到汽包能否準確供水 進而影響到汽包水位的穩(wěn)定我們所控制的鍋爐蒸發(fā)量為：35t/h，汽包壓力 0.5mp，管道直徑 50mm 因此可以對正常工作時電機的功率作如下估算： (3.1) 22 3500010/500000 3.14 2.5 95 360010000 w kgm s pk s 由計算結(jié)果可以知道選用功率為 100kw 的三相異步電動機完全可以滿足工 作要求，由于使用變頻調(diào)速不必選用繞線型異步電動

42、機，選用鼠籠型電機就可以 滿足要求。濟南華力貝爾機電設備有限公司生產(chǎn)的 yjtg 三相變頻調(diào)速電機專門 為變頻調(diào)速設計可以根據(jù)技術(shù)要求訂貨設定其額定電壓為 380v 額定功率為 100kw。 3.4 變頻器的選型 變頻器是電機的供能設備，合理選擇變頻器關(guān)系到電機能否正常工作為汽包 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 17 供水。由電機的選型可以知道電機在 50hz 三相交流電下工作時電機的功率大約 是 100kw，當三相交流電動機在基頻以下工作時為恒轉(zhuǎn)矩輸出工作，而此時電機 的轉(zhuǎn)速會小于額定轉(zhuǎn)速，因此電機的輸出功率也會小于額定功率，同時由于電機 的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流同在 50hz

43、 三相交流電下工作時電流基本一致。 根據(jù)以上的分析選我們可以選擇羅克韋爾公司的 1336plusii 系列 1336f-b150 型號的變頻器。給變頻器可以輸入 380v-480v 50/60hz 三相交流電，輸出 380- 480v 三相交流電并通過控制信號控制其輸出頻率，其容量是 149kw，可以滿足 設備功率要求。該型號變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過控制信號方便 地改變變頻器的工作特性?？梢岳?plc 控制變頻器的輸出電壓和頻率。 3.5 接觸器的選型 接觸器是系統(tǒng)中用到的重要開關(guān)設備，接觸器的合理選擇能保證交流電動機 能夠準確及時的啟動、停止。根據(jù)以上分析三相交流異步電機的最

44、高工作電流是 工作于 50hz 交流電壓下，其工作電流為： (3.2) 100 152 3 380 kw a v 因此根據(jù)設計的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 hlc-3x 系列空調(diào)接觸器 主要適用于 50hz 或 60hz、在 ac-7b 使用類別額定工作電壓為 230v 或 480v 時 額定電流至 40a 電路中，適用于起動和控制三相交流電動機(壓縮機)及其它三相 負載，選擇五套該類型接觸器同時帶動一臺電機可以滿足設計要求。 3.6 熔斷器的選型 由于系統(tǒng)的主要耗電設備是電動機，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時電流大約在 150a 左右，當系統(tǒng)異常工作是可能導致工作電流變大因此可設定工作電流為 200

45、a 時 進行過流保護。浙江中泰熔斷器有限公司生產(chǎn) xrnt-12 型限流熔斷器型額定電 流可以設定為 200a，可以滿足設計要求。 3.7 功率三極管的選型 為了能使 plc 輸出的數(shù)字量能夠控制接觸器的通斷我們設計如下電路： 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 18 接觸器 線圈 220vac plc數(shù)字 量輸出 圖 3.1 接觸器控制線路 當plc數(shù)字量輸出為高電平時三極管導通工作于飽和狀態(tài)，接觸器線圈上電 使接觸器觸點閉合，否則plc數(shù)字量輸出為低電平時三極管截止工作于截止狀態(tài)， 接觸器線圈失電通過二極管續(xù)流，使接觸器觸點斷開。浙江省杭州富陽市奧星電 子有限公司i3dd5686型

46、功率三極管最大工作電流超過5a，完全可以滿足工作要 求。 3.8 plc 及相關(guān)模塊的選型 plc 我們選擇羅克韋爾公司 logix5000 系列，該系列 plc 性能穩(wěn)定，可以根 據(jù)設計要求靈活的選擇相關(guān)模塊，而且使用 rs logix5000 組態(tài)軟件進行梯形圖程 序設計時可以根據(jù)實際情況建立標簽，避免了對 plc 直接按照地址尋址造成的麻 煩和錯誤。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號、水位信號、蒸汽 流量信號、變頻器給定信號，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號、報警信號。 因此只要選擇一個模擬量輸入模塊 1756-if6i、一個數(shù)字量輸出模塊 1756-ob16d 就可以滿足要

47、求，此外由于 plc 還要通過以太網(wǎng)同上位機通信，通過 devicenet 控制變頻器因此還需要兩個通信模塊 1756-enet、1756-dnb/a，另外還要選擇 電源模塊和 cpu 模塊 1756-l1m2，選擇 7 槽 plc 底座，此外我們還需要選擇一 臺 pc 機作為上位機完成對系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能。 綜上所述我們可以得到硬件設備的清單如表 3.2 所示。 表 3.2 硬件設備清單 設備名稱型號額定電壓額定電流額定功率數(shù)量 三相電機yjtg380vac61a40kw2 變頻器1336f-b150380vac149kw1 功率三極管i3dd56862 plc cpulogix500022

48、0vac1 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 19 模塊 模擬量輸入 模塊 1756-if6i1 數(shù)字量輸出 模塊 1756-ob16d1 pc 機220vac1 接觸器hlc-3x380vac5 熔斷器xrnt-123a3 水位傳感器ptp60124dcv3 流量傳感器lugb-9924dcv2 3.9 硬件工作原理 3.9.1 變頻器工作原理 變頻器從電網(wǎng)接收工頻 50hz 的交流電，經(jīng)過恰當?shù)膹娭谱儞Q方法，將輸入 的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出到交流電動機，實現(xiàn)交 流電動機的變速運行5。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法 主要有兩種：一種稱為直

49、接變換方式，又稱為交交變頻方式，它是通過可控整 流和可控逆變的方式，將輸入的工頻電直接強制成為需要頻率的交流輸出，因而 稱其為交流交流的變頻方式。另一種稱為間接變換方式，又稱為交流-直流-交 流變頻方式。三相交流電引入整流裝置通過整流器得到直流電，對直流電利用可 控開關(guān)器件控制其導通次序、開關(guān)頻率、導通時間可以實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓的效果。 常規(guī)的控制方式只能得到階梯波形的輸出電壓，高次諧波分量較多，不利于電機 的穩(wěn)定運行。采用 spwm 技術(shù)，按照有關(guān)算法控制逆變電路的觸發(fā)信號，即控 制可控開關(guān)器件的導通角度按正弦規(guī)律變化，這樣變頻器實際輸出的電壓是一系 列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖，這種電壓波形中含

50、有的高次諧波分量少，經(jīng)過濾 波后可以等效為正弦電壓波形，這樣可以極大地提高變頻器的控制效果能夠使電 機穩(wěn)定運行。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 20 3.9.2plc 工作原理 plc （programmable logic controller）中文全稱為可編程邏輯控制器，是一 種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程 的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù) 操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生 產(chǎn)過程。典型的 plc 結(jié)構(gòu)圖可以表示為圖 3.2 所示。 輸入 接口 輸出 接口 c

51、pu 電源 圖 3.2 plc 結(jié)構(gòu)圖 電源模塊分別為輸入接口、cpu、輸出接口提供直流電源。輸入接口將外部 輸入的數(shù)字量、模擬量送入 cpu，cpu 根據(jù)所編程序完成相應的運算并由輸出接 口輸出給外部設備實現(xiàn)控制的目的。其工作過程可以分為如下三個階段： （1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， plc 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將 它們存入 i/o 映像區(qū)中相應的單元內(nèi)。 （2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，plc 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形 圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線 路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|

52、點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然 后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) ram 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)； 或者刷新該輸出線圈在 i/o 映像區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形 圖所規(guī)定的特殊功能指令。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 i/o 映像區(qū)內(nèi) 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 i/o 映像區(qū)或系統(tǒng) ram 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行 結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件選型 21 的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期

53、才能對排在 其上面的程序起作用。 （3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后， plc 就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu 按照 i/o 映像區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相 應的外設。這時，才是 plc 的真正輸出。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件設 計 22 4 硬件設計 4.1 系統(tǒng)總體線路設計 首先我們需要三相電源為系統(tǒng)供電，由電源插頭引入，同時通過過流保護裝 置以保證電流過大時能夠及時斷電，以確保安全不造成設備的損壞，正常情況下 設備正常工作不會發(fā)生電流過大的現(xiàn)象，只有在出現(xiàn)故障時才有可能發(fā)生過流現(xiàn) 象此時才需要進行斷電以確保安全。對于需要 22

54、0v 交流電壓工作的設備可以連 入三相電源中的任意一相與中性線之間的 220v 交流電壓下。例如 plc 就是采用 220v 交流電工作，因此按照上述方式連接就可以直接接入任意一相與中性線之 間的 220v 交流電壓下。此外還要引入地線在需要接地的地方保證可靠接地確保 安全。 由于系統(tǒng)內(nèi)各種傳感器等設備需要直流電壓才能正常工作，因此還需要一個 整流裝置將它的交流輸入側(cè)連入任意一相與中性線之間的 220v 交流電壓下并對 220v 交流電進行整流穩(wěn)壓，然后輸出穩(wěn)定的直流電壓，直流輸出側(cè)可以為各個 直流設備提供直流電壓保證各個設備穩(wěn)定、有效、安全的工作。 由于我們選用的是交-直-交變頻器6因此應當

55、首先應該將 380v 三相交流電連 入變頻器的 l1、l2、l3 三個端子輸入供變頻器整流，逆變后的是頻率、電壓變 化的三相交流電通過接觸器的常開觸點連入三相異步電動機的定子側(cè)回路為其工 作提供電源，并通過變頻器調(diào)頻調(diào)壓從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速進而改變汽包的送水流量 對汽包水位進行調(diào)節(jié)。同時直接將由電網(wǎng)引入的三相電通過另一接觸器的常開觸 點連入三相異步電機的定子側(cè)回路，此時電機工作于工頻 50hz 三相交流電下以 用來在調(diào)試系統(tǒng)時或其他情況下使用。但兩個接觸器不能同時閉合，否則將會發(fā) 生事故。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件設 計 23 根據(jù)以上所訴我們設計總體電器線路如圖 4.1 所示。 電

56、源插頭 a n c b 過 流 保 護 地線 qs1 總電源 km1 pe 220v 24v12v0v 24v0v12v 變 頻 器 pe l1 l3 l2 u w v km2 k1 m 信 號 輸 入 a1 c1 b1 n1 c2 b2 a2 c2 b3 a2 c3 n3n4 b2 w1 u1 v1 qs2 qs3 q1 q2 pe j1j0j2 pe devicenet 圖 4.1 總體電氣線路圖 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件設 計 24 根據(jù)該設計可以得到供電線路接線如表 4.1 所示。 表 4.1 供電線路接線表 腳號信號代號信號名稱所連設備備注 a b c nacp3三相電

57、源 電源插頭 經(jīng)開 關(guān) qs1 到過流 保護裝置 三相供電設備 a1 b1 c1 n1acp3三相電源過流保護裝置保護設備 pegnd接地線 電機外殼 傳感 器接地線 接地保護 a2 b2 c2acp3三相電源 變頻器輸入 經(jīng) 開關(guān) qs2 到電 機定子回路 三相供電設備 c3 n1acp2單相電源直流電源輸入單相供電設備 b3 n1acp2單相電源接觸器線圈單相供電設備 u1 v1 w1vacp3變頻器輸出 經(jīng)開關(guān) qs3 到 電機定子回路 三相供電設備 j1 j0dc2024v 直流電源傳感器直流供電設備 q1c1km1 控制信號 功率三極管基 極 開關(guān)控制設備 q2c2km2 控制信號

58、功率三極管基 極 開關(guān)控制設備 4.2 控制線路設計 由于蒸汽流量傳感器、水位傳感器、送水流量傳感器都需要24v直流電壓供 電才能正常工作，因此三者的電源端子都要連入直流電源的24v直流電壓輸出側(cè)， 以為各個傳感器供電，保證其正常工作。各個傳感器的輸出引入plc的模擬量輸 入單元1756-if6i供plc完成各種運算從而達到控制目的。plc通過控制變頻器的 輸出頻率從而達到控制給水流量的目的。plc的數(shù)字量輸出單元1756-ob16d輸出 數(shù)字信號控制接觸器的通斷情況。根據(jù)以上分析設計控制線路連線圖如圖4.2所示。 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件設 計 25 液 位 傳 感 器 電 源

59、 輸 入j0 蒸 汽 流 量 傳 感 器 電 源 輸 入 信 號 輸 出 送 水 流 量 傳 感 器 電 源 輸 入 j0/wf0 信 號 輸 出 j1 j1 j0/sf0 j1 cpu 電源 1756- l1m2 1756- ennet 1756- if6i 1756- ob16d sf1 l1 l0 wf1 pe pe pe pe a1n1 sf1 wf1l1 sf0wf0 q2 q1 l0 信號輸出 250 250 250 1756- dnb/a 圖 4.2 控制線路連線圖 根據(jù)以上設計我們可以得到傳感器線路接線表如表 4.2 所示。 表 4.2 傳感器線路接線 插腳代號信號代號信號名信

60、號量程 被測（控） 物理量 備注 l1/l0lf+/lf-汽包水位300mm 0300mm 水位 送 plc sf1/sf0sf+/sf-蒸汽流量13 m3/h 013 m3/h 蒸汽流量 送 plc wf1/wf0wf+/wf-送水流量35 m3/h 013 m3/h 送水流量 送 plc 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 程序設 計 26 5 鍋爐水位的模糊自適應 pid 方案的設計 模糊自適應pid控制系統(tǒng)的框圖如下所示： 圖5.1 汽包鍋爐水位模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 為了設計一個模糊控制器以實現(xiàn)語言控制，必須解決以下稱為模糊控制器 結(jié)構(gòu)的3方面問題： （1） 精確量的模糊化，把語言變量的語