1、2022-2-16計算機控制技術1第11章 計算機控制系統實例 2022-2-16計算機控制技術2工業鍋爐計算機控制系統工業鍋爐計算機控制系統硫化機計算機群控系統硫化機計算機群控系統 本章主要內容2022-2-16計算機控制技術311.1工業鍋爐計算機控制系統工業鍋爐簡介鍋爐計算機控制系統組成2022-2-16計算機控制技術4鍋爐鍋爐是化工、煉油、發電等工業生產過程中必不可少的重要動力設備。它所產生的高壓蒸汽，既可作為風機、壓縮機、大型泵類的驅動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學反應、干燥和蒸發等過程的熱源。隨著工業生產規模的不斷擴大，生產設備的不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、

2、高效率發展。為了確保安全，穩定生產，鍋爐設備的控制系統就顯得越發重要 2022-2-16計算機控制技術5 按燃料種類分，在各個工業部門中，應用最多的有燃燃 油鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐油鍋爐、燃氣鍋爐和燃煤鍋爐 在石油化工、煉油的生產過程中，往往產生各種不同的殘油、殘渣、釋放氣和煉廠氣，為充分利用這些燃料，所以出現了油、氣混合燃燒鍋爐油、氣混合燃燒鍋爐和油、氣、煤混合燃燒油、氣、煤混合燃燒鍋爐鍋爐 在化工、造紙、制糖等工藝過程中，還會產生各種毫無規則的聚合物、殘渣等，可利用這些“燃料”產生的熱量以及在化工生產中化學反應生產的熱量，來生產各個部門所需要的蒸汽，因此又形成了廢熱鍋爐廢熱鍋爐 所有這些

3、鍋爐，燃料種類各不相同，但蒸汽發生系統和蒸汽處理系統是基本相同的。常見的鍋爐設備的主要工藝流程如圖11.1所示。2022-2-16計算機控制技術62022-2-16計算機控制技術7燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發生系統，產生飽和蒸汽Ds。然后經過熱器，形成一定溫度的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為Pm的過熱蒸汽，經負荷設備控制供給負荷設備用。與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，除將飽和蒸汽變為過熱蒸汽外，還經省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經引風機送往煙囪，排入大氣。 2022-2-16計算機控制技術8鍋爐設備是一個復雜的控制對象，主要的輸入變量是負荷、鍋

4、爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等，如圖11.2所示。主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負壓、過剩空氣（煙氣含氧量）等這些輸入變量與輸出變量之間相互關聯。如果蒸汽負壓發生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化；燃料量變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、過熱蒸汽溫度、過剩空氣和爐膛負壓給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等亦有影響；2022-2-16計算機控制技術92022-2-16計算機控制技術10 鍋爐是一個典型的多變量對象，要進行自動控制，對多變量對象可按自治自治的原則和協調跟蹤協調跟蹤的原則加以處理。 目前，鍋爐控制系統

5、大致可劃分為三個控制系統 鍋爐燃燒控制系統、鍋爐燃燒控制系統、 鍋爐給水控制系統鍋爐給水控制系統 過熱蒸汽溫度控制系統過熱蒸汽溫度控制系統 2022-2-16計算機控制技術11 燃燒過程控制系統：n 燃燒過程控制任務燃燒過程控制任務：使燃料燃燒所產生的熱量適應蒸汽負荷的需要（常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證最佳經濟效益的燃燒（常以煙氣成分為被控變量），提高鍋爐的燃燒效率；使引風量與送風量相適應，以保持爐膛負壓在一定的范圍內 n 燃燒過程控制系統設計方案：燃燒過程控制系統設計方案：根據自治原則簡化鍋爐燃燒控制系統，可將其大致分為三個單變量控制系統：燃燃料量料量汽

6、壓子系統、送風量汽壓子系統、送風量過量空氣系數子系統以及過量空氣系數子系統以及引風量引風量爐膛負壓子系統。爐膛負壓子系統。 2022-2-16計算機控制技術122022-2-16計算機控制技術132022-2-16計算機控制技術14 鍋爐給水控制系統：n 控制任務控制任務：考慮汽包內部的物料平衡，使給水量適應蒸發量，維持汽包水位在規定的范圍內，實現給水全程控制。給水控制也稱為汽包水位控制。被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量 n 基本結構：基本結構： 單沖量控制系統、單沖量控制系統、 單級三沖量控制系統單級三沖量控制系統 、 串級三沖量控制系統串級三沖量控制系統2022-2-16計算機控制技術

7、152022-2-16計算機控制技術162022-2-16計算機控制技術17 蒸汽溫度控制系統：n 控制任務控制任務：維持過熱器出口溫度在允許范圍內，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量 n 控制系統：控制系統：以過熱蒸汽為主參數，選擇二段過熱器前的蒸汽溫度為輔助信號，組成串級控制系統串級控制系統或雙沖量氣溫控制系統雙沖量氣溫控制系統 2022-2-16計算機控制技術18鍋爐計算機控制系統實現：鍋爐計算機控制系統實現：n 一次儀表測得的模擬信號經采用電路、濾波電路進入A/D轉換電路，A/D轉換電路將轉換完的數字信號送入計算機，計算機對數據進

8、行處理之后，便于控制和顯示。D/A轉換將計算機輸出的數字量轉換成模擬量，并放大到010mA，分別控制水泵調節閥、鼓風機擋板、引風機擋板和爐排直流電動機 2022-2-16計算機控制技術192022-2-16計算機控制技術2011.2硫化機計算機群控系統系統總體方案可編程控制器控制軟件設計 工控機管理軟件設計 結束語2022-2-16計算機控制技術21系統總體方案：系統總體方案：n 內胎硫化過程共包括四個階段內胎硫化過程共包括四個階段: : 合模、硫化、泄壓、合模、硫化、泄壓、開模。由于所有硫化機的控制方式相同，所以特別開模。由于所有硫化機的控制方式相同，所以特別適合群控。在自動模式下，當硫化操

9、作人員裝胎合適合群控。在自動模式下，當硫化操作人員裝胎合模后，由控制系統根據溫度計算內胎的等效硫化時模后，由控制系統根據溫度計算內胎的等效硫化時間并控制泄壓閥、開模電機的動作。為克服溫度波間并控制泄壓閥、開模電機的動作。為克服溫度波動的影響，經過大量實驗，選用阿累尼烏斯動的影響，經過大量實驗，選用阿累尼烏斯(Arrhenius(Arrhenius) ) 經驗公式來計算等效硫化時間。經驗公式來計算等效硫化時間。n 某橡膠制品有限公司硫化車間共有內胎硫化機某橡膠制品有限公司硫化車間共有內胎硫化機9696臺，臺，為便于整個生產過程的控制和管理擬采用計算機群為便于整個生產過程的控制和管理擬采用計算機群

10、控及管理系統。根據企業的現場情況，借鑒控及管理系統。根據企業的現場情況，借鑒DCSDCS系統系統結構，使用結構，使用PLCPLC作為直接控制級，完成現場的控制功作為直接控制級，完成現場的控制功能能; ; 使用工業控制計算機作為管理和監視級。系統使用工業控制計算機作為管理和監視級。系統總體方案見圖總體方案見圖 2022-2-16計算機控制技術222022-2-16計算機控制技術23PLCPLC軟件設計：軟件設計：n 從內胎硫化的流程可知，硫化的控制屬于過程、位從內胎硫化的流程可知，硫化的控制屬于過程、位置控制，采用置控制，采用PLC PLC 可方便的進行編程，實現內胎硫可方便的進行編程，實現內胎

11、硫化機的等效硫化時序。為提高運行速度、減少運行化機的等效硫化時序。為提高運行速度、減少運行指令，在控制軟件設計中采用了模塊化編程，設計指令，在控制軟件設計中采用了模塊化編程，設計了多種通用子程序，如數據采樣及處理子程序、等了多種通用子程序，如數據采樣及處理子程序、等效硫化計算子程序、報警子程序等效硫化計算子程序、報警子程序等n 控制軟件主程序流程簡圖見圖控制軟件主程序流程簡圖見圖11.911.9 2022-2-16計算機控制技術242022-2-16計算機控制技術252022-2-16計算機控制技術262022-2-16計算機控制技術272022-2-16計算機控制技術28結束語：結束語：n

12、本系統在某橡膠制品有限公司投入運行后，控制達本系統在某橡膠制品有限公司投入運行后，控制達到了預定的工藝要求，內胎質量穩定，產品合格率到了預定的工藝要求，內胎質量穩定，產品合格率達到達到99.8%99.8%以上，每年可增加直接經濟效益以上，每年可增加直接經濟效益200200萬元。萬元。同時大幅減輕了工人的勞動強度，改善了工作環境，同時大幅減輕了工人的勞動強度，改善了工作環境，提高了企業生產的自動化和信息化程度，并且還可提高了企業生產的自動化和信息化程度，并且還可方便地與企業的信息管理系統相連，組成管控一體方便地與企業的信息管理系統相連，組成管控一體化的網絡系統等化的網絡系統等n 本系統群控機臺數量多、投入低、抗干擾能力強、本系統群控機臺數量多、投入低、抗干擾能力強、使用方便，集控制與管理于一身，特別適合于在各使用方便