锅炉三冲量祥解.docx
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锅炉三冲量祥解.docx
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锅炉三冲量祥解
锅炉三冲量简介及组态
一、实验装置硬件组成
实验平台是个过程控制综合实验系统,系统由实验控制对象、实验控制台、和上位监控PC机三部分组成。
对象参数包括了液位、流量、压力、温度等热工参数,并可设置纯滞后环节。
控制设备配置了智能仪表与PLC两种形式,可以实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈-反馈控制,滞后控制、比值控制,解耦控制等多种控制。
1.系统总貌:
2.装置简述:
装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统有两路:
一路由三相(380V恒压供水)磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由变频器、三相磁力驱动泵(220V变频调速)、涡轮流量计及手动调节阀组成。
3.仪表显示控制箱:
仪表控制箱左上方标有本套装置的具体型号,面板示意图如图1-3:
图1-3仪表控制箱面板图
.2.3.1无纸记录仪:
本无纸记录仪表可以对现场变送器输出的变量电压值和阻值进行实时曲线和历史曲线的记录,当记录间隔为1S时,可连续记录36H的数据,当记录间隔为4min时可记录360天的数据。
它拥有128*64点阵式液晶显示屏、三通道万能输入和RS485通讯功能,是一款功能强大的无纸记录仪表。
4.智能调节仪:
本套装置配备两只智能调节仪,可同时控制两个执行器作用于不同的对象系统,每套仪表均带有三种输入规格、一路4~20mA电流信号输出、测量/输出分屏显示、模糊PID算法控制及RS485通讯功能,是工业中最常见的仪表之一。
5.流量积算仪:
与智能仪表不同的是流量积算仪不仅可以采集模拟量信号,而且可以将流量信号进行时间轴上的累积,并可进行相应的流量批量控制实验,这些都是工业现场常用的功能,此外流量积算仪还具有RS485通讯功能。
6.各种传感器、变送器和控制信号接口:
本套对象系统共配置10件检测装置,它们接口按输出信号的不同,分类排列在面板上,以供仪表引用。
两套执行器的输入信号,位于检测信号的下面,它们主要由仪表控制输出连接用。
另外还有一路开关量控制离心泵自动运转开关,为仪表控制箱流量积算仪最下面位置的两排强电接线柱,由流量积算仪作批量控制时自动控制泵的开启。
7.检测装置:
1)扩散硅液位变送器:
传感器为扩散硅压阻材料,用于测量由水箱液位高度而产生的压力,为直流24V供电、4~20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级,是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。
2)电容式液位变送器:
传感器为电容式检测机构,用于测量由水箱液位高度而产生的压力,为直流24V供电、4~20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.25级,是高精度型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。
3)差压液位变送器:
传感器为扩散硅压阻材料,用于测量由水箱液位高度而产生的压力,它的一端通有大气,是一种表压检测机构的传感器,为直流24V供电、4~20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级,是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。
4)涡轮流量计:
传感器为涡轮结构,是一种速度式检测仪表,本套装置中用于检测水流量大小,在小流量时拥有很高的精度,变送器为直流24V供电、4~20mA变送输出、标准两线制接线、精度1.0级,是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。
5)电磁流量计:
传感器为电磁法兰结构,利用法拉第电磁感应原理对导电介质水进行测量,变送器为交流220V供电、4~20mA变送输出、精度0.5级,是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。
6)孔板流量计:
采用标准孔板环式,孔径比及相关详细参数见节流装置技术资料。
孔板两侧所产生的压力差由差压变送器进行测量。
7)电容式差压变送器:
传感器为电容式检测机构,用于检测由于孔板节流而产生的压力差,为直流24V供电、4~20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级,。
8)PT100铂电阻温度传感器:
本套装置中共有两只PT100铂电阻温度传感器,一只安装在孔板节流装置的下游管道中,用以检测流过节流装置的介质水的温度;另一只安装在复合加热水箱的顶盖上,用以检测加热系统介质水的温度。
9)Cu50铜电阻温度传感器:
铜电阻温度传感器也安装在复合加热水箱的顶盖上,与安装在同样位置的PT100温度传感器进行对比实验用。
8.执行器:
1)电动调节阀:
采用智能直行程电动调节阀,用来对控制回路的流量进行调节。
它具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点,电源为单相220V,控制信号为DC4~20mA,使用和校正非常方便。
二、几种锅炉汽包水位的控制方案
1. 单冲量控制系统
单冲量控制系统(冲量一词指的是变量,单冲量即汽包液位)是采用汽包液位直接控制给水调节阀(如图4所示),它是汽包液位自动控制中最简单最基本的一种形式,是典型的单回路定值控制系统。
特点:
该系统结构简单投资少容易实现,用于小型低压锅炉。
因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定,汽包的相对容积大,用户对蒸汽的要求往往不十分严格,该控制系统若再配上一些报警联锁装置,也可以满足生产要求。
图4 单冲量控制系统方框图
在停留时间较短,负荷变化较大时,就不能采用单冲量液位控制系统。
这是因为:
(1)负荷变化时产生的“虚假液位”将使调节器反向错位动作,负荷增大时反而关小给水调节阀,当闪急化平息下来时,会使水位严重下降,产生剧烈波动,调节的动态品质很差。
(2)负荷变化时,从负荷变化到水位下降再到调节阀动作,滞后时间太长,如果水位过程时间常数很小,偏差必然很显著。
(3)给水系统扰动时,例如给水泵压力变化,进水量立即变化,而到水位产生偏差时才使调节阀动作,同样不够及时。
2. 双冲量控制系统
在汽包的水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化,那么引入蒸汽流量来校正,不仅可以补偿“虚假液位”所引起的误动作,而且使给水调节阀的动作及时,这就构成了双冲量控制系统。
从本质上看,双冲量控制系统是一个前馈(蒸汽流量FTS)加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。
图5 双冲量控制系统方框图
双冲量控制系统有两个缺点:
(1)调节阀的工作特性不一定完全是线性,这样要做到静态补偿就比较困难;
(2)对于给水系统的扰动不能直接补偿。
为此将引入给水流量信号,构成三冲量控制系统。
3. 三冲量控制系统
1)三冲量控制方案Ⅰ———前馈(蒸汽流量)加反馈(液位,给水流量)控制系统该系统可看作三冲量的综合信号作为被控变量的单回路控制系统,投运和整定与单回路控制系统一样,但是如果系统参数设置不能确保物料平衡,则负荷变化时,水位将有余差。
图6 三冲量控制方案Ⅰ方框图
2)三冲量控制方案Ⅱ———蒸汽流量前馈给水流量串级控制系统方案Ⅱ与方案Ⅰ相类似,仅是加法器位置从调节器前移至调节器后。
该方案不管λS与λW如何设置,当负荷变化时,液位可以保持无差,以改善负荷扰动下的调节品质。
图7 三冲量控制方案Ⅱ方框图
4.几种控制方案的比较
1)单冲量液位控制是汽包液位自动控制中最简单最基本的一种形式,是典型的单回路定值控制系统,但它不能克服“虚假液位”的影响,而且没有给水流量信号的反馈,所以液位波动较大。
2)双冲量液位控制系统是在单冲量控制的基础上,引进蒸汽流量作为前馈信号。
该控制系统的特点是:
引入的蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假液位”对调节品质的不良影响,而且引入的蒸汽流量的前馈信号,能改善调节系统的静特性,提高调节质量。
双冲量液位控制系统适用于小型低压而且给水压力较稳定的锅炉。
3)三冲量液位控制系统抗干扰能力强,适用于大
中型中压锅炉。
三、MCGS组态软件
MCGS是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。
MCGS5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
1概述
什么是MCGS组态软件
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。
组态(Configuration)为模块化任意组合。
通用组态软件主要特点有:
(1)延续性和可扩充性。
当现场(包括硬件设备或系统结构)或用户需求发生改变时,不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级;
(2)封装性(易学易用)。
通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来,不需掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术),就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能;
(3)通用性,每个用户根据工程实际情况,利用通用组态软件提供的底层设备(PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等)的I/ODriver、开放式的数据库和画面制作工具,就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程。
MCGS组态软件的系统构成
1)MCGS组态软件的整体结构
MCGS软件系统:
包括组态环境和运行环境
组态环境:
相当于一套完整的工具软件,帮助用户设计和构造自己的应用系统;生成用户应用系统的工作环境
运行环境:
则按照组态环境中构造的组态工程,以用户指定的方式运行,并进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。
用户应用系统的的运行环境。
MCGS组态软件的系统构成
四、MCGS组态软件五大组成部分
2MCGS组态软件的工作方式
1)MCGS的组态与动画效果:
MCGS提供图库,并为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性,如:
一个长方形的动画属性有可见度,大小变化,水平移动等,每一种动画属性都会产生一定的动画效果
所谓动画属性,实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
我们在组态环境中生成的画面都是静止的,图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应的对应关系,MCGS称之为动画连接。
2)如何对工程运行流程实施有效控制:
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口,建立用户运行策略。
MCGS提供了丰富的功能构件,供用户选用,通过构件配置和属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定的顺序和条件,操作实时数据库,实现对动画窗口的任意切换,控制系统的运行流程和设备的工作状态。
所有的操作均采用面向对象的直观方式,避免了烦琐的编程工作。
3建立一个新工程
五、工程立项搭建框架
1、建立MCGS新工程
如果计算机上安装了“MCGS组态软件”,在Windows桌面上,会有“Mcgs组态环境”与“Mcgs运行环境”图标。
鼠标双击“Mcgs组态环境”图标,进入MCGS组态环境。
在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项,如果MCGS安装在D:
根目录下,则会在D:
\MCGS\WORK\下自动生成新建工程,默认的工程名为新建工程X.MCG(X表示新建工程的顺序号,如:
0、1、2等)。
您可以在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项,把新建工程存为:
D:
\MCGS\WORK\水位控制系统
2、设计画面流程
在MCGS组态平台上,单击“用户窗口”,在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮,则产生新“窗口0”,即:
选中“窗口0”,单击“窗口属性”,进入“用户窗口属性设置”,将“窗口名称”改为:
水位控制;将“窗口标题”改为:
水位控制;在“窗口位置”中选中“最大化显示”,其它不变,单击“确认”。
选中刚创建的“水位控制”用户窗口,单击“动画组态”,进入动画制作窗口。
3、工具箱
单击工具条中的“工具箱”按钮,则打开动画工具箱,
对应于选择器,用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象;
用于打开和关闭常用图符工具箱,常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。
图形对象放置在用户窗口中,是构成用户应用系统图形界面的最小单元,MCGS中的图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件三种类型,不同类型的图形对象有不同的属性,所能完成的功能也各不相同。
为了快速构图和组态,MCGS系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象,称为系统图形对象。
如下图所示:
4、制作文字框图
建立文字框:
打开工具箱,选择“工具箱”内的“标签”
按钮,鼠标的光标变为“十字”形,在窗口任何位置拖拽鼠标,拉出一个一定大小的矩形。
输入文字:
建立矩形框后,光标在其内闪烁,可直接输入“水位控制系统演示工程”文字,按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下,文字输入过程结束。
如果用户想改变矩形内的文字,先选中文字标签,按回车键或空格键,光标显示在文字起始位置,即可进行文字的修改。
设定文字框颜色:
选中文字框,按工具条上的
(填充色)按钮,设定文字框的背景颜色(设为无填充色);按
(线色)按钮改变文字框的边线颜色(设为没有边线)。
设定的结果是,不显示框图,只显示文字。
设定文字的颜色:
按
(字符颜色)按钮,改变文字颜色(为蓝色)。
按
(字符字体)按钮改变文字字体和大小。
5、对象元件库管理
单击“工具”菜单,选中“对象元件库管理”或单击工具条中的“工具箱”按钮,则打开动画工具箱。
工具箱中的图标
用于从对象元件库中读取存盘的图形对象;
图标
用于把当前用户窗口中选中的图形对象存入对象元件库中。
如下图:
从“对象元件库管理”中的“储藏罐”中选取中意的罐,按“确认”,则所选中的罐在桌面的左上角,可以改变其大小及位置,如罐14、罐20。
从“对象元件库管理”中的“阀”和“泵”中分别选取2个阀(阀6、阀33)、1个泵(泵12)。
流动的水是由MCGS动画工具箱中的“流动块”构件制作成的。
6、整体画面
最后生成的画面如下图所示:
六、制作动画
1、定义数据变量
实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。
定义数据变量的内容主要包括:
指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围,确定与数据变量存盘相关的参数,如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。
分析变量名称:
下表列出了样例工程中与动画和设备控制相关的变量名称。
鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签,进入实时数据库窗口页。
按“新增对象”按钮,在窗口的数据变量列表中,增加新的数据变量,多次按该按钮,则增加多个数据变量,选中变量,按“对象属性”按钮或双击选中变量,则打开对象属性设置窗口。
位组变量属性设置,在基本属性中,对象名称为:
液位组;对象类型为:
组对象;其它不变。
在存盘属性中,数据对象值的存盘选中定时存盘,存盘周期设为5秒。
在组对象成员中选择“液位1”,“液位2”。
具体设置如下图:
2、动画连接
将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接,并设置相应的动画属性。
在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,从而实现了图形的动画效果。
3设备连接
功能:
负责建立系统与外部硬件设备的连接,使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态,实现对工业过程的实时监控。
基本方法:
在设备窗口内配置不同类型的设备构件,并根据外部设备的类型和特征,设置相关的属性,将设备的操作方法,如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之内,以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。
七、MCGS设备驱动程序的选择
八、串口父设备设置
通信构架:
MCGS组态软件采用在串口通讯父设备下挂接多个通讯子设备的一种通讯设备处理机制,各个子设备继承一些父设备的公有属性。
串口通讯父设备构件完成对串口的基本操作和参数设置,通讯子设备构件则为串行口实际挂接设备的驱动程序。
串口父设备设置通信参数和通信端口,通信参数必须设置成与PLC的设置一样。
PLC设备必须挂接在串口父设备下。
4编写控制流程
用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序,脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic语言,但在概念和使用上更简单直观,力求做到使大多数普通用户都能正确、快速地掌握和使用。
对于大多数简单的应用系统,MCGS的简单组态就可完成。
只有比较复杂的系统,才需要使用脚本程序,但正确地编写脚本程序,可简化组态过程,大大提高工作效率,优化控制过程。
5报警显示与报警数据
1)定义报警
2)报警动画
7曲线显示
在实际生产过程控制中,对实时数据、历史数据的查看、分析是不可缺少的工作。
但对大量数据仅做定量的分析还远远不够,必须根据大量的数据信息,画出曲线,分析曲线的变化趋势并从中发现数据变化规律,曲线处理在工控系统中也是一个非常重要的部分。
1)实时曲线
2)历史曲线
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