磨煤制粉系统微机控制技术综合应用.docx
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磨煤制粉系统微机控制技术综合应用.docx
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磨煤制粉系统微机控制技术综合应用
XX大学本科生实践教学考查报告
2014/2015学年第一学期
《磨煤制粉系统》
课程名称:
微机控制技术综合应用
任课教师:
学院:
电气工程学院
班级:
自动化
学号:
姓名:
同组成员:
负责内容:
硬件连接
成绩:
XX大学本科生实践教学考查报告
2014/2015学年第一学期
《磨煤制粉系统》
课程名称:
微机控制技术综合应用
任课教师:
学院:
电气工程学院
班级:
自动化
学号:
姓名:
同组成员:
负责内容:
组态画面
成绩:
大学本科生实践教学考查报告
2014/2015学年第一学期
《磨煤制粉系统》
课程名称:
微机控制技术综合应用
任课教师:
学院:
电气工程学院
班级:
自动化
学号:
姓名:
同组成员:
负责内容:
编程
成绩:
磨煤制粉系统的设计
一.工艺流程
磨煤机工艺流程包括原煤储运系统,制粉系统,煤粉的输送,喷吹系统,供气系统和煤粉计量系统,还包括整个喷煤系统的计算机控制中心等。
实现把原煤(无烟煤,烟煤)经过烘干,磨细,用压缩空气输送,通过喷煤枪从高炉风口直接喷入炉缸的生产工艺。
其工艺流程主要由原煤储运,煤粉制备,煤粉喷吹,热烟气和供气等级部分组成。
图一磨煤机工艺流程
1.原煤储运系统:
为保证高炉喷煤作业的连续性和有效性,在喷煤工艺系统中,首先要考虑的是建立合适的原煤储运系统,该系统应包括综合煤场、煤棚、储运方式。
为控制原煤粒度和除去原煤中的杂物,在原煤储运过程中还必须设置筛分破碎装置和除铁器。
筛分破碎即可以控制磨煤机入口的原煤粒度,除铁器则主要用于清除煤中的磁性金属杂物
2.煤粉制备系统:
制粉系统是指将原煤破碎、干燥成为具有移动细度和水分的煤粉,并且根据锅炉的运行情况对制粉出力和煤粉细度进行合理的调整,然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关连接管道的组合。
可以分为直吹式和仓储式(及中间仓储式)两大类。
中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中,然后再根据锅炉运行负荷的需要,从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧;而直吹式制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧。
本次课程设计中用到的是直吹式的制粉系统,其优点:
设备简单,投资少,系统的爆炸危险性小,将煤粉送往喷燃器所消耗的电能少。
其缺点:
制粉系统出故障时,锅炉必须降低负荷甚至停炉,可靠性差,每台锅炉需配置多台磨煤机。
图1直吹式制粉系统
(1—原煤斗2—给煤机3—磨煤机4—粗粉分离器5—煤粉分配器6—一次风管7—燃烧器8—锅炉9—送风机10—一次风机11—空气预热12—热风管道13—冷风管道15—二次风箱16—密封风机17—混合风门18—热风门19—冷风门20—二次风门21—密封风门22—隔绝门)
3.喷吹系统:
喷吹系统由不同形式的喷吹罐组和相应的钟阀、流化装置等组成。
煤粉喷吹通常是在喷吹罐组内充以压缩空气,在自混合器引入二次压缩空气将煤粉经管道和喷枪喷入高炉风口。
4.供气系统:
供气系统是高炉喷煤工艺系统中不可缺少的组成部分,主要涉及压缩空气、氮气、氧气和少量的蒸汽。
压缩空气主要用于煤的输送和喷吹,同时也为一些气动设备提供动力。
氮气和蒸汽主要用于维持系统的安全正常运行。
而氧气则用于富氧鼓风或氧煤喷吹。
稳定运行时,原煤斗中的煤通过给煤机以一定量送入磨煤机,一次冷风与一次热风量按一定组合成一次风量,一次风量与给煤量保持一定比例进入磨煤机,磨煤机中的煤粉和风的混合通过煤粉分配皿与二次风混合吹入炉膛,其中一,二次风均由送分机提供并维持一定量。
二.控制任务
1.保证机组实发功率Pe等于负荷要求指令P0,维持煤粉的供给与负载平衡。
2.维持炉内过剩空气稳定,以保证燃烧经济。
图2直吹式制粉系统方框图
调节量
被调量
给煤量(给煤机转速)
机床压力PT
送风机的送风量(变频)
烟气含氧量
磨煤机一次风量
一次风量与给煤量成比例
磨煤热风量
磨煤机出口温度
一次风量
一次风压Pv1
当负荷增加时,给煤机转速增加,给煤量增加,相应的送风量增加,一次风量增加,二次风量也增加,一、二次风量均由一、二次风门变频控制,从而锅炉提供热量以维持负荷
硬件
1.硬件调试
选择系统—设备,点击新建设备连接研华模块
选择设备:
研华系列
备注:
选择相应功能的研华模块
ADAM5017做模拟输入AIADAM5051做数字输入DI
ADAM5024做模拟输出AOADAM5017做数字输出DO
说明:
进行研华模块地址选择。
地址分别为:
ADAM5017做模拟输入AI地址:
0000.0
ADAM5024做模拟输出AO地址:
0000.1
ADAM5051做数字输入DI地址:
0000.2
ADAM5017做数字输出DO地址:
0000.3
三、控制系统方案
采用直吹式制粉系统
1.燃料量控制系统
采用机炉协调负荷方式,负荷控制系统(主控系统)的锅炉主控信号作为锅炉的负荷要求信号。
燃料主控回路将来自锅炉主控的负荷指令分配至各台运行中的磨煤机负荷控制回路,通过调节各台磨煤机的给煤量,使总燃料量满足锅炉负荷指令的要求。
(1)燃料量的测量
正确及时地测量燃料量是燃料控制子系统的基本问题。
然而燃料量的直接测量还是一个尚待解决的难题,一般都采用下述间接测量方法。
1)给煤机转速。
对于直吹式制粉系统的锅炉,在给煤机转速调节良好,考虑煤层密度、厚度对燃料量影响时,给煤量与转速之间具有确定的关系,可用给煤机转速求出燃料量。
2)给粉机转速。
对采用中间储仓式制粉系统锅炉,可采用给粉机转速来间接代表燃料量。
不足之处是转速信号不能反映煤粉的自发性扰动。
3)磨煤机进出口差压。
对采用直吹式制粉系统锅炉,可用磨煤机进出口差压来近似代表燃料量,这是以假定磨煤机出力与其进出口差压的平方根成正比为前提的。
(2)燃料量控制系统设计
采用给粉机的转速反馈的燃料控制系统
图3.燃料量控制系统
(3)送风量控制
采用单闭环比值送风控制系统
送风调节的任务在于保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例,送风调节对象近似比例环节。
常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统。
在本设计中选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制系统,这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统,燃料量的修正值作为送风量的给定值,实现B与V的比值控制。
图4.送风控制系统
2.制粉控制系统
选用一次风量为反馈信号的燃烧控制系统
图5.一次风量为反馈信号的燃烧控制系统
3.燃烧控制系统
图6.燃烧控制系统框图
I/O变量:
变量
类型
备注
补偿风量
内存
总油量
内存
锅炉指令
内存
热量信号——D蒸汽流量
I/O
蒸汽流量传感器
热量信号——Cbdpb/dt
内存
汽包压力
煤量平均值
内存
5台磨煤机转速反馈
内存变量:
变量名称
类型
总燃料指令
内存
给煤量指令
内存
4.一次风量控制系统
图7.一次风量控制系统
I/O变量:
变量
类型
备注
给煤量
I/O
给煤机转速
一次风压
I/O
一次风温
I/O
一次风量
I/O
内存变量:
变量
类型
冷风量
I/O
5.磨煤机出口温度控制
图8.磨煤机出口温度控制方框图
I/O变量:
变量名
类型
备注
出口温度反馈
内存
内存变量:
变量名
类型
给定磨煤机出口温度
I/O
一次热风机频率
I/O
6.一次风压控制系统
图9.一次风压控制方框图
I/O变量:
变量名
类型
备注
给煤量
I/O
给煤机转速
一次风压
I/O
内存变量:
变量名
类型
一次热风机频率
内存
一次冷风机频率
内存
二次热风机频率
内存
二次冷风机频率
内存
一次风机频率
内存
7.二次风量控制系统(送风控制)
图10.二次风量控制方框图
四.计算机控制系统
IPC+DCS结构
4.1新建工程
使用组态王,首先新建工程“制粉控制系统”
4.2新建画面
进入工程,点击新建工程画面,进入开发系统画面,使用图库创建所需的器件,作图工具绘制其他结构。
4.3建立仿真系统
选择系统—设备,点击新建设备
仿真设备定义:
把地理上分散的物理硬件在软件上变成集中的逻辑硬件。
智能设备定义:
设置COM口并与硬件进行连接
4.4新建数据词典
建立组态系统所需数据变量
共新建水位、水泵运行、启动运行、出水阀门、历史曲线跨度、历史曲线卷
动量、行等所需的数据词典。
制粉系统的控制设计
制粉系统控制的流程图如
E.报警控制的设计
汽包液位过高或过低都会导致严重的后果,液位过高(>90)会溢出,液位过低(<10)会使得锅炉干烧,造成爆炸等严重后果。
因此应对其进行必要的监控,从而进行调整。
报警控制流程图
4.5各项参数的设置
4.5.1按钮参数设置
在工具中选择按钮工具,并在主画面中画出如图所示的按钮,分别为管理登陆、退出登录、启动、停止、水位报警、历史曲线、数据报表、退出。
对于启动、停止按钮,双击选择按下时并写入命令语言:
管理登陆:
LogOn(); 退出登录:
LogOff();
启动按钮为:
\\本站点\启动运行=1; 停止按钮为:
\\本站点\启动运行=0;
对于给煤机转速报警、磨煤机出口温度报警、一次风量报警、二次风量报警、历史曲线、数据报表、退出这些按钮则是选择弹起时并写入命令语言:
给煤机转速报警:
ShowPicture("给煤机转速报警"); 历史曲线:
ShowPicture("历史曲线"); 数据报表:
ShowPicture("数据报表"); 退出:
Exit(0);
4.5.2磨煤机转速报警画面
在水位报警画面中右键点击,选择动画连接,做如图中所示设置:
燃料锅炉报警画面
实时曲线
4.5.4历史曲线画面
同样新建画面,命名为历史曲线,在画面中打开工具箱中的图库,选择历史曲线加入到画面中,如上图所示。
查阅组态王帮助文档知道各按钮的意义:
第一排最前面的两个按钮为时间轴左端向左卷动和时间轴左端向右卷动;第一排最后两个按钮为时间轴右端向左卷动和时间轴右端向右卷动。
第二排前面四个按钮为:
时间轴向左平移,时间轴向右平移,时间轴向左平移两倍,时间轴向右平移两倍。
卷动百分比按钮对应卷动百分比量的输入,作用是使趋势曲线的时间轴左移或右移一个百分比,百分比是指移动量与趋势曲线当前时间轴长度的比值。
比如移动前时间轴的范围是12:
00~14:
00,时间长度120分钟,左移10%即12分钟后,时间轴变为11:
48~13:
48。
在此按钮后面有两个分别为时间轴百分比左移与时间轴百分比右移。
输入调整跨度按钮用以调整跨度时间,如输入7200,表示时间调整跨度为2小时。
后面有四个不同的时间跨度可以选择。
时间轴缩放按钮显示时间轴的量程。
可以缩小或者放大时间轴。
后面有时间更新按钮,用以将历史曲线时间轴的右端设置为当前时间,以查看最新数据。
最后是参数设置按钮,在软件运行时设置记录参数,包括记录起始时间、记录长度等。
4.5.5总体命令语言设置
组态王命令程序
/**
**
**/
//=====================================参数初始化====================================
//===程序周期时间
floatT=3;//单位是s
//===计算热量信号参数
//===蒸发受热面的蓄热能力
floatCb=0.1;
//====================================计算热量信号====================================
floatdelta0=0;
delta0=\\本站点\汽包压力100_I2-\\本站点\汽包压力;
\\本站点\热量信号=\\本站点\蒸汽流量D100_I1*8+Cb*delta0/T;
\\本站点\汽包压力=\\本站点\汽包压力100_I2;
//------1------
//====================================燃烧控制=========================================
//===计算总燃料指令
floatdelta1=0;
delta1=\\本站点\补偿后总风量100n-\\本站点\燃料_总油量100n;
\\本站点\燃料_总燃料指令100n=Min(\\本站点\燃烧_锅炉指令100n,delta1);
//===PI1主控制器作用
//=====输出煤量信号
\\本站点\BurnSysErr1_0=\\本站点\BurnSysErr1_1;
\\本站点\BurnSysErr1_1=\\本站点\燃料_总燃料指令100n-\\本站点\热量信号;
//===增量式PI===
\\本站点\煤量指令=\\本站点\煤量指令+PID_Ctr(\\本站点\BurnSysErr1_0,\\本站点\BurnSysErr1_1,\\本站点\燃料_总燃料指令100n,\\本站点\热量信号,\\本站点\BurnSysPI1_Kp,\\本站点\BurnSysPI1_KI);
//===\\本站点\煤量指令=\\本站点\煤量指令+总燃料指令微分
\\本站点\煤量指令=\\本站点\煤量指令+(\\本站点\燃料_总燃料指令100n-\\本站点\燃烧_总燃料指令)/T;
//===手自动转换----T19===
if(\\本站点\BurnSys_T19_DO0)
\\本站点\煤量指令=\\本站点\手动煤量指令;//===手动设定给定值
//================
//给煤机频率实际表示给煤机转速
\\本站点\给煤机频率50_O3=\\本站点\给煤机频率50_O3+PID_Ctr(\\本站点\BurnSysErr2_0,\\本站点\BurnSysErr2_1,\\本站点\煤量指令,\\本站点\给煤机转速(给煤量)90_I0,\\本站点\BurnSysPI2_Kp,\\本站点\BurnSysPI2_KI);
//===手自动转换----T2===
//if(\\本站点\BurnSys_T19_DO0)
//\\本站点\煤量指令=\\本站点\手动煤量指令;//===手动设定给定值
//================
//===最小值限幅===
if(\\本站点\给煤机频率50_O3<25)
\\本站点\给煤机频率50_O3=20;//这里是自己瞎编的
//------2------
//=================================磨煤机一次风量控制====================================
//===一次风给定值===
\\本站点\补偿后磨煤机一次风量=FstGivAdj(\\本站点\一次风量100I7,\\本站点\一次风压100_I3,\\本站点\一次风温100_I4);
floatCoalGivMechSpd2FstVf2_out=CoalGivMechSpd2FstVf2(\\本站点\给煤机转速(给煤量)90_I0);
\\本站点\一次风量PI输出=\\本站点\一次风量PI输出+PID_Ctr(\\本站点\一次风量Err_0,\\本站点\一次风量Err_1,CoalGivMechSpd2FstVf2_out,\\本站点\补偿后磨煤机一次风量,\\本站点\一次风量PI_Kp,\\本站点\一次风量PI_Ki);
\\本站点\一次风机频率50_O1=\\本站点\一次风量PI输出+\\本站点\磨煤机出口温控PI输出*(-0.01);
//===下面有手自动切换限幅等等
//------3------
//=================================磨煤机出口温度控制====================================
//===磨煤机出口温度超限报警===
//if(\\本站点\磨煤机出口温度100_I5>93&&\\本站点\磨煤机出口温度100_I5<54)
//;//报警
\\本站点\磨煤机出口温控PI输出=\\本站点\磨煤机出口温控PI输出+PID_Ctr(\\本站点\磨煤机出口温控Err_0,\\本站点\磨煤机出口温控Err_1,\\本站点\磨煤机出口温度给定,\\本站点\磨煤机出口温度100_I5,\\本站点\磨煤机出口温控PI_Kp,\\本站点\磨煤机出口温控PI_Ki);
//===这里给定值设为80摄氏度===
\\本站点\一次冷风机频率=\\本站点\磨煤机出口温控PI输出+0.01;//转换函数f(x)没有考虑
//===手自动自动转换T2===
//===手自动自动转换T3===
//**
//**都没有编
//**/
//------4------
//=================================一次风压力控制====================================
floatPressTmp=0;
floatdeltaPress=0;
PressTmp=CoalGiv2FstPress(\\本站点\给煤机转速(给煤量)90_I0);
PressTmp=Max(PressTmp,6.5);//===最小压力=6.5Mpa
//===判断偏差量是否大于0.3Mpa--------要报警
deltaPress=\\本站点\一次风压100_I3-PressTmp;
deltaPress=Abs(deltaPress);
//===if(deltaPress>0.3)
//报警
//===主调节器作用===
\\本站点\一次风压控PI1输出=\\本站点\一次风压控PI1输出+PID_Ctr(\\本站点\一次风压控Err1_0,\\本站点\一次风压控Err1_1,PressTmp,\\本站点\一次风压100_I3,\\本站点\一次风压控PI1_Kp,\\本站点\一次风压控PI1_Ki);
//===副调节器作用===
\\本站点\一次风压控PI2输出=\\本站点\一次风压控PI2输出+PID_Ctr(\\本站点\一次风压控Err2_0,\\本站点\一次风压控Err2_1,\\本站点\一次风压控PI1输出,\\本站点\一次风压控PI1输出,\\本站点\一次风压控PI2_Kp,\\本站点\一次风压控PI2_Ki);
//===下面是手自动切换===
//===转换成频率输出
\\本站点\一次风机频率=\\本站点\一次风压控PI2输出;//通过函数转换成一次风机频率输出
//------5------
//=================================二次风量控制====================================
//===烟气含氧量控制===
\\本站点\烟气含氧量控PI输出=\\本站点\烟气含氧量控PI输出+PID_Ctr(\\本站点\烟气含氧量控Err_0,\\本站点\烟气含氧量控Err_1,100.0,\\本站点\锅炉含氧量100I6,\\本站点\烟气含氧量控PI_Kp,\\本站点\烟气含氧量控PI_Ki);
//===烟气含氧量设定为100,本来应该为f(蒸汽量)的函数,为了方便
floatOxygTmp1=0;
floatOxygTmp2=0;
floatOxygTmp3=0;
OxygTmp1=\\本站点\烟气含氧量控PI输出*1/*这里应该为一个函数*/+\\本站点\燃烧_锅炉指令100n;
OxygTmp2=max(\\本站点\燃料_总燃料指令100n,\\本站点\热量信号);
OxygTmp3=max(OxygTmp1,OxygTmp2);
OxygTmp3=max(OxygTmp3,30.0);//最小风量限幅为30
//===主调节器作用===
\\本站点\二次风量控PI1输出=\\本站点\二次风量控PI1输出+PID_Ctr(\\本站点\二次风量控Err1_0,\\本站点\二次风量控Err1_1,OxygTmp3,\\本站点\补偿后总风量100n,\\本站点\二次风量控PI1_Kp,\\本站点\二次风量控PI1_Ki);
//===副调节器作用===
\\本站点\二次风量控PI2输出=\\本站点\二次风量控PI2输出+PID_Ctr(\\本站点\二次风量控Err2_0,\\本站点\二次风量控Err2_1,\\本站点\二次风量控PI1输出,\\本站点\二次风量控PI1输出*0.5,\\本站点\二次风量控PI2_Kp,\\本站点\二次风量控PI2_Ki);
//===副调节器中的反馈值不确定
//*
//**手自动转换
//**/
//===将风量输出转换成二次风机频率输出
//===函数不确定
\\本站点\二次风机频率50_O2=\\本站点\二次风量控PI2输出*1;
四、运行效果
1、画面绘制:
完成各种需要画面的控制
(1)制粉控制
制粉控制系统是本小组的主要工程设计,制粉控制系统是最重要的系统组态画面,该系统由给煤机,磨煤机、炉膛、烟道、送风机组成,变量有给煤量,一次风量。
2、动画连接及按键的编写的程序编写
1)、给煤量的动画连接及其程序编写
(1)给风机转速的动画连接
(2)汽包的动画连接
2)、管道的动画连接
命令语言如下:
在运行模式下点击菜单可以切换到报警、报表、实时历史曲线、过程蒸汽控制以及除氧器控制工程画面。
(1)报警画面
(2)实时数据报表
(3)实时历史曲线
五.心得体会
通过这次设计,我们对组态王的知识了解掌握了很多,对以前的知识有了进一步的拓展和延伸。
开始时觉得这个设计比较难,没办法着手,于是就到网络上查找相关内容来帮助自己。
对自己所做的题目;基于组态王的制粉控制系统设计相关的内容的搜索,如何将平时教师里所学的知识运用到其中。
我们经过设备的配置,构造数据词典变量,设计图形界面,建立动画连接,运行和调试,报告的完成,这一系列的过程后,我们不仅解决了问题,而且基本熟悉了组态王这个软件。
课程设计是培养学生综合运用所学的知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践结合起来,从理
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