外文翻譯---plc在蒸汽鍋爐汽包液位pid控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>　　系 ： 自動化工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　姓 名： </p>&

2、lt;p>　　學(xué) 號： </p><p>　　外文出處： http://www.autooo.net/EN/2576.html </p><p>　　附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文

3、。 </p><p>　　附件1：外文資料翻譯譯文</p><p>　　PLC在蒸汽鍋爐汽包液位PID控制系統(tǒng)的應(yīng)用分析</p><p>　　來源：　錄入時間：07-06-10 13:22:33　English version</p><p>　　1 引言 工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量使其與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡，維持汽包

4、水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。若水位過高,影響汽水分離的效果,使用氣設(shè)備發(fā)生故障;而水位過低則會破壞汽水循環(huán),嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐爆炸，所以鍋爐汽包水位必須嚴(yán)加控制。為了確保鍋爐生產(chǎn)的穩(wěn)定、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，我們設(shè)計(jì)采用了性能先進(jìn)的永宏FBs-PLC、變頻調(diào)速器、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等自動化設(shè)備組成的鍋爐PID自動控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)通過檢測水汽壓力、溫度，汽包液位等運(yùn)行物理量，在運(yùn)行過程中

5、全自動調(diào)節(jié)，保證了工業(yè)鍋爐的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。2 工業(yè)鍋爐相關(guān)工藝介紹 蒸汽鍋爐是廠礦重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負(fù)荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。而利用余熱氣體作為熱交換介質(zhì)的余熱鍋爐在全國占有很大的比例，其節(jié)能降耗效果尤為明顯。某化工廠硫酸余熱鍋爐就是利用沸騰爐出來的爐氣(主要是SO2)溫度過高，將其作為熱交換對象，通過余熱鍋爐副產(chǎn)中壓蒸汽供各生產(chǎn)分廠使用，既保證了生產(chǎn)需要，

6、也達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。</p><p>　　圖1 余熱鍋爐工藝流程圖</p><p>　　3 控制難點(diǎn)分析 鍋爐計(jì)算機(jī)控制是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件、自動控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對鍋爐進(jìn)行過程的自動檢測、自動控制等多項(xiàng)功能。它的被調(diào)量是汽

7、包水位，而調(diào)節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調(diào)節(jié)，使汽包內(nèi)部的物料達(dá)到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內(nèi)，雖然鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應(yīng)呈積極特性，但是在負(fù)荷(蒸氣流量)急劇增加時，表現(xiàn)卻類似逆響應(yīng)特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負(fù)荷增加時，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制

8、指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量和水位、</p><p>　　圖2 三沖量調(diào)節(jié)方框圖</p><p>　　先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應(yīng)的比例系

9、數(shù)，通過比例系數(shù)可以調(diào)節(jié)蒸汽流量或給水流量對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調(diào)節(jié)信號H。如果水位設(shè)定值為G，那么在平衡條件下應(yīng)有D×Dk-W×Wk+H-G=0的關(guān)系式存在。其中Dk為蒸汽流量系數(shù) Wk為給水流量系數(shù)。如果再設(shè)定時，保證在穩(wěn)態(tài)下D×Dk=W×Wk那么就可以得到H=G。此時調(diào)節(jié)器的輸出就與符合對應(yīng)，給水閥停在某一位置上。若有一個或多個信號發(fā)生變化，平衡狀態(tài)被破壞，P

10、I調(diào)節(jié)模塊的輸出必將發(fā)生變化。當(dāng)水位升高了，則調(diào)節(jié)模塊的輸出信號就減小，使得給水調(diào)節(jié)閥關(guān)小。反之，當(dāng)水位降低時，調(diào)節(jié)模塊的輸出值增大，使給水閥開大。實(shí)踐證明三沖量給水單極自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)能保持水位穩(wěn)定，且給水調(diào)節(jié)閥動作平穩(wěn)。鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高，要給鍋爐補(bǔ)水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達(dá)到滿負(fù)荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的

11、鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒</p><p>　　圖3 汽定水＋液位前饋比值控制方案框圖</p><p>　　其中系數(shù)K為汽水損失率(給水流量與蒸汽流量的比值)，范圍為1.1～1.2。PID參數(shù)為P＝300％、I＝0.4、D＝0。這組PID參數(shù)可以使閥位波動幅度不大而回路有較快的跟蹤效果。液位前饋系數(shù)與鍋爐額定負(fù)荷密切相關(guān)，

12、一般是額定負(fù)荷越大前饋系數(shù)也越大。本項(xiàng)目廢熱鍋爐的額定負(fù)荷為35t／h。前饋系數(shù)按表一給定，見附表:附表 前饋系數(shù)表</p><p>　　投運(yùn)時首先投運(yùn)給水流量單回路，調(diào)節(jié)平穩(wěn)后，再切換為蒸汽流量比值控制，液位前饋同時起作用。以汽定水＋液位前饋比值控制方案調(diào)試投運(yùn)簡單方便，投運(yùn)后經(jīng)負(fù)荷擾動(產(chǎn)汽量變化)、液位擾動(排污量變化)實(shí)驗(yàn)，抗擾動性能良好，投運(yùn)以來運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到工藝要求。圖4為2.5h實(shí)時液位記錄曲線

13、，其中記錄了負(fù)荷擾動情況。液位波動范圍＜±3％。 </p><p>　　4 永宏P(guān)LC PID控制系統(tǒng)分析4.1 帶PID控制功能的FATEK可編程控制器 PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，作為國產(chǎn)PLC企業(yè)，永宏電機(jī)股份公司一直致力于PLC的研究開發(fā)工作，帶PID控制功能的FATEK可編程控制器(PLC

14、)就是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)鍋爐汽包液位的PID控制，在異常情況下，如液位偏離正常值較大時，通過PLC控制系統(tǒng)控制，可以快速恢復(fù)水位，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)水位控制和主蒸汽溫度控制發(fā)生矛盾時，可根據(jù)矛盾的主要方面進(jìn)行兩者的協(xié)調(diào)控制。它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，實(shí)質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量變化時，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(jìn)水量以完成粗調(diào)，然

15、后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)。</p><p>　　4.2 汽包水位PID控制設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) (1) 減少干擾對主回路的影響，可由副回路控制器予以校正。 (2) 由于副回路的存在減少了相位滯后，從而改善了主回路的響應(yīng)速度。 (3) 對控制閥特性的變化具有較好的魯棒性。 (4) 副回路可以按照主回路的需求對對象實(shí)施精確控制。 實(shí)際PLC的控制程序采用主副回路進(jìn)行串級控制，即主回路的輸出做為副回路的設(shè)

16、定值，經(jīng)副回路輸出作用于被控對象。也可以不用副回路只用主回路形成單回路調(diào)解，或手動操作完成。一般常見的過程控制應(yīng)用， 開環(huán)回路控制就可以滿足大部份的應(yīng)用要求，但隨著使用時間、組件特性變化或受控負(fù)載或外界工作環(huán)境的變化，開環(huán)回路控制因?yàn)闆]有真實(shí)將受控程序的實(shí)際量反饋到控制器，因此控制結(jié)果可能與實(shí)際期望的結(jié)果會有些落差，閉環(huán)回路PID過程控制是用來克服并解決上述缺點(diǎn)的極佳選擇。FBS-PLC提供軟件數(shù)字化的PID數(shù)學(xué)表達(dá)式，對于一般反應(yīng)的閉

17、環(huán)回路過程控制就可應(yīng)付，但對于工業(yè)鍋爐這樣的需要有快速反應(yīng)的閉環(huán)回路控制要使用本功能需要事先評估是否可行。典型的閉環(huán)回路程控示意圖如圖5示。</p><p>　　圖5典型閉環(huán)回路程控示意圖</p><p>　　根據(jù)應(yīng)用要求，用戶將PID 控制器設(shè)定成比例+積分+微分控制器，其控制器的數(shù)字化數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:</p><p>　　Mn:“n”時的控制輸出量D4005:

18、增益常數(shù)，默認(rèn)值為1000;可設(shè)定范圍為1～ 5000Pb:比例帶(范圍:1～5000，單位為0.1%; Kc(增益)=D4005/Pb)En:“n”時的誤差=設(shè)定值(SP)-“n”時的過程變數(shù)值(PVn)Ki:積分常數(shù)( 范圍:0～9999，相當(dāng)于0.00～99.99 Repeats/Minute)Td:微積分時間常數(shù)(范圍:0～9999，相當(dāng)于0.00～99.99Minute)PVn:“n”時的過程變數(shù)值PVn-1:“n

19、”時的上一次過程變數(shù)值Ts:PID運(yùn)算的間隔時間(范圍:1～3000，單位:0.01S)Bias:偏置輸出量(范圍:0～16383) 加上微分項(xiàng)的控制器，目的在于消除程控系統(tǒng)的過度反應(yīng)，進(jìn)而使程控系統(tǒng)能夠平穩(wěn)緩和達(dá)到穩(wěn)定。雖然微分項(xiàng)有上述優(yōu)點(diǎn)，但因其對輸出量的貢獻(xiàn)相當(dāng)靈敏，大部分的應(yīng)用不必使用微分項(xiàng)而將Td設(shè)定為0。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和

20、微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類:一是理論計(jì)算整</p><p>　　圖6永宏可編程序控制器PID部分程序圖除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，對鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故。</p><p>　　5 結(jié)束語 由于采用

21、了PLC進(jìn)行控制，系統(tǒng)功能完善，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，能耗小，擴(kuò)展靈活，便于維護(hù)，并且可靠性高，而且還極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)自動化程度較高，大大降低了操作者勞動強(qiáng)度，降低了成本，經(jīng)過近2年的運(yùn)行，用戶給予了很高評價(jià)，認(rèn)為利用國產(chǎn)永宏P(guān)LC開發(fā)的控制系統(tǒng)功能完善，綜合性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，實(shí)用性好。隨著國產(chǎn)優(yōu)秀可編程控制器和高速計(jì)算元件的快速發(fā)展，鍋爐控制系統(tǒng)將會更加完善。</p><p><b&

22、gt;　　附件2：外文原文</b></p><p>　　PLC in steam boiler steam drum fluid position PID control system applied analysis</p><p>　　Origin: Input time: 07-03-18 13:09:33English version</p><p&

23、gt;　　1 introductionThe industry steam boiler steam drum water monitor duty is the control causes it for the water current capacity with the transpiration rate maintenance dynamical equilibrium, maintains the steam drum

24、water level in the craft permission scope, is guarantees the boiler safety in production movement the essential condition, also is one of boiler regular production movement major targets or quotas. If the water level exc

25、essively is high, affects the soft drink separation the effect, t</p><p>　　Chart 1 afterheat boiler flow chart</p><p>　　3 controls difficulties analysisThe boiler computer control is a new tech

26、nology which the recent years developed. It is the microcomputer soft, the hardware, the automatic control, the boiler energy conservation and so on several technical in close integration with product, as the boiler cont

27、rol device, its primary mission is guaranteed the boiler the security, is stable, the economical movement, reduces operator's labor intensity. Uses the micro computer control, can carry on the process to th</p>

28、<p>　　Chart 2 impulse adjustment block diagram</p><p>　　First and obtains respective signal through vapor stream quantitative change delivering for fluent quantitative change delivering while by the c

29、orresponding scale-up factor, may adjust the steam current capacity through the scale-up factor or give the water current capacity to the governing system influence dynamics. Changes delivering through the difference pre

30、ssure to obtain the water level signal to take host adjustment signal H. If the water level supposes the definite value is G, then shoul</p><p>　　Chart 3 the steam decides the water + fluid position forward

31、feed ratio control plan diagram </p><p>　　Coefficient K is the soft drink loss factor (gives water current capacity and steam current capacity ratio), the scope is 1.1 ~ 1.2. The PID parameter is P = 300%, I

32、 = 0.4, D = 0. This group of PID parameter may enable the valve position margin of fluctuation not greatly but the return route to have the quicker track effect. The fluid position forward feed coefficient and the boiler

33、 fixed load close correlation, generally are the fixed load bigger forward feed coefficient is also bigger. This pr</p><p>　　The attached list forward feed is a mathematical table</p><p>　　Throw

34、s transports when first throws transports for the water current capacity single return route, after the adjustment is steady, then cuts for the steam current capacity ratio control, at the same time the fluid position fo

35、rward feed the function. To the steam decides the water + fluid position forward feed ratio control plan to move transports simply convenient, after throws transports (produces steam quantitative change) after the load p

36、erturbation, the fluid position perturbation (dumps pol</p><p>　　Chart 4 real-time fluids positions record curve</p><p>　　4 forever great PLC PID control system analysis4.1 brings PID the contr

37、ol function the FATEK programmable controllerPID control and its controller or intelligent PID controller (measuring appliance) already very many, the product actual center obtained the widespread application in the pro

38、ject, has various PID controller product, took the domestically produced PLC enterprise, forever the great electrical machinery joint-stock company continuously will devote to the PLC research development wor</p>

39、<p>　　4.2 steam drums waters level PID control design merit (1) reduces the disturbance to the host return route influence, may adjust by the vice- return route controller. (2) because the vice- return route exist

40、ence reduced the phase lag, thus improved the host return route speed of response. (3) has a better robustness to the control valve characteristic change. (4) the vice- return route may defer to the host return route t

41、he demand to the object implementation accuracy control.The actual PLC</p><p>　　control schematic drawing like chart 6 shows.</p><p>　　Chart5 typical closed loops return routes program control

42、 schematic drawing</p><p>　　According to applies the request, the user establishes the PID controller the proportion + integral + differential controller, its controller digitization mathematical expression

43、as follows:Mn: "n" time control outputD4005: The gain constant, tacitly approves the value is 1,000; May establish the scope is 1 ~ 5,000Pb: Hou ratio(scope: 1 ~ 5,000, the unit is 0.1%; Kc (gain) =D4005/Pb

44、)En: "n" the time error = supposes the definite value (SP) - "n" the time process to change the value (PVn)Ki</p><p>　　The PID controller parameter project tuning method, mainly has the

45、 critical ratio method, the response tune long-base method and fades the subtraction. Three methods respectively have its characteristic, its common ground all is through the experiment, then carries on according to the

46、project empirical formula to The controller parameter setting. But regardless of uses the controller parameter which which one method obtained arrives, all needs to carry on the final adjustment and the consummatio</p

47、><p>　　Chart 6 forever great programmable foreword controller PID partial procedure charts</p><p>　　Except for this for guaranteed the boiler movement the security, when carries on the automation c

48、ontrol system design, to the boiler water level, the boiler dome pressure and so on the important parameter should establish the conventional measuring appliance and the alarm device, guaranteed the water level and the d

49、ome pressure have the dual even tertiary alarm device, this is essential, in order to avoid the boiler has the significant accident.5 concluding remarkBecause used PLC to carry on t</p><p><b>　　附件3：外

50、文資料2</b></p><p>　　Drumless natural circulation boiler</p><p>　　US Patent Issued on January 8, 2002</p><p>　　Description</p><p>　　FIELD AND BACKGROUND OF THE INVEN

51、TION The present invention relates generally to large commercial utility boilers or steam generators and, in particular, to a new and useful natural circulation steam generator which uses a plurality of large diameter

52、vertical pressure vessels at the top of downcomers of the steam generator, instead of a conventional single large steam drum. A conventional natural circulation boiler or steam generator system, generally designated 10