畢業(yè)設(shè)計(jì)--煤氣加壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　煤氣加壓過程是生產(chǎn)加工的重要環(huán)節(jié)，在大量使用煤氣作為熱源的場合，由于生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而極其容易造成用氣量大幅度頻繁波動，同時由于氣源管網(wǎng)方面的狀況原因，僅靠閥門調(diào)節(jié)根本無法滿足生產(chǎn)要求，直接影響生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。煤氣混合加壓過程復(fù)雜，影響因素多，而我國絕大多數(shù)加壓站都采用手動控制的方式，這就使得混合煤氣的生產(chǎn)質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到生

2、產(chǎn)要求，這就需要一種有效的控制方法和控制系統(tǒng)，來使煤氣的質(zhì)量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。本文針對攀鋼某加壓站選用西門子S7-200型PLC及G150系列變頻器設(shè)計(jì)了煤氣加壓PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煤氣加壓過程的自動化控制。該系統(tǒng)具有操作簡單、運(yùn)行良好、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、控制精度高的特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)用中，達(dá)到了良好效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞 煤氣加壓站，閉環(huán)控制，PLC，PID，變頻器</p><

3、p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Production and processing of gas compression process is an important link in the extensive use of gas as a heat source of the occasion, because the production is e

4、xtremely unstable conditions likely to cause frequent fluctuations in gas consumption dramatically, and because the gas supply pipe network's status reasons alone valve regulated simply can not meet production requir

5、ements, a direct impact on the production of quality and yield. Pressurized gas mixing process is complex, many factors, </p><p>　　Key words gas pressure，loop control，PLC，PID，VFD</p><p><b&g

6、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒 論3</b></p><p><b>　　1.1概述3</b></p><p>

7、;　　1.2 煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀3</p><p>　　2 現(xiàn)場工藝及控制要求5</p><p>　　2.1 攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程5</p><p>　　2.2 煤氣加壓站的控制要求5</p><p>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)框圖7</p&

8、gt;<p>　　3.1.1 熱值調(diào)節(jié)回路7</p><p>　　3.1.2 混壓調(diào)節(jié)回路8</p><p>　　3.1.3 出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路9</p><p>　　3.1.4 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路10</p><p>　　3.2 蝶閥的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)

9、計(jì)13</p><p>　　4.1 PLC的選型13</p><p>　　4.1.1 I/O口地址的分配13</p><p>　　4.1.2 CPU及擴(kuò)展模塊的選擇14</p><p>　　4.1.3 PLC的外部接線圖14</p><p>　　4.2 煤氣加壓機(jī)的選型15</p><p

10、>　　4.3 流量變送器的選型16</p><p>　　4.4 執(zhí)行器的選型16</p><p>　　4.5 變頻器的選型17</p><p>　　4.6 傳感器的選型18</p><p>　　4.6.1 溫度傳感器的選型18</p><p>　　4.6.2 壓力傳感器的選型18</p>

11、<p>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　5.1 系統(tǒng)主程序流程圖20</p><p>　　5.2 調(diào)節(jié)閥控制流程圖20</p><p>　　5.3 PID調(diào)節(jié)流程圖22</p><p>　　5.4 變頻器調(diào)節(jié)流程圖23</p><p>　　5.5 混合加壓壓力調(diào)節(jié)流程圖24<

12、;/p><p>　　6 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢26</p><p>　　6.1 原系統(tǒng)存在的問題26</p><p>　　6.2 改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢26</p><p><b>　　7 結(jié)束語28</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)29</p><p><

13、;b>　　附錄Ⅰ30</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。我國人口眾多，資源有限，并且

14、許多資源都是不可再生的。當(dāng)前，資源短缺和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的矛盾日益突出，已成為制約經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一，特別是能源的過度消耗和浪費(fèi)已經(jīng)成為一個亟待解決的問題?！皻v覽前賢國與家，成由勤儉敗由奢”，勤儉節(jié)約是中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)美德，在現(xiàn)代化發(fā)展的今天，節(jié)約能源、合理使用能源這一關(guān)鍵就顯得尤為重要。近年來，國際能源的走勢一直是世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。2008年以來，受國際石油價格波動的影響，液化石油及天然氣的價格也隨之出現(xiàn)同步震蕩，而中國煤炭資源

15、相對豐富，單位熱值價格相對較低，受國際能源的影響也較小，另一方面，煤炭的燃燒會產(chǎn)生大量有害氣體，直接排入大氣勢必會對環(huán)境產(chǎn)生影響。所以，作為直接燃料應(yīng)用的煤炭又受到國家的嚴(yán)格控制。</p><p>　　煤氣既符合中國能源安全戰(zhàn)略和環(huán)保政策的要求，又符合相關(guān)燃耗企業(yè)的利益要求，得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機(jī)械、化工等燃耗較大的廣泛應(yīng)用。在這種形勢下，煤氣的合理開發(fā)及充分應(yīng)用就顯得極其重要。然而普通煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)存在

16、著許多不足之處，作為系統(tǒng)控制參數(shù)煤氣出口壓力未采用自動控制方式，人工操作滯后大，不能準(zhǔn)確、及時的跟隨壓力變化，造成壓力波動，影響用戶使用等等問題相繼出現(xiàn)。</p><p>　　1.2 煤氣加壓系統(tǒng)的作用、特性及研究現(xiàn)狀</p><p>　　在這種形式下，煤氣的合理開發(fā)及充分應(yīng)用就顯得尤為重要。經(jīng)過各位專家、學(xué)者的研究和論證，將PLC應(yīng)用于該控制具有操作簡單、運(yùn)行可靠、抗干擾強(qiáng)、編程簡單、控

17、制精度高的特點(diǎn)。在控制的過程中，煤氣加壓控制系統(tǒng)可根據(jù)參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)對供氣現(xiàn)場的準(zhǔn)確控制。</p><p>　　對煤氣加壓機(jī)的自動控制可以使加壓機(jī)在需要加壓的時段進(jìn)行自動加壓，其整個工藝過程非常符合閉環(huán)控制的要求。所以，在控制過程中，采用PLC對煤氣加壓機(jī)進(jìn)行控制，它較好的解決了加壓不穩(wěn)定、設(shè)備工作效率低等一系列問題。為了充分發(fā)揮設(shè)備效能，迅速提升加工技術(shù)與精度，降低生產(chǎn)成本，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術(shù)

18、對傳統(tǒng)老式的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，取得了良好的效果。經(jīng)實(shí)踐證明，用PLC、工業(yè)組態(tài)軟件、模\數(shù)模塊、監(jiān)控設(shè)備等組成的電氣數(shù)字控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)編程輸入、人機(jī)交互、自動化加工的控制方式，擴(kuò)大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造的有效途徑。</p><p>　　控制系統(tǒng)從20世紀(jì)40年代就開始使用，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)，現(xiàn)在所說的控制系統(tǒng)多指采用電腦或微處理器進(jìn)

19、行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以PLC和DCS為代表，從70年代開始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。在國外，工業(yè)自動化程度已經(jīng)很高，很多工廠都已全面使用智能化儀表控制，這種控制人工操作滯后性?。贿B鎖保護(hù)功能完善，且線路簡單，故障率低；利于維護(hù)各種工藝參數(shù)歷史趨勢記錄，對機(jī)組的運(yùn)行方式是否經(jīng)濟(jì)進(jìn)行確切分析；發(fā)生故障后便于查找原因。</p><p>　　因此，

20、將PLC應(yīng)用于煤氣加壓控制系統(tǒng)，具有操作簡單、運(yùn)行可靠、抗干擾強(qiáng)、編程簡單、控制精度高的特點(diǎn)。提高了系統(tǒng)的可靠性，使得混合煤氣生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2 現(xiàn)場工藝及控制要求</p><p>　　2.1 攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程</p><p>　　攀鋼某煤氣加壓站，共有加壓機(jī)5臺，其中高爐煤氣加壓機(jī)共3臺，開兩臺備一臺；焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)共

21、2臺，開一臺備一臺。整個加壓系統(tǒng)為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的混合加壓系統(tǒng)。</p><p>　　首先，從煤氣站供出的高爐煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分三個支管分別送入三個蝶閥前，然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入加壓機(jī)，通過加壓機(jī)的加壓后，三個壓力指示表顯示其壓力；焦?fàn)t煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)分兩個支管分別送入兩個蝶閥前，然后經(jīng)過蝶閥的調(diào)節(jié)再送入擠壓機(jī)，通過加壓機(jī)的加壓后，兩個壓力指示表顯示其壓力，這時經(jīng)過加壓后的高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣按一定流量比值（4:

22、1）混合，通過流量、壓力，溫度等在線儀表的檢測后，最終輸送給用戶符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的混合煤氣。</p><p>　　在此加壓過程中，高爐煤氣加壓機(jī)和焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)都采用了變頻調(diào)節(jié)，這樣就能保證輸送到用戶的混合煤氣壓力值的穩(wěn)定。</p><p>　　如下圖所示，為攀鋼某煤氣加壓站的工藝流程圖。</p><p>　　圖2.1 攀鋼某煤氣加壓站工藝流程圖</p>

23、<p>　　2.2 煤氣加壓站的控制要求</p><p>　　根據(jù)上面的工藝流程我們可以知道，混合煤氣的壓力和熱值是衡量用戶氣源質(zhì)量的主要指標(biāo)。</p><p>　　根據(jù)煤氣混合加壓站的生產(chǎn)工藝再結(jié)合相關(guān)資料，我們了解到，加壓站是以高爐煤氣為主氣，它是不可控制的，取決于用戶用量；焦?fàn)t煤氣為輔氣，要求使得高、焦煤氣的配比約為為4:1。</p><p>　　

24、表面上看，混合煤氣的壓力于用戶的要求無關(guān)，但在實(shí)際中卻發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，它既能影響混合煤氣的熱值，又能影響其加壓后的壓力?？梢哉f，混合煤氣的壓力調(diào)節(jié)不到位，則熱值調(diào)節(jié)和擠壓后的壓力調(diào)節(jié)都無從談起。這也就是煤氣混合加壓站經(jīng)常出現(xiàn)各種不穩(wěn)定狀況的根本原因之所在。</p><p>　　在加壓機(jī)的運(yùn)行過程中，當(dāng)混合煤氣的流量減小到某個值（喘振工況）時，這時，加壓機(jī)的出口壓力會大幅度降低，但是整個煤氣管網(wǎng)中的壓力不會一

25、下子就跟著減小，也就是出現(xiàn)了一邊壓力大，一邊壓力小這種壓力不平衡的情況，管網(wǎng)中壓力較大的氣體就會倒流到加壓機(jī)，直到管網(wǎng)中的壓力和加壓機(jī)出口壓力相等時，才停止倒流。接著，加壓機(jī)向管網(wǎng)供氣，將倒流的氣體壓出去，接著，加壓機(jī)的壓力再次減小。如此循環(huán)往復(fù)，整個加壓系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的壓力波動和氣流震蕩的現(xiàn)象，所以加壓機(jī)產(chǎn)生振動并發(fā)出很大的聲響，這就是加壓機(jī)產(chǎn)生“喘振”的原因。</p><p>　　綜上所述，為了避免產(chǎn)生這些危

26、害加壓過程的問題，煤氣混合加壓站的控制要求可以歸納為下面幾個方面：</p><p>　　1.調(diào)節(jié)混合煤氣的熱值，使高、焦煤氣的配比約為4:1.</p><p>　　2.調(diào)節(jié)混合煤氣的壓力，使混合煤氣的壓力能保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。</p><p>　　3.混合煤氣加壓機(jī)的后壓力能夠保持在一個穩(wěn)定值，保證出口壓力不至于太低。</p><p>　

27、　4.設(shè)計(jì)出口壓力泄放回路，避免出現(xiàn)加壓機(jī)的“喘振”現(xiàn)象。</p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　通過以上工藝流程及控制要求，我們可以得到煤氣加壓站控制系統(tǒng)的框圖。如圖所示。</p><p>　　圖3.1 煤氣加壓系統(tǒng)控制框圖</p&

28、gt;<p>　　本次控制系統(tǒng)主要包含以下四個調(diào)節(jié)回路：熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機(jī)后壓力（泄放）調(diào)節(jié)?，F(xiàn)分別逐一說明。</p><p>　　3.1.1 熱值調(diào)節(jié)回路</p><p>　　熱值是衡量用戶氣源質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。煤氣混合加壓站的氣源以高爐煤氣為主，它是不可控制的，主要取決于用戶的用氣量；焦?fàn)t煤氣為輔助氣源，根據(jù)工藝要求，控

29、制其閥門，使得高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的配比達(dá)到一個穩(wěn)定的值。</p><p>　　本次改造方案中的熱值調(diào)節(jié)回路為串級、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高、焦煤氣流量單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出的信號限制，而且還受到高爐煤氣流量瞬時值的限制。本次設(shè)計(jì)，按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為輸出信號的上、下限值。</p>

30、<p>　　熱值調(diào)節(jié)回路如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.2 熱值調(diào)節(jié)原理框圖</p><p>　　該控制原理能達(dá)到三個效果：第一，使焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量適中，不至于過大或過小，從而使高、焦配比值穩(wěn)定在一個小范圍；第二，使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)。第三，當(dāng)熱值儀出現(xiàn)故障時，此時的調(diào)節(jié)相當(dāng)于流量的配比調(diào)節(jié)，

31、對熱值儀也起到保護(hù)性的作用，符合設(shè)計(jì)的初衷。</p><p>　　對此回路，我們可以用一臺調(diào)節(jié)器和兩個閥門的控制方案來實(shí)現(xiàn)串級調(diào)節(jié)，具體做法為：在計(jì)算機(jī)中設(shè)置軟調(diào)節(jié)器，把它的信號輸送給手動操作器，達(dá)到控制電動蝶閥的目的。為了避免二個閥門同時動作，形成超調(diào)，必須將手動操作器死區(qū)設(shè)置的不同。當(dāng)輸出的閥位信號和反饋的閥位信號不一致時，死區(qū)小的手動操作器率先動作，當(dāng)它們的偏差不大時，控制回路就能馬上調(diào)節(jié)過來；當(dāng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

32、量不夠時，偏差繼續(xù)增大，這時死區(qū)大的手動操作器立刻動作，繼而加大調(diào)節(jié)力度，使系統(tǒng)迅速回到穩(wěn)定的狀態(tài)上來。當(dāng)系統(tǒng)的偏差很大時，就會出現(xiàn)超出二者死區(qū)范圍的現(xiàn)象，則二閥同時動作，使偏差迅速減小到一定范圍，此時死區(qū)大的調(diào)節(jié)閥停止動作，死區(qū)小的調(diào)節(jié)閥進(jìn)一步精確調(diào)節(jié)。</p><p>　　熱值調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)熱值調(diào)節(jié)回路時，焦?fàn)t氣調(diào)節(jié)器動作，通過控制閥門的開度來調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣的流量，同時焦?fàn)t煤氣的流量又對焦?fàn)t

33、氣調(diào)節(jié)器造成一個負(fù)反饋調(diào)節(jié)的效果，另一方面輸出的熱值又經(jīng)過熱值儀的檢測，對熱值調(diào)節(jié)器起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用。流量調(diào)節(jié)是這一回路的關(guān)鍵。通過串級熱值調(diào)節(jié)回路的控制，最終使高、焦煤氣的配比達(dá)到規(guī)定的值。</p><p>　　3.1.2 混壓調(diào)節(jié)回路</p><p>　　煤氣混合后的壓力調(diào)節(jié)在實(shí)際中既能影響混合煤氣的熱值，又能影響其加壓后的壓力?？梢哉f，混合煤氣的壓力調(diào)節(jié)不到位，則熱值調(diào)節(jié)和擠壓后

34、的壓力調(diào)節(jié)都無從談起。本次設(shè)計(jì)回路為串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過建立數(shù)學(xué)模型來模擬隨著高爐、焦?fàn)t煤氣氣源壓力波動而自動設(shè)定混合后煤氣的壓力值，另一方面，又由上、下限幅調(diào)節(jié)使工藝操作變得更加簡便快捷。通過這一回路的調(diào)節(jié)，機(jī)前混和壓力能夠隨高、焦煤氣壓力波動而自動調(diào)整，保證了焦?fàn)t煤氣的配比值，也保證了機(jī)前壓力變化范圍不至于太大，同時減少了對加壓機(jī)后出口壓力的干擾。</p><p>　　如圖所示，為混壓調(diào)節(jié)的框圖。</p&

35、gt;<p>　　圖3.3 混壓調(diào)節(jié)回路框圖</p><p>　　可以說，控制好了高爐煤氣進(jìn)料的閥門，就相當(dāng)于混合壓力調(diào)節(jié)成功了一半。和熱值調(diào)節(jié)回路一樣，本回路也采用了一臺調(diào)節(jié)器控制兩臺電動閥的方式，減少了其它無關(guān)因素的干擾。</p><p>　　混壓調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣流經(jīng)混壓調(diào)節(jié)回路時，由于我們設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)值，如果壓力值過高或過低，通過變送器的檢測，繼而使調(diào)

36、節(jié)器動作，通過控制閥門的開度，來保證壓力的穩(wěn)定，另一方面壓力變送器又將檢測結(jié)果反饋給控制系統(tǒng)，從而達(dá)到對壓力的調(diào)節(jié)，最終使混合煤氣的加壓壓力達(dá)到一個穩(wěn)定的值。</p><p>　　3.1.3 出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路</p><p>　　混合煤氣經(jīng)加壓后，出口壓力也是用戶氣源的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。用變頻器來控制加壓機(jī)是節(jié)能并且成熟的應(yīng)用。本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為13kpa，當(dāng)

37、加壓后出口壓力升高或降低時，就增大或減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。在PLC上設(shè)置了最高、最低運(yùn)行頻率，從而保證出口壓力不至于太高或太低。這兩個頻率運(yùn)行下限是保證加壓機(jī)設(shè)備安全、用戶正常生產(chǎn)的必備條件。</p><p>　　在煤氣加壓控制系統(tǒng)中，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電流或電壓后送給模擬量輸入模塊，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到與壓力成比例的數(shù)字量，CPU將它與壓力設(shè)定值比較，并按控制規(guī)律對誤差進(jìn)行計(jì)算

38、，將運(yùn)算結(jié)果送給模擬量輸出模塊，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘枺脕砜刂谱冾l器的頻率，進(jìn)而控制加壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對煤氣加壓系統(tǒng)的控制。</p><p>　　在這一回路中，我們加入了PID調(diào)節(jié)器。PID調(diào)節(jié)是比例、微分、積分調(diào)節(jié)的縮寫，其廣泛應(yīng)用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中。其中，比例調(diào)節(jié)作用大，能夠加快調(diào)節(jié)，但是過大的比例反而會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低；積分調(diào)節(jié)，能夠消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高誤差度，其輸出值常為定值，其調(diào)節(jié)作

39、用與時間積分常數(shù)t有關(guān)；微分調(diào)節(jié)常反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號的變化率，能產(chǎn)生超前的控制作用。其調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)：1.不需要被控對象數(shù)學(xué)模型。2.較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。3.結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　其控制結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖3.4 出口壓力調(diào)節(jié)控制框圖</p><p>　　出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混

40、合煤氣流經(jīng)出口壓力（變頻）調(diào)節(jié)回路時，由于我們設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)值，如果壓力值過高或過低，通過變送器的檢測，將測的量送給模擬量輸入模塊，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?，繼而使變頻器動作，通過改變變頻器的頻率，來控制加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)對壓力的精確控制。</p><p>　　3.1.4 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路</p><p>　　這又是一種對出口壓力調(diào)節(jié)的方式。本設(shè)計(jì)回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

41、我們把其值設(shè)定的比壓力變頻調(diào)節(jié)的值稍高一些，為14Kpa。隨著出口壓力升高或降低時，增大或減小泄壓閥的開度，達(dá)到用泄放的手段來求得壓力穩(wěn)定的效果。</p><p>　　設(shè)計(jì)框圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.5 出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)控制框圖</p><p>　　這樣做的好處就是，在調(diào)節(jié)過程中，不會出現(xiàn)即保持加壓機(jī)轉(zhuǎn)速較高，又使泄放閥在一定的開度狀態(tài)下的問題

42、，同時這也就是為什么同樣是壓力調(diào)節(jié)，而它們的值設(shè)置的不一樣的原因。</p><p>　　出口壓力（泄放）調(diào)節(jié)回路的工作流程：當(dāng)混合煤氣的流量減小到某個值（喘振工況）時，這時，加壓機(jī)的出口壓力會大幅度降低，但是整個煤氣管網(wǎng)中的壓力不會一下子就跟著減小，也就是出現(xiàn)了一邊壓力大，一邊壓力小這種壓力不平衡的情況，管網(wǎng)中壓力較大的氣體就會倒流到加壓機(jī)，直到管網(wǎng)中的壓力和加壓機(jī)出口壓力相等時，才停止倒流。接著，加壓機(jī)向管網(wǎng)供

43、氣，將倒流的氣體壓出去，然后，加壓機(jī)的壓力再次減小。如此循環(huán)往復(fù)，整個加壓系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的壓力波動和氣流震蕩的現(xiàn)象。通過本回路的設(shè)計(jì)，當(dāng)壓力變送器檢測到壓力值與我們設(shè)定的值不一樣時，然后泄放閥動作，通過閥門的開度來通過改變煤氣流量，以至于達(dá)到兩者壓力相等的情況，避免了加壓機(jī)的“喘振”現(xiàn)象出現(xiàn)。</p><p>　　綜上所述，通過此回路的調(diào)節(jié)，使得加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速不會過高，避免出現(xiàn)加壓機(jī)的“踹振”現(xiàn)象，延長了加壓機(jī)的使

44、用壽命。</p><p><b>　　3.2 蝶閥的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由于混合煤氣加壓過程復(fù)雜、氣源壓力波動范圍大、加壓機(jī)轉(zhuǎn)速的改變、蝶閥開度的調(diào)節(jié)都將影響煤氣的壓力 。所以，蝶閥設(shè)計(jì)的好壞，就成為能否保證煤氣壓力合格的重要條件。</p><p>　　在本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用了蝶閥組來調(diào)節(jié)煤氣的熱值比?？刂圃O(shè)計(jì)推導(dǎo)如下：<

45、;/p><p>　　圖3.6 焦?fàn)t煤氣壓力—流量過程圖</p><p>　　在圖中，P0為1#蝶閥前煤氣的壓力值，P1為2#蝶閥前煤氣的壓力值，P2為2#蝶閥后煤氣的壓力值，H為焦?fàn)t管道煤氣流量，U1、U2分別為1#蝶閥和2#蝶閥的開度。</p><p>　　根據(jù)公式可得，壓力—流量這一過程可以描述為：</p><p>　　當(dāng)兩個回路都處于開環(huán)

46、狀態(tài)下，H對U1的增量即第一放大系數(shù)為：</p><p>　　當(dāng)壓力回路閉合時，H對U1的偏導(dǎo)數(shù)即第二放大系數(shù)為：</p><p>　　相對增益為： </p><p>　　同樣可以得出：U2對流量H的增益 λ12</p><p>　　如果用P1來表示壓力—流量，則</p><p>　　最終，我們可以得到此壓力—

47、流量系統(tǒng)的相對增益為</p><p>　　當(dāng)P1≈P2，則相對增益矩陣無限接近于單位矩陣，說明用閥1去控制流量，閥2去控制P1壓力是符合要求的。</p><p>　　當(dāng)P1≈P0，說明用閥2去控制流量，閥1去控制P1壓力是符合要求的。</p><p>　　當(dāng)P1≈（P0-P2）/2，則說明同時調(diào)節(jié)閥1和閥2能達(dá)到比較好的效果。</p><p>

48、;<b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中硬件包括PLC、加壓機(jī)、變頻器、變送器、傳感器等部分。</p><p>　　4.1 PLC的選型</p><p>　　4.1.1 I/O口地址的分配</p><p>　　（1）輸入輸出信號的分析</p><p>　　根

49、據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，本次設(shè)計(jì)的模擬量輸入信號：高爐煤氣的流量、焦?fàn)t煤氣的流量、混合煤氣的溫度、混合煤氣的壓力、CO的濃度。</p><p>　　數(shù)字輸入量有：系統(tǒng)的啟動、系統(tǒng)的手動停止、消鈴按鈕、試燈按鈕。</p><p>　　模擬量輸出信號有：變頻器輸出上限頻率、變頻器輸出下限頻率、調(diào)節(jié)閥。</p><p>　　數(shù)字量輸出有：溫度上限報(bào)警、混合煤氣壓力報(bào)警指示燈、報(bào)警

50、電鈴、CO濃度上限報(bào)警指示燈。</p><p>　　表4.1. I/O口地址分配</p><p><b>　　（2）I/O口統(tǒng)計(jì)</b></p><p>　　初步估計(jì)數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)為4個輸入和4個輸出點(diǎn)數(shù)，模擬量I/O點(diǎn)數(shù)為5個輸入和2個輸出點(diǎn)數(shù).為了隨時增加控制功能，增加10%的備用量：</p><p>　　數(shù)字量

51、輸入量點(diǎn)數(shù)：4x（1+10%）=5</p><p>　　數(shù)字量輸出量點(diǎn)數(shù)：4x（1+10%）=5</p><p>　　模擬量輸入量點(diǎn)數(shù)：5x（1+10%）=6</p><p>　　模擬量輸出量點(diǎn)數(shù)：3x（1+10%）=4</p><p>　　4.1.2 CPU及擴(kuò)展模塊的選擇</p><p>　　西門子公司的S7-20

52、0 PLC是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型PLC，它指令豐富、功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴(kuò)展、可靠性高。</p><p>　　從CPU模塊的功能上來講，S7-200系列PLC具有以下五種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元。</p><p>　?。?）CPU 221有6輸入4輸出，無擴(kuò)展，存儲量小，有一定的高速計(jì)數(shù)能力，適合于點(diǎn)數(shù)少的控制系統(tǒng)</p><p>　?。?）CPU 222有8輸

53、入6輸出，可以進(jìn)行模擬量的控制和兩個模塊的擴(kuò)展，應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。</p><p>　?。?）CPU 224有14輸入10輸出，有7個擴(kuò)展模塊，內(nèi)置時鐘，擁有模擬量處理和高速計(jì)數(shù)處理的能力，是S7-200系列中使用最多的產(chǎn)品</p><p>　　（4）CPU 224XP是最新推出的一款實(shí)用機(jī)型，最大的不同是主機(jī)上增加了2輸入1輸出的模擬量單元和一個通信口，適合有少量模擬信號的系統(tǒng)中

54、使用</p><p>　　（5）CPU226 有24輸入16輸出，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型和中型控制系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，我們選擇CPU 224，EM235模擬量輸入和EM235模擬量輸出。本設(shè)計(jì)的PLC選擇的CPU 224的傳感器電源24V(DC)可以輸出600ma電流。</p><p>　　4.1.3 P

55、LC的外部接線圖</p><p>　　由I/O的分配地址可知，PLC的外部接線圖如圖所示。</p><p>　　圖4.2 PLC的外部接線圖</p><p>　　4.2 煤氣加壓機(jī)的選型</p><p>　　煤氣加壓機(jī)主要用于煤氣的輸送,加壓等等用途。有單級、多級、增速等多種形式，對于加壓機(jī)的選擇主要是根據(jù)用戶所需煤氣壓力的要求及功率、性價

56、比來決定的。經(jīng)綜合考慮，本系統(tǒng)選擇D200-32煤氣加壓站專用型離心鼓風(fēng)機(jī)。</p><p>　　本加壓機(jī)為單吸雙支撐結(jié)構(gòu)，鼓風(fēng)機(jī)與液力偶合器、液力偶合器與電動機(jī)通過聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，從電動機(jī)端看，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子為順時針方向旋轉(zhuǎn)。風(fēng)機(jī)進(jìn)出口方向均向下。</p><p>　　轉(zhuǎn)子由主軸、四級葉輪、軸套等組成。主軸用優(yōu)質(zhì)鋼制造，葉輪為焊接結(jié)構(gòu)，葉片型式為后向型，與前、后盤焊接在一起，葉輪采用高強(qiáng)度合金

57、鋼。平衡盤可以平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力。轉(zhuǎn)子裝配后作靜、動平衡試驗(yàn)，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。支撐和止推軸承均采用稀油站強(qiáng)制供油潤滑的滑動軸承。</p><p>　　該機(jī)具有使用效率高、運(yùn)行平衡、安全可靠、易損件少、安裝、操作、維護(hù)簡便等特點(diǎn)。</p><p>　　主要性能指標(biāo)：（1）結(jié)構(gòu)：單吸雙支撐。</p><p>　?。?）連接方式：膜片聯(lián)軸器連接。</p>

58、<p>　　（3）軸承型式：滑動軸承、強(qiáng)制潤滑。</p><p>　　（4）密封形式：迷宮式密封。</p><p>　?。?）排污方式：機(jī)殼旁設(shè)有排污口，自帶法蘭。</p><p>　?。?）潤滑系統(tǒng)：由油站主、輔油泵強(qiáng)制供油潤滑。</p><p>　?。?）隨機(jī)儀表：可配一次儀表，也可配套使用二次儀表，能直接顯示并輸出4—20

59、mA信號。</p><p>　　4.3 流量變送器的選型 </p><p>　　流量變送器又稱流量計(jì)，它是高精度、高可靠性的精密測量型儀表。在煤氣加壓站上用的最多的是孔板式流量計(jì)，所以，我們選用JY-LGB型差壓流量計(jì)。</p><p>　　差壓流量計(jì)是由一次檢測元件和二次顯示裝置構(gòu)成，廣泛應(yīng)用于氣體、液體流量檢測的一種裝置。它具有使用可靠性高、維修方便、結(jié)構(gòu)簡單、

60、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　其工作原理：差壓流量計(jì)由節(jié)流裝置，導(dǎo)壓管和差壓計(jì)三部分組成。當(dāng)液體充滿管道并流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，在節(jié)流裝置附近局部收縮，液體的上、下兩側(cè)產(chǎn)生靜力差。在知道相關(guān)參數(shù)的條件下，可根據(jù)液體流動連續(xù)性原理和伯努利方程推導(dǎo)出流量的大小。</p><p>　　JY-LGB型差壓流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板和多參數(shù)差壓變送器（溫度變送器、壓力變送器等）配套組成高量程比差壓

61、流量裝置，可測量氣體、液體及蒸汽的流量，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)的過程控制和檢測。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：（1）公稱通徑：15mm-1200mm</p><p>　?。?）公稱壓力：小于10Mpa</p><p>　?。?）量程比：1:10和1:15 </p><p>　　（4）溫度：-50—550度</p><p&

62、gt;　?。?）精度：0.5和1.0級 </p><p>　　4.4 執(zhí)行器的選型</p><p>　　執(zhí)行器的選擇：調(diào)節(jié)閥的流量特性為流過閥門的流體的相對流量與閥門的開度的關(guān)系。相對開度是調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全開行程之比。執(zhí)行器是由執(zhí)行過程和調(diào)節(jié)閥組成的，執(zhí)行閥和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)都有正反作用兩種作用，因而氣動調(diào)節(jié)閥也有氣開和氣關(guān)兩種形式。如圖所示。</p><p>　　圖

63、 4.3 氣關(guān)閥和氣開閥</p><p>　　從生產(chǎn)工藝方面考慮，一旦控制系統(tǒng)發(fā)生故障，首要保證人的生命安全，由于煤氣加壓后的壓力非常大，會對人產(chǎn)生一定的威脅，所以本系統(tǒng)采用氣關(guān)式的閥門，它采用4-20mA模擬信號與控制系統(tǒng)相連，采用數(shù)字通信方式進(jìn)行組態(tài)、數(shù)據(jù)檢索和故障信息診斷等通信傳輸。</p><p>　　4.5 變頻器的選型</p><p>　　變頻器是應(yīng)用

64、變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機(jī)的電力傳動元件。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊），二是控制電路（開關(guān)電源板、控制電路板）。它的功能是將頻率固定的交流電變成頻率可調(diào)的三相交流電。</p><p>　　根據(jù)公式：n0=60f/p 其中：n0為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，f為電流的頻率，p為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。</p><

65、p>　　工作原理：P一般為一定值，當(dāng)頻率f可調(diào)時，電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也可調(diào)。由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速略低一些，所以當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速可調(diào)時，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速同樣可調(diào)，變頻器也就是改變電流f的頻率，達(dá)到改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。</p><p>　　變頻器有很多種類，根據(jù)系統(tǒng)需要，選擇風(fēng)機(jī)水泵類變頻器系列西門子G150系列。 </p><p><b&

66、gt;　　其主要功能參數(shù)：</b></p><p>　　·采用先進(jìn)磁通矢量控制方式,調(diào)速比可達(dá)1：120 (0.5-60Hz)。</p><p>　　·具有平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的驅(qū)動系統(tǒng)既不需要較高的過載余量，也不需要具有高性能和高動態(tài)響應(yīng)的閉環(huán)控制或?qū)嶋H速度編碼器。</p><p>　　·結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化設(shè)計(jì)，極易維護(hù)，無故障設(shè)

67、計(jì)，易于連接，裝配簡單。</p><p>　　·柔性PWM,實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行。</p><p>　　·內(nèi)置通信模塊,支持符合全世界主要通信協(xié)議。</p><p>　　·PID等多種功能適合各種應(yīng)用場合。</p><p>　　·過電壓、欠電壓保護(hù)。</p><p>　　·

68、變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)。</p><p>　　·接地故障保護(hù)、短路保護(hù)。</p><p>　　·閉鎖電機(jī)保護(hù)、防止失速保護(hù)。</p><p>　　·快速電流限制，防止運(yùn)行過程中不應(yīng)有的跳閘。</p><p>　　·高過載能力，內(nèi)置制動單元。</p><p>　　4.6 傳感器的選型

69、</p><p>　　4.6.1 溫度傳感器的選型</p><p>　　傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。</p><p>　　按照測量對象來分，可分為壓力、溫度、液位等傳感器。本系統(tǒng)中，主要

70、用到了溫度傳感器。溫度傳感器有四種類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器和IC溫度傳感器。而IC溫度傳感器又分為模擬輸出和數(shù)字輸出兩種內(nèi)型。</p><p>　　熱電偶應(yīng)用廣泛，堅(jiān)固耐用，價格便宜，但精度低，響應(yīng)速度慢，在高溫下易老化。</p><p>　　電阻溫度檢測器精度高、性能穩(wěn)定、配置多樣化，但不耐高溫，價格偏貴。</p><p>　　模擬輸出溫度傳感器具有

71、高精度、低成本、分辨率高的特點(diǎn)，但其不耐高溫。</p><p>　　綜上所述，本系統(tǒng)選用數(shù)字輸出傳感器，能測量高溫（0-800度）的PT100型溫度傳感器。</p><p>　　它的優(yōu)點(diǎn)： 1.測量范圍廣。</p><p><b>　　2.熱響應(yīng)時間短。</b></p><p>　　3.穩(wěn)定性高、耐震、耐高壓。</

72、p><p>　　4.6.2 壓力傳感器的選型</p><p>　　壓力傳感器可分為：壓阻式、壓電式、電容式、晶體諧振式。</p><p>　　壓力傳感器工作原理： 1 、應(yīng)變片壓力傳感器原理 金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示：</p><

73、p>　　R=ρL/ S 式中：ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率（Ω。cm2/m ） S ——導(dǎo)體的截面積（cm2 ） L ——導(dǎo)體的長度（m ） 2 、陶瓷壓力傳感器原理 壓力作用在陶瓷膜片的前端，使膜片產(chǎn)生微小的形變，陶瓷膜片的背面印刷有厚膜電阻，此時，它們連接成一個惠斯通電橋（閉橋），由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號

74、，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。 3 、壓電壓力傳感器原理 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英是占其主要成分的一種天然晶體，在一定的溫度范圍內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失。由于隨著應(yīng)力的變化，電場也發(fā)生改變，但其變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替

75、代。</p><p>　　因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的壓力設(shè)定值為14Kpa，綜合價錢、性能等其他方面種種因素，最后選擇1151型壓力傳感器。</p><p>　　它的優(yōu)點(diǎn)：（1）精度高、穩(wěn)定性好</p><p>　　（2）堅(jiān)固耐震、量程可調(diào)、過載保護(hù)特性好</p><p>　　它的主要性能指標(biāo)：（1）輸出4-20mADC</p><p&

76、gt;　?。?）供電電源：12-45VDC，一般情況為24VDC</p><p>　?。?）量程和零點(diǎn)：可調(diào)</p><p>　?。?）測量介質(zhì)：氣體和液體</p><p>　　（5）測量范圍：0-0.1Kpa到0-40Mpa</p><p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>

77、;　　5.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　本次設(shè)計(jì)方案主要是控制高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的的配比，由于高爐煤氣的進(jìn)氣量不變，所以只控制焦?fàn)t煤氣的進(jìn)氣量就可以了，根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)可知，主程序主要為熱值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)流程圖如圖所示。</p><p>　　圖5.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　這一回路以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，還加入了高焦煤

78、氣量單交叉限幅調(diào)節(jié)，這樣一來一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高、焦配比值在小范圍內(nèi)波動；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。另外，兩臺電動調(diào)節(jié)閥為蝶閥，可以手動或自動調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了調(diào)節(jié)的靈活性和準(zhǔn)確度。</p><p>　　5.2 調(diào)節(jié)閥控制流程圖</p><p>　　為了增加調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度和靈活性，調(diào)節(jié)閥有手動和自動兩種調(diào)

79、節(jié)方式，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)回路流程圖如圖所示。</p><p>　　圖5.2 調(diào)節(jié)閥控制流程圖</p><p>　　根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，蝶閥的開度在0%-5%之間時，由于蝶閥的蝶板厚度比較大，蝶板還沒來得及脫離閥座密封圈，實(shí)際上并沒有打開它，這時的流量為零，相反的，當(dāng)?shù)y的開度大于5%時，蝶板脫離密封圈，隨著開度的增加流量也增加。</p><p>　　圖5.3 蝶閥的流量

80、特性曲線</p><p>　　當(dāng)?shù)y的開度為5%-30%時，其流量特性曲線為直線型，可以用微分方程表示為：</p><p>　　其中K是閥門相應(yīng)的放大數(shù)值，R是流量值，U是閥門的開度。</p><p>　　當(dāng)?shù)y的開度為30%-70%時，其流量特性曲線為快開型，可以用微分方程表示為：</p><p>　　當(dāng)?shù)y的開度為70%-100%時，此時

81、閥門已無任何調(diào)節(jié)作用。</p><p>　　綜上所述，我們可以得出這樣一個結(jié)論：K值越大，其曲線就越陡，也就說明了蝶閥起調(diào)節(jié)功能的能力越弱；反之，蝶閥起調(diào)節(jié)功能的能力越強(qiáng)。</p><p>　　由此可見，在不同的閥位區(qū)域，看似相同的閥位調(diào)節(jié)，其作用和功能是不一樣的。為此就必須有專門來進(jìn)行閥位的修正。因此，在本系統(tǒng)中專門設(shè)置了閥門控制器，模擬了閥門的流量特性曲線，在不同的閥門開度范圍里，用不

82、同的參數(shù)來修正控制量的數(shù)值。</p><p>　　相比其它閥門，蝶閥具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡單，安裝長度短，便于布置，蝶閥安裝長度遠(yuǎn)小于公稱通徑，安裝長度和公稱通徑比僅為0.1-0.2。</p><p>　?。?） 開關(guān)簡便，開啟一次僅轉(zhuǎn)動蝶板90度。</p><p>　　（3） 體積小，重量輕，廣泛應(yīng)用于各類大型工

83、廠。</p><p>　?。?） 流動阻力小。低壓蝶閥全開時流動阻力系數(shù)<1。</p><p>　　5.3 PID調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　本次調(diào)節(jié)是根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值和實(shí)測的參數(shù)值之間的偏差進(jìn)行增量式PID調(diào)節(jié)，然后用PWM控制輸出，根據(jù)采樣周期循環(huán)進(jìn)行PID控制。</p><p>　　其控制流程圖如圖所示：</p>

84、<p>　　圖5.4 PID調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　根據(jù)能量守恒定律可得，混合煤氣的熱值計(jì)算公式：</p><p>　　式中： R-煤氣熱值</p><p><b>　　Q-煤氣流量</b></p><p>　　下標(biāo)符號：1-焦?fàn)t煤氣</p><p><b>

85、　　2-高爐煤氣</b></p><p><b>　　3-混合煤氣</b></p><p>　　按照煤氣混合加壓的工藝流程圖，高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道分別裝設(shè)有蝶閥，通過控制這幾道蝶閥來調(diào)節(jié)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣之間的流量比值，然后由加壓機(jī)給其加壓。另外，加壓站都安裝有變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率使得加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的，最終使混合煤氣的

86、壓力符合用戶的要求。</p><p>　　5.4 變頻器調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為13.5Kpa，當(dāng)加壓后的壓力升高或降低時，增大或減小變頻器的輸出頻率，從而改變加壓機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)和變頻器上都設(shè)置了最低運(yùn)行頻率，從而保證出口壓力不至于太高或太低。這兩個頻率是保證加壓設(shè)備安全，用戶正常生產(chǎn)的必備條

87、件。</p><p>　　變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)流程圖如圖所示：</p><p>　　圖5.5 變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　5.5 混合加壓壓力調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　這是加壓站壓力調(diào)節(jié)的又一種方式。本回路為一定值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其設(shè)定值為14Kpa，當(dāng)加壓后的出口壓力升高或降低時，增大或減小調(diào)節(jié)閥的開度，從而保證壓力

88、的穩(wěn)定。</p><p>　　通常調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值高于變頻調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。一般情況下，變頻器負(fù)責(zé)系統(tǒng)全部的調(diào)節(jié)，而調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉的狀態(tài)，當(dāng)用戶流量突然減小，造成出口壓力驟然升高，變頻器的調(diào)節(jié)速度不足以使出口壓力迅速降低時，調(diào)節(jié)閥立即參與調(diào)節(jié)。由于動作快，能夠使壓力迅速降下來，保證了用戶氣源壓力的穩(wěn)定，避免了加壓機(jī)出現(xiàn)踹振的問題。</p><p>　　如圖所示為加壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)流程圖：</

89、p><p>　　圖5.6 加壓機(jī)壓力調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　6 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢</p><p>　　6.1 原系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　原系統(tǒng)存在的問題： </p><p>　　1.由于氣源、管網(wǎng)方面的狀況，生產(chǎn)工況不穩(wěn)定而造成用量大幅度頻繁波動。其波動有時頻率很快，容易產(chǎn)生振蕩，用人工調(diào)節(jié)措手不及；

90、經(jīng)常出現(xiàn)長時間的低壓，造成混合壓力調(diào)節(jié)困難，使得保證了壓力保證不了熱值，保證了熱值，保證不了壓力，甚至造成高爐煤氣閥關(guān)閉、負(fù)壓的險(xiǎn)情，保證不了用戶的氣源質(zhì)量。</p><p>　　2.當(dāng)煤氣壓力高于設(shè)定值時，人為降低變頻器頻率，加壓機(jī)轉(zhuǎn)速降低，出口壓力降低。當(dāng)煤氣壓力低于設(shè)定值時人為提高變頻器頻率，加壓機(jī)轉(zhuǎn)速提高，出口壓力增加。這種控制方式存在很大的調(diào)節(jié)滯后，特別是用戶運(yùn)行工況不穩(wěn)定時，煤氣出口壓力波動很大。&l

91、t;/p><p>　　3.各項(xiàng)保護(hù)功能不完善，線路復(fù)雜、故障率高，不利于維護(hù)。</p><p>　　4.無法記錄各項(xiàng)歷史工藝參數(shù)，無法準(zhǔn)確分析機(jī)組的運(yùn)行方式是否經(jīng)濟(jì)，不利于排查故障原因。</p><p>　　6.2 改造后系統(tǒng)的特色和優(yōu)勢</p><p>　　為滿足加壓機(jī)系統(tǒng)控制要求，克服現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足，采用PLC系統(tǒng)對原檢測控制系統(tǒng)進(jìn)行改造

92、。</p><p>　　1.根據(jù)用戶對煤氣壓力的要求，采用PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)煤氣出口壓力閉環(huán)控制，使其在用戶要求的壓力范圍內(nèi)相對穩(wěn)定。</p><p>　　2.根據(jù)用戶對混合煤氣熱值的要求，采用串級限幅調(diào)節(jié)，通過運(yùn)用熱值儀來實(shí)現(xiàn)，使混合煤氣的配比穩(wěn)定在一個范圍內(nèi)。</p><p>　　3.根據(jù)煤氣加壓電機(jī)溫度要求，采用PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)煤氣加壓機(jī)過載保護(hù)，保證加壓機(jī)的正常工

93、作。</p><p>　　這樣的安排，使整個加壓站的控制水平上了一個臺階，裝備面貌煥然一新，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。</p><p>　　改造后的系統(tǒng)增加了西門子G150系列變頻器及西門子S7-200型PLC，集中操作臺一個和電源等附加設(shè)備，加壓站所有設(shè)備置于集中控制之下,同時保留了原來的控制和操作方式,使新、老系統(tǒng)很好的連接起來。這種設(shè)計(jì)效果既保留了原系統(tǒng)的部分功能又提高了控制系統(tǒng)的可靠

94、性。在新系統(tǒng)中我們將系統(tǒng)涉及到的模擬量全部輸入到PLC 可編程控制器，下端還是保留原來的儀控系統(tǒng)，使系統(tǒng)成為一個電氣、儀表、PLC 及計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成的分布式集中控制系統(tǒng)。由PLC控制煤氣加壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增加熱值儀設(shè)備，采用串級比例調(diào)節(jié)高爐、焦?fàn)t煤氣配比。本系統(tǒng)特點(diǎn)是：模塊化、無排風(fēng)結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、運(yùn)行可靠、性價比高。</p><p><b>　　7 結(jié)束語</b></p>

95、<p>　　煤氣混合加壓過程是工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。為了得到滿足生產(chǎn)要求的混合煤氣，我們必須對高爐和焦?fàn)t的即時壓力、加壓后的壓力，混合煤氣即時流量等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于高爐和焦?fàn)t煤氣氣源管壓變化大、生產(chǎn)不連續(xù)、負(fù)荷波動大、蝶閥調(diào)節(jié)時的流量和壓力存在著比較大的滯后性等等一系列原因，都會影響混合煤氣的質(zhì)量。目前我國絕大多數(shù)煤氣加壓站仍采取手動控制的手段，只有一小部分采用計(jì)算機(jī)自動控制，這一后果將直接導(dǎo)致加壓站生產(chǎn)的混合煤氣的熱值和

96、壓力的不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本過高、現(xiàn)場操作員工作壓力大，嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此我們必須對煤氣混合加壓過程進(jìn)行自動化控制。</p><p>　　由于氣體的流動會引起壓力差的變化，這必然會導(dǎo)致高、焦煤氣流量的變化，繼而導(dǎo)致混合煤氣熱值和壓力的波動。本文通過設(shè)計(jì)的四個調(diào)節(jié)回路，熱值調(diào)節(jié)回路、煤氣混合壓力調(diào)節(jié)回路、加壓機(jī)后壓力（變頻）調(diào)節(jié)和加壓機(jī)后壓力（泄放）調(diào)節(jié)，運(yùn)用PID調(diào)節(jié)和PLC控制，對涉及到煤氣加壓過程

97、中的流量、壓力、溫度等各參數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，達(dá)到了控制目的，取得了良好的效果。另外，如果我們能從煤氣生產(chǎn)狀況、加壓站后續(xù)生產(chǎn)狀況、歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)等方面下手，預(yù)測高、焦煤氣壓力和經(jīng)過加壓機(jī)后的壓力變化量，推斷出壓力差的變化趨勢，就能進(jìn)一步抑制混合煤氣熱值與壓力的波動，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　翁維勤，周慶海．過

98、程控制系統(tǒng)及工程［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．1985.12．</p><p>　　涂植英，朱麟章．過程控制系統(tǒng)［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.6．</p><p>　　涂植英．過程控制系統(tǒng)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1983.6．</p><p>　　方康玲．過程控制系統(tǒng) [M]．太原：武漢理工大學(xué)出版社，2001.8．</p><p

99、>　　俞金壽．過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.6．</p><p>　　候志林．過程控制與自動化儀表［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.11．</p><p>　　陽勝峰．基于PLC和組態(tài)網(wǎng)的煤氣加壓控制系統(tǒng)[J]．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2004．</p><p>　　趙震宇．西門子PLC和變頻器在煤氣加壓站的應(yīng)用[J]．計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代

100、化，2006．</p><p>　　劉新．煤氣加壓站變頻器調(diào)速計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)［M］．2006．</p><p>　　賀東明．基于PLC+軟啟動的煤氣加壓站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．冶金動力，2007．</p><p>　　周寶昌．西門子S7-200在煤氣加壓站的應(yīng)用[J]．電工技術(shù)，2001．</p><p>　　尚偉．串級-限幅PID調(diào)節(jié)在煤氣

101、加壓站的應(yīng)用[J]．冶金動力，2010．</p><p>　　李勝海．城市污水處理工程建設(shè)與運(yùn)行[M]．安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2001.8．</p><p>　　方喆．寶鋼煤氣混合加壓站的設(shè)計(jì)策略探討[M]．，2009．</p><p>　　王馨薇．煤氣混合加壓站儀控系統(tǒng)技術(shù)改造[M]．，2010．</p><p>　　程鵬．自動控制原理[M]

102、．高等教育出版社，2003.8．</p><p>　　于雷聲．電氣控制與PLC應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998．</p><p>　　Wu Lijuan，Zhao Shuying，Xu Xinhe．Design of AnO-Avoidance Strategy Baseton Robot Soccer Competition．Procof 2005th Internationa

103、l Conferenceon Signal Processingin，2000:1723-1725 ．</p><p><b>　　附錄Ⅰ</b></p><p><b>　　加壓機(jī)調(diào)節(jié)程序</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　歷經(jīng)兩個多月的

104、時間，在老師和同學(xué)的幫助下，我的畢業(yè)論文終于順利地完成了。在論文的寫作過程中，遇到了無數(shù)的困難和阻礙，如果沒有老師和同學(xué)的幫助，我是不可能完成這次畢業(yè)論文的。在此，我要感謝我的指導(dǎo)老師—周榮富副教授，在我做畢業(yè)論文的每個階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個過程中周老師都給予了我詳細(xì)的指導(dǎo)，細(xì)心地糾正方案中的錯誤。 其次還要感謝我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在資料的借閱、軟件的使用方面給我的幫助。我還要感謝