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锅炉进水流量控制系统论文

摘要

这次课程设计阐述了EFAT/P过程控制实验装置和基ADAM5000/TCP的集散控制在锅炉系统中的应用及组态软件使用。

通过在EFAT/P过程控制实验装置上做进水流量F1定值调节，了解EFAT/P过程控制实验装置的构成及实验基本环节，设计进水流量F1定值调节的实验，最终与过程控制实验装置结合，对EFPT/P实验中进水流量F1定值调节进行组态，实现实时数据采集、过程控制、顺序控制、高级控制、报警检测、监视、操作，对数据进行记录、统计、显示、打印等处理。

关键词：

EFAT/P，ADAM5000/TCP，进水流量定值调节，组态

目录

前言.................................................1

第一章锅炉控制系统分析..............................2

1.1锅炉简介及规格.................................2

1.2锅炉控制系统原理...............................3

1.3锅炉控制系统的组成及简介.......................3

1.4研华ADAM-5000/TCP的简介.......................9

1.5控制柜的介绍..................................11

第二章锅炉进水流量控制系统设计...................12

2.1被控对象的结构设计.............................12

2.2锅炉进水流量控制工艺流程图.....................13

2.3锅炉进水流量控制原理框图.......................13

2.4锅炉进水流量控制的组态图.......................14

2.5锅炉进水流量控制工艺流程分析...................15

2.6锅炉进水流量控制系统分析.......................16

2.7一次仪表选型设计...............................17

2.8DCS选型设计....................................18

第三章组态软件介绍.................................19

3.1组态王的简介...................................19

3.2组态王的特点...................................19

3.3组态王的功能..................................20

3.4工程创建.......................................20

结论...................................................29

参考文献..............................................30

前言

锅炉是广泛应用于石油化工、热力发电等工业生产场合的重要动力设备之一，其主要作用是提供合格的蒸汽。

锅炉控制系统的任务是确保蒸汽的温度、压力及流量等参数符合工艺要求；维持汽包水位和炉膛压力在一定的范围内以保证设备安全运行；保证燃烧充分以提高生产的经济性、避免环境污染。

因此，锅炉控制系统的工作质量直接影响着锅炉的正常生产，是其安全运行的重要保障，锅炉是化工、发电、供热、炼油和制糖等工业及民用部门必不可少的动力设备。

所以，随着计算机的日益发展，锅炉系统的控制方式越来越引起人们的重视，控制系统的水平已经成为衡量锅炉好坏的一个重要标准。

基于ADAD5000/TCP的锅炉集散控制系统对锅炉的水流量进行了准确的控制，从而实现了锅炉的高效运行。

过程控制是自动化技术的重要分支，在石化、电力、冶金、轻工等连续型生产过程中有着广泛的应用。

近年来，过程控制技术本身及其应用领域得到了迅速发展。

无论是现代发展工业生产过程中，还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着重要的作用。

过程控制技术是自动化技术的重要应用领域，随着生产技术水平迅速提高与生产规模持续扩大，对过程控制系统的要求越来越高，促使过程控制理论研究不断发展，先进控制方法能去的更高的控制品质和更好的经济效益，具有很好的应用与发展前景。

工业自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。

因而，过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。

锅炉是众多工业部门必不可少的重要动力设备。

因此，锅炉往往成了不少工厂不可缺少的一部分。

因而，对锅炉设备中的控制系统进行分析研究是必要的。

锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。

对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。

这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。

本次设计主要研究了ADAM-5000/TCP锅炉集散控制系统的背景，锅炉控制对象，工艺流程分析，其中首先对锅炉系统进行了分析简要介绍ADAM-5000/TCP模块和控制柜，再介绍了锅炉进水流量控制，组态软件，并画出锅炉系统进水流量控制工艺流程图，用亚控组态软件画出了锅炉系统进水流量控制组态图。

第一章锅炉控制系统分析

通过对锅炉进水流量控制分析,了解锅炉控制系统原理和锅炉控制系统的组成;掌握智能调节仪的基本操作与整定方法；观察流量控制系统的控制方式

1.1锅炉简介及规格

锅炉是利用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。

锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。

锅炉产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。

产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

锅炉承受高温高压，安全问题十分重要。

因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的法规。

锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。

蒸汽锅炉的规格以单位时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时间内水的吸热量及热水参数表示。

蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，通常以符号“D”表示，单位为t／h（吨／时）。

锅炉铭牌上的蒸发量通常为额定蒸发量，即锅炉在规定的蒸汽参数和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量。

热水锅炉的容量是单位时间内水在锅炉里的吸热量，单位为MW（兆瓦），其额定值称额定热功率或额定供热量。

锅炉产汽及介质吸热的多少与锅炉受热面的多少直接相关。

受热面是锅炉中隔开烟气与水汽、并把热量由前者传给后者的金属壁面，通常为管子或圆筒壁面。

蒸汽锅炉的蒸汽参数以锅炉主汽阀出口处蒸汽的压力（表压）和温度表示。

热水锅炉的介质参数以额定出水压力（表压）及额定出水／进水温度表示。

压力和温度分别以符号“p”、“t”表示。

1.2锅炉控制系统原理

由进水流量控制原理图分析锅炉系统是以锅炉为主要控制对象，并对高位水箱、供水槽进行液位,压力.流量和其它参数的控制。

该系统主要是采用计算机为主的集散控制。

水从高位水箱流出，通过电磁阀M1调节到锅炉，在通过电磁阀M2到计量水槽，最后通过水泵抽到高位水箱，形成一个闭环。

在对锅炉液位进行控制时，我们可以通过控制变频器控制水泵直接向锅炉送水的速度，也可以在保持高位水箱恒压供水的情况通过控制进水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制锅炉进水的速度，锅炉出水可以通过控制出水电动调节阀和电磁阀来控制。

在对高位水箱的液位进行控制时，我们是通过控制变频器来控制水泵抽水的速度，从而达到对高位水箱送水的速度控制的控制

1.3锅炉控制系统的组成及简介

锅炉系统由锅炉、高位水箱、供水槽、抽水电机、QS智能调节阀、电磁阀、压力传感器、流量传感器、温度变送器、压力表、管道、开关等部分组成

1、DBYG扩散硅压力变送器

1）原理

被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

2）概述：

DBYG压力变送器是一种新型工业压力变送器。

采用不锈钢防腐蚀结构体，适用于一般性液体和气体的压力测量。

可用于自来水、石油传输、化工过程，以及各种系统压力测量，以达到计量、控制、报警、调度、节能等目的。

3）主要特点：

（1）结构小巧、安装方便，可直接安装，也可采用支架安装。

（2）先进的膜片/充油隔离技术。

（3）高稳定性、高可靠性。

（4）耐震，抗射频干扰。

（5）一体化接线盒：

所有电气接线都直接与变送器外壳的现场端子腔室相连。

从而消除了安装中间接线盒所带来的费用和麻烦。

4）主要技术参数：

（1）量程：

0-200Pa至0-100MPa；-0.1MPa--+0.1MPa

（2）精度：

±0.25%F.S;±0.5%F.S（一般为0.5%F.S）；

（3）介质温区：

0-60℃

（4）输出：

4-20mA,（0-5V,0-10V,三线制）

（5）过载：

量程×1.5倍；

（6）防爆级别：

EXiaⅡCT5；

（7）防尘防潮：

全天候；

（8）指示表头：

31/2位液晶显示（用户订货时须另指明）。

（9）过程连接方式:

a、外螺纹M20×1.5（默认）b、外螺纹G1/2或另指明。

2、LDG-10S电磁流量传感器和LDZ-4B电磁流量转换器

LDG-10S型电磁流量传感器与LDZ-4B型电磁流量转换器（包括LDZ-4B、LDZ-6型等，以下简称转换器）配套，组成LDG-S型电磁流量计，用以测量各种酸、碱、盐溶液，纸浆、泥浆等导电性溶液，或液固两相介质的体积流量。

在化工、矿治、给排水、污水处理、食品、造纸、制糖、港口疏浚等部门得到广泛应用。

本流量计可与显示、记录仪表、积算器或调节器配套，用来对流量进行检测、积算、调节和控制。

1）工作原理

传感据器是根法拉第磁感应定电律工作的，当导电液体沿测量管在交变磁场与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势。

在与测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装了一对检测电极，将这个感应电势检出。

若感应电势为E，则有：

E=BVD⑴

式中：

B…磁感应强度；

D…电极间的距离，与测量管内径相等；

V…测量管内径被测流体在截面上的平均流速。

式⑴中磁场B是恒定不变，D为一常数，则感应电动势E与被测流体流速V成正比。

通过测量管横截面上的瞬时体积流量Q与流速V之间的关系为：

Q=

·V⑵

将式⑴代入式⑵得：

Q=

·E=K·E⑶

式中：

K…仪表常数

E通常称为流量信号，将流量信号输入转换器，经处理后输出与流量成正比的4~20mA电流信号、脉冲（或频率）信号，可对流量进行记录、调节等。

2）特点：

（1）采用整体焊接结构，密封性能好；

（2）结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损失；

（3）采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定；

（4）仪表指示不受被测介质压力、温度、粘度、密度等物理参数变化的影响；

（5）仪表反应灵敏，输出信号与流量呈线性关系，量程比宽；

（6）由于被测介质只与测量管内衬里和电极接触，容易满足防腐、耐磨损等要求；

（7）成套仪表功耗小，（配LDZ-4B<30VA;配LDZ-6<20VA），与传感器的口径大小无关；

（8）安装、使用、维护方便；

（9）可提供防爆型（口径φ25~φ200），防爆标志为ExemiaⅡCT3~T6；（口径φ250~φ400），防爆标志为ExeiaⅡCT3~T6。

（10）可提供耐辐射性（口径φ10~φ200），型号为LDG（H）-S。

3）性能

（1）传感感器适用范围：

DN10~DN300

（2）测量范围：

0.1m/s~10m/s可测量范围0.03m/s~10m/s

（3）测量准确度：

0.5m/s~10m/s时为0.5级、0.1m/s~0.5m/s时为1级

（4）重复性：

测量值的±0.1%、±0.2%

（5）信息显示：

中、英文显示：

瞬时流量，流速、百分比流量、正向反向净累积总量可设置以及各报警。

（6）输出信号：

1．电流4~20mA负载小于500Ω2．频率0~5kHz无源3．脉冲当量

（7）励磁方式：

三幅值低频励磁、2）高频励磁

（8）励磁频率：

1/16、1/8、1/4、1/2通过设置可选择

（9）励磁电流：

160mA或指定

（10）时间常数：

0.1~99.9秒可设定

（11）供电电源：

85~265AC或18~36VDC功率：

小于10W

4）自诊断信息与故障处理

电磁流量转换器具有自诊断功能。

除了电源和硬件电路故障外，一般应用中出现的故障均能正确给出报警信息。

这些信息在显示器右下方给出相应提示。

常见的故障处理方法如下：

（1）仪表无显示

检查电源是否接通；

检查电源保险丝是否完好;

检查供电电压是否符合要求；

如果上述都正常，请将转换器交生产厂维修。

（2）励磁报警

励磁接线X和Y是否开路；

检查励磁线圈电阻值正常，则转换器有故障。

（3）空管报警

测量流体是否充满传感器测量管；

用导线将转换器信号输入端子A、B和C三点短路，此时如果

“空管报警“提示撤消，说明转换器正常，有可能是被测流体电导率低或空

管阈值及空管量程设置错误；

检查信号连线是否正确；

检查传感器电极是否正常;

（4）测量的流量不准确

流体是否充满传感器测量管；

信号线连接是否正常；

检查传感器系数、传感器零点是否按传感器标牌或出厂校验单

设置正常；

（5）保养、维修

传感器安装场所应符合技术要求，并要保持外罩整洁

变送器需放置在整洁、通风、干燥的地方。

每两年需检检定一次，对精度要求较高的用户，需送检。

3、QS智能型电动调节阀

1）特性及用途

智能型电动调节阀由QS智能型直行程电动执行机构，它直接接受4-20mA/4-12mA/12-22mA/0-5V/1-5V等控制信号，输出隔离4-20mA阀位反馈信号，具有自诊断功能，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，阀芯作相应移动，从而达到对压力、流量、温度、液位等工艺参数的调节，便可轻松满足需要，可以广泛适用于电力、石油、化工、冶金、医药、轻工、建材、锅炉等行业。

2）产品特点

（1）配用PsL智能型直行程电动执行器，体积小、规格全、重量轻、推力大、操作方便，无调整电位器，可靠性高、噪声小。

（1）PSL电动执行器采用一体化结构设计，具有自诊断功能，使用和调校十分方便。

（1）有数字显示窗口，可看到控制信号值、阀位值。

（1）PSL智能型电动执行机构功能：

带断控制信号故障判断、报警及保护功能。

即断信号时可使执行机构或开；或关；或保持；或在0～100％之间予置的任意位置。

及带阀门堵转故障判断、报警及保护功能。

（1）阀门流体通道成S型，压降损失小，流量大，流量特性精度高，可调范围广。

3、技术参数

（1）输入信号：

4~20mA4~12mA12~20mA1~5V

（2）输入电阻：

200Ω

（3）电源电压：

220V50~60Hz

（4）灵敏度：

150μA

（5）非线性偏差：

≤±3.5%

（6）正反行程偏差：

≤3%

（7）纯滞性：

≤1%

（8）使用环境温度：

电动调节阀0~+55℃

（9）使用环境湿度：

电动调节阀≤95%

（10）允许泄漏菉量：

QSLP型为KV值的0.01%QSLM型为KV值的0.1%

（11）流量能力偏差：

≤±10%（当Cv≤5时，≤±15%）

（12）量特性偏差：

≤±10%（当Cv≤5时，≤±15%）

注：

流通能力Cv是当调节阀全开，阀两端压差为1kgf/cm²，介质重度为1g/cm²时，流经调节阀的以m³或T/h的流量数。

4、电磁阀

1）电磁阀的作用

电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用在机械控制和工业阀门上面，通过一个电磁线圈来控制阀芯位置，切断或接通气源以达到改变流体流动方向的目的，来对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。

2）电磁阀的工作原理

二通电磁阀采用反冲式结构，它具有一次开阀和二次开阀的特点。

当有电流通过线圈时,固定铁芯吸合动铁芯,改变滑阀芯的位置，发生励磁作用,动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧,从而改变流体的方向。

当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。

3）二通电磁阀ZCT的技术参数

使用压力范围

0～1MPA

最大耐压力

1.2MPA

工作介质

蒸汽、空气、油、水、酸碱性液体

使用流体粘度

≤4°E

额定电压

AC380V、220V、36V，DC220V、110V、24V

电压允许波动范围

-15%～+10%

环境温度

-10～+50℃

介质温度

-5℃～150℃和-5℃～220℃两种

工作寿命

≥15万次

绝缘等级

B级

功率

14W左右

型式

常闭式（即通电阀门开，断电阀门关）

5、WZP-270S铂电阻

工业用铂电阻作为温度测量的变送器，通常用来和显示、记录、调节仪表配套。

直接测量各种生产过程中从-200℃～500℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

1）结构原理

装配式铂电阻是由感温元件、不锈钢外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成，有双支和单支元件两种规格，双支铂电阻可以同时输出二组相同电阻信号供使用。

铂电阻是一种温度传感器，它是利用铂丝在温度变化时自身电阻也随着变化的特性来测量温度的，不锈钢保护管不但具有抗腐蚀性能，而且具有足够的机械强度，保证铂电阻能安全地使用在各种场合，装配式铂电阻接线盒分防濺式和防水式两种类型供选择。

安装固定装置有固定螺纹、活动法兰盘、固定安装法兰盘和带固定螺栓锥形保护管装置等形式。

2）参数与规格

热电阻感温元件在0℃的电阻值（R0）分度号Pt100：

A级　R0＝100±0.06Ω；B级　R0=100±0.12Ω。

3）量程规格

型号

分度号

测温范围℃

精度等级

允许偏差△t℃

WZP

Pt100

-200～500

A级

-200～650℃时允差

±（0.15或+0.002︱t︱）

B级

-200～800℃时允差

±（0.3或+0.005︱t︱）

1.4研华ADAM-5000/TCP简介

1、产品简介：

ADAM-5000系列模拟量、数字量输入输出模块，继电器输出模块，计数器/定时模块。

ADAM-5000/TCP是一款以以太网为基础的I/O系统。

没有转发器，ADAM-5000/TCP能够覆盖超过100m的通信距离。

它允许远距离结构，通过以太网和8PC来同时存储数据。

ADAM-5000/TCP是一个数据采集和控制系统，它能够通过多通道的I/O模块进行控制、监测。

ADAM-5000/TCP具有高速的I/O能力并且全面支持ADAM-5000I/O模块。

ADAM-5000/TCP提供8个插槽，支持多大128个I/O点。

ADAM-5000/TCP不仅具有高速I/O能力，而且具有智能诊断能力。

从系统前面板上的8个指示灯，用户可以清楚地看到系统当前的工作状态、电源、CPU、通信等指示灯。

同时，在以太网口还有标志数据接收/发送（Rx/Tx）的指示灯。

ADAM-5000/TCP具有事件处理能力和数据流功能。

通过TCP/IP标准通信协议进行数据传输，当网络上存在多个从站的时候进行网络数据传输管理仍然存在瓶颈。

因此ADAM-5000/TCP也支持UDP协议来处理有规律的数据流广播或事件报警触发功能，这将大大提高系统的性能。

ADAM-5000/TCP可以通过ADAM-5000/TCP-6000Utility对其进行配置和测试，提供DLL函数库供用户编程调用，提供ModbusOPCServer用于和其它软件进行整合。

ADAM-5000/TCP是舒适的结构和有效的管理的解决方案，为建筑体系网络自动化提供了经济而有效的理想解决方案。

2、产品规格

1）ARM32位RISCCPU；

2）10/100Base-T自动侦测高速通信端口；

3）支持Modbus/TCP通讯控制，易于整合；

4）在没有中继器的情况下可以达到100米的通信距离；

5）允许通过以太网远程进行配置；

6）允许8台主机同时访问；

7）8个I/O插槽，可支持128点的数据监控。

3、研华RS485总线ADAM-5000系列远程数据采集模块

ADAM-5000/485分布式RS-485数据采集控制系统四槽控制器,可插四个ADAM5000系列模块,通讯总线：

RS-485,通讯端口：

RS-485x1或RS-232x1，网络节点：

256个,通讯速率最高可达115.2Kbps。

ADAM-5000E分布式RS-485数据采集控制系统八槽控制器,可插八个ADAM5000系列模块,通讯总线：

RS-485,通讯端口：

RS-485x1或RS-232x1,网络节点：

256个,通讯速率最高可达115.2Kbps。

4、ADAM-5000I/O模块

1）模拟量输入模块（AIADAM-5017）

ADAM-5017是8路通用模拟量输入模块，8路差分；分辨率：

16位；输入类型：

mV、V、mA；隔离电压：

3000VDC；输入范围：

±150mV、±500mV、±1V、±5V、±10V、±20mA。

ADAM-5017H是8路高速模拟量输入模块，分辨率：

12位，外加符号位，输入类型：

mV、V、mA；隔离电压：

3000VDC；高采样速率：

ADAM-5000/485&5000E:

：

100采样点/秒；ADAM-5510&ADAM-5511：

最大8000采样点/秒；每个通道均可设置不同的量程，输入范围：

±250mV、±500mV、±1V、±5V、±10V、0~+500mV、0~+1V、0~+5V、0~+10V、0~20mA、4~20mA。

2）模拟量输出模块（AOADAM-5024）

ADAM-5024是4路模拟量输出模块，分辨率：

12位；隔离电压：

3000VDC、输出范围；0~20mA、4~20mA、0~10V。

3）数字量输入模块（DIADAM-5052）

ADAM-5052是8路隔离数字量输入模块，隔离电压：

5000Vrms；ADAM-5055S是16路隔离型数字量输入输出模块，8DO&8DI；隔离电压：

2500Vdc

4）数字量输出模块（DOADAM-5056）

ADAM-5056是16路数字量输出模块，数字量输出：

集电极开路30V（100mA最大负载）。

ADAM-5056D是带LED显示的16路数字量输出模块，数字量输出：

集电极开路30V（100mA最大负载）输出