基于PLC的智能爐溫網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張勝

摘 要：環(huán)形爐溫控制系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)，將直接關(guān)系到爐的燃燒質(zhì)量和燃料的節(jié)約，以及減少對(duì)污染氣體的排放。近幾年，由于智能化的爐溫控制系統(tǒng)越來越成熟，對(duì)以后的工業(yè)發(fā)展顯得越來越重要，也是社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：PLC；智能控制系統(tǒng)；爐溫；設(shè)計(jì)

引言

燃爐主要運(yùn)用于冶金、采礦等眾多工業(yè)領(lǐng)域，智能爐溫控制系統(tǒng)通過PLC的智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠很好地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整爐溫，使?fàn)t內(nèi)的燃料盡量達(dá)到完全燃燒，減少對(duì)燃料的浪費(fèi)，降低對(duì)空氣的污染?；赑LC智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，將在很大程度上減少了人力的投入，也保證了燃爐的安全性和高效性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由PLC以及MCF5272構(gòu)成，系統(tǒng)的運(yùn)行部件由電動(dòng)部件和切向調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，并且微處理器會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)處理后傳輸給PLC。而PLC會(huì)通過模糊的智能控制系統(tǒng)把數(shù)據(jù)處理好后輸出給系統(tǒng)，制動(dòng)調(diào)節(jié)水位的裝置會(huì)根據(jù)智能控制系統(tǒng)反饋的信息，把水位調(diào)節(jié)到與閘門相平衡的位置。這樣始終保持鍋爐中的水位與水蒸氣蒸發(fā)掉的水位保持平衡，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

1.1 搭建硬件平臺(tái)

給燃爐搭建一個(gè)合適的平臺(tái)，通過預(yù)先輸入實(shí)測(cè)的溫度值，經(jīng)過預(yù)設(shè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。不斷調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，使實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相符，以達(dá)到對(duì)水位的及時(shí)調(diào)整，保證蒸汽量的持續(xù)輸出。將數(shù)據(jù)處理器處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC，這樣PLC就可以不用再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接對(duì)接受的信號(hào)做出相應(yīng)的反應(yīng)。PLC智能控制系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行的安全性又大大地減少了人力，對(duì)以后的鍋爐發(fā)展有大大的好處。下面，通過一張圖紙，更清晰地了解搭建平臺(tái)的具體布置。

1.2 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的控制

在平臺(tái)上通過軟件的方式對(duì)鍋爐進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，防止鍋爐出現(xiàn)危險(xiǎn)，并且當(dāng)鍋爐出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)通過報(bào)警器自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，這時(shí)還可以通過人為的方式進(jìn)行手動(dòng)控制，來應(yīng)對(duì)不可逆轉(zhuǎn)的過程。而在正常情況下，還是主要采取智能控制的方式為主，人為控制的方式為輔。

1.3 應(yīng)用WISMO2C通信控制模塊

系統(tǒng)中裝入SIM卡，不僅可以方便地輸入和輸出數(shù)據(jù)，還可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行一些漏洞的修補(bǔ)，以便系統(tǒng)能夠更好地運(yùn)行。SIM卡電路部分為了保護(hù)卡免受靜電溢出干擾，使用了ESDA-6V1L。在語(yǔ)音設(shè)備輸入和輸出電路與模塊連接時(shí)，可以通過SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入。

2 基于 PLC 的智能爐溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能爐溫控制系統(tǒng)就是在使?fàn)t溫達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，提高爐子的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。提高鍋爐的效率，大大降低人力的投入。

2.1 雙交叉限幅控制

通過采用雙交叉限幅控制系統(tǒng)來爐溫。它的工作原理為：當(dāng)爐內(nèi)的溫度發(fā)生變化時(shí)，煤氣和空氣的流量，不僅節(jié)約了燃料成本，還大大地降低了污染物的排放。系統(tǒng)的主控制器和副控制器都采用串聯(lián)的方式進(jìn)行控制，這樣主控制器和副控制器的相互協(xié)調(diào)控制，達(dá)到更好地控制爐溫的目的。

2.2 爐溫測(cè)量系統(tǒng)

爐溫控制系統(tǒng)共分為七個(gè)部分。在這七部分的每一段都插入相應(yīng)的電熱偶，以此來控制爐內(nèi)的溫度。在爐內(nèi)的整個(gè)燃燒過程中，溫度控制系統(tǒng)都會(huì)實(shí)時(shí)地將溫度信息傳輸?shù)皆倮妙A(yù)設(shè)程序求出該時(shí)刻的瞬時(shí)值，利用最后計(jì)算出來的最優(yōu)質(zhì)對(duì)爐溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 空燃比調(diào)節(jié)系統(tǒng)

與爐溫測(cè)量系統(tǒng)相比，沒有回收段。然后按照已有的程序進(jìn)行計(jì)算，得出一個(gè)結(jié)果；在得出的結(jié)果中選取一個(gè)最優(yōu)質(zhì)；將信號(hào)輸入到調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；最后通過調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)對(duì)煤氣和空氣進(jìn)行相應(yīng)比例的調(diào)整，以達(dá)到煤氣的完全燃燒，并保證實(shí)測(cè)的溫度值與預(yù)設(shè)的溫度值相符合。在這個(gè)過程中，我們需要不斷地調(diào)整PID參數(shù)，以保證燃燒過程中爐溫與預(yù)設(shè)值相符，燃料盡量完全燃燒。

3 PID控制

PID控制主要通過控制系統(tǒng)誤差，根據(jù)微積分求解與比例來控制量，從而達(dá)到控制目標(biāo)的目的。

（1）比例的控制。比例輸出和輸入的信號(hào)需要構(gòu)成正比例函數(shù)。如果輸出和輸入的信號(hào)不符合該關(guān)系，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，直到他們能都滿足規(guī)定的要求。

（2）積分控制。這種誤差我們也有辦法消除，那就是在比例控制器當(dāng)中引入幾分相。因?yàn)闀r(shí)間與積分相的比例關(guān)系為正比關(guān)系，所以盡管存在及其小的誤差，但是隨著時(shí)間的增加，積分相也隨之增加。隨著積分相的增大，誤差便會(huì)在正負(fù)值之間波動(dòng)，最后隨著時(shí)間的增加，誤差逐漸歸為零。

（3）微分控制。微分控制器的輸入和輸出誤差信號(hào)的微分呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。產(chǎn)生這種情況的主要原因是因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)中存在一些較大的部件，這些部件由于自身較大的慣性和運(yùn)行滯后會(huì)對(duì)誤差的產(chǎn)生有一定的抑制作用。針對(duì)這種問題，一般可以通過抑制誤差超前變化的方法來解決。

4 效果與結(jié)論

基于PLC的智能爐溫網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的良好設(shè)計(jì)，大大地節(jié)約了燃爐的燃料成本，而且在很大程度上降低了有毒氣體的排放，提高了燃爐的效率，降低了人力的投入。在基于PLC智能爐溫網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，詳細(xì)地闡述了PLC爐溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)以后該系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了可靠的參考依據(jù)，對(duì)以后工業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一方面大大提高了鍋爐的燃燒效率，減少對(duì)環(huán)境的污染；另一方面，增加了鍋爐的安全性，減少了人力的投入，并且在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化了對(duì)原有系統(tǒng)的漏洞，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定、安全。在系統(tǒng)的整個(gè)過程中，加入了大量的控制方程，保證了運(yùn)行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，使燃料燃燒更加完全、徹底。

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