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高炉自动化系统技术方案(转载)一、系统设计指导思想炼铁生产过程是在高炉内进行的一系列复杂的还原反应的过程，炉料（矿石、燃料和熔剂）从炉顶装入，从鼓风机来的冷风经热风炉加热后，形成高温热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧产生的热煤气流自下而往上运动，而炉料则由上而往下运动互相接触进行热交换，逐步还原，最后在炉子的下部还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣，分别由出铁口和出渣口放出。高炉自动化过程主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉自动化的目的，主要是保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触；保持高炉整体有合适的热状态。高炉自动化系统主要包括仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。高炉生产必须要求计算机控制系统能够很好地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量最多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求数据的采集精确度≤，采集速率≤。高炉的自动化控制方案，首先应着眼于系统的可靠性、实用性和先进性，并在此基础上提高系统的性价比。1．可靠性高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，它不仅要及时稳定的给炼钢工序提供合格的铁水，还同时为轧钢加热炉提供煤气。高炉生产的短时间中断都会给整个生产流程带来不可估量的损失。因此，必须把系统的可靠性也即安全性放在高炉控制系统设计的第一位。在设备控制方面，要满足炼铁设备及工艺的特定要求，完善必要的软硬件连锁，实现最可靠的开停车顺序控制，以及可靠的处理突发性事件的应急处理方案，确保整个高炉生产系统的安全性。为保证这些设备安全可靠运行，除了系统硬件之外，还必须在软件编程上增加多种保护功能，以进一步提高系统的安全性和可靠性。2．实用性为适应中型规模钢铁厂在生产管理的技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对高炉生产的过程控制，设有手动和自动两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换。由工业微型计算机和PLC系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，下位机通过各检测仪表，采集高炉上料、配料运行数据、炉体温度、风温、风压，除尘系统等工艺参数。在手动操作模式下，上述工艺参数经过上位机计算机处理，使之成为清晰而精确的“软件仪表”，将过去人工来不及分析的、各种缺乏相关性的信息都能充分地利用起来，揭示出它们之间的内在联系，从而对判断高炉生产过程和指导操作起到了更多的作用。在自动操作模式下，我们在常规PID调节的基础之上，增加了非线性变参数调节，自适应调节和智能控制等环节。经过计算机综合分析和建立数学模型，作为人工操作或自动调节的依据，并充分利用计算机储存信息量大的优点，为高炉的操作提供更准确、更合理的控制策略。3．先进性采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有更好的适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、更强的实时性和人机协同功能。不仅依靠单纯的数学模型，而是能够根据知识和经验的积累，进行在线推理，做出非线性和多因素的判断，从而优选出能随动实时变化的最佳控制策略。通过记录、分析高炉的历史生产数据，采用“优选图法”，指导操作人员，使之确定的每一步动作更加精确和科学。在这种状况较之传统人工操作模式下，高炉各操作参数的离散程度将明显缩小，向着最佳区间，甚至最佳点靠拢的趋势将非常明显。在系统更进一步优化后，可实现多种“趋势分析”，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供更多的手段，相当于真正做到了类似于传统操作模式下，工艺管理上经常会提出“早调、勤调、少调”的要求。高炉生产过程在应用本系统后将更加趋向稳定。二、控制系统实施方案1．系统硬件本系统PLC硬件全部选用施耐德公司的Modicon TSX Quantum 140系列产品，网络连接使用Modbus TCP/IP Ethernet，数据传输速率高达100MBPS，采用信息行业事实标准TCP/IP，应用层使用Modbus协议，几乎不会发生数据传输冲突，交换式以太网技术的使用更避免了冲突发生的可能。网络配置包括PLC端和PC机端两个部分。系统中的每套PLC系统通过插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模块连接在100M快速以太网上，位置比较集中的可以采用双绞线连接。上位监控机采用双绞线连接快速以太网。每台上位监控机内各插入1块3C905C 100M以太网卡。通过Quantum 140NOE77100模块可以定义I/O数据表，使用Internet Explorer查看以太网状态信息和现场I/O数据，也可通过其它的内嵌功能，基于Web的BOOTP服务器配置，SNMP协议支持等，使网络建立、调试、管理都变得简单。3．组态软件软件系统设计包括PLC组态及参数配置、系统监控程序设计、网络通信配置、操作员站及工程师站人机界面设计四个部分。PLC组态及参数配置、下位机监控系统的编程均在Concept XL 环境下完成，它易于使用，功能丰富，具有5种符合IEC1131-3标准的编程模式。特别是软件仿真测试功能最受用户欢迎，大大缩短了在线调试时间。高炉及热风炉根据控制流程不同，可以采用LD、FBD两种编程方式。程序功能包括系统初始化、参数量程变换、参数监视及异常处理、各种连锁及控制。本系统涉及工艺参数较多，有压力、温度、差压、流量、质量、料位、阀位、液位等等。高炉本体及热风炉控制工艺复杂，设计和配备必要的调节回路。灵活的Concept编程软件为实现各种控制工艺提供了丰富的功能，可以根据生产实际编写出各种需求的功能。上位监控工作站由8台Advantech工业控制计算机完成整个系统的过程数据采集、运行状态监视、系统设备控制，生产报表的生成和打印、数据备份等工作。上位机监控软件中人机界面的设计采用GE Fanuc iFIX 软件，可实现实时、历史趋势，数据报表，数据采集，报警记录，动态显示等丰富功能。工业现场数据采集实时性好，可以完成监控画面设计、过程数据库建立以及监控软件各功能块的编制等项的功能。其着重点是确保系统可靠，以及如何方便于操作。4．系统总图高炉自动化控制系统硬件和网络配置总图详见图1。图中：整个PLC系统包括5个CPU主机站、6个PLC I/O站和Profibus-DP现场总线。CRT1～CRT4为炉顶及卷扬操作站、高炉本体操作站、上料操作站、热风炉操作站，CRT5为工程师站，CRT6为布袋除尘操作站、CRT7为出铁场、原料场除尘系统操作站。其中网络连接：24端口以太网交换机设置在高炉主控室内，2台8端口以太网交换机分别设置在布袋除尘和矿槽控制室内。高炉主控室至布袋除尘、高炉主控室至矿槽控制室之间，通过光纤连接。采用带光缆接口的交换机，或使用光电转换器，用光纤连接以太网。 5．主要功能描述本系统将是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。主要功能如下： • 对电动机、阀门等以及成套机电设备的开关量控制，包括分组连锁起动、分组连锁关机、组内自动连锁控制、组内单步连锁控制、系统单步调试。 • 过程控制数据的采集和处理（包括开关量和模拟量）。 • 完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示、确认、记录和打印。报警发生的开始时间、确认时间和恢复时间均能自动记录。 • 动态显示工艺流程图画面，各画面之间可以自由切换。 • 历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。图1 高炉自动化控制系统硬件和网络配置图 • 定时打印或即时打印生产班报表、生产日报表、生产月报表。定时打印的时间间隔可修改，即交接班时间可通过操作设定。 • 面向目标的操作方式，友善的人机操作界面。对某台设备的操作，只需把光标移到相应的目标（如电机、阀门）的图形位置上就可完成操作。如目标能被选中，则允许操作，否则操作无效。 • 系统时间、模拟量报警上下限的设置和修正。 • 较强的系统自诊断功能，包括PLC模块出错显示，在线查看开关量和模拟量条件表。 • 操作记录、开关量报警列表、模拟量报警列表的自动记录和显示打印。• 为加强系统的可靠性，对系统的某些重要操作设置密码，以防无关人员随意进入操作。 6．PLC控制功能⑴ 炉顶系统• 炉顶布料程序控制和炉顶设备顺序控制； • 料流调节阀开度控制； • 溜槽倾动和旋转控制； • 料线测量和探尺控制； • 炉顶均排压控制； • 炉顶温度监测和压力控制。 ⑵ 槽下系统 • 焦炭、矿石的备料系统； • 原料的称量补偿和水分控制； • 高炉装料程序控制。 ⑶ 高炉本体 • 炉体各点的温度、压力、流量检测； • 炉喉温度和煤气成分数据处理； • 热风温度调节； • 炉体冷却水压力、流量测量； • 风口平台出铁场蒸气、压缩空气、O2的流量及压力测量； • 炉体参数监控和报警； • 炉体系统数据处理。 ⑷ 热风炉系统• 热风炉燃烧调节阀遥控操作；• 煤气总管压力自动调节；• 热风炉拱顶温度记录； • 热风炉出口温度记录； • 热风炉燃烧室温度记录； • 热风炉废气温度记录； • 热风炉总管压力记录； • 冷风总管压力、流量记录； • 冷风总管温度指示； • 净煤气总管温度、压力指示； • 净煤气总管流量、温度指示； • 助燃空气总管压力、温度指示； • 助燃空气，总管流量记录； • 冷却水压力指示； • 冷却水流量指示、累计； • 冷风均压信号； • 废气排压信号； • 生产联络信号。 ⑸ 布袋除尘系统 • 荒煤气总管温度指示、记录、报警、连锁； • 荒煤气总管压力指示； • 荒煤气总管压差指示、应答、连锁； • 净煤气温度指示； • 净煤气流量指示、累计； • 净煤气含尘量检测、报警。 ⑹ 其它系统 • 除尘系统的煤气温度、压力测量； • 冲渣水压力、流量采集。三、系统启动和运行 接通系统总电源后，先开启PLC系统和网络系统电源，待进入正常运行状态后，再打开操作站彩色显示器和工控机电源，系统引导后直接进入主菜单。主菜单有四个选项： 运行操作——进入系统概貌图，根据系统概貌图中的功能按钮，进入各项相应操作。 历史曲线——显示并打印已记录在硬盘中的模拟量数据。 报表打印——查看及打印生产班报表、生产日报表、生产月报表。 系统维护——进入与系统设置和维护有关的各项操作。 1. 系统画面为了使画面整齐、美观，各系统监控画面分别由一幅系统主工艺画面和若干幅分画面组成，系统主工艺上只显示重要的目标和数据。如要了解更详细的情况可切换到分画面上，就能看到进入PLC系统的所有测点目标和数据的动态实时显示，全部使用汉字提示。按主菜单运行操作按钮后进入系统主工艺画面。 在主画面的底部有一个按钮式的子菜单，将包括：炉顶及卷扬、高炉本体、热风炉、布袋除尘、和转运站、系统组操作、报警列表、实时数据显示、参数一览表按钮。按前面几个按钮，可以进行画面之间的切换。后面四个按钮，用于选择其它功能操作。在各监控画面上，用不同的图形表示电机和阀门等设备；在组操作中，用汉字设备名称指示框表示之。以不同的颜色来表示电机是否备妥、正常运行，报警和报警已被确认。从运行的目标是否带有边框可以区分出，该设备是在集中方式下或是在现场机旁启动的。2. 运行操作系统正常运行时以组操作为主。按下组操作按钮，就能弹出一个标注设备名称的流程框图构成的组操作画面，根据开车顺序分别起动各组电机。在组操作区中有组开、组关、暂停、退出四个按钮供操作选择。各按钮前的指示灯绿色表示正在执行该操作，将光标直接对准组内电机，也可进行组内单步连锁操作。 图2 高炉立面设计示例图3 高炉炉顶上料示例在进入系统单步调试状态后，除了在组操作画面上操作外，也能直接在各个子画面上，面向目标进行单步调试操作，如选中时目标为黄色，进行开机操作；如目标为绿色，则进行关机操作。对高炉生产中的几个关键过程，在相关的画面中设计简洁而醒目的动态显示。如在高炉上料环节中，我们充分利用安装在减速机输出轴的绝对位置编码器信号，在分画面中动态显示料车位置。在高炉布料过程中，我们将根据布料和探尺相关设备的返回信号，动态模拟显示高炉料层的实时位置。同时通过Modbus总线将变频器和PLC连接起来，实时监控变频器的运行状态。如此直观的画面，再配合以工艺参数的监测和报警状态显示，操作人员就能够对高炉的主要实时运行工况一目了然，对提高系统安全性和可靠性提供了扎实的保证，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。3．过程控制从实用的角度出发，本系统的模拟量输出主要用于阀门的调节和阀位控制。并按工艺要求设置必要的单回路PID自动调节回路，必须是到目前为止公认比较成熟和可靠的。高炉各系统生产过程检测与控制项目如下： ⑴ 矿槽料位每个矿槽上装一台料位计。矿槽料位信号作为上料控制用。在矿槽三楼控制室设有监视仪表盘，同时矿槽料位信号也递至高炉主控楼计算机。⑵ 槽下称量槽下每个称量斗设一台电子秤，其信号送至高炉主控楼计算机，对称量结果进行补偿。⑶ 高炉本体、无料钟炉顶及粗煤气系统高炉本体检测项目主要有：炉基、炉底、炉身、炉喉、炉顶温度、风渣口小套出水温度和冷、热风温度；炉底、炉喉钢砖冷却水流量、压力，炉体冷却工业水流量、压力，风渣口小套高压水流量、压力，冲渣水流量、压力，压缩空气、氮气、蒸汽流量、压力；高炉全压差及炉静压、炉身透气性测量。炉顶料罐内压力、温度检测。料罐料空信号料位计测量；高炉料线测量，炉顶气密箱温度、气密箱冷却水温度、流量测量。粗煤气系统有除尘器上部煤气压力、温度测量；除尘器下部锥体温度测量。炉顶煤气压力自动调节；热风温度自动调节；炉顶氮封用氮气压力自动调节等。⑷ 热风炉热风炉系统拱顶温度、煤气温度和含氧量，热风炉煤气量、助燃空气量，热风炉冷风阀前后差压及烟道阀前后差压，其均压信号可送电气联锁；冷风总管压力、温度、流量；煤气总管温度、压力、流量。空气预热器前后烟气温度，压力及空气温度。前置预热器前后烟气温度、压力，煤气温度、压力，空气温度、压力。冷却水温度、压力、流量和出水温度。燃烧过程可根据拱顶温度控制煤气调节阀，助燃空气与煤气采用配比调节。助燃空气总管压力自动调节等。⑸ 布袋除尘系统布袋除尘系统每个箱体的出口支管，装有煤气流量测量：布袋除尘器下部锥体及中间灰斗设有料位检测。除尘器人口总管设有煤气压力、温度测量；净煤气总管设有煤气压力、温度、流量和含尘量测量。⑹ 矿槽除尘和出铁场除尘矿槽和出铁场除尘器前温度检测。除尘器进出口差压测量。灰斗高低料位连锁及报警。除尘风机运行参数和报警等。以高炉布料为例：高炉冶炼过程是连续的，炉内有压力且产生大量煤气，整个过程是和大气隔绝的。在隔绝的状况下如何源源不断地把炉料加到炉内，对保证高炉正常冶炼至关重要。目前普遍使用的无料钟炉顶如图4所示。该成套设备为串罐式，用于高炉炉顶受料与给料及布料，布料工艺性能好，可实现多环或任意点布料。通常都采用料流调节阀加布料溜槽的控制方式，来确保矿石、焦炭在炉内的精确布料。工作过程简述如下：⑴ 受料斗空，挡料阀关，上密封阀关。上料； ⑵ 料罐空，料流调节阀关，滚筒停，下密封阀关。打开放散阀，料罐压力降至大气压； ⑶ 打开上密封阀，打开挡料阀，由受料斗向料罐放料，放空后关闭挡料阀、关闭上密封阀；⑷ 关闭放散阀，打开一次均压阀，料罐充压，关一次均压，开二次均压至料罐压力与高炉压力相等或略高，关二次均压，开下密封阀。 ⑸ 料线到达设定值，开始布料过程： a. 提料尺，溜槽运动到设定位置，开料流调节阀到设定的γ角并启动给料滚筒，向高炉布料。 图4 下料阀调节工作示意 b. 料罐空，停滚筒，关闭料流调节阀，关闭下密封阀，放探尺。本次布料结束。再承接第⑵步，如此周而复始。利用料流调节阀和布料溜槽控制布料原理如图5和图6所示：图5 下料阀调节工作示意 图6 布料溜槽工作示意图高炉炉料经过矿槽配料工艺后，先进入到炉顶上料斗和下料斗，在高炉接到布料指令后，其下料斗的料流调节阀首先要按工艺要求开启到给定的开度（即γ角），炉料按一定的流量经布料滚筒后流到布料溜槽上，布料溜槽也按工艺要求升到一定的倾动角度（即α角），同时，布料溜槽还在水平面方向上进行着匀速旋转（即β角）。这样炉料就可以均匀的布到高炉的料面上了。图7 下料斗调节阀开度控制流程图从上述基本控制原理可以看出，只要控制好α、β、γ三个角度，就能把炉料按任意的形式布到炉内。高炉布料方式一般有环形布料、扇形布料、螺旋形布料和定点布料等几种，最多使用的还是环形布料，即一批料以不同的倾动角度布到炉内，形成以高炉中心为圆心的数个圆环，使炉料均匀的布在炉内。如果在冶炼过程中出现炉内料面不均匀的情况，则可以利用扇形布料或定点布料来弥补。或者炉长根据炉况需要，为改善透气性、保护炉壁使其温度不致过热等等原因，也需要采用扇形或定点布料的方法来改善炉内炉料的分布状态。 在布料控制过程中下料斗调节阀开度（即γ角的控制）是至关重要的，只有精确控制好γ角，才能有效地控制好下料流量，进而更准确的控制好每批料布料的厚度、环数及布料的起点和终点。由炉顶料流调节阀的实际开度返回值（采用自整角机或光电编码器检测转换成实际角度），并接收炉顶控制系统发出的γ角开度大小和动作指令。经分析处理后转换成4～20mA的电信号控制直流驱动装置。为了使系统既有较快速响应特性，又能达到较理想的准确度，采用PID调节和逻辑控制相结合的方法。其程序流程如图7所示。PLC控制系统首先检测γ角的给定值和实际返回值，并计算出它们的差值δ, 当δ值大于某个角度（比如2度）时，给定直流驱动装置以较大的步长，使系统快速反应；当δ值小于某个角度、即γ角接近给定值时，系统自动进入PID调节控制状态，即随着δ值的减小，控制系统给定的调节幅度也按比例减小，直至为零。PID调节的各项参数（比例、微分、积分系数，延时时间，偏移量等）必须反复调试才能达到最好效果，确保较高的控制精度。高炉冷风阀自动调节和炉顶压力自动调节，可根据用户的需求酌情采用。 4. 开关量报警电机在运行过程中备妥消失，或在启动以后没有及时得到运行应答信号，或在运行过程中有过电流，或出现综合故障时，系统就会发出报警。一旦检查到开关量报警，屏幕上相应的目标变成红色闪动且有声响。如报警目标不在当前画面上，系统画面切换按钮上会显示红色闪动边框，提示到该画面中去寻找报警目标。对其进行操作即可确认此报警，确认后红色不闪，声响消失，目标的红色一直要保持到报警状态完全解除后才能消失。 在开关量报警列表中，计算机自动记录报警的目标名称，报警产生时间、确认时间、解除时间等，分别以不同的颜色来表示。 5. 模拟量报警在系统主工艺画面和各个分图中可以动态实时显示模拟量数值。此值在正常时以绿色显示；超出设定上下限，且系统正处于正常运行状态，就会出现模拟量报警，此时数值成红色闪动和发出声响，并在屏幕顶端出现报警窗口，提示模拟量名称、报警的发生时间、越限值和确认按钮。经确认后报警窗口消失。模拟量报警列表与开关量报警列表相同。 6. 实时趋势实时数据显示包括实时曲线、棒形图、电气仪表图三个子功能按钮。按下某功能按钮，可分别进入不同的图形显示。实时曲线窗口画面分四个小显示窗口，能同时显示四条实时曲线。按下设置按钮后屏幕上弹出一个选择窗口，列出可供选择的各个模拟量。7. 历史曲线 在系统主菜单中按历史曲线按钮，可进入历史曲线和趋势查询和打印功能。屏幕上可以单幅显示也可以用四个历史曲线窗口，分别显示四幅不同的历史曲线。在选择显示或打印之前，历史曲线的日期、起始时间、时间间隔都能进行设定，并能实现曲线的左右移动。8. 报表打印在系统菜单选择报表打印，就可进入报表打印功能。屏幕先显示当前时刻的生产班报表，右下角有报表选择按钮。报表打印设有定时打印和即时打印两种方式。在选择打印功能后打印机自动通电。 9. 系统维护 选择主菜单中的系统维护，即弹出系统维护功能子菜单，对能改变系统运行状况的维护功能，必须从键盘输入密码才能进入。各选项如下： 系统单步调试：用于设置系统成单步调试状态。 系统操作记录：记录上位机的权限转换、状态变化及运行操作。可详细记录当班人员的每一步操作，包括组操作、开停机，对报警的响应和调用的其它功能。可翻动查阅500个记录，500个以前的操作均记录在硬盘上，最多可记录一个星期或更长的时间。 系统打印设置：用于设置系统的生产班报表、生产日报表、生产月报表的定时打印和即时打印。设置按钮前有一指示灯，表示当前打印状态。系统健康图：用于显示下位机各模块的运行状况。当下位机某一模块发生运行故障时，该图中所对应的模块就闪红报警，直到故障排除为止。图8 PLC系统健康图开关量和模拟量控制条件表：分页显示系统开关量和模拟量控制条件表。表中详细列出设备名称、PLC接点位号、以及机柜内来去的端子号，仪表位号和量程，以及系统配电图等。维修人员无须再去查阅图纸，就能掌握现场信号的来龙去脉，一目了然，十分方便。模拟量控制条件表中的报警上下限参数，还可通过键盘修改。班工作时间设置：可通过键盘或跟踪球设置早、中、晚三班的起始时间，各个班按八小时间隔自动分配。系统时间校正：可通过键盘或跟踪球校正系统时钟的时、分、秒。系统密码设置：用于设置系统的各级密码。
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近二十年来，以振动为主要原因造成的恶性事故相继发生，给国家造成了巨大经济损失。而且，振动问题目前仍是新投运大机组不能按期并网、正常投运的主要原因，在机组正常运行期间，振动问题连续不断，影响到正常生产，经常出现机组减负荷和带病运行的情况，甚至使机组被迫停机处理，这些事故屡见不鲜。本系统基于LabVIEW虚拟仪器软件平台，对汽轮机振动信号进行读取加窗，并进行谱分析及自相关分析。LabVIEW虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。本系统主要完成了对汽轮机振动信号进行读取，对信号进行矩形窗、汉宁窗、海明窗的加窗选择，然后分别进行信号的幅值谱、功率谱、相位谱分析及自相关分析，并且具有图形操作及显示界面。系统运行结果证明，本系统能够完成对信号的读取，并进行三种窗函数及各种分析的动态选择，并用图形显示结果。Over the last 20 years, mainly due to the vibration caused by the fatal accidents occurred one after another, inflicting huge economic losses. Furthermore, the vibration is still new to large units shipped impossible grid, the normal operation for the main the crew during normal operations, continuous vibration problems affecting the normal production, Units often reduced load and operation of the sick, and even the unit was forced to stand, these incidents not uncommon. The system based on LabVIEW virtual instrument software platform for turbine vibration signal window read, and spectral analysis and correlation analysis. LabVIEW virtual instrument is a common core of computer hardware platform, defined by the user, with virtual front panel, the test function test software from a computer equipment system. The system completed the turbine vibration signal read, the signal rectangular window Hanning, Hamming window window choice, and then the signal amplitude spectrum, power spectrum and phase spectrum analysis and correlation analysis, and operating with graphics and display interface. The result of running the system proved that the system can accomplish the signal read, and three window function and the dynamic analysis of the various options and graphical display with the results.专业前景 本专业以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。随着常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。 培养目标 本专业方向培养具备热能与动力工程专业方面的基本理论、基本知识和基本技能，能在国民经济各部门从事热力发动机和其它新型动力机械及设备的设计、制造、管理、教学和科研等方面的高级工程技术人才。 培养特色 本专业在加强学生基础理论和综合素质教育的同时，加强计算机及自动控制技术的应用，强化专业实践教学，注重全能训练，全面提高学生的实践动手能力和科学研究潜力，使毕业生具有较强的择业竞争能力和较宽的就业适应能力。 主干课程 机械制图、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料、电工技术、电子技术、计算机软件基础、液压技术、液力传动、内燃机构造、内燃机原理、内燃机设计、内燃机试验、发动机电子技术、工程热力学、流体力学、传热学、自动控制理论、现代测试技术等。 就业方向 毕业后可从事能源与动力设备的行政管理、内燃机及新型动力设备的开发研制、内燃机排放控制、新能源利用、汽车工业、兵器工业、环保工业、交通运输业、船舶、电力、航空宇航工业等方面的工作。The prospect of major works of the major hot in physics as the main theoretical basis to the internal combustion engine and the other is the development of new machinery and power systems for the study, the use of engineering mechanics, mechanical engineering, automation, computers, environmental science, microelectronics technology disciplines, such as content knowledge and to study how the chemical energy of fuel and liquid kinetic energy security, high-performance, low (or none) of pollution to the power into the basic law and the process of research in the conversion process of the automatic control systems and equipment technology . With the growing shortage of conventional energy, human the growing awareness of environmental protection, energy saving, high efficiency, reduce or eliminate polluting emissions, the development of new energy and other renewable sources of energy has become an important task for the subjects in the energy, transportation, automotive, ships, electricity, aviation aerospace engineering, agricultural engineering and environmental science in many fields such as access to more and more widely used, the department in the national economy is playing an increasingly important role. Cultivate cultivate goal with the direction of the major thermal power projects with the major aspects of the basic theory, basic knowledge and basic skills, to engage in various departments in the national economy and other heat engines power the new machinery and equipment design, manufacture, management, teaching and scientific research aspects of advanced engineering and technical personnel. Cultivate major characteristics of the students in strengthening the basic theory and the overall quality of education, to strengthen the computer and automatic control technology, and strengthen the teaching of professional practice, pay attention to all the training, students enhance the practice of comprehensive practical ability and scientific research potential, so that graduates have strong competitiveness and a wide choice of employment adaptability. Mechanical Drawing trunk curriculum, mechanical principles, mechanical design, theoretical mechanics, mechanics of materials, engineering materials, electrical technology, electronics technology, computer software foundation, hydraulic technology, hydraulic transmission, the internal combustion engine structure, the principle of internal combustion engines, internal combustion engine design, the internal combustion engine testing, engine electronic technology, engineering thermodynamics, fluid mechanics, heat transfer, automatic control theory, modern test technology. Employment after graduation can be engaged in the direction of energy and power equipment, administration, internal combustion engines and new development of power equipment, internal combustion engine emission control, new energy use, the auto industry, the weapons industry, industrial environmental protection, transport, shipping, electricity, air space industrial vehicles are not the only air polluters. Coal and oil, used to heat homes and factories and to generate electricity, contain small amounts of sulfur. When the fuels are burned, sulfur dioxide, a poisonous gas, is produced. It is irritating to the lungs. Some cities have passed laws that allow coal and oil to be burned only if their sulfur content is low. 汽车不是唯一的空气污染。煤炭和石油，用于家庭取暖和工厂，并产生电力，含有少量的硫。当燃料燃烧，二氧化硫，一种有毒气体，就产生了。它是刺激到肺部。一些城市已通过法律，允许煤炭和石油只有在其被烧毁硫含量低。Most electricity is generated by steam turbines. About half of the sulfur dioxide in the air comes from burning fuel to make steam. Nuclear power plants do not burn fuel, so there is no air pollution of the ordinary kind. But the radioactive materials in these plants could present a danger in an accident. Also, there is a problem in disposing of the radioactive wastes in a way that will not endanger the environment. 大部分电力是由蒸汽涡轮机。关于空气中的二氧化硫，使蒸汽一半来自燃料燃烧。核电厂不烧燃料，所以不存在的那种普通的空气污染。但是，在这些植物的放射性物质可能会提出一个意外的危险。此外，还有一个在放射性废物处置的方式，不会危害环境的问题。Another type of pollution, called thermal (heat) pollution, is caused by both the fuel-burning and nuclear plants. Both need huge amounts of cold water, which is warmed as it cools the steam. When it is returned to the river, the warm water may stimulate the growth of weeds. It may also kill fish and their eggs, or interfere with their growth.另一种污染类型，称为热（热）污染，是造成双方的燃料燃烧和核电厂。双方都需要的冷水，这是温暖，因为它大量的蒸汽冷却。当返回到河边，温暖的水会刺激杂草生长。它也可以杀死鱼，它们的卵，或干扰他们的成长。Physicists are studying new ways of generating electricity that may be less damaging to the environment. In the meantime, many power plants are being modernized to give off less polluting material. Also, engineers try to design and locate new power plants to do minimum damage to the environment.物理学家们正在研究发电对环境损害较小的新方法。与此同时，许多发电厂也在实现现代化以减少污染物质。此外，工程师们尝试设计并找到对环境的损害最小的新的发电厂。Thermal energy and power engineeringThis program is to cultivate both master thermal energy and power engineering professional basic theoretical knowledge, computing skills, but also the ability in various forms of generating power plant, refrigeration and air conditioning, new energy related fields in need of economic management knowledge and ability, can be engaged in the electric power industry related to areas of science and technology application, research, development and management of a senior talents. According to the national construction and talents needs, set up the professional direction includes: thermal power engineering, power plant set control operation, refrigeration and air conditioning engineering, gas power engineering, advanced energy engineering courses: theoretical mechanics, mechanics of materials, engineering thermodynamics, engineering fluid mechanics, heat transfer, turbine principle, boiler principle, thermal power plants, the pump and fan, automatic control theory, motor learning, circuit theory, the control system, unit unit operation principle, thermal process detection technology, engineering graphics, mechanical design basis, electrician technical basis, electronic technology base, refrigeration and cryogenic principle, refrigeration compressor, refrigeration automation and testing technology, gas turbine principle, gas gas-steam combined cycle power plant, gas turbine combined-cyde operation and maintenance, nuclear reactor theoretical basis, nuclear system and the maintenance, the PWR nuclear power plant system and equipment, wind power generation principle, professional place to go: large-scale modernized electric power enterprise, power equipment manufacturing enterprises and energy class enterprise engaged in production, operation and management work, Government departments at all levels and institution engaged in energy, power, energy saving, environmental planning, design, construction, operation, consultation and supervision work; etc. Research institutes, universities in energy and power related research and development, teaching, management, etc.
木叶星海
热能与动力工程专业毕业论文（锅炉专业 锅炉的计算机控制 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节 能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占我国原煤 产量的 1/3，大多数锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率， 降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、运行，减轻操作人员的劳动 强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。 锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动 切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧 量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动 控制， 用操作器控制滑差电机及阀等， 自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。 微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保 证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置 常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的， 以免锅炉发生重大事故。 控制系统： 锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互， 相互制约， 锅炉内部的能量转换机理比较复杂， 所以要对锅炉建立一个较为理想的数学模型 比较困难。为此，把锅炉系统作了简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。 当然在某 些系统中还可以细分出其它系统如一次风量控制回路，但是其主要是以下三个部分： 炉膛负压为主调量的特殊燃烧自动调节系统 锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例 使空气过剩系数在 左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自 动调节是一个复杂的。对于 3× 锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放 散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不 做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。 炉膛负压 Pf 的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小， 炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气， 危及设备与运行人员的安全。 负压太大， 炉膛漏风量增加， 排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索， 锅炉的 Pf=100Pa 来进行设计。调节是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风 机全开时达到炉膛负压 100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流 量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。 锅炉水位调节单元 汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严 重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循 环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重 大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包 内部的物料达到动态平衡， 变化在允许范围之内， 由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量 变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所 谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点 温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系统，实质 上是维持锅炉进出水量平衡的系统。 它是以水位作为水量平衡与否的控制指标， 通过调整进 水量的多少来达到进出平衡， 将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近， 以提 高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象， 运行中存在虚假水位现象，实际中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、 蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。 除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的 PID 调节。 监控管理系统： 以上控制系统一般由 PLC 或其它硬件系统完成控制，而在上位机中要完成以下功能： 实时准确检测锅炉的运行参数：为全面 掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监 测并采集锅炉有关的工艺参数、 电气参数、 以及设备的运行状态等。 系统具有丰富的图形库， 通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上； 除此之外， 还能将参数以 列表或分组等形式显示出来。 综合及时发出控制指令： 监控系统根据监测到的锅炉运行数据， 按照设定好的控制策略， 发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。 诊断故障与报警管理：主控中 心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从 而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅 炉运行的各种、弱点等了如指掌。为保证 锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所 监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报 警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员 可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。 记录运行参数： 监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录， 另外监控系统 还。设有专门的报警事件日志，用以记录报警／事件信息和操作员的变化等。历史记录的数 据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记 录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史记录的数据 还可以由以为基础的多种应用软件所应用。 计算运行参数： 锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量， 如年运行负荷量、 蒸汽耗量、 补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根 据所测得的运行参数，将这些导出量计算出来。
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