锅炉控制系统的组态设计

基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计设计正文

基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计

1 绪论

1.1锅炉燃烧控制项目的背景

改革开放以来，我国经济社会快速发展，生产力水平不断提高，在生产中，锅炉起着十分重要的作用，尤其是在火力发电中发挥重要作用的工业锅炉，是提供能源动力的主要设备之一。锅炉产生的蒸汽可以作为蒸馏，干燥，反应，加热等各过程的热源，另外也可以作为动力源驱动动力设备。工业过程中对于锅炉燃烧控制系统的要求是非常高的，要求锅炉燃烧控制系统必须满足控制精度高，响应速度快[1]。

作为一个非常复杂的设备，锅炉同时具有了数十个包括了扰动、测量、控制在内的参数，参数之间有着复杂的关系，并且相互关联[2]。而锅炉燃烧过程中的效率问题、安全问题一直是大众关注的重要方面。

1.2锅炉燃烧控制的发展历史

对于锅炉燃烧的控制，已经经历了四个阶段[3~5]

(1）手动控制阶段

因为20世纪60年代以前，电力电子技术和自动化技术还没有得到完全发展，技术尚不成熟，因此，这个时期工业人员的自动化意识不强，锅炉燃烧的控制方式一般多采用纯手动的方法。这种控制方法，要求进行控制的操作工人依靠他们的经验决定送风量，引风量，给煤量的多少，然后利用手动的操作工具等操控锅炉，该方法控制的程度完全取决于操作工人的经验。因此，要求操作工人必须具有非常丰富的经验，这样无疑大大提高了操作工人的劳动强度，由十人的主观意识，所以事故率非常大，同时，也不能保证锅炉高效稳定的运行。

（2）仪器继电器控制阶段

随着科技的不断进步，自动化技术以及电力电子技术快速提高，国内外以继电器为基础的自动化仪表工业锅炉控制系统也得到发展，并且广泛应用于实际生产过程。在上个世纪60年代前期，我国锅炉的控制系统开始得到迅速发展;到了60年代的中后期，我国引进了国外全自动的燃油锅炉的控制系统；到了上个世纪的70年代末，我国逐渐自主研发了一些工业锅炉的自动化仪器，同时，

第3章锅炉组态界面的设计

3.1 组态画面的绘制

3.1.1 力控集成环境

开发系统（Draw）：是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。界面运行系统（View）：界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面。实时数据库（DB）：是数据处理的核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。I/O驱动程序：I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。网络通信程序（NetClient/NetServer）：网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。开发系统（Draw）、界面运行系统（View ）和数据库系统（DB）都是组态软件的基本组成部分。Draw和View主要完成人机界面的组态和运行，DB主要完成过程实时数据的采集（通过I/O 驱动程序）、实时数据的处理（包括：报警处理、统计处理等）、历史数据处理等串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）：两台计算机之间，使用RS232C/422/485接口，可实现一对一的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机的通信。Web服务器程序（Web Server）：Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。控制策略生成器（StrategyBuilder）：是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件。提供包括：变量、数学运算、逻辑功能和程序控制处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

2011 届毕业设计说明书

基于PLC和组态技术的锅炉水温串级控制

系统设计

摘要

本设计论述了基于PLC和组态技术的锅炉内胆水温和夹套水温构成的串级控制系统的设计过程。下位机编程软件采用SIEMENS公司的STEP 7软件，选用西门子S7-400PLC控制锅炉温度的控制系统，介绍了西门子S7-400PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。上位机组态画面软件采用SIMATIC WINCC，对其进行了简单介绍，并详细介绍了项目的创建、变量的新建、画面的组态。上位机进行程序编写实现控制，下位机组态画面，建立人机界面，进行远程控制。

锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点，采用传统的控制方法所得到的控制量的控制品质不高。锅炉内胆与夹套构成串级控制。由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果。串级控制中的主副回路是控制夹套和内胆的温度，温度是一个多变且不易控制的量，而PID控制在这方面具有突出的优点，很适合采用PID控制技术。综合以上得到一个品质比较高的控制系统。

关键词PLC；组态技术；串级控制；锅炉水温；PID控制

ABSTRACT

This design is discussed based on PLC and configuration technology of water temperature and clip boiler water tank consists of cascade control system design process. Lower level computer programming software using the SIEMENS company's STEP 7 software, choose SIEMENS s7-400plc control boiler temperature control system, introduces SIEMENS s7-400plc and system hardware and software, and the specific design process. Upper unit used in the software configuration screen WINCC, the SIMATIC simply introduced, and introduces the creation, variable of project construction, picture configuration. PC for programming realize control, lower frame) unit, establish normal screen man-machine interface, carries on the remote control.

工业燃煤锅炉DCS控制系统设计

（子课题：控制方案的组态及监控画面的制作）

摘要：本文叙述了工业燃煤锅炉的工作原理，具体阐述了锅炉控制中对汽水控制系统方案和自动检测的设计，利用了Control Builder 软件、UMC800控制器和FIX软件进行35吨工业燃煤锅炉汽水系统的自动检测与控制回路的组态，并设计了友好的监控画面。

关键词：锅炉FIX UMC800 控制系统汽水系统蒸汽压力

Abstract: the paper introduce the principle of the boiler which is used in burning coal industrial,

it describes the scheme of the steam control

system in boiler control and the design of auto-

detection. it use the Control Builder

software,UMC800 controller and FIX software

to auto-detect 35t steam system in burning

coal industrial and configuration the control

loop, and designed the friendly supervision

appearance.

Keyword: boiler, FIX, UMC800, control system, steam system, steam pressure

工业锅炉温度控制系统设计与实现

摘要：工业锅炉是工业生产中利用率非常高的设备之一，它对一次能源的消耗非常大，特别是煤炭资源，但是目前仍然存在煤质不均一、控制操作不及时等问题，使得燃煤时热效率低、但煤耗率却居高不下，所以如何提高工业锅炉的工作效率是一项亟待解决的问题，这其中，热蒸汽温度是一个十分重要的参数，如何控制工业锅炉的热蒸汽温度保持在既能安全运行又能保证较高利用率的一定范围内，是工业锅炉是否安全经济运行的一项重要任务。

关键词：工业锅炉；温度控制；系统设计

1 前言

温度控制系统很多是通过PWM方式控制执行器件、调功的方式调节来控制温度、利用直接数字控制中的最小拍控制、或者基于单片机和PC机设计的温度控制系统，还有的以MCGS组态运行系统作为上位机监控系统。本文根据工业锅炉的运行特点及环境条件，采用最简单最基本的单回路控制，并结合西门子下位机和智能仪表的应用，既能实现数据的实时传输处理，又能跟踪到系统的状态对其进行智能调节。

2 系统方案设计

2.1 系统方案设计

过程控制系统通常是指工业生产中具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样这些特点的自动控制系统。过程控制的设计方案十分丰富，单回路控制就是其中之一，如图1所示。

图1中，W为调节器传函，W为调节阀传函，W为被控过程传函，W为测量变送器传函。

从图1可见，该系统只有一个闭环回路，一般是一个对象对另一个对象的调节控制过程，为了防止被控量的参数值不断变化或者该参数值在一个小范围内波动，中间利用传感器对被控量进行调节控制。这种控制系统得结构简洁明了、易于调节，且成本较低方便投入运行，并能满足大部分工业生产的需求,特别适用于纯滞后和惯性小的系统，本系统就采用这种控制方式。

锅炉燃烧DCS课程设计-- DCS 锅炉燃烧系统组态设计

目录

摘要：目前我国新建的锅炉系统普遍采用DCS系统，以前采用常规控制的锅炉也基本进行了DCS 改造。燃烧控制系统是一个多变量输入、多变量输出、大惯性、大滞后且相互影响的一个复杂系统。当锅炉负荷变化时，所有的被调量都会发生变化，而当改变任一变量时，也会影响到其它变量。锅炉燃烧过程控制任务很多，最主要的是使锅炉出口蒸汽压力稳定。当负荷扰动而使蒸汽压力变化时，通过调节燃料量或送风量使之稳定。其次，应保持燃料燃烧良好，即不要因为空气不足而使烟囱冒黑烟，也不要因空气量过多而增加热量损失。所以在增加燃料时，空气量应先加大，在减少燃料时，空气量也要减少。总之燃料量与空气量应保持一定比值，或者烟道气中含氧量应保持一定的数值。再次，应该使排烟量与空气量相配合，以保持炉膛负压不变。如果负压太小，甚至为正，则炉膛内热烟气往外冒出，影响设备与工作人员的安全；如果负压大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加，降低燃烧效率。一般炉膛负压应该维持在0～－100Pa 左右。 (4)

关键词：DCS；燃烧控制；炉膛负压；蒸汽压力；炉膛含氧量 (4)

1．锅炉的工作过程 (4)

2. 工业锅炉燃烧控制的任务 (5)

3．基于DCS锅炉燃烧系统设计 (7)

3.1硬件体系结构设计 (7)

3.1.1现场控制站 (10)

3.1.2操作站/工程师站 (10)

3.2软件组态设计 (10)

3.2.1炉膛负压控制 (13)

3.2.2蒸汽压力控制 (14)

3.2.3炉膛含氧量控制 (16)

组态王课程设计–锅炉温度控制系统

本文档是组态王课程设计–锅炉温度控制系统的设计方案及实现过程。

项目概述

锅炉温度控制系统是一个典型的温度控制应用系统，以PLC为核心，采用PID 算法控制锅炉温度，同时通过组态软件进行监控，实现对锅炉温度的精确控制。

系统组成

系统由三部分组成：

1.PLC：使用的为三菱PLC Q系列(Q00UCPU)。

2.人机界面：使用组态王软件。

3.温度传感器：使用PT100型热电阻温度传感器。

系统架构

系统架构如下图所示：

+-----------+

|PT100温度传感器|

+-----------+

|

+-----------+ +---------+ +--------------+ +---------+

| 温度放大器 |------| PLC |-----|PID算法控制程序|-----| 组态软件 |

+-----------+ +---------+ +--------------+ +---------+ PLC程序设计

在PLC中搭建一个PID控制程序，输入温度信号，输出控制信号，使得锅炉温度接近于设定温度。程序流程如下：

1.初始化：变量赋初值。

2.采集温度信号：从温度传感器中获取实时温度数据。

3.PID算法计算：根据当前温度值和设定温度值，使用PID算法计算控

制量。

4.控制量输出：将计算所得的控制量传送给控制对象。

5.控制命令输出：根据控制量输出对应的控制命令。

6.返回第2步，循环执行。

组态软件设计

组态软件作为人机界面，需要支持实时监控温度值、设定温度、控制命令等信息，并能够进行实时调试和操作。主要包括以下界面和功能：