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济南铁道职业技术学院
电气工程系
毕业设计指导书
课题名称：
锅炉控制系统的组态设计《
专业电气自动化
班级电气0831
姓名 cmy
~
设计日期至
指导教师 ly
?
2010、11
济南铁道职业技术学院电气工程系
毕业设计指导书
2010、11
一、设计课题:
！
锅炉控制系统的组态设计
锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。
二、设计目的：
通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。
三、设计内容：
掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。
—
四、设计要求及方法步骤：
1．设计要求：
（1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。
（2）各控制画面要有手/自动切换。
（3）掌握PID控制算法。
2．运用的相关知识
（1）组态控制技术。
（2）过程控制技术。
~
3．设计步骤：
（1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。
（2）设计各分系统的控制方案。
（3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。
（4）编写设计论文。
五、设计时间的安排：
熟悉题目、准备资料 1周
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锅炉控制系统的工艺了解 1周
监控画面的设计 2周
控制算法的编制和系统调试 3周
论文的编写 2周
准备毕业设计答辩 1周
六、成绩的考核
在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。
…
答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。
成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。
成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。
济南铁道职业技术学院毕业设计（论文）任务书
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目录
摘要 (2)
第一章组态技术简介 (3)
1.1组态技术概述 (3)
1.2组态软件概述 (3)
第二章锅炉简介 (4)
）
锅炉工艺流程 (4)
锅炉设备的控制 (5)
锅炉汽包水位的控制 (5)
锅炉燃烧系统的控制 (7)
锅炉过热蒸汽温度的控制 (7)
第三章锅炉控制系统的设计 (9)
系统硬件配置 (9)
监控系统的软件设计及实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．10 {
设备定义 (10)
变量的定义 (11)
各控制画面的设计 (12)
应用程序语言的设计 (13)
结束语 (14)
第四章总结 (15)
致谢 (16)
参考文献 (17)
。
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《
摘要
#
为提高控制系统的性能,使显示与控制在同一台工控机上实现,获得简单、经济的锅炉控制系统.自动控制系统硬件采用通用的工控机,同时配备必要的基本板卡;软件系统选用国产的组态王软件,利用其自带的命令语言,使用先进的控制算法实现了PID控制功能,使锅炉控制系统运行状态稳定.结果控制系统可靠性较高,成本较低,便于维护,兼容性好,运行效果良好.该系统对建立小型的锅炉控制系统,特别是对旧系统的改造,具有很强的适用性,性能可靠且可大大降低成本.
本文主要介绍锅炉过程控制、组态王软件及其基于组态王开发的锅炉监控系统。详述该系统的硬件组成、控制方法、组态过程、组态软件的运行环境。该系统具有界面友好、参数在线整定方便、扩展性强等优点。
关键词: 锅炉组态王自动控制系统
:
.
】
第一章组态技术简介
组态技术概述
组态技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控技术在结构上没有本质区别，它们都是由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构几部分组成，如图所示。
—
图一般计算机控制系统的结构组成
计算机控制系统按照设计方法的不同分为以单片机为核心的计算机测控系统、以plc(可编程控制器)为核心的计算机测控系统和以IPC（工业PC机或称工业控制计算机）核心的计算机测控系统。利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的。组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。采用组态技术构成的计算机系
统在硬件设计上，除采用工业pc机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工控专用软件进行系统设计，软件周期大大缩短了。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程技术，就能很好地完成一个复杂工程所需要的所有功能。
一般来说，只要采用IPC，选择通用接口部件和组态软件，这样构成的系统都是基于组态控制系统的。国内外许多自动化设备生产厂家生产了许多基于这种技术的DCS计算机系统，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等。这些系统提供各种工业PC机、I/O板卡、模块和专门针对自己系统的组态软件，供自动化系统设计人员组态选择。与各系统专用组态软件相对的是各种通用组态软件，常用的国产通用组态软件有微控可视组态、MCGS、Kingview（组态王）等。
组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。
组态软件概述
组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。在过程控制实验装置中，要实现锅炉液位控制，以往采用仪表作为调节器，该仪表通过仪表面板的按键来改变参数值，没有实时数据输出曲线，故参数调节不方便，且系统的控制精度低。为了改变这种状况，利用组态王软件开发了锅炉液位监控系统，采用计算机采集、处理数据。根据组态王的锅炉液位实时曲线输出，用滑动输入块改变参数的值，使系统输出稳定到设定值，从而提高了工作效率。
组态王软件是一套基于Windows95/98/NT/XP操作系统，可用来快速生成上位机监控系统的组态软件包，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制、趋势曲线、报表输出等功能，是帮助用户解决工程实际问题的完整方案和操作工具。该软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，提供丰富的设备驱动构件、动画构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。
组态王软件系统包括开发环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。运行系统按照开发环境中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。目前，组态王软件已经在石油、化工、电力等多种工程领域获得成功的应用。
…
第二章锅炉简介
锅炉是石油化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的蒸汽不仅能够为工业生产的蒸馏、干燥、蒸发、化学反应等过程提供热源，而且还可以为压缩机、泵、涡轮机等提供动力源。锅炉是应用广泛的工业和民用设备，我国目前运行的多数锅炉由于控制水平不高，其效率普遍低于国家标准，大多数锅炉仍处于能耗高、环境污染严重的生产状态，每年因为热效率低而多消耗的标准煤近2000万吨。传统的手工仪表监控系统已不适应节能降耗的要求，当今大多数企业采用自动控制系统实现对锅炉的控制。
锅炉工艺流程
锅炉的种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油等为燃料的锅炉。所有这些锅炉，虽然其燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备主要工艺流程如图所示：
%
图锅炉设备主要工艺流程图
由图可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，生成饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。
锅炉设备是重要的动力设备，对其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉产汽量
适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。
锅炉设备的控制
；
锅炉汽包水位的控制
汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过低或过高，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。如果水位过低，则因汽包内的水量加速减少，水位迅速下降，如果不及时控制，会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉的水冷壁烧坏，甚至引起爆炸；水位过高会影响汽包内的汽水分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢而损坏。由此可见，水位过低或过高时所产生的后果都是极为严重的，所以汽包水位操作的平稳显得尤为重要，必须严加控制。
图三冲量控制方案系统框图
采用三冲量调节，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定，是前馈—反馈串级调节回路，如图：锅炉给水系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN150调节阀是主调节阀，在正常负荷和高负荷运行时使用；旁通管设一个DN100的调节阀，在低负荷时使用，同时也作为主调节阀的备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，此时，另一调节阀可画面手动给水;在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调节阀自动投入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。
图汽包水位控制系统的结构图、
其中：
SP——汽包液位设定点
PID1——汽包液位调节，为主调，反作用
PID2——给水量调节，为副调
PV1——汽包液位测量值
PV2——给水流量测量值
Σ——加法器，其公式如下：
X0＝X2＋2×（X1－50%）
X0——输出
X1——汽包液位调节的输出
X2——蒸汽流量信号
将液位进行PID1调节后输出，和蒸汽流量进行加法运算，其结果作为PID2的设定点，PID2将此设定点与给水流量的偏差进行调节，输出带动执行机构，调节给水阀。汽包液位是主被调量，给水量是副被调量，蒸汽流量是前馈量。当汽包液位上升时，PID1的输出减小，则加法器的输出也减小，给水阀关小，就减小了给水量。当汽包负荷变大时，即蒸汽流量增加，加法器的输出就增大，给水阀开大，就增大了给水量。当蒸汽负荷突然增加，而出现“假液位”时，由于PID1是反作用，PID1的输出就减小，即加法器里的X1就减小；由于负荷增加，加法器里的X2就增加，这样，加法器的输出基本变化不大。经过短时间后汽包内压力恢复平衡，“假液位”消除，此时液位因蒸发量增加而开始下降，PID1的输出就增加，则给水量增加，直至汽包液位恢复到给定位置。
@
锅炉燃烧系统的控制
锅炉燃烧系统的控制与燃料种类、燃烧设备及锅炉的型式等有密切关系。燃烧过程自动控制的任务很多，其基本要求有三个：
保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自动增、减燃料量；
燃烧良好，供气适宜，既要防止由于空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失；
保证锅炉安全运行。保持炉膛一定的负压，以免负压太小，甚至为正，造成炉膛内的烟气往外冒出，影响设备和工作人员的安全；如果负压过大，会使大量
冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加。
锅炉过热蒸汽温度的控制
:
锅炉过热蒸汽温度调节采用自制冷凝水喷水减温装置，锅炉过热蒸汽温度自动调节是根据集器集箱和减温器出口蒸汽温度自动调节减温水
调节阀开度，控制减温水量，以保证集汽集箱中蒸汽温度控制在
430——450℃范围内。当集汽集箱出口蒸汽温度降低时，汽温自动调节
系统自动减少减温水量，随着汽温升高，减温水量增加，保证集汽集箱
出口蒸汽温度稳定，反之则减小减温水量，避免汽温产生较大波动。喷
水减温系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN50调节阀是主调节
阀，在正常运行时使用；旁通管设一个DN50的调节阀，作为主调节阀的
备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，另一调节
阀备用；在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调节阀自动投
入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。在主给水调节阀后
设DN150的调节阀，根据所需要的冷凝水量调节该调节阀的开度。采用
串级调节，蒸汽出口温度经PID1调节输出后，作为PID2（减温器出口
温度调节）的设定点，PID2对此设定点和减温器出口温度的偏差进行调
节，输出带动执行机构，调节减温水调节阀。
当测得集汽集箱出口蒸汽温度高时，PID1的输出增大，则减温水调节阀开大，增加减温水量；反之，则减小阀门开度，减少减温水量。
当有扰动时（主要扰动有烟气流量和温度的变化引起的扰动，减温器入口蒸汽流量和温度引起的扰动，减温水压力变化引起的扰动）首
先反映在减温器出口的蒸汽温度变化，温度一高，则要求增加减温水量，调节就比较迅速，而对集汽集箱出口的蒸汽温度的影响就比较小，提高
了调节品质。框图如下：
图过热蒸汽温度自动调节控制系统的结构
$
…
—
第三章锅炉控制系统的设计系统硬件配置如图
.
图工业锅炉硬件配置图
计算机对采样数据进行处理，根据控制算法，用计算机输出的控制量控制电动调节阀的位置来改变锅炉的进水流量，从而实现锅炉液位实时监控。
锅炉的给水、出水流量的测量采用LDG-S型电磁流量计和LDZ-4B型电磁流量转换器配套使用，将流量信号转化为4-20mA的电流信号；将锅炉的液位、管道进水的压力通过PK2AAAA型压力变送器转化为4-20mA的电流信号；同时QSVP-64K型电动调节阀反馈回阀位置的4-20mA电流信号，这些信号经过程控制实验台上的精密电阻（250Ω）转换为1-5V电压信号后传给A/D采集卡。
（1）系统硬件配置如图所示，控制器采用研华IPC-610
（2）A/D卡采用研华PCL-813多功能数据采集卡，主要性能指标如下①'
②32路光电隔离输入通道，12位AD
③12位A/D 分辨率最高达25kS/s的采样率
④32通道单端输入
⑤超过5000VDC隔离保护
⑥双极性或单极性模拟输入范围
⑦可编程的增益设置：×，×1，×2，×4，×8
⑧输入范围:±5V、±、±、±
⑨ 0-10V、0-5V、、
（3）D/A卡采用中PC-6323光电隔离型输出接口卡，主要性能指标如下:
①《
②输出通道数：8路 (互相独立，可同时或分别输出)
③输出信号范围：电压方式：0～5V；1～5V；0～10V；±；±5V；
电流方式：0～10mA；4～20mA
④输出阻抗：≤ 2Ω (电压方式)
⑤使用环境要求：工作温度：10℃～40℃
相对湿度：40％～80％RH
存贮温度：－55℃～＋85℃
监控系统的软件设计及实现
设备的定义
—
根据此系统的硬件配置，需要定义两个I/O设备: 一个是研华的,另一个是中泰的，设备构件组态是连接和驱动外部设备的工作环境。在通道连接窗口中，将A/D，D/A通道和实时数据库中的数据对象对应连结起来。
如图所示。
图配置研华板卡设备
图配置中泰板卡设备
变量的定义
实时数据库组态是工程各个部分数据交换与处理中心，它将组态王工程的各个部分连成有机的整体。按照系统设计的实际需要，在组态王的“变量字典”中对系统所创建的数据对象的基本属性、存盘属性、报警属性进行定义和设置。
(
主要变量的定义如表
变量名称连接设备变量类型
炉膛出口温度abc101[
内存实型
炉膛出口压力Jkl101内存实型
出水压力Abc102&
内存实型
出口水温Jkl102内存实型
煤层厚度Abc103、
内存实型
补水箱水位Jkl100内存实型
引风门开度Jkl101，
内存实型
Abc102内存实型
循环泵水压控
制输出
各控制画面的设计
;
利用组态王提供的图库和画面工具，在一个画面上像搭积木一样搭建出一幅图画，利用数据链接把画面上的对象与其对应的数据变量联系起来，采用一定的命令语言实现动画，让画面动起来。
①报警窗口画面记录着系统运行中的各种报警事件，报警时
的状态值，及报警处理，并可根据事件的轻重缓急设定优
先级及报警阀值，分实时报警和历史报警，这些均在数据
变量的属性中进行设定，形成电子表格文档以日期为文件
名记录在硬盘上。
②历史曲线画面包括实时曲线和历史趋势曲线，并可根据需
要随时打印，做出趋势图后，只需进行数据连接，让参数
变化反应到趋势图上。
③控制参数窗口画面提供给用户修改控制参数的窗口，通过
组态王的命令语言实现PID控制。
图系统主控制画面
<
图实时趋势曲线
图历史趋势曲线图
~
图报警窗口
应用程序语言的设计
PID偏差=炉膛出口压力给定-炉膛出口压力; PID偏差前值=炉压回路偏差前值;
PID偏差前前值=炉压回路偏差前前值;
PID比例系数=炉压回路P;
~
PID积分系数=炉压回路I;
PID微分系数=炉压回路D;
增量PID输出值.Comment="start";
引风控制输出=引风控制输出+增量PID输出值
*3;
炉膛出口压力=炉膛出口压力给定;
炉压回路偏差前前值=PID偏差前值;
%
炉压回路偏差前值=PID偏差;
PID偏差=出水压力给定-出水压力;
PID偏差前值=循环水压回路偏差前值;
PID偏差前前值=循环水压回路偏差前前值;
PID比例系数=循环水压回路P;
PID积分系数=循环水压回路I;
PID微分系数=循环水压回路D;
增量PID输出值.Comment="start";
锅炉控制系统简介 本锅炉控制系统设计遵循先进、可靠、安全、经济、适用、开放的原则。系统控制器采用DCS、计算机系统，能实现锅炉及辅机的热工控制、电气检测、联锁保护、自动调节及控制等，实现锅炉房生产过程控制自动化。 系统组成及技术要求 1系统组成 锅炉采用DCS控制系统集中监控，在锅炉房就地控制室内布置锅炉控制设备。整个锅炉系统的监视及控制功能将通过DCS控制系统实现，DCS将对锅炉系统所有被控对象进行监控，包括闭环控制、设备启、停控制，设备启停状态、远方/就地切换、主要工艺参数的监视（数据采集、LCD画面显示、参数处理、越限报警、制表打印等），并完成设备的连锁保护。机组正常运行时，运行人员主要在锅炉房就地控制室中通过LCD液晶显示器、键盘、鼠标来完成锅炉系统控制功能，只有非正常状态下，运行人员通过就地手操进行控制。 锅炉控制系统采用一套带冗余配置的DCS系统控制器及操作员站，实现对锅炉系统的集中监控，能对锅炉系统进行按键操作的全自动启动和停止的控制。控制系统由下述几部分组成：传感器、变送器，调节器及电动执行器等。同时系统能实现 对重要设备的手/自动切换和必要的手操功能。 锅炉自动调节系统包含下列项目： a 汽包水位自动调节； b 炉膛压力自动调节； c 蒸汽温度自动调节； DCS控制系统按dcS系统进行设计，其系统的配置及主要特性如下： 2、控制方式 采用集控、单机控制方式，集控方式下可以通过操作员站
的键盘和鼠标，对主、辅机设备进行启停，并由联锁功能；对各调节回路进行手动和自动控制；在手动方式下，通过备用操作盘启停设备和用硬手操对调节回路进行控制。系统主要运行在集控方式，只有控制系统故障时才在单机方式下运行。 集控方式下控制的设备有：引风机，鼓风机，给煤机，给水泵等。集控方式下的调节回路有：锅炉喂煤调节，炉膛负压调节，主蒸汽温度自控调节、汽包水位三冲量调节等。 3、主要画面监视及操作功能： 流程图参数显示 调节回路操作显示 电机控制显示 顺序启停操作 事件、报警显示 趋势记录显示保护报警显示 信号一缆表显示报表打印
工业锅炉控制系统设计 The following text is amended on 12 November 2020.
工业锅炉控制方案设计 学生学号： 学生姓名：曹新龙 专业班级：自动化12102班指导老师：赵莹萍 目录
引言 锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。电力,机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方向发展。供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。 随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求是非常大的，然而我国的能源利用率极低，所以提高锅炉的热效率，具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否能应地制宜地有效地燃用地方燃料，并满足环境保护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。工业锅炉数量大、分布广，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，大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。因此,提高热效率，提高自动化水平及防止环境污染, 降低耗煤量与耗电量，均是设计工业锅炉需考虑的重要因素。用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 本课题的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。
1 绪论 1.1 锅炉控制系统发展概述和国内外研究现状 21世纪到来，人类将进入一个以知识经济为特征的信息时代，检测技术、计算机技术和通讯技术一起构成现代信息的三大基础。 有的专家认为：在计算机和自动化领域，80年代的热点是个人计算机，90年代是算机，而21世纪第一个10年的热点必将是传感、执行与检测。锅炉自动化控制系统作为传感、执行与检测技术的一个应用方面也必将跨入数字化、网络化利智能化时代。 锅炉控制系统的发展过程与其它事物一样，也经历由简单到复杂、由机械到电子的过程。在我国，锅炉的控制大致经历四个阶段，叫手工控制阶段、专用仪表控制阶段、电动单元组合控制阶段和机算机控制阶段。 纵观国内外，总的来说，60年代，锅炉的控制还只是实行人工操作，锅炉的燃烧完全是凭司炉人的经验，几乎谈不到动控制。到了70—80年代，尤其是1972年能源危机之前，对锅炉的运行控制人多是注重安全性和可靠性。在越来越重视节约能源和环境保护的今天，人们则更注重于实现最佳燃烧控制，即把燃烧过程的热损失控制在最小，使热效率最高，且对环境污染最小的所谓最佳燃烧状态，因此，国内外相继对燃煤锅炉实行自动控制。逐步出现了由常规检测仪表和调节仪表构成的模拟控制系统，它具有可靠性高，成本低，易于操作利维护等优点，在大、中、小工业企业中得到了厂泛应用，解决了不少自动化方面的问题。 但是，随着生产向连续化、大型化发展，对自动化技术的要求越来越高，模拟自动控制系统越来越表现出它的局限性。主要表现在：(l)难以实现复杂的、多变
量控制规律，如最优控制、自适应控制、模糊控制以及实时控制等；(2)控制参数一旦确定后就难以修改，要改变控制方案比较困难；(3)一组仪表只能控制一条回路，难以实现密集的监视、管理和操作；(4)一次性投资较大；(5)各个系统间不便进行通讯联系，难以实现多级控制。 到了90年代，出现了以计算机作为自动化的过程控制技术，计算机控制系统运算速度快，控制精度高，并且具有分时操作功能，一台计算机可代替多台常规装置，计算机具有较强的记忆功能和逻辑判断功能，在环境或过程参数发生变化时，能及时做出判惭，选择最优控制决策，这是模拟控制装置所不能达到的。总的来说用计算机取代常规仪表具有以下优点：（1）信息存储量大，可以同时临视、检测多个回路，处理人量的数据，由此提高整个系统的临时控制能力，并且可以组成计算机监控网，便于全局管理；(2)硬件体积小，工作量少，便于以后的技术成果推广及系统的维护：(3)能用软件实现各种复杂的控制规律，以便合成新的算法；(4)具有分时分步操作的能力，一台计算机可以替代许多常规仪表,(5)一次性投资少，可靠性和性价比高（6）改善了工作环境，有利于减轻劳动强度，有利于文明生产。到了21世纪，计算机网络飞速发展，任何事物都已经没有了地域限制，把锅炉控制系统通过网络联系在一起，形成锅炉控制系统的集成化管理、网络化控制，这又将是锅炉控制系统发展的又一个里程碑。 随着电厂锅炉机组越来越向着高参数、大容量的方向发展，对热工自动控制系统的控制品质的要求也越来越高。从30年代起，锅炉控制中就采用了PID控制器。目前，国内的锅炉燃烧控制仍然大多采用常规PID控制器，或者为了改善控制效果，加一些前馈控制。控制方法远远落后于国外的控制技术，尤其是北欧国家和德国。
； 济南铁道职业技术学院 电气工程系 毕业设计指导书 课题名称： 锅炉控制系统的组态设计《 专业电气自动化 班级电气0831 姓名 cmy ~ 设计日期至 指导教师 ly ? 2010、11
济南铁道职业技术学院电气工程系 毕业设计指导书 2010、11 一、设计课题: ！ 锅炉控制系统的组态设计 锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。 二、设计目的： 通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。 三、设计内容： 掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。 — 四、设计要求及方法步骤： 1．设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （2）各控制画面要有手/自动切换。
（3）掌握PID控制算法。 2．运用的相关知识 （1）组态控制技术。 （2）过程控制技术。 ~ 3．设计步骤： （1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。 （2）设计各分系统的控制方案。 （3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （4）编写设计论文。 五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 @ 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核 在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。 … 答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。 成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。 成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。
DCS控制系统设计 一．被控对象： 图1 锅炉设备工艺 二．工艺要求 燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds,然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Ph的过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产设备负荷用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。 三．DCS选型 本控制系统选择浙大中控Webfield JX-300XP系统。 四．硬件 ①控制站硬件 1.机柜：SP202 结构：拼装 尺寸：2100*800*600 ESD：防静电手腕 散热：两风扇散热 接地：工作接地，安全接地 2.机笼 电源机笼：四个电源模块，型号：XP521 I/O机笼：20个槽位，用于固定卡件 3.接线端子板 冗余端子板：XP520R 4.端子转接板 5.主控卡：XP243X 地址范围：2到127。 后备锂电池模块：JP2，保持参数不丢失。 6.数据转发卡：XP233
地址范围：0到15 7.I/O卡件 (a)I/O点数计算 Ⅰ.锅炉控制系统中数字量输入点数： 启动；停止；点火；手动关闭蒸汽阀 以上共计四个数字量输入。 Ⅱ.锅炉控制系统中数字量输出点数： 给风；1号风机；给燃料；2号风机；蒸汽阀 以上共计五个数字量输出。 Ⅲ.锅炉控制系统中模拟量输入点数： 汽包液位、温度、压力。 以上共有三个模拟量输入（为了使模拟信号可以远传，变送器均选择电压式）。 (b)卡件选择 Ⅰ.XP363：触点型开关量输入卡。8路输入，统一隔离。 Ⅱ.XP362：触点型开关量输出卡。8路输出，统一隔离。 Ⅲ.SP314X:电压信号输入卡。4 路输入，点点隔离，可冗余 Ⅳ.XP221：电源指示灯。 ②操作员站硬件 1.PC机： 显示器；主机；操作员键盘，鼠标；操作员站狗； 2.Windows XP操作系统 3.安装Advan Trol-Pro实时监控软件。 ③工程师站硬件 1.PC机 显示器；主机；工程师键盘，鼠标；工程师站狗 2.工程师站硬件可以取代操作员站硬件 3.Windows XP操作系统 4.安装Advan Trol-Pro实时监控软件 5.安装组态软件包 ④通信网络 (a)信息管理网 通讯介质：双绞线（星形连接），50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆（总线形连接，带终端匹配器），光纤等； 通讯距离：最大 10km； 传输方式：曼彻斯特编码方式； (b)过程控制网络（SCnet Ⅱ网） 传输方式：曼彻斯特编码方式； 通讯控制：符合 TCP/IP 和 IEEE802.3 标准协议； 通讯速率：10Mbps； 节点容量：最多 15个控制站，32个操作站、工程师站或多功能站； 通讯介质：双绞线，50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆、光缆；
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
锅炉温度控制系统设计方案 第1章绪论 1.1课题背景及研究的意义 锅炉是工业生产中最常用的能量转换设备之一，它通过转化燃料中的化学能或利用电能转化为能，成为人们广为依赖的采暖工具。在电锅炉中，利用电阻在通电流状态下发热的原理，通过对电流的大小的控制对温度的控制。由于电流易控制的特点，电锅炉在小型锅炉和精密控温的到使用者的青睐。但是，在大部分城市中，由于国家实行“西气东输”计划，燃气价格为普通人家所接受，经数据统计和计算，燃气锅炉更便宜，比电锅炉应用更受欢迎。 锅炉温度的稳定是锅炉性能的一项重要指标，温度过高和温度过低都会给锅炉的稳定运行和生产造成重大的的影响，甚至发生安全事故。温度过高，导致锅炉金属材料和相关部件的超温过热，加速管材金属氧化，降低锅炉和相关部件的使用寿命；温度过低，假定在保持锅炉蒸发量不变的情况下，锅炉的损耗将大幅上升，能源利用率因此下降，而且负荷也将受到限制。所以，限定锅炉在安全温度成为每一个温度控制系统的核心部分。 随着科技发展，人们对采暖方式和热水方式渐渐发生变化，家用燃气锅炉进入寻常百姓家，但是国燃气锅炉的开发与应用还处于较落后的阶段，市场上的大多数此类商品还是以国外为主，所以燃气锅炉依然有广大市场与研究价值。 本设计以家用燃气锅炉为研究目标，使用AT89C51单片机为控制核心组成温度控制系统，采用热电阻感应温度的变化，单片机实现收集数据、处理数据、发送控制命令的功能，从各方面详细的说明单片机在温度控制的应用。 1.2 温度传感技术 自工业时代以来，随着大型机械的出现和广泛应用，温度对机械工作性能的影响越来越被人们所重视，对温度的未知可能造成机械损坏或发生重大事故。于是温度传感器便应运而生。温度传感器用在生活的方方面面，从冶金行业到每一个人身边中的一部分，它已经随着时代的步伐在进步。 目前使用的较为先进的温度传感器是数字传感器。数字传感器的优点是不需要像传统方式一样加入转换部分，利用当今成熟的集成技术，在其部已经集成了感应温度系统和温度转换系统，尤其是它单端数据输出的功能，极大减少对主控
东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计 基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2011.6.27~2011.7.8
东北大学秦皇岛分校自动化工程系 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 一、设计实验条件 地点：自动化系实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 1、根据题目要求进行资料收集及监控方案的设计。 2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面；包括数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计说明书 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：6月27日～7月8日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（6月27日～6月29日) 具体设计（含上机实验）：6天（6月30日～7月5日) 编写课程设计说明书：2天（7月6日～7月7日) 答辩：1天（7月8日）
前言 随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。目前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国Wonderware公司的InTouch、美国Intellution公司的iFIX等，国内产品有三维力控、组态王、MCGS等。 一般的组态软件都由下列组件构成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。 力控组态软件主要解决的问题：如何与采样、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。 本文以锅炉对象为例，利用三维力控PCAuto组态软件开发了一个小型的监控系统。 1.力控组态软件PCAuto 1.1软件的认识 力控监控组态软件PCAuto是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。 力控监控组态软件PCAuto最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大地提高了集成效
1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统
PLC在工业锅炉自动控制系统中的应用 1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。
锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统 使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧;使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。 这里将讨论锅炉汽包水位调节系统、燃烧调节系统及蒸汽温度调节系统。 2.1 系统的检测信号及锅炉的控制任务 锅炉设备的检测信号包括:蒸汽流量、汽包水位、汽包蒸汽压力、加水量、炉膛负压、鼓风量、烟气含氧量、当已知检测信号的情况下，锅炉的控制任务是:在用户蒸汽机需要的情况下，PLC控制加水阀、输煤量、鼓风量与引风量，使保持锅炉汽包水位稳定，蒸汽压力稳定，炉膛负压稳定，烟气稳定，使燃料能量最充分地燃烧，以取得最大的热效率。 2.2锅炉的主要控制流程 (1) 锅炉水位控制流程 水位自动控制的主信号为水位差压变送器输出的信号。前馈信号可以
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
内蒙古科技大学过程控制课程设计论文 题目：热电厂锅炉蒸汽压力 控制系统设计 学生姓名：张春霞 学号：0867112218 专业:测控技术与仪器 班级:测控08—2班 指导教师：李忠虎教授
2011年8月30日 热电厂锅炉蒸汽压力控制系统设计 摘要 本设计以包钢热电厂的锅炉蒸汽压力控制部分为研究对象,应用所学专业知识设计控制系统。热电厂的三大主机包括：锅炉、汽轮机、汽轮发电机。热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽,蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数.蒸汽压力过低或过高,对于金属导管和负荷设备都是不利的。压力过高，会导致锅炉受损；压力过低,就不可能提供给负荷设备负荷质量的蒸汽；因此,控制蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。
关键词:热电厂；锅炉；蒸汽压力；控制系统
目录 摘要 ............................................... 错误!未指定书签。关键词 ............................................. 错误!未指定书签。引言 ............................................... 错误!未指定书签。 第一章工艺流程介绍 ................................. 错误!未指定书签。 1。1热电厂的工艺流程............................ 错误!未指定书签。 1.1.1化学水处理工序......................... 错误!未指定书签。 1.1.2输煤工序............................... 错误!未指定书签。 1。1.3锅炉工序.............................. 错误!未指定书签。 1.1。4汽机工序.............................. 错误!未指定书签。 1.2锅炉的工艺流程............................... 错误!未指定书签。第二章控制方案整体设计思路 ......................... 错误!未指定书签。 2.1锅炉汽包水位控制............................. 错误!未指定书签。 2.2蒸汽过热系统的控制........................... 错误!未指定书签。 2。3锅炉燃烧过程的控制.......................... 错误!未指定书签。第三章蒸汽压力控制方案的设计过程 ................... 错误!未指定书签。 3.1蒸汽压力调节对象的特性....................... 错误!未指定书签。 3。2控制系统的选择.............................. 错误!未指定书签。 3.3系统仪表选型................................. 错误!未指定书签。 3。3.1压力传感器的选择...................... 错误!未指定书签。 3.3。2流量计的选型.......................... 错误!未指定书签。 3.3。3控制器的选择.......................... 错误!未指定书签。 3.3.4控制阀的选择........................... 错误!未指定书签。 3。3。5主副调节器正反作用的选择............. 错误!未指定书签。
FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 摘要：氮氧化物是雾霾产生的一大成因，也是燃气锅炉排放的主要污染物。已颁布的《北京市锅炉大气污染物排放标准》将工业锅炉氮氧化物的排放标准大幅提高。 关键词：FGR循环型工业锅炉；节能控制系统设计； 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。我国锅炉制造业特别是改革开放以来随着国民经济的蓬勃发展，全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业可以生产各种不同等级的锅炉。由于节能环保日益严格，而工业锅炉又处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产运行状态，因此对工业锅炉推广应用各种新技术、新工艺、新管理是实现节能降耗、减少污染的重要途径。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化。 一、烟气循环FGR的主要原理 烟气循环参与再燃烧有两种方式：烟气内部循环和烟气外部再循环。烟气内部循环一般用于普通低氮应用，利用燃烧器喷嘴流速产生卷吸烟气的效应，使少量烟气再次参与燃烧，降低火焰温度，排放目标值为80 mg／m3；而烟气外部再循环是通过风机的机械力量大幅度增加再循环烟气的流量，再循环烟气量可占总烟气量的25％，大幅度降低火焰温度，更低的氮氧化物排放。 二、FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 1.物料出口温度控制。经过分析可知，影响锅炉物料出口温度的因素包括物料流量、燃烧工况以及空气量与燃料量比值等，在控制系统中，物料出口温度是通过改变燃料流量来控制的，但受到燃烧工况、风量的跟随作用以及风量与燃料量的比值影响。为了使物料出口温度稳定在目标温度，必须保证燃料能够充分燃烧，释放出足够的能量，因此选择采用串级控制系统。该控制系统中，物料出口温度控制回路为串级控制系统的主回路。在控制方案中，当物料出口温度由于某种干扰变化时，通过物料出口温度控制器的输出来改变燃料控制器的给定值，使燃料量随之变化。然后通过比值控制器使空气量也发生改变，保持燃料量和空气量的流量比不变。但从动态角度看，因蒸汽出口温度变化首先反应到燃料量给定值的变化，使燃料量随之变化，再经过燃料量测量变送器、比值器，改变空气量控制器的给定值，空气量才发生变化。显然，空气量的变化滞后于燃料量，即动态比值不能得到保证。在实际工业生产中，为了使燃料完全燃烧，在提升负荷时要求先提升空气量，后提升燃料量;在降低负荷时，要求先降低燃料量，后降低空气量，即所谓具有逻辑提降量的比值控制系统。通过增加两个选择器HS、LS 组成具有逻辑提降功能的燃烧过程控制系统，空气量与燃料量的比值。燃烧系统要减少稳态误差，同时由于流量噪声比较大，不能采用微分作用。因此，燃料流量控制器和空气流量控制器均采用控制器。如有微分作用时，一旦主控制器和输出稍有变化，调节阀将大幅度变化，不利于控制，所以副控制器选用控制器，主控制器采用PID 控制器。 2.烟气含氧量闭环控制。烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它主要与燃料的燃烧状况有关。烟气含氧量的影响因素是燃烧工况。燃烧过程的燃料量与空气量比值控制系统存在一个不足，即不能保证两者是最优比，这是由于流量测量的误差以及燃料质量的变化所造成的。为此，文中方案采用烟气氧含量作为送风量的校正信号。锅炉燃烧过程中烟气含氧量的闭环控制方案，烟气含氧量作为被控变量，其设定值是锅炉燃烧效率最高情况下的最优烟气含氧
锅炉燃烧控制系统 摘要 锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。本设计主要针对锅炉燃烧控制系统的工作原理，根据控制要求，设计了一套基于PLC的锅炉燃烧控制系统。 在控制算法上，综合运用了单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式，实现了燃料量控制调节蒸汽压力、送风量控制调节烟气含氧量、引风量控制炉膛负压，并有效地克服了彼此的扰动，使整个系统稳定的运行。 在可编程控制器的选择上，采用了AB公司Logix5000系列PLC，设计了控制系统的硬件配置图、I/O模块接线图，并用其编程软件编写了实现控制算法的梯形图。同时，采用RSView32设计监控界面，使得在上位机上能够实时监控系统的运行状况并可以设置系统的工作参数，使对系统的控制简单易行。 关键词：锅炉燃烧控制系统，控制方式，PLC，监控
ABSTRACT The control of the boiler combustion which is for boilers safe, efficient operation and energy saving are of great significance, and its subsequent control and management is getting higher and higher requirements. According to the control requirements and the working principle, we design a system of a PLC based on the boiler combustion control system. In the control algorithm, we integratedly applied the single-loop control, cascade control, ratio control, feed-forward control and so on which is moded the control to achieve a fuel vapor pressure control regulator, air-conditioning of flue gas oxygen content control, citing the negative air volume control of the furnace pressure.It also effectively overcome the disturbance of each other, so that the operation of the entire system is stable. Choice in the programmable logic controller, we choose AB, Logix5000 series PLC, and applied it to the design of the control system hardware configuration diagram and I / O module wiring diagram. Then we use the preparation of its programming software control algorithm to achieve the ladder. At the same time, the use of RSView32 interface to design monitor makes PC can run real-time monitoring of system status and can set the system parameters, so that the system is easy to control. Keywords: boiler combustion control system, control, PLC ,supervisory control
目录 1锅炉工艺简介 (1) 1.1锅炉的基本结构 (1) 1.2工艺流程 (2) 1.2煤粉制备常用系统 (3) 2 锅炉燃烧控制 (4) 2.1燃烧控制系统简介 (4) 2.2燃料控制 (4) 2.2.1燃料燃烧的调整 (4) 2.2.2燃烧调节的目的 (5) 2.2.3直吹式制粉系统锅炉的燃料量的调节 (5) 2.2.4影响炉内燃烧的因素 (6) 2.3锅炉燃烧的控制要求 (11) 2.3.1 锅炉汽压的调整 (11) 3锅炉燃烧控制系统设计 (14) 3.1锅炉燃烧系统蒸汽压力控制 (14) 3.1.1该方案采用串级控制来完成对锅炉蒸汽压力的控制 (14) 3.2燃烧过程中烟气氧含量闭环控制 (17) 3.2.1 锅炉的热效率 (18) 3.2.2反作用及控制阀的开闭形式选择 (20) 3.2.3 控制系统参数整定 (20) 3.3炉膛的负压控制与有关安全保护保护系统 (21) 3.3.1炉膛负压控制系统 (22) 3.3.2防止回火的连锁控制系统 (23) 3.3.3防止脱火的选择控制系统 (24) 3.4控制系统单元元件的选择（选型） (24) 3.4.1蒸汽压力变送器选择 (24) 3.4.2 燃料流量变送器的选用 (24) 4 DCS控制系统控制锅炉燃烧 (26) 4.1DCS集散控制系统 (26) 4.2基本构成 (27)
锅炉燃烧系统的控制 4.3锅炉自动燃烧控制系统 (31) 总结 (33) 致谢 (34) 参考文献 (35)
1锅炉工艺简介 1.1锅炉的基本结构 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 1、锅炉本体 锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，
第一章绪论 锅炉是供热设备中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，大多数锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。对于锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 可编程逻辑控制器(PLC)既能代替传统的继电器接触器控制系统，又具有扩展各种输入输出模块，如A/D模块、热电偶热电阻模块，构成多功能控制系统。现代PLC集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定。在传统工业的现代化改造中发挥着越来越重要的作用。 目前供暖锅炉大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时，操作人员难以及时发现，很容易造成运行中设备的事故。 在各种工业企业的动力设备中，锅炉是重要的组成部分,所以锅炉的性能至关重要。要设计一套完整的、性能良好的工业燃烧锅炉，首先就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。 1.1 锅炉的基本构造 锅炉是一种产生蒸汽或热水的热交换设备。它通过燃料的燃烧释放大量热能，并通过热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水直接供给工业和生活中所需要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。图1.1为简单锅炉的大体组成部分。 锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供给设备以及除灰除尘设备等。 气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。 炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。 炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。