基于DCS的锅炉控制系统设计

基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计摘要工业锅炉是工业生产过程中十分常见的一种工业设备，锅炉控制系统自动化水平的高低对锅炉的安全生产和效率起到关键作用。

DCS控制是大中型工业锅炉控制系统的主流控制方式，因此，本课题以工业锅炉模拟系统SMPT-1000为研究对象，研究锅炉DCS的构成原理、DCS系统设计的方法步骤，具有较好的工程实践意义。

本文在首先对集散控制系统的发展过程进行了综述，介绍了集散控制系统的系统结构和特点的基础上，并分析了SMPT-1000工业锅炉模拟系统的工艺流程，列出了工艺流程的设备、检测点、执行机构等列表，并提出了一套基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计方案。

然后，采用Step 7 编程软件完成了系统的硬件组态、通信组态和控制算法组态及硬件模块测试。

接着，利用Siemens公司的WinCC软件开发了系统的人机界面，主要包括锅炉工艺模拟图、实时趋势曲线，PID参数调节器等。

最后，实现了对汽包水位、炉膛负压、蒸汽压力等子系统的实时监控。

实验结果表明：本文所设计的锅炉DCS系统的各项功能正确，控制性能指标达到了设计的要求。

关键词：工业锅炉 Profibus 可编程序控制器集散控制系统Design of Boiler’s DCS System Based onSiemens S7-300 PLCAbstractIndustrial boilers are very common in industrial processes of industrial equipment, automation level of the boiler control system play a key role in the boiler’s safety and efficiency. DCS control is the main control mode in the large and medium industrial boiler control system. Therefore, the subject based on the industrial boiler simulation system SMPT-1000 as the research object, research constitution principle with the boiler DCS, the methods and steps of DCS system design, with good engineering practice significance.In this paper, the development of distributed control system was reviewed firstly, then introducing the DCS system of the structure and characteristics and analyzing the technological process of SMPT-1000 industrial boiler simulation system. A list of process equipment, test points, executive institutions and so on, and a DCS system design scheme for a boiler based on Siemens S7-300 PLC was put forwarded. Then, the test for system hardware configuration, communication configuration and control algorithms and hardware modules were completed by step7 programming software. Then, using Siemens WinCC software to develop a system of man-machine interface, including the boiler process simulation graph, real-time trend curve, PID parameter adjustment, etc. Finally, the drum level, furnace pressure, vapor pressure and other subsystems are achieved real-time monitoring.The results show that: this boiler is designed correctly the features of DCS system, control performance achieved the design requirements.Keywords: industrial boiler Profibus Programmable Logic Controller Distributed Control System目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (1)1.3 课题研究内容 (4)第二章 DCS与锅炉控制系统原理 (5)2.1 DCS的发展历程 (5)2.2 DCS的系统结构 (6)2.3 锅炉控制系统简介 (9)第三章锅炉控制系统控制方案 (14)3.1 控制方案 (14)3.2 简单控制系统的设计方案 (15)第四章硬件及控制算法组态 (19)4.1 STEP 7编程软件简介 (19)4.2 控制器硬件设置 (19)4.3 Profibus-DP 设置 (21)4.4 符号表编辑器 (22)4.5 通信设置 (23)4.6 程序编写 (23)4.7 程序运行与分析 (26)第五章人机界面组态 (29)5.1 创建单用户项目 (29)5.2 创建外部变量 (29)5.3 创建变量记录 (31)5.4 图形编辑及画面连接 (33)5.5 运行与分析 (35)总结 (40)参考文献 (41)附录 (42)附录一：OB块的功能表 (42)附录二：FB41功能逻辑图 (44)附录三：PID控制输出参数 (44)附录四：PID控制输入参数 (45)致谢 (47)第一章绪论1.1 课题背景随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，工业锅炉市场技术的竞争日趋激烈, 锅炉自动控制系统的好坏己成为决定锅炉性能的重要砝码, 其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果, 而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。

锅炉dcs控制系统锅炉DCS控制系统锅炉是工业生产中常见的热能设备，它能将水加热为蒸汽，为生产提供所需的热能。

为了提高锅炉的安全可靠性以及运行效率，人们研发出了锅炉DCS控制系统。

锅炉DCS控制系统是一种基于分散控制系统（DCS）的设备，它采用先进的技术与算法，对锅炉的生产过程进行监控与控制。

它包括硬件与软件两个方面的内容，通过自动化的手段来实现对锅炉的精确控制。

锅炉DCS控制系统的硬件部分主要包括主机、控制柜、仪表、传感器等设备。

主机是整个系统的核心，它负责处理各种控制指令，并将结果传达给其他部件。

控制柜是主机的辅助设备，用于集中管理和监控系统的运行状态。

仪表是系统的感知器，它能够对温度、压力、流量等参数进行测量和监测。

传感器是主机的数据输入设备，它能够将现场的物理量转化为电信号，并传输给主机进行处理。

锅炉DCS控制系统的软件部分主要包括操作系统、数据处理程序以及控制算法等。

操作系统是系统的管理者，它能够协调各个组件间的工作，确保整个系统能够正常运行。

数据处理程序是系统的大脑，它能够对传感器采集到的数据进行处理和分析，从而生成相应的控制策略。

控制算法是系统的决策者，它能够根据所设定的目标和约束条件，自动调节锅炉的工作参数，以达到最佳的运行状态。

锅炉DCS控制系统的优势主要体现在以下几个方面：首先，锅炉DCS控制系统能够实现对锅炉的智能化控制。

通过采集和处理大量的实时数据，系统能够准确地判断当前的工作状态，并根据设定的控制策略，自动调整相关参数，以实现最佳的控制效果。

其次，锅炉DCS控制系统能够提高锅炉的安全性。

系统能够实时监测锅炉的工作状态和各种异常情况，并在发生故障时自动切换到备用设备，以保证生产过程的连续性和安全性。

再次，锅炉DCS控制系统能够提高锅炉的能源利用率。

通过对锅炉的工作参数进行优化调整，系统能够使得锅炉的能源利用率达到最高，从而实现能源的节约和环境的保护。

最后，锅炉DCS控制系统能够提高生产的自动化程度。

基于DCS下的动力锅炉自动控制系统的应用---以和利时MACS系统为例摘要：北京和利时系统工程股份有限公司MACS自动控制系统的功能和技术都是世界领先的，通过分析该自动控制系统在某热电厂锅炉应用情况，表明该控制系统性能先进、自动化控制水平高，能最大程度的减轻操作人员和检修人员的工作量，提高机械设备的运行经济性。

关键词：DCS；电热厂；锅炉；自动控制系统；和利时MACS系统DCS在热电厂控制系统中的应用极为深入，其自动化程度也非常高。

DCS在在火电机组中使用能够有效的监督锅炉炉膛，保证其运行安全，实现信息集中管理。

DCS控制系统能够有效提升机组的运行效率，确保系统各个功能的实现。

采用专业的方法进行全面的保护，最大程度的保护热电厂控制系统的运行安全。

和利时MACS自动控制系统融合国际信息技术、电子计算机数和自动控制技术，具有大型综合控制系统的优势。

1 DCS系统概述DCS是典型的控制系统，其最大的特点是具有集散性，与其他的控制系统有较大差异，作为新的控制系统，其系统融合了计算机控制系统和显示系统，结合微型计算机局域网，最大程度的确保控制系统的时效性和安全性，能够实现实时监控。

DCS的主要功能包括显示、制表记录、历史数据存储和检索、性能计算及打印。

2 和利时MACS控制系统简介和利时MACS系统是杭州和利时公司多年研发出来的大型综合控制系统，有统一的中央实时数据库，该系统的现场总线技术是全世界领先的。

和利时MACS 控制系统通过以太网和现场总线技术实现控制网络，把各工程师站、操作员站、现场控制站和数据服务器连接在一起组合成综合自动化系统。

系统硬件包括检测控制层和现场控制层，检测控制层的数据是检测的依据，操作指令下穿到下层就能实现工程设计的功能；现场控制层是主控单元I/O单元组成的，该层可以把现场采集到的所有数据通过后台做运算处理，然后输出控制指令，执行器在接受到指令以后把数据传递给检测控制层，主控系统完成自动控制指令。

图书分类号：密级：毕业论文工业锅炉DCS控制INDUSTRY BOILER DCS CONTROL班级管理科学学号04学生姓名学院名称徐州工程学院专业名称管理科学指导教师2011年11月10日摘要本文叙述了工业燃煤锅炉的工作原理，简单阐述了锅炉的工作原理，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DCS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；DCS控制系统；汽水系统AbstractThe 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 toauto-detect 35t steam system in burning coal industrial and configuration the control loop, and designed the friendly supervision appearance.Keywords boiler FIX UMC800 control system steam system目录1 绪论 (1)1.1锅炉采用微机控制优点 (1)2 锅炉概述 (2)2.1 锅炉概述 (2)2.1.1 锅炉的一般结构与特点 (2)2.1.2 锅炉的工作原理 (2)2.1.3锅炉的工作情况如下： (3)2.1.4工业燃煤锅炉的控制工艺 (3)3锅炉控制系统配置介绍 (4)3.1 锅炉DCS控制系统的配置 (4)3.1.1控制器 (4)3.1.2锅炉微机控制系统 (4)3.2硬件部分 (6)3.2.1 UMC800控制器 (6)3.2.2 操作员盘 (8)3.3 软件方面 (8)3.3.1 Leader-Line Control Builder的操作使用 (8)3.3.2 IFIX概况 (12)3.3.3 IFIX 人机监控画面 (13)4 DCS集散控制系统 (16)4.1 概述 (16)4.2基本构成 (18)4.3 集散控制系统的发展 (19)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录 (24)1 绪论锅炉微机控制是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我所在的陶氏化学公司拥有独立专利号的导热油锅炉。

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering自动化控制Automatic ControlD C S系统在热电厂锅炉控制中的运用陈日利(晋能控股电力集团阳高热电有限公司山西省大同市037000 )摘要：本文通过分析热电厂锅炉运行过程中的控制方案，研究了热电厂锅炉控制系统的组成，探讨了 D C S系统在热电厂锅炉应用中 遇到的常见故障以及解决方案，对于热电厂机组的稳定运行具有一定的参考价值。

关键词：D C S系统；M C S系统；控制1引言D C S系统作为一种新型的微机控制系统，其在热电厂机组的运 行中，主要是借助于计算机等来实现控制的，与传统的控制方式相 比，这种控制方式的效率更高，且控制的功能更多，不仅可以实现 集中控制，还可以实现分散控制，提升了供热系统运行的多方面需 求。

D C S系统在热电厂锅炉控制中的应用极为普遍，提升了锅炉系 统的自动化水平。

2 D C S系统的一般运行过程热电厂锅炉在运行过程中产生的模拟信号会被数据采集器收集 并传送到D C S系统中。

通过D C S系统，产生的数据会被传输给转 移输入装置中，转移输入装置可以将接收到的信号进行分析和处理 然后将处理结果传输给过程控制器。

过程控制器会对信息进行辨别，然后给各个模块下达相应的指令，从而确保控制过程的精确性和稳 定性。

现场操作者通过对过程控制器转化的调节信号进行分析，然 后对控制系统和控制打印功能进行远程控制。

热电厂的工作过程是 连续不断的，在D C S系统实际工作过程中避免不了出现问题，为 了充分发挥D C S系统的优越性，需要分析和探究该系统在实际生 产过程中可能出现的一些故障。

3锅炉控制方案分析锅炉控制方案：较常出现的控制方案有燃烧自动控制和锅炉给 水自动控制两种。

燃烧自动控制主要分为：煤量控制，风量控制，炉膛负压控制。

其中，煤量控制的主要原理是利用了煤量预判与锅 炉的出口蒸汽压力调节，结合过热度修正的方式进行，锅炉的出口 蒸汽压力偏差作为主要调节变量，通过P I D运算，实现煤量自动控 制；风量控制工作的原理是，使用煤量预判风量。

xx县锅炉集中供热工程项目分散控制系统DCS技术方案xx有限公司20xx年x月目录第一部分概述 (5)1项目概述 (5)2循环流化床锅炉业绩 (5)第二部分DCS技术方案 (6)1控制范围和目标 (6)2NT6000简介 (6)2.1 系统结构图 (7)2.2 系统主要性能和指标 (7)2.2.1 运行环境 (8)2.2.2 抗干扰性能 (8)2.3 控制网络（eNET） (8)2.4 分散处理单元 (9)2.4.1 控制器硬件规格 (10)2.4.2 控制器I/O能力 (10)2.5 输入、输出模件 (10)2.6 人机接口 (11)2.7 GhaphX人机接口软件 (12)2.8 ControlX组态软件 (13)2.9 NT6000系统现场总线解决方案 (13)2.10 控制机柜 (14)2.11 管控一体化解决方案 (15)3DCS技术方案 (16)3.1 控制室布置 (16)3.2 DCS系统的配置 (16)3.2.1 DPU的配置 (16)3.2.2 I/O测点的配置 (17)3.2.3 人机界面的配置 (17)3.2.4 后备硬手操的配置 (17)3.2.5 控制机柜和操作台的配置 (17)3.2.7 网络的配置 (18)3.2.8 与外系统的接口 (18)3.2.9 电源和接地的配置 (18)4网络系统图 (19)5DCS供货设备清单 (20)第三部分循环流化床锅炉的控制 (22)1前言 (22)2工艺系统说明 (23)3锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）的控制方案 (24)3.1 锅炉点火系统 (24)3.1.1 概述 (24)3.1.2 点火燃烧器 (24)3.1.3 燃烧器的油系统 (24)3.2 锅炉启动和自动点火系统（BCS） (24)3.2.1 炉膛吹扫 (24)3.2.2 锅炉冷态启动 (24)3.2.3 锅炉热态启动 (26)4调节控制系统的策略和要求 (27)4.1 基于残炭控制的循环流化床锅炉协调控制系统 (27)4.1.1成果的技术背景和技术原理 (27)4.1.2 CFB锅炉的机理和残炭的概念 (27)4.1.3 残炭控制在CFB锅炉协调控制上应用 (29)4.1.4 基于残炭控制的CFB锅炉协调控制的应用效果 (29)4.2 控制回路设计 (29)4.2.1 锅炉负荷控制回路 (29)4.2.2 床温控制回路 (30)4.2.3 一次风流量（压力）控制回路 (30)4.2.4 二次风流量控制回路 (30)4.2.5 风门挡板的控制方式及要求 (31)4.2.6 石灰石给料控制回路 (31)4.2.7 床压控制回路 (31)第四部分工程实施及管理 (32)1概述 (32)2项目管理 (32)3工程设计 (33)4软件组态 (33)5静态调试 (34)6内部出厂验收 (34)7外部出厂验收 (34)8现场调试 (34)10.1快速应急服务： (35)10.2 预防服务 (36)10.3 增值服务 (36)第一部分概述1 项目概述本技术方案是针对xx县锅炉集中供热工程项目全厂自动控制一体化的设计思路提出的，采用可靠、先进、易用的NT6000分散控制系统（DCS），提供设计、制造、调试、投运等一体化服务。