热水锅炉自动控制系统的设计

锅炉供暖控制系统设计摘要：在我国部分偏远地区普遍使用的锅炉供暖技术中，相当多的锅炉仍旧采用传统方式对整个供暖过程进行控制，整个过程能源浪费严重，设备的启停、燃料的投放等都过度依赖操作员人工操作，无论是从工作效率还是工作安全角度，都不是很好的选择。

针对上述问题，本项目针对自供暖对内部供暖要求设计了以自动化控制核心的燃气供暖锅炉控制系统，并配置计算机控制与管理系统，结合现代工业组态软件对整个控制系统进行实时监控，构建人机界面。

整个供暖系统全部由计算机实现自动控制，系统的操作除了工程师外，操作员也可以很容易操作整个系统的运行，这样就节省了大量的人力资源，并且整个操作过程可以在操作室进行，保证了整个操作的安全性。

关键词：锅炉供暖；PLC；WinCC引言目前，农村或城市供暖受到能源、供暖距离等多方面的限制，农村采用集中供暖成本太高，用户只能采用暖炉或空调供暖，暖炉燃烧煤炭污染环境，且可能造成CO中毒；空调制热供暖效率低，制热效果差，电量消耗大，且没有自动换风系统，室内空气质量变差，容易引发呼吸道疾病。

城市采用集中供暖的方式，但多数住户没有换风系统和报警系统，长时间未开窗通风导致细菌滋生引发疾病等，多功能供暖控制系统采用电热水器和天然气两种加热方式提供热源，对于个体供暖和集中供暖都适用，系统排出的水经过循环之后再次进入系统进行加热，整个系统节能环保，还能实时监测室内的空气质量，且能连入物联网。

1锅炉供暖系统工艺简介整个燃气锅炉供暖系统的工作流程为：向燃烧器内供应天然气与空气的混合燃料，点燃后对锅炉内的水进行一次加热，同时，锅炉内的进口与出口的水是通过水温造成的重度差进行循环，将热水传输给需要供暖的区域，对循环回来的冷水进行加热。

整个系统主要由管道内水循环和锅炉燃烧两部分构成：1）管道内水循环：自来水经过过滤软化处理以后，经由分水器进入供暖管道内部，送入锅炉中，进行加热后，经由换热泵管网送至用户处用于取暖。

经由用户出散热后，经过换热站，再次经由循环泵管网送至锅炉内加热。

毕业设计（论文）题目：基于PLC的加热炉温控制系统设计学院：电子信息学院专业班级：06自动化（2）指导教师：康涛职称：讲师学生姓名：雷颖倩学号：40604010225摘要在现代工业生产过程中，一些温度等作为被控参数的过程，往往其容量滞后较大，控制要求又较高，若采用单回路控制系统，其控制质量无法满足生产要求。

本文针对锅炉的结构特点以及船机控制能够有效的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，提出了锅炉温度串级控制的解决方案。

本系统以电加热锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为福被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；完成了系统的硬件设计和PLC程序设计。

经过调试，PLC程序实现了数据采集、A/D转换、PID运算和D/A转换等，达到了设计要求。

关键词：锅炉，温度，串级控制，PLC，PIDABSTRACTIn modern industrial production,some course's capacity often lags behind relatively largely,control also expect relatively much regarding temperature,etc,if adopt the controlsystem of single circuit,its quality of control is unable to meet the production requirement.Because the bunches of control can improve the dynamic characteristic of the course effectively,improve operating frequency,reducing the time constant of the equivalent course and accelerating the response speed,etc.This text have proposed one bunch of solutions of control of boiler temperature.This system leaves target of accusing of on boiler with electricity,export water temperature.With boiler for accuse of parameter mainly,regard the burner hearth water temperature as one pair of parameters of accusing of,regard voltage of resistance wire of the heating furnace as the control parameter,regard PLC as the controller, form one bunch of control systems of boiler temperature;Finish the designing of systematic hardware and the program with PLC.Through debugging,PLC procedure has realized the data gathering,A/D changing,PID operation and D/A changing,etc,has reached the designing requirement.KEYWORDS：boiler，temperature，bunches of control,plc,pid前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。

目录引言 (1)第一章第一章给水控制系统的动态特性 (3)1.1锅炉给水控制系统的任务 (3)1.2 给水控制对象和各种扰动下水位变化的动态特性 (3)1.2.1 给水控制对象的动态特性 (3)1.2.2 各种扰动下水位的动态特性 (5)第二章给水自动控制系统的基本要求和基本结构 (9)2.1 给水控制系统的基本要求 (9)2.2 给水控制系统的基本结构及分析 (9)2.2.1 单冲量给水控制系统 (9)2.2.2 前馈-反馈三冲量给水控制系统 (10)2.2.3 串极三冲量给水控制系统分析 (16)第三章给水控制系统的无扰切换 (20)3.1 测量信号的自动校正 (20)3.1.1 水位信号的压力校正 (20)3.1.2 过热蒸汽气流信号的压力、温度校正 (22)3.1.3 给水流量信号的温度校正 (23)3.2 给水控制系统的切换 (24)3.2.1 给水流量测量装置切换系统 (24)3.2.2 大小给水调节阀门的切换 (28)3.2.3 系统的无扰切换 (29)第四章系统的参数整定及MATLAB仿真 (32)4.1 控制系统的参数整定方法 (32)4.1.1 广义频率特性法 (32)4.1.2 工程整定法 (33)4.2 调节器的选取 (35)4.3 参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.1 单冲量调节系统的参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.2 串级三冲量调节系统的参数整定 (37)4.3.3 整个系统和各种扰动量下的SIMULINK结构图和仿真图 (41)结论 (45)参考文献 (46)谢辞 (47)引言自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，在火电厂的生产过程中也采用了自动控制技术。

在火电厂的生产过程中采用的热工自动控制系统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技术在火力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。

电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。

常压热水锅炉房供热系统设计常压热水锅炉有其一定的优点，同时也给系统设计、运行带来了一系列的问题，其不可承压的特殊性要求，使常压热水锅炉房的设计与承压锅炉房有较大的不同，但这些问题在得到充分重视的前提下，扬长避短，就能保证供热系统安全可靠的运行。

常压热水锅炉供热系统受到了越来越多的关注和应用，尤其在局部供暖中的应用显得更加突出。

标签：常压热水锅炉房;供热系统设计前言常压热水锅炉无需专门的安全检验、性价比较高、运行安全可靠，近年来在港口工程的供热系统设计中越来越多的用户要求采用常压热水锅炉。

近20 年来，为节约投资、修旧利废，常压热水锅炉应用于采暖及生活热水系统迅速发展，常压热水锅炉也成为一种新型热源，并且用量也越来越大。

常压热水锅炉又称为无压热水锅炉，该锅炉运行时锅筒内保持大气压力，供应不大于95℃的热水，一、常压热水锅炉的特点常压热水锅炉是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通，在任何情况下，锅炉本体顶部表压为零的锅炉，可用于供水温度≤95℃的热水供热系统，单台功率≤2.8MW。

他具有以下特点：⑴采用开式锅筒，系统处于常压状态，本身无爆炸危险性、安全性高;⑵循环泵安装于锅炉的出水侧，降低了锅筒承受的压力;⑶循环泵兼有补水泵的功能，循环泵扬程计算方法与承压锅炉循环泵的计算方法有明显不同;⑷安装地点灵活，不受承压锅炉安装位置规定若干限制的约束;⑸锅炉的供水温度与循环泵入口处的水压有关。

二、常压热水锅炉房供热系统设计1.循环水泵的选型与配置。

常压热水鍋炉系统的循环水泵安装在锅炉的出水管段上，循环水泵出水先进入热水管网，当系统停止运行时，回水管路上的自动启闭阀关闭，管路系统与锅炉断开。

一般清水泵的最高设计水温为80℃，热水管路上循环水泵的工作温度为95℃，宜配置型热水泵。

在承压热水锅炉的闭式循环中，水泵入口和出口承受着相等的静水压力，水泵扬程主要克服循环管路上的沿程和局部损失。

在常压热水锅炉系统的开式循环中，水泵扬程与流动阻力和系统高度有关，循环水泵实际起加压泵的作用。

基于PLC的电热锅炉控制系统的设计【摘要】本文以PLC程序控制的高性能电热锅炉为例，来阐明PLC在工业控制领域中发挥的巨大作用。

其硬件系统采用的是SIEMENS公司的的S7-200PLC以及其相应的控制模块，实现电热锅炉系统的控制。

【关键词】PLC;电热锅炉1.概述20世纪60年代末，70年代初出现并得到迅猛发展的可编程程序为工业自动化领域带来了深刻的变革。

以其高可靠性，低价位迅速占领了中低端控制系统的市场。

同时电热锅炉的应用领域非常广泛，它的性能优劣决定了产品的质量好坏。

因此如何利用PLC技术控制锅炉温度成为关键。

通过对电热锅炉的控制，使系统具有响应快、稳定性好、可靠性高，控制精度好等特点，对工业控制很有意义。

2.系统硬件配置及其功能主机采用CPU224，EM231为热电偶输入模块，外接锅炉的入水口和出水口温度信号，TD200是一个低价的文本设定显示单元，当电热管多于六组时，可再增加EM222继电器输出扩展模块。

此系统选用的CPU224集成了14点输入/10点输出，共有24个数字量I/O。

它可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

CPU224有13K字节程序和数据存贮空间，6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

CPU224配有1个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器。

系统的原理框图如图所示。

该系统需要的传感器是将温度转化为电流，且水温最高是100℃，所以选择Pt100铂热电阻传感器，其阻值会随着温度的变化而改变;为了方便接线，CPU224机型采用可插拔整体端子;EM231热电偶模块可用于J、K、E、N、S、T和R型热电偶，用户用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型;TD200键盘共有9个键：5个命令键和4个功能键，用来显示信息，在信息中可以内嵌数据，数据既可以显示，也可以由操作人员进行设置;电加热管是专门将电能转化为热能的电器元件，由于其价格便宜，使用方便，安装方便，无污染，被广泛使用在各种加热场合;水暖供热管道中的热水是靠循环泵循环起来的循环泵的工作原理要将水循环起来所用的泵就叫循环泵;保护程序是必不可少的部分，报警处理，用以防止非法操作所引起的程序混乱。

热水锅炉自动化控制方案1. 引言热水锅炉自动化控制方案是为了提高锅炉效率、降低能源消耗而制定的。

通过引入自动化控制技术，可以实现对热水锅炉系统中各个环节的智能监控、精确控制和自动调节，从而使热水锅炉运行更加稳定、可靠，并能根据实际需要提供适当的热水供应。

2. 控制原理热水锅炉的自动化控制方案主要由传感器、执行器和控制器三部分组成。

传感器用于监测热水锅炉系统的参数，如水位、压力、温度等；执行器用于执行控制指令，控制燃烧器、水泵等设备的运行；控制器负责采集传感器数据、分析处理，并生成相应的控制信号。

3. 控制策略热水锅炉自动化控制方案应根据实际情况选择合适的控制策略，下面介绍几种常见的控制策略：3.1 水位控制水位控制是热水锅炉自动化控制中的重要环节。

通过监测锅炉水位传感器的信号，控制器可以判断当前锅炉水位是否达到设定值，并相应地控制水泵的启停状态，以实现水位自动控制。

3.2 压力控制热水锅炉的压力控制是保证锅炉运行安全的重要环节。

通过监测锅炉压力传感器的信号，控制器可以判断当前锅炉压力是否超过设定值，并根据实际情况调整燃烧器的供气量，以保持合适的压力。

3.3 温度控制热水锅炉的温度控制是确保供应热水温度稳定的关键环节。

通过监测锅炉温度传感器的信号，控制器可以判断当前锅炉温度是否达到设定值，并调整燃烧器的工作状态，以保持稳定的温度输出。

4. 控制系统热水锅炉自动化控制系统一般由传感器、执行器和控制器组成。

传感器负责采集锅炉系统的各项参数，执行器负责执行控制指令，而控制器则负责监测传感器数据、分析处理，并生成相应的控制信号。

通过这三者协同工作，实现对锅炉系统的智能控制。

5. 总结热水锅炉自动化控制方案通过引入传感器、执行器和控制器，实现对热水锅炉系统的全方位监控和精确控制。

合理选择控制策略，并优化控制系统的结构，能够提高锅炉运行效率，降低能源消耗，提供稳定可靠的热水供应。

在实际应用中，还需要根据具体要求进行系统优化和定制化设计，以满足特定需求。

智能锅炉控制系统的设计与实现随着科技的发展和人们生活水平的提高，家居设备的智能化成为了一种趋势。

在众多的智能家居设备中，智能锅炉是一种比较受欢迎的设备。

它可以通过智能控制系统实现远程控制、节能、安全等多种功能。

本文将介绍智能锅炉控制系统的设计与实现。

一、控制系统结构一个智能锅炉控制系统主要由以下部分组成：1.硬件部分：包括传感器、执行器、控制器、显示器等硬件设备。

2.软件部分：主要由控制算法和界面设计组成，控制算法是程序员根据控制需求编写的程序，界面设计则用于方便用户操作和管理。

3.远程通信组件：包括网络通信硬件和软件，实现远程控制和监控等功能。

二、传感器与执行器的选择为了实现智能控制，必须使用传感器来获取锅炉的状态信息，并使用执行器来控制锅炉的运行状态。

在传感器的选择上，应该选择具有高精度、快速响应、耐高温等优点的传感器。

例如，温度传感器应该选用高精度、线性度好、响应速度快、温度范围广的PTC热敏电阻或热电偶传感器。

在执行器的选择上，应该选择具有高精度、稳定可靠性、结构紧凑、响应速度快等优点的执行器。

三、控制器的设计与实现控制器是智能锅炉控制系统的核心，它主要完成控制算法的实现和与硬件设备的通讯。

控制器可以采用嵌入式控制系统、单片机、FPGA等硬件以及VC、VB、C++等软件开发工具进行设计和实现。

在控制方案的设计实现时，要结合锅炉的物理特性和工作状态，运用现代控制理论设计PID算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等多种控制算法。

四、界面设计与人机交互一个好的界面设计可以让用户方便快捷地进行操作和管理。

界面设计可以采用电脑、手机APP、微信等多种形态，主要通过图形化的方式将控制参数和系统状态进行直观化显示。

在人机交互方面，可以使用语音、手势等更加便利的交互方式，以提高用户的操作效率和便利性。

五、远程通信组件的设计与实现远程通信组件是实现远程控制的关键，它主要通过网络实现用户对锅炉的远程控制和监控。

目录第一章绪论 (1)第二章变频调速在供暖锅炉控制中的应用 (4)2. 1变频调速基本原理 (4)2. 2变频调速在供暖锅炉系统中的应用 (4)2. 3变频调速节能分析 (4)第三章供暖锅炉控制原理 (5)3. 1引言 (5)3. 2补水控制 (8)3. 3循环流量控制 (8)3. 4燃烧过程控制 (9)第四章锅炉控制系统总体设计 (10)4. 1系统功能分析 (10)4. 2系统方案设计 (11)4. 3系统硬件配置 (13)4. 4系统构成 (13)第五章PLC控制系统设计 (15)5. 1 PLC系统配置 (15)5. 2 S7-300系列PLC简介 (16)5. 3通信网络配置 (20)5. 4 PLC控制程序设计 (23)第六章监控组态软件设计 (31)6. 1软件设计特点 (31)6. 2项目组态 (32)6. 3界面设计 (34)6. 4报警记录 (37)6. 5归档系统 (38)6. 6报表系统 (38)结论 (39)第一章绪论项目背景及课题的研究意义随着城市建设的迅速发展，我国北方地区冬季城市集中供暖成为城市现代化必然采取的步骤。

而供暖面积的不断扩大，使如何科学有效地控制和管理供暖系统，提高供暖的经济效益和社会效益，成为急需解决的重要课题。

在供暖系统中，锅炉房供暖所占比例很大，据对我国北方地区29个大中城市近3,5亿平方米的供暖调查，锅炉供暖占84%，热力供暖占12%，其他供暖占4%。

在今后相当长的时间内，集中热力供暖是发展趋势，但无法取代锅炉供暖的主流地位。

锅炉是消耗能源、产生大气污染、事关生产与生活和安全的重要设备，它在国民经济整个能源消耗中占有相当大的比重。

目前我国供暖锅炉以燃煤链条锅炉为主，燃用的主要是中、低质煤，而且锅炉房管理水平不高，一直沿用间断运行方式，锅炉技术含量低，锅炉的自动化控制技术落后，造成了严重的能源浪费和环境污染。

据统计，我国目前拥有工业锅炉50万台，每年消耗的燃煤占全国原煤产量的三分之一，约4亿吨。

热水锅炉锅炉房集中监控系统一、控制系统概述供热系统由热源、热力网管和热用户等三部分组成，控制中心对各锅炉运行负荷进行统一调配，实现多台锅炉的优化运行控制、供暖温度的气候补偿计算与控制等功能，使锅炉房成为新一代节约型能源中心。

整个控制系统的设计充分体现了控制分散，信息管理集中的现代工业设备控制思想的发展理念，具有投资性价比高，可靠性好、便于扩展，技术先进等优点。

１、提高系统运行安全性本控制系统的故障报警保护功能完善：循环泵故障停机、电机过载欠压过流保护，各个关键部件互相 的连锁保护对供热系统安全运转提供保障。

２、提高工作效率、降低劳动强度供热系统运行情况可定时、随机、按要求打印生产报表，减少了工作人员的定点抄表工作量。

使监控人员有更多的精力投入到锅炉设备的寻检和管理当中。

3、系统设计标准在进行锅炉集中监控系统设计时，严格遵循以下国家制定的锅炉及相关行业的标准。

4、监控系统适用的锅炉分类燃煤、燃气、燃油热水/蒸汽锅炉；电热锅炉/余热锅炉/真空锅炉/焚烧炉/循环流化床锅炉等等。

二、监控系统主要功能多台热水锅炉并网运行集中监控，主要监控对象包括：锅炉压力、烟气节能器总进出口水温度、执行器状态、锅炉出回水温度、水流量调节、各种故障反馈信号、运行反馈信号等等。

独特的气候补偿控制系统，燃烧机的调节采用模糊+P I D控制算法，自动加减负荷控制出力。

断电后上电的自动重启。

集中监控或锅炉本地人工操作皆可。

三、系统主要组成系统主机是工业控制用计算机（上位机）及其必需外设核心控制模块是中小型ＰＬＣ系统（ＲＴＵ）信号采集用传感器变送器等仪器仪表上位控制系统介绍1．中心控制台是系统的指挥中心，双向通讯线连接每台锅炉控制器，对各锅炉机组适时监控。

实现故障报警、数据监测、历史数据记录、自动生成报表以及数据打印等功能。

2.数据分析统计处理：锅炉运行效率分析、锅炉工作时间分析、温度曲线分析、压力曲线分析、各锅炉各项技术指标的比较分析（曲线、直方图等形式）。

毕业设计（论文）_基于PLC的锅炉出水温度控制系统的研究与设计毕业设计锅炉出水温度控制系统的研究与设计总计毕业设计（论文）61页表格2表插图16幅I摘 要随着我国经济的发展，资源和环境矛盾同趋尖锐，使我国的现代化建设面临严峻挑战。

作为温度控制系统重要能源转换设备的锅炉能耗巨大，占我国原煤产量的三分之一左右。

然而，我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动控制具有重要的意义。

随着科学技术的不断发展人们开始利用各种先进的仪器和技术组成计算机控制系统来代替人工复杂的控制操作，直接数字控制DDC 系统（Direct Control ），便是其中之一。

直接数字控制DDC 系统，它是工业生产计算机控制系统中用的最广泛的一种系统应用形式，在这类系统中的计算机，除了经过输入通道对多个工业过程参数进行巡回检测采集外，它还代替了模拟调节系统中的模拟调节气，按预定的调节规则进行调解运算，然后将运算结果通过过程输出通道输出并作用于执行机构，以实现多回路调节的目的。

本设计设计了基于PLC 的锅炉温度控制系统，该系统包括下位机控制和上位机控制两部分。

文中给出了通过时间和室外温度相结合的控制策略对系统温度进行调节控制。

关键字：锅炉；计算机控制； PLCAbstractWith China’s economic development，resources and the environment has become increasingly acute contradictions，so that the modernization of our country is facing a formidable challenge．As an important energy source conversion equipment，heating system of the industrial boiler consumes about one-third of China’s coal．However，the majori ty of China’s current operating boiler system’s security and efficiency is generally lower than the national standard．So it's great significance to achieve automatic control for boiler with computer．Along with science technical develop continuously people start making use of every kind of advanced instrument constituting the calculator control system with the technique to the control operation that replace the artificial complicacy, direct arithmetic figure control DDC system( Direct Control), just one of them Direct arithmetic figure control DDC system, it is an industry to produce convenient and the most extensive a kind of system in system of control of calculator application form, in addition to through importation passage to several industries process parameter proceeding cruising to return to examination to collect, it returned to replace the emulation regulates the emulation in the system regulates the spirit, at the set regulate rule proceed the intermediation carries to calculate, then will carry to calculate result pass process output passage output combine function in carry out the organization, to realize many the purpose that back track regulate.the paper presents a overall control thinking，the system designed to heating in winter includes superordinate computer control system and the subordinate system．To meet all the campus’s winter heating，it gives a complete control strategy which combined with time and outdoor’s temperature.IIKey Words：Boiler；Computer Control； PLCIII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (6)1.1锅炉温度控制系统现状 (6)1.2锅炉自动控制的发展历史 (7)1.4课题意义 (9)第2章锅炉温度控制系统的总体介绍 (11)2.1锅炉温度控制系统的组成 (11)2.2交流电机的变频调速系统介绍 (13)2.2.1变频器驱动的特点 (13)2.2.2变频调速的基本原理 (14)2.2.3变频器基本结构 (15)2.3燃煤锅炉的工作过程 (17)2.3.1 燃煤锅炉的组成 (17)2.3.2燃煤锅炉的工作过程 (18)2.4燃煤锅炉的自动调节任务 (19)第3章控制系统下位机的设计 (22)3．1PLC软件介绍 (22)3.1.1 模块式PLC的基本结构 (23)3.1.2 PLC的特点 (24)3.2STEP7软件简介 (25)3.3控制系统所用功能块 (27)3.4锅炉控制系统的硬件组态 (29)3.5锅炉系统下位机程序设计 (31)3.5.1 系统下位机控制程序实现 (31)3.6本章小结 (41)第4章控制系统上位机设计 (42)IV4.1WINCC软件介绍 (42)4.2WINCC的特点 (43)4.3WINCC主要控制模块 (43)4.4项目组态 (45)4.5系统监控界面设计 (46)4.6I NTERNET远程监控 (52)4.6.1 WEB Navigator简介 (52)4.6.2 WEB Navigator的优点 (53)4.6.3 远程WEB发布与浏览 (55)4.6.4 使用WEB Navigator 过程中遇到的问题及解决办法 (55)4．7本章小结 (57)第5章系统的抗干扰设计 (58)5．1PLC系统的抗干扰性 (58)5.1.1 电磁干扰源及对系统的影响 (59)5.1.2 系统外引线的干扰 (59)5.1.3 PLC系统内部的干扰 (60)5.1.4 PLC控制系统工程应用的抗干扰设计 (61)5.2控制系统主要抗干扰措施 (61)第6章结论与展望 (63)6.1总结 (63)6.2展望 (64)致谢 (65)参考文献 (66)V第1章绪论1.1锅炉温度控制系统现状锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。