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。

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。

科学与财富1、概述锅炉是工业生产中重要的动力来源，随着生产的发展，锅炉日益广泛的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，然而我国的能延龄使用率极低，所以实现锅炉的自动控制以提高其热效率，有着极为重要的实际意义[1]。

在本设计中，针对35T/H 燃煤锅炉控制要求，利用SIMATIC PCS 7进行其DCS 系统设计。

该设计包括DCS 系统的硬件配置及其组态，上位机的人机监控画面组态与动态模拟以及下位机的控制方案组态和模拟运行。

2、35T/H 燃煤锅炉DCS 系统现场仪表的选型本设计中的35T/H 燃煤锅炉控制系统的一次仪表选型具体如表1所示。

3、35T/H 燃煤锅炉DCS 系统的软硬件配置根据DCS 系统结构特点和实际的35T/H 燃煤锅炉控制要求，35T/H燃煤锅炉DCS 由一个工程师站、一个操作员站、一个PLC 站，两个远程I/O 站构成，其结构如图1所示。

其中，网络采用PROFIBUS-DP 和以太网两级网络。

PROFIBUS-DP 用于用于现场层的高速数据传送，以太网用于PLC 与操作员站和工程师站之间的数据传输。

4、燃煤锅炉控制系统软件设计本设计的软件设计是基于PCS7-WinCC V6.0的上位监控画面组态，根据锅炉控制工艺流程开始进行组态画面的设计，在画面中，使用了静态文本、输入输出域、画面窗口、按钮、控件和库，运行后如图2所示。

下位控制组态基于PCS7-Step7。

图2过程画面运行效果图5、结束语在本次设计中，完成了35T/H 燃煤锅炉的DCS 设计，通过仿真软件的模拟仿真与多次调试，系统的各项功能都达到了预期的目标，较好的满足了35T/H 燃煤锅炉的控制要求。

姻锅炉DCS 控制系统的设计与实现滕天杰（江西工程学院，江西省新余市338000）摘要：锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设备，在企业生产中起着非常重要的作用。

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。

DCS下的锅炉电气自动控制系统的应用分析摘要：在现代科技的支持下，现代工业的自动化水平不断提升，而在锅炉控制系统中，DCS控制系统的应用也越来越广泛，借助DCS控制系统，能够提升锅炉控制效果，更好的保障锅炉运行的稳定性于安全性。

DCS控制系统以微处理器为基础所构建的多级计算机系统，该系统集数据采集、运行监控以及远程控制等为一体，极大的提升锅炉控制的自动化水平，目前已经被广泛应用于工业过程控制领域。

基于此，本文分析了DCS自动控制系统的功能，并就DCS自动控制系统的设计进行探究，仅供大家参考。

关键词：DCS自动控制系统；设计；功能引言：DCS自动控制系统的应用，能够显著提升锅炉控制的自动化水平，有助于提升锅炉运行的稳定性于安全性，进而促进企业经济效益的提升。

借助该系统，不仅可以在锅炉运行中实时采集数据信息，并对锅炉运行过程进行有效控制，而且还能实现对锅炉运行过程的监控，及时发现锅炉运行异常，避免引发安全事故。

应充分认识到DCS自动控制系统的优势和作用，并结合实际应用需求进行科学设计，使其更好的为锅炉控制服务。

1DCS自动控制系统功能分析1.1锅炉燃烧过程的控制对燃烧过程的控制是锅炉控制的主要内容，通过对燃烧过程的控制，可以在保锅炉燃烧效率的同时，使锅炉产生的蒸汽负荷能够满足外界需求，并且通过对燃烧过程的控制还能促进锅炉运行安全性的提升。

在控制过程中，主要通过调节引风量以及送风量等方式来更好的保障锅炉运行的经济性与安全性。

通过对燃烧过程的有效控制，能够确保锅炉出口蒸汽压力的稳定性，如果蒸汽压力与给定值之间出现偏差，则系统会自动进行调节，确保蒸汽压力符合标准要求。

另外，通过对燃烧过程的控制还可以保证炉膛过剩空气系数处于最佳状态，这样能够促进燃料的燃烧效率，同时更好的规避热损失现象。

除此之外，通过对燃烧过程的控制还能够保证炉膛负压的稳定，进而提升锅炉运行的安全性与经济性。

1.2锅炉汽包水位的控制在锅炉运行过程中，汽包水位使影响其运行安全的关键因素。