基于PLC的锅炉实时监控控制系统设计

摘要在工业迅速发展的推动下，我国的经济水平得到了大幅的提升。

锅炉作为最重要的动力机械设备起着不可替代的作用，因此锅炉有着巨大的发展前景，但是我国锅炉的燃烧效率较低，也就使得锅炉的供能不够高效。

本设计结合PLC控制技术对这一问题进行了重点的研究。

采用现代计算机技术对锅炉进行优化控制，从而大大提高其燃烧效率，节约一次能源，减少所产生的环境污染，对社会经济和环境质量的提高有很大的意义。

通过对锅炉各个部分控制要求的研究，结合参考文献和实际情况设计锅炉的自动控制系统。

所研究设计的控制系统可以对锅炉进行集中监测、控制、管理。

集中体现在对锅炉燃烧控制、水位汽包控制、过热蒸汽温度控制以及安全系统的控制设计。

本设计采用S7-300 PLC为核心控制器，同时结合变频器技术、传感器与检测技术以及以太网技术将所有设备构成一个整体，并与其他操作设备建立起良好的通信，对锅炉进行集散控制。

通过STEP7编程软件对PLC进行软件编程，构成对锅炉的实时监控系统。

关键词：锅炉；PLC；控制；STEP7AbstractWith the rapid development of industry, the level of economy has been greatly improved in China. Boilers as the most important power machinery equipment play an irreplaceable role. Therefore, boilers have great prospects. However, in China it is not enough to supply energy because of the low combustion efficiency of boilers.This design focuses on the issue with the PLC control technology. To raise its combustion efficiency, save primary energy sources and reduce the environment pollution, this paper uses modern computer technology to optimize the control of boilers, which has great impact on the socio-economic and environment quality. Through the study on the each part of control requirements combined with the references and lots of documentation, it designs an automatic control system of boilers that can be implemented on boiler for centralized monitoring, control and management. It intensively reflects on the control of boiler burning, the control of water level and bubbles, the control of superheated steam temperature and the design of safety inspection system.The design uses S7-300 PLC as the core controller. At the same time, it applies distributed control of boilers, combined with the inverter technology, sensors and measurement technique and Ethernet technique to all the devices as a whole. And set up a good communication with other operating equipment. Through STEP 7 programming software for upper computer software programming . It constitutes a true time monitoring and control system of boilers.Key words: boilers; Programmable Logic Controller; control; STEP 7III目录摘要........................................................................................................................................... I II Abstract ......................................................................................................................................... I V 目录.. (V)1 绪论 (1)1.1 本课题的内容和意义 (1)1.2 锅炉技术的现状及其未来的发展前景 (1)1.2.1 锅炉技术的现状 (1)1.2.2 锅炉的发展趋势 (2)1.3 本课题的目的及要求 (2)2 锅炉系统控制方案设计 (3)2.1 锅炉运行过程简介 (3)2.1.1 锅炉结构及其工艺介绍 (3)2.1.2 锅炉的工作过程 (4)2.2 锅炉水位控制方案设计 (4)2.2.1 锅炉汽包水位控制要求 (4)2.2.2 锅炉汽包水位控制方案设计 (5)2.3 锅炉燃烧控制方案设计 (5)2.3.1 锅炉燃烧控制要求 (5)2.3.2 主蒸汽压力控制方案设计 (6)2.3.3 送风控制方案设计 (7)2.3.4 引风控制方案设计 (8)2.4 锅炉过热蒸汽温度控制方案设计 (8)2.4.1 过热蒸汽温度控制方案要求 (8)2.4.2 过热蒸汽减温器的安装设计 (8)2.5 小结 (9)3 锅炉控制系统设计 (10)3.1 锅炉控制系统硬件设计 (10)3.1.1 硬件型号选定 (10)3.1.2 锅炉控制系统硬件设计 (12)3.2 锅炉系统软件设计 (13)3.3 I/O地址分配表 (16)3.4 软件编程 (18)4 锅炉控制系统仿真 (24)4.1 汽包水位控制系统整定与仿真 (24)4.2 锅炉燃烧控制系统整定与仿真 (25)4.2.1 主蒸汽压力控制回路整定与仿真 (25)4.2.2 送风控制系统整定与仿真 (27)4.2.3 引风控制系统整定与仿真 (28)5 结论与展望 (30)5.1 结论 (30)5.2 不足之处及未来展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)III基于PLC的锅炉实时监控控制系统设计1 绪论锅炉作为社会工业生产的重要设备，对经济的推动有着巨大的影响，因此对锅炉的不断优化也是现代科技发展的一个重要方向。

随着时代的推进、计算机技术的迅猛发展以及网络技术的迅速崛起，计算机自动控制技术已经被运用到社会生产的各个领域，因此也衍生了许多工业控制计算机。

如今常用的工控机类别有：PC总线工业电脑（IPC）、可编程控制系统（PLC）、分散型控制系统（DCS）、现场总线系统（FCS）及数控系统（CNC）五种[1]。

PLC以成熟的技术支持、高度可靠性、强抗干扰能力、小体积、高效率低能耗等特点在工业控制系统设备的行业有着很大占有率。

由此可以预见，利用PLC来控制工业生产有着巨大的前景。

1.1 本课题的内容和意义锅炉作为我国最重要的能源转换之一，对我们的生产、生活都有着很大程度的影响，直接体现在我国南方的火力发电厂和北方供热采暖系统中。

早期的锅炉都采用继电器—接触器控制，随着时代的发展和科技的进步，缺点和弊端不断体现出来，这种老式的控制方式已不能适应大规模的生产活动。

PLC技术已经被运用在新的控制领域中，因此使用PLC 控制技术对锅炉控制系统的优化改造是本次设计的主要内容。

考虑到现存煤矿资源的储量以及社会发展的环保趋势，对锅炉监控控制方式的改革就有了一定的意义和价值。

本课题的要求是通过使用PLC来实时监控锅炉的全程运作，通过计算机对锅炉控制程序进行设计，再依靠PLC实现全自动的控制系统。

这样一来，既能提高操作者对锅炉的操控性，又能减少人力资源和运行成本。

1.2 锅炉技术的现状及其未来的发展前景1.2.1 锅炉技术的现状传统的工业锅炉大多采用的是继电器—接触器控制，给水、鼓风、引风等基本的控制部分均为现场手动控制，其控制系统一般由输入电路、控制电路、输出电路和生产现场这四分部分组成。

在以往传统的锅炉生产环节中，老式控制系统运用很普遍，但是随着科技的进步，企业生产量得到扩大，这种控制调节方式在面对逐渐严格和多样化的生产工艺要求时，已经无法起到相应的精确控制，越来越显得落后。

老式的手动控制方式不但在操作性方面不够便捷人性化，而且在锅炉运行时会持续高的能耗，转化效率极低，此外在监测的方法上，系统的监测控制不够完善，往往会使整个锅炉系统运行在安全隐患中。

对于重要的控制量一旦超过规定范围，又无法及时调整，对周边操作人员的人身安全会构成很大威胁。

我国的锅炉工业和国外相比发展的较晚。

虽然我国工业经过了几十年的发展，生产水平有了很大的提高，但以往的锅炉都以煤矿为主要能源，在早期锅炉生产的影响下，很多企业无法采用天然气等新能源来替代煤矿作为主要能源。

从全球来看，国内的控制技术落后于国外，国外的控制技术先进，其自动化控制程度相当完善，而国内的锅炉控制单元大1多采用常规的控制仪表，和世界的先进水平相差较大。

1.2.2 锅炉的发展趋势锅炉的经济性、先进性、安全性、环保性决定了该设备的好坏及其控制系统的优劣。

从经济性上来讲，要求锅炉的能耗小，维护成本低，自动化控制程度高。

从锅炉的技术上讲，整个全自动控制系统要采用高效率、高质量的控制元件来保证，依靠微机技术智能化控制，优化每个调节量，提高节能效果。

从安全性方面上讲，锅炉控制系统的各个部分能够单独控制，但又相互联系，遇到紧急故障时可以单独停止以保证现场的操作人员的安全。