锅炉自动控制系统设计毕业论文.doc

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锅炉自动控制系统设计毕业论文

目录

第1章绪论 1

1.1选题背景及意义 1

1.2锅炉控制技术的研究现状及发展 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2控制技术的发展趋势 2

第2章锅炉的基本构造及其工作原理 4

2.1概述 4

2.2锅炉的基本构造 4

2.3锅炉的工作原理及工作过程 5

2.3.1燃料的燃烧过程 6

2.3.2烟气向水的传热过程 6

2.3.3水的汽化过程 6

第3章锅炉控制系统及其选择的控制方式 8

3.1蒸汽温度控制系统 8

3.2蒸汽压力控制系统 8

3.3汽包液位控制系统 9

3.4炉膛负压控制系统 10

3.5串级控制系统的参数整定 11

3.6串级控制系统的控制算法 12

第4章锅炉自动控制系统的硬件设计 14

4.1总体设计思路 14

4.2系统结构 14

4.3控制器选型及配置 15

4.4I/O地址分配表 16

4.5系统主电路的设计 18

4.6系统控制电路的设计 19

4.7补水泵控制系统 22

4.8给水泵控制系统 24

4.9通信网络配置 25

4.10变频器的选型 25

4.11传感器的选型 27

4.12其它器件的选型 29

第5章锅炉自动控制系统的软件设计 31

5.1PLC控制流程图 31

5.2组态软件设计特点 37

5.3锅炉监控系统的软件结构 38

5.4界面设计 39

5.3PLC控制程序 39

第1章绪论

1.1选题背景及意义

由于我国总的能源特征是“富煤、少油、有气"，拥有丰富的煤炭资源，到2000年已探明的煤炭储量达1145亿吨。

煤炭因其储量大和价格相对稳定，在本世纪50年，在我国的一次能源构成中仍将占主导地位。

由此可见，在未来相当长的一段时期，燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品。

这与目前国外的情况相差很大。

如：

日本燃煤工业锅炉仅占总数的1％，美国和西欧国家约占1％～3％（石油危机后燃煤工业锅炉略有增加），俄罗斯燃煤工业锅炉较多，约占40％。

工业锅炉是我国主要的热能动力设备，使用面广，需求量大，在工业生产和军民生活中扮演重要角色。

据不完全统计，我国现有中、小锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的三分之一以上，堪称大耗能动力设备。

随着国民经济的不断发展和人民生活的不断改善，锅炉台数还在不断增加。

作为能源转换的重要设备，其工作情况的好坏直接关系到能源的利用率高低。

目前我国中、小型锅炉以燃煤链条锅炉为主，燃料主要是煤炭，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，处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态，尤其是燃煤排放的C02气体所引起的温室效应，早己引起国际关注。

为了将我国建设成资源节约型、环境友好型社会，工业锅炉的节能降耗、减少污染物生成和排放具有重大意义。

近几年随着加入世贸组织以及中国经济的飞速发展，如何提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，改善环境是每个部门乃至每个公民关心的大事。

为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。

其中实现锅炉的自动化控制不仅可大大节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平。

具体来讲，实现锅炉自动化控制的意义在于：

（1）提高锅炉运行的安全性；

（2）提高锅炉运行的经济性；

（3）改善劳动条件；

（4）减少运行人员，提高劳动生产率。

今后，随着工业锅炉市场技术竞争的日趋激烈，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。

研究与开发功能完备、性能可靠的锅炉自动控制系统，是适应锅炉生产发展需要，具有广阔的发展前景与研究价值。

1.2锅炉控制技术的研究现状及发展

1.2.1国外研究现状

工业锅炉是一个比较复杂的工业设备，有几十个测量参数，控制参数和扰动参数，它们之间相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的复杂因果关系，而且测控参数也经常变化，存在一定的非线性特性，这一切都为锅炉的控制增加了难度。

过去，我国工业锅炉（特别是燃煤锅炉）产品设计和制造往往是重锅炉本体而轻燃烧和控制设备，很多锅炉所配置的运行监测仪表不全，尤其缺少显示锅炉经济运行参数的仪表。

因此，运行人员在调整锅炉时，往往由于缺少数据，不能对锅炉的运行状况随时做出准确判断并实行相应的运行调整，使锅炉处于最佳工况运行。

控制水平很低，很多锅炉仍为位式或开环控制，没有实现连续闭环控制，不能根据外界变化调节锅炉运行状态，无法使锅炉运行较快地适应工况的变动和处于持续稳定状态，锅炉运行效率的保证和提高受到了限制。

80年代中后期，随着先进的控制技术引入我国的锅炉控制以来，锅炉的计算机控制得到了很大的发展。

至90年代，锅炉的自动化控制已成为一个热门领域，利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的各种控制系统，己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中，并向新建炉体配套的方向发展，许多新的控制方法，诸如最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制等自动控制的最新成果也在锅炉自动控制中得到了尝试和应用。

但由于控制技术单一，或控制算法的建模往往不能反映真实的锅炉状况，导致在工程实践中并不怎么成功，不能产生很好的经济效益，挫伤了用户在工业锅炉上用计算机进行控制的积极性。

因此提高锅炉控制技术水平成为提高锅炉效率的重要手段之一。

如今在国外，锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制，在控制方法上大都采用了现代控制理论中的最优控制、多变量频域、模糊控制等方法，因此，锅炉的热效率较高、锅炉运行平稳，而且减少了对环境的污染。

目前，锅炉控制的难点主要集中在汽包水位控制和燃烧过程控制，而锅炉各种控制策略的研究工作也主要围绕这两个方面展开。

虽然国外控制科学与工程领域的学者对工业锅炉的控制策略作出了深入的研究，取得了一些成果，但仍存在一些问题。

1.2.2控制技术的发展趋势

现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，对生态环境的影响也日益突出，这些都对控制提出了越来越高的要求。

不仅如此，生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重要指标。

因此，仅用常规仪表己不能满足现代化企业的控制要求。

由于计算机具有运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等特点，已在过程控制中得到十分广泛的应用。

锅炉作为一种典型的生产过程，其自动控制水平已随着过程计算机系统的发展而发展。

从目前的趋势看，在大型企业中，过程控制计算机正成为一种把控制和管理融为一体的综合自动化系统。

它是在自动化技术，信息技术和各种工业生产技术的基础上，通过计算机和网络系统将整个单位全部生产活动所需的信息和各种分散的自动化系统有机的集成起来，形成一个能适应生产环境不确定性和市场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统，现已成为当前控制领域的一个重要研究方向。

现在，欧美大中型企业的过程控制领域中，PLC锅炉自动控制系统占有统治地位。

PLC锅炉自动控制系统被广泛应用于冶金、电力、钢铁、化工等连续过程控制的工业领域，系统从几百个点到上万个点的规模不等。

而国的许多企业也开始纷纷采用PLC系统进行控制，摆脱了过去依靠人力在仪表盘前监控、操作的落后手段，应用PLC锅炉自动控制系统对提高国工业自动化水平有着非常积极的意义。

在控制技术方面，近年来，为了获得更好的控制性能，把基于数学模型的控制技术和基于经验知识的控制技术相结合的集成控制技术受到了重视，获得了广泛的研究。

因此，锅炉的自动控制当前正朝着多学科结合的计算机技术的应用，管理控制一体化的趋势发展。

第2章锅炉的基本构造及其工作原理

2.1概述

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。

2.2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。

锅炉的主要设备包括汽锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧热备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃烧供给设备以及除灰除尘设备等。

汽锅：

由上下锅筒和三簇沸水管组成。

水在管受管外烟气加热，因而管簇发生自然地循环流动，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。

锅筒：

使自然循环锅炉各受热面能适应负荷变化的设备。

（需指出，直流锅炉无锅筒。

）

水冷壁：

主要是辐射受热面，保护炉壁的作用。

过热器：

是将气锅所产生的饱和真气急需加热为过热蒸汽的换热器。

过热器一般都装在炉膛出口。

省煤器：

是利用余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。

采用省煤器后，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，节省了燃料。

同时，由于提高了进入气饱的给水温度，减少了因温差而引起的汽包壁的热适应力，从而延长了汽包的使用寿命。

燃烧设备：

将燃料和燃烧所需的空气送入炉膛并使燃料着火稳定，充分燃烧.

引风设备：

包括引风机、烟道和烟囱等几部分。

用它将锅炉中的烟气连续排出。

送风设备：

包括有鼓风机和分道组成。

用它来供应燃料所需的空气。

给水设备：

由水泵和给水管组成。

空气预热器：

是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气，是一个换热器。

省煤器出口烟温度高，装上空气预热器后，可以进一步降低排烟温度，也可以改善燃料着火和燃烧条件，降低不完全燃烧所造成的损失，提高锅炉机组的效率。

水处理设备：

其作用是为清除水中的杂质和降低给水温度，以防止在锅炉受热面上结水垢或腐蚀。

燃料供给设备：

由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料供应。

除灰尘设备：

是手机锅炉灰渣并运往储灰场地的设备。

此外，除了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主气阀、排污阀和止污阀等,还有用来消除受热面上积灰的吹灰器，以提高锅炉运行的经济性。

图2.1为锅炉控制系统硬件组成图

汽包

煤斗

锅炉引风机

鼓风机

锅炉给水阀

给水调节阀

省煤器

蒸汽出口

空气

预热器

除尘器

汽水分界面

炉排

烟囱

图2.1锅炉控制系统硬件组成图

2.3锅炉的工作原理及工作过程

锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。

它通过没有或燃气等燃料的燃烧释放化学能，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机转变为电能，或通过汽轮电机转变为电能。

所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸汽的热能。

因此，近代锅炉亦成为蒸汽发生器。

锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：

燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程，水的汽化过程。

2.3.1燃料的燃烧过程

燃料煤加到煤斗中并落在炉排上，电机通过减速机、链条带动炉排转动，将燃料煤带入炉。

燃料煤一边燃烧一边向后移动，燃烧所需要的空气由鼓风机送入炉排中间的风箱后，向上通过炉排到达燃料燃烧层。

风量和燃料量成比例（风煤比），以便进行充分燃烧，形成高温烟气。

燃料煤燃烧剩下的灰渣，在炉排末端通过除渣板后排入灰斗,这一整个过程称为燃烧过