西南科技大学--基于MCGS的锅炉温度控制系统设计.doc

西南科技大学--基于MCGS的锅炉温度控制系统设计.doc

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西南科技大学

专业方向设计报告

课程名称：

自动化专业方向设计

设计名称：

基于MCGS的锅炉温度控制系统设计

姓名：

赵XX

学号:

2010XX

班级：

自动10XX班

指导教师：

王顺利

起止日期：

2013.10.20——2013.11.15

西南科技大学信息工程学院制

20

方向设计任务书

学生班级：

自动10XX班学生姓名：

赵XX学号：

2010XXXX

设计名称：

基于MCGS的锅炉温度控制系统设计

起止日期：

2013.10.20——2013.11.15指导教师：

王顺利

设计要求：

（指导教师给出的具体设计要求）

采用北京昆仑公司的MCGS工业控制组态软件，通过RS232/RS485转换器使PC机与选定下位机（PLC）进行通信。

能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、工艺过程实时监控、趋势曲线等功能。

分析相关控制参数并设置的整个控制系统。

1、系统结构的整体设计

1）设计控制系统硬件结构；

2）针对具体的相关环节设计对相关器件进行选型，要求测温范围为0-100℃，选择合适类型的检测元件；

3）根据要求绘制系统控制流程图。

2、程序设计与实现

设计控制程序实现对锅炉温度控制并进行模拟显示，有效考虑反馈调节。

3、课程设计论文应完成的工作

论文摘要，中英文均要求。

关键词（3—5个），中英文关键词。

前言、方案论证及方案选择、系统的硬件、软件设计或实验模拟分析、调试及结论、致谢、参考文献

方向设计学生日志

时间

设计内容

2013.10.20—2013.10.25

查阅MCGS相关资料，了解MCGS基本操作及如何与PLC通信

2013.10.25—2013.10.27

对PLC、MCGS、传感器、可控硅执行机构进行分析

2013.10.27—2013.10.29

进行系统硬件连接

2013.10.29—2013.11.02

测试传感器、执行机构是否正常，有无偏差

2013.11.02—2013.11.04

编写程序

2013.11.04—2013.11.06

整定参数

2013.11.06—2013.11.08

整理资料，编写设计报告

基于MCGS的锅炉温度控制系统设计

摘要：

锅炉是工业生产中主要的供热设备。

电力、机械、冶金、化工、民用都需要锅炉提供热量，但是根据行业的不同，对锅炉的大小规模不尽相同。

作为重要的工业设备，在保证其安全和稳定运行的情况下则应考虑其自动生产，提高自动运行能力及工作效率。

本设计基于AE2000B实验设备上模拟现场锅炉温度控制系统，通过西门子S7-200PLC作为控制器，MCGS作为上位机，通过通信链接对锅炉温度进行实时监控，同时设计系列联锁，保证系统安全运行。

关键词:

锅炉温度AE2000BPLCMCGS

BasedontheMCGSboilertemperaturecontrolsystemdesign

Abstract：

Theboileristhemainheatingequipmentintheindustrialmanufacture.Theelectricpower,themachinery,themetallurgicalindustry,thechemicalindustryandthecivilallneedtheheattheboileroffers.However,accordingtodifferentindustries,Thesizeoftheboilervariesfromonetoanother.Asanimportantindustrialequipment,ifwecouldensureitssafeandstableoperation,weshouldconsideritsautomaticproductionandimprovetheautomaticabilityanditsworkingefficiency.ThisdesignisbasedonAE2000BexperimentaldevicetosimulatethespotboilertemperaturecontrolsystembyusingtheSiemensS7-200PLCasthecontrollerandtheMCGSasuppermachine.Meanwhile,thecommunicationlinkwillsupervisetheboilertemperaturetimelyandtheinterlockingserieswillguaranteethesafeoperationofthesystem.

Keywords:

boilertemperatureAE2000BPLCMCGS

1设计目的和意义

锅炉生产在国民是工业中占据着重要的地位，早期的锅炉自动化程度很低，监控系统不完善，导致系统故障不断，但是锅炉因为适合各种行业仍然被广泛使用，锅炉的广泛使用使锅炉现代化成为必然。

锅炉现代化的管理不但需要安全、高度自动化的控制方案，还需要考虑高效、节能、环保等方面的因素。

所以对于锅炉的自动运行这一方面还需要我们做控制的人不断的研究和探索，力争将锅炉实际运行生产达到安全、高效的高度。

本设计通过用PLC作为控制器，PID算法作为灵魂，对锅炉温度控制系统的设计，力争使锅炉控制系统结构简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，同时增强控制系统的响应速度和稳定性，使锅炉控制系统的先进性整体提升。

2控制要求

采用北京昆仑公司的MCGS工业控制组态软件，通过RS232/RS485转换器使PC机与选定下位机（PLC）进行通信。

能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、工艺过程实时监控、趋势曲线等功能。

分析相关控制参数并设置的整个控制系统。

3设计方案论证

3.1锅炉部分分析

构成锅炉的温度控制方法有很多种，但基本都是基于锅炉的给热量和散热量平衡的关系来确定的，当给热量和散热量平衡时炉温保持在给定的范围内。

当某种因素出现变动时，从温度传感器采集的实际温度与给定温度进行比较，得到两者的差值，即偏差。

控制器根据实际偏差值的具体情况按照指定规律发出相应信号，控制被控量的大小，使温度恢复到给定值的范围内，从而实现对温度的自动控制。

根据不同类型的锅炉以及现场的具体情况有不同的控制方法。

从用途就可分为生活锅炉、工业锅炉、电站锅炉。

生活锅炉主要是在低压情况下运行，为日常生活提供热水，亦可称为热水锅炉，本设计即为此类锅炉的缩影；工业锅炉基本在高压下进行生产，其需要提供大量热量；电站锅炉主要是将水加热到高温高压的蒸汽状态，从而驱动汽轮机，进行发电，亦可成为蒸汽锅炉。

另一方面主要从燃料的角度区分锅炉，主要有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电加热锅炉等。

基于燃煤、燃油、燃气的三类锅炉均需要空气做助燃剂，当燃料与空气的比值适合时才能发挥最大的能效，因此此类控制系统必然会用到比值控制等复杂算法，同时燃烧的过程复杂、干扰多，还需要对烟气含氧量、炉膛火焰等情况进行监控，故而此类燃烧方式的锅炉大多需要复杂、精确地设计、调试验证及试运行后才能投入到现场生产中；电加热锅炉因为其提供能量方式单一，调节加热器的电流或者电压大小即可对炉温进行控制，同时延迟不大，能源使用率较高等因素被受亲睐，但是其能提供的能量较少因此使用的规模不大。

表1不同燃料的锅炉性能分析

燃煤锅炉

燃气锅炉

燃油锅炉

电加热锅炉

锅炉效率

80%以下

90%

85%

100%

助燃剂

空气

空气

空气

无

备注

技术成熟、首次投资小、烟气污染大但是提供能量多，适合电厂蒸汽锅炉等规模较大场合

技术成熟、天然气需要储罐或者管道运输、燃料成本高

技术成熟、重油需储罐、烟气需要脱硫、燃料成本高

供热较小、无污染、适合小规模场合使用

基于实际条件及控制要求，本设计选择在AE2000B型实验装置下的电加热型热水锅炉作为对象。

AE2000B型过程控制实验装置是浙大中控根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS（分布式集散控制系统），经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。

AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1～5V、电流4～20mA。

3.2控制器分析

由于实际的工业现场情况复杂，干扰较多，因此在控制器方面因选择抗干扰能力强、运行稳定的控制器，综合单片机、PLC等控制器的特点，本设计选择西门子S7-200型PLC作为控制器。

常用的西门子S7-200系列的PLC有224或226，本次设计选用224作为控制器。

西门子S7-200系列PLC作为西门子推出的小型PLC，拥有体积小、通讯开放、程序和数据存储器较大、集成的RS485接口、扩展性良好、指令功能强大等特点，被广泛用于工业生产现场的小规模控制系统。

表2控制器选型分析

单片机

PLC

价格

便宜

贵

功能

随意开发

部分受限

稳定性

相对较差

好

其他

学习相对复杂、抗干扰能力弱、造价低

学习简单、工程造价高、抗干扰能力强、可靠

3.3组态软件分析

组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。

是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。

组态软件，又称组态监控软件系统软件。

它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。

它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

目前常用的组态软件有西门子的WINCC、北京昆仑的MCGS、亚控的组态王、北京三维的力控，国外的组态软件大多只针对自己的PLC，而国内的组态软件基本能与几大主流的PLC进行配合使用。

表3主要组态软件情况对比

WINCC

MCGS

组态王

力控

所属公司

西门子

北京昆仑

亚控科技

北京三维

属性

国际产品

国内产品

国内产品

国内产品

知名度

较早出现

国内组态第二品牌

国内最早，装机量最多的组态软件

近几年发展的产品

兼容性

支持西门子产品

兼容性强

兼容性强

兼容性强

其他

软件加密不够严密，国内盗版