燃煤锅炉自动控制系统设计.doc

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西北工业大学明德学院本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

题目燃煤锅炉自动控制系统设计

专业名称机械设计制造及其自动化

学生姓名马锋

指导教师韦平顺

毕业时间2015年6月

设计

论文

毕业任务书

一、题目

燃煤锅炉自动控制系统设计

二、指导思想和目的要求

选题来源：

从前人的理论总结基础上派生、外延与升华出来的设想一定程度上减轻或解放大量劳动力的课题研究。

研究内容：

通过PLC及相关自动化控制器件实现燃煤锅炉的自动化控制。

研究方法上的要求：

所有设想及实践均要以生产实际情况为准。

期望实现的研究目标：

可以实现燃煤锅炉自动控制，减轻人工的劳动强度。

三、主要技术指标

1.输入/输出点数

可编程控制器的I/O点数指外部输入、输出端子数量的总和。

它是描述的PLC大小的一个重要的参数。

2.存储容量

PLC的存储器由系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器三部分组成。

PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。

3.扫描速度

可编程控制器采用循环扫描方式工作，完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期。

影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型。

PLC中CPU的类型、机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度。

4.指令系统

指令系统是指PLC所有指令的总和。

可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。

用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。

四、进度和要求

第1周至第2周

确定题目，查阅资料撰写并上交任务书及开题报告

第3周至第4周

系统相关技术和工具的撰写

第5周至第6周

对系统进行分析

第7周至第8周

对系统进行设计

第9周至第10周

系统各个功能实现及测试

第11周至第12周

完成毕业设计（论文）撰写，将最终版本提交指导教师进行评阅

第13周至第14周

根据指导老师意见修改并完成毕业设计，装订成册，上交作品

第15周至第16周

毕业设计答辩的准备及完成

五、主要参考书及参考资料

[1]王阿根.电气可编程控制原理与应用[M].北京：

清华大学出版社，2010.1

[2]常斗南.可编程序控制器原理应用试验[M].北京：

机械工业出版社，1998，8

[3]赵明，许寥.工厂电气控制设备[M].北京：

机械工业出版社，2004，5

[4]边春元.S7-300\400PLC原理于实际应用开发指南[M].机械工业出版社，2007

[5]裘旭东，徐健丰.基于PLC的XA62W型万能升降台铣床的技术改造［J］.煤矿机械，2007，28（12）：

150～152

[6]李明，徐向东.用容错技术提高锅炉控制系统的可靠性[J].清华大学学报，1999，（39）3，88-91

[7]王永平，陈建华.基于S7—200PLC的高性能电热锅炉控制系统[J].仪表技术与传感器，2002，（3）26-28

学生__________指导教师__________系主任___________

摘要

锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。

电力、机械、冶金、化工、纺织、造纸、食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。

各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小不尽相同。

锅炉是供热之源，锅炉及其设备的任务在于安全，可靠，有效把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。

为了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。

随着现代工业技术的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高。

锅炉作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一，其控制和管理的水平也日趋提高。

但在我国，大部分锅炉还采用仪表和继电器控制，甚至人工操作，已无法满足生产需求。

因此，对锅炉控制系统采用先进的控制技术，不仅能够保证安全生产，而且能够节能增效，具有很好的市场发展空间和投资收益前景。

本论文的主要方向就是采用PLC对工业锅炉进行控制。

介绍了工业锅炉的系统组成及选择的控制系统，在设计中主要通过两块温控表分别对环境温度和锅炉回水温度进行检测。

设计中最为核心的器件是PLC温度-开关量反馈给PLC，PLC控制锅炉的引风机、鼓风机、送煤机、炉渣输送传送带、炉膛拨炉渣叉子和刮板、锅炉的上水阀、热水输送泵等；PLC监测启停按钮是否按下、环境温度和锅炉回水温度、锅炉的水位（分高、中、低）等。

温控表将检测的温度值送到LED显示器，,并以开关量的形式送到PLC。

各部分的工作状态用指示灯来显示。

整个系统的软件编程就是梯形图语言对实现其控制功能。

整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，在较好的满足了现代生产能和科研的需要，大大减轻了人工劳动强度。

关键字：

锅炉，PLC，温控表,LED显示器

Abstract

Boileristhenationaleconomyoneofthemainheatingequipment.Electrical,mechanical,metallurgical,chemical,textile,paper,foodandotherindustrialandcommercialheatingneedstosupplyalotofsteamboilers.Variousindustriesofdifferentnatureandscaleofproduction,industrialandcivilvarythesizeofheating.Boileristhesourceofheat,boileranditsequipment'smissionissafe,reliableandeffectiveconversionofthefuel'schemicalenergyintoheatenergy,thustheheattransferwatertoproducehotwaterandsteam.Inordertohaveaspecialproductionprocessrequirements,theproductionofhotwaterwithoutthepressureandtemperature,capacity,andwithoutgreat.

Withtherapiddevelopmentofmodernindustrialtechnology,energyefficiencyhavebecomeincreasinglydemanding.Theboilerastheprimaryenergyintosecondaryenergyisoneoftheimportantequipment,thecontrolandmanagementlevelsisrising.ButinChina,mostoftheboileralsousesinstrumentsandrelays,orevenmanually,beenunabletomeetproductionneeds.Therefore,theboilercontrolsystemusesadvancedcontroltechnology,notonlytoensuresafetyinproduction,butalsoenergyefficiency,withgoodmarketprospectsfordevelopmentandinvestmentincome.

ThemaindirectionofthispaperistheuseofPLCcontrolforindustrialboilers.Describesthecompositionofindustrialboilersystemsandthechoiceofcontrolsystem,mainlyinthedesignwaterleveldetection,temperaturedetection,pressuretesting,waterpumpauto/manualcontrolseveralcomponentstoachievetheautomaticboilercontrolsystem.MCGSconfigurationsoftwaredesignandusingthemonitorscreen.

KEYWORD:

boiler，PLC，LED

目录

第1章前言 1

1.1选题背景及意义 1

第2章锅炉的基本构造及其工作原理 2

2.1概述 2

2.2锅炉的基本构造 2

2.3锅炉的工作原理及工作过程 4

第3章燃煤锅炉控制系统及其选择的控制方式 4

3.1蒸汽温度控制系统 4

3.2蒸汽压力控制系统 5

3.3汽包液位控制系统 6

3.4炉膛负压控制系统 6

3.5串级控制系统的参数整定 7

第4章锅炉自动控制系统的硬件设计 8

4.1总体设计思路 8

4.2系统结构 8

4.3控制器选型及配置 10

4.4I/O地址分配表 11

4.5系统主电路的设计 12

4.6系统控制电路的设计 14

4.7补水泵控制系统 16

4.8给水泵控制系统 18

4.9变频器的选型 19

4.10传感器的选型 22

第5章锅炉自动控制系统的软件设计 24

5.1PLC控制流程图 24

第6章全文总结 30

参考文献 31

致谢 32

毕业设计小结 33

附录 34

第1章前言

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年内，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内，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