基于plc的锅炉控制系统设计毕业设计论文.docx

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基于plc的锅炉控制系统设计毕业设计论文

基于plc的锅炉控制系统设计

摘要

摘要也称内容提要，概括研究题目的主要内容、特点，文字要精练。

中文摘要一般不少于400字，外文摘要的内容应与中文摘要相对应。

关键词：

关键词1；关键词2；关键词3；关键词4

锅炉是工业生产中的重要动力设备之一，它的主要作用是在工业生产过程中作为热源和动力源，例如为蒸馏、化学反应、干燥蒸发等提供热能，为风机、压缩机、泵类提供动力。

随着工业的不断发展、规模不断扩大，生产过程不断的改革和强化，作为生产动力源的锅炉，也随着这些发展的需要而发展与改革，例如大容量多参数、高效率方向发展，以及从节能出发进行各种设备的改革。

同时，为了保证安全、稳定生产和节能，对锅炉的自动控制就成为非常不要。

循环流化床（CFB）锅炉由于其高效低污染、煤种适应性好、调负荷能力强、造价相对便宜、技术相对容易掌握等特点，已成为目前最为实际的煤清洁燃烧技术之一，得到了较快的发展。

国内外应用实践表明，与常规煤粉锅炉相比，采用这种技术可使燃煤电站锅炉排烟中S02和N0x等有害气体含量减少80％一90％左右，可有效减轻燃煤发电对于大气环境的污染，将对我国国民经济的发展和生态环境的保护均起到积极的作用

可编程序控制器（Programmablelogiccontoroller）简称PLC,是以微处理器为核心,用于工业控制的计算机,由于PLC广泛采用微机技术,使得PLC不仅具有逻辑控制功能,而且还具有了运算、数据处理和数据传送等功能。

目前城市供暖的锅炉在启停和运行的过程中都需要精确的实时控制，大多数锅炉系统的控制还采用继电器逻辑控制。

这类系统自动化程序很低,大部分操作还是由手动来完成,只能处理一些开关量问题,无法处理系统的模拟量,即使控制一些开关量,其电气线路复杂,可靠性不高,不便维护,实际锅炉系统控制中每台炉就需要一套继电器控制系统,而采用西门子S7－200系列可编程控制器设计的控制系统实现了循环流化床汽锅炉的自动控制，并实现了整个系统的优化控制。

Abstract

FudanUniversity,originallycalledFudanPublicSchool,itwasfoundedin1905inShanghai,nowisoneoftheleadinguniversitiesinChinawithalonghistoryandaninternationalreputationforacademicexcellence.Fudan,whichliterallymeansinChinese,"anewmorning,"wasnamedafteraquotefromtheConfucianclassic,ShangShu,whichwascompiledabouttwothousandyearsago.Thequotationreads:

"Brilliantarethesunlightandthemoonlight,Againthemorninggloryafteranight."Asafamousaphorism,thisquotationmeansthemakingofunremitting.

Keywords：

word1；word2；word3；word4

第1章绪论

锅炉燃烧自动控制系统设计的意义及内容

第2章TC

锅炉是国民经济中重要的供热设备。

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也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不相同。

锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地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。

通常，我们把用于动力，发电方面的锅炉称之为动力锅炉，把用于工业及采暖方面的锅炉成为供热锅炉，又称工业锅炉。

为了提高热及效率，动力锅炉向着高压，高温和大容量方向发展。

而供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水均不需要锅高温的压力和温度，容量也无需很大。

随着生产的发展，锅炉设备日益广泛的用于工业的各个部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一。

从量大，面广这一角度来说，除电力以外的各行业中，主要运行的始终是小型低压锅炉。

在我国社会主义现代化的建设中能源的增长大大落后于生产的增长。

在国民经济日趋进步的今天，国家要求工农业每年总产值翻两番，但能源只能翻一番，这就要求通过节能措施，以提高能源的有效利用，有效的弥补能源供应方面的缺口，这是一迫切的任务。

显然，面对量大，面广的供热锅炉，如何挖掘潜力，提高它的热效率，有着极为重要的实际意义。

此外，是锅炉能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并为满足环境保护的要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定输出及运行效率，安全可靠的供热等课题，所以我们需要研制锅炉燃烧自动控制系统，设计出一整套比较合理的锅炉运行设备。

通过加热炉热效率控制系统的调节，使燃料流量与空气流量调节回路参照各自对应的实测流量，在允许范围内变化，达到动态时，能维持燃料流量与空气流量恰当的关系，从而提高燃烧效率、节省燃料、起到节能、环保作用。

我国循环流化床锅炉的发展现状

循环流化床锅炉是近十几年发展起来的一项高效、低污染清洁燃烧技术。

因其具有燃烧效率高、煤种适应性广、烟气中有害气体排放浓度低、负荷调节范围大、灰渣可综合利用等优点，在当今日益严峻的能源紧缺和环境保护要求下，在国内外得到了迅速的发展，并已商品化，正在向大型化发展。

我国是产煤大国，也是用煤大国，一次能源结构中，煤炭占70％左右，优中质煤、劣质煤均丰富。

全国煤产量的25％是含硫量超过2％的高硫煤。

优质煤集中在华北、西北，劣质煤多分布在中南、西南地区。

目前积存下来的煤矸石达14亿吨，并以每年6千到7千万吨的数量增加。

与此同时，因煤燃烧每年有87％的SO2和67％NOX排入大气，造成严重的环境污染。

因此发展高效、低污染的清洁燃烧技术是当今社会持续发展的必然要求。

关于锅炉自动控制系统的发展趋势

八十年代初从美国成套引进大容量电站锅炉控制设备之前，我国的电站控制水平是非常低的，控制设备基本上是以DDZ-Ⅰ、DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ型等电动单元组合式仪表及继电器实现的保护逻辑为主。

由于生产技术、管理水平，特别是材料、电子元件和工艺上的落后，使得这些电站用仪表可靠性不高，加之品种不全，仪表生产厂只管配套不管用，不介入电站控制系统的设计，使得我国当时的自动化仪表行业无论在管理上还是在技术水平上都适应不了大机组安全可靠运行的要求。

八十年代初，作为国家十二项重大建设工程项目之一的300MW、600MW火电站项目开始启动，要求其控制系统由具有监控计算功能的计算机和能根据电网负荷调峰的协调控制系统组成，它的综合技术水平应相当于当时美国同类型电厂的实际装备水平。

其技术性能指标和复杂程度大大超越了国内当时的水平。

在当时的国务院重大办的领导下，在中央领导同志的直接关怀下，参加单位本着学习、引进、消化、吸收，最终实现国产化的原则开始了各方面工作。

随着我国从当时的美国燃烧工程（CE）公司引进亚临界控制循环锅炉制造技术，我们也从美国的几家公司引进了这种锅炉的自动控制设备，其中既包括控制策略（软件），也包括硬件。

引进技术的第一套300MW、600MW锅炉控制系统分别配套在山东石横发电厂和安徽淮南平圩发电厂的１＃机组上。

其中与锅炉紧密相关的控制系统有机炉协调控制系统（CCS），炉膛安全监控系统（FSSS），吹灰程控，炉膛火焰TV和汽包水位TV等。

在硬件方面，CCS选用的是美国FOXBORO公司的SPEC-200组件式仪表，FSSS选用的是美国CE公司的双列直插式CMOS集成电路构成的逻辑组件，吹灰控选用了美国CV公司的以INTEL8085单板机为中心的控制系统，炉膛火焰和汽包水位TV都是美国DIAMOND公司的产品。

这些设备在当时还是比较先进的，系统应用软件的设计理念至今仍在指导我们的实践。

近二十年来，电子技术有了突飞猛进的发展，分散型控制系统（DCS）以它强大的技术优势和良好的性能价格比正在逐渐垄断大型过程控制系统的市场。

DCS具有高可靠性、快速性、实时性和大容量的存储能力等特点，它的控制功能分散、显示操作集中、它有高速通信系统、软件可以生成，具有冗余度和自诊断功能。

在国外，美国、日本以及欧洲一些国家的几十个仪表或计算机公司在生产DCS，并已成功地应用在包括电力行业在内的工业生产的各个领域。

在国内，一些仪表公司和研究单位早已开始引进或代销DCS，并逐步形成合资经营、合资生产，以便向国内供货。

从近年来建设的一些大型火电厂项目来看，DCS大有集CCS、FSSS、数据采集和处理系统（DAS）、辅机程序控制系统（SCS）和汽轮机数字电液控制系统（DEH）五大控制系统于一身的趋势。

系统的经济可行性

目前单PLC的广泛应用及其产生的效益令人瞩目，它以其高性价比且应用领域广等诸多优点成为控制系统中采用最多的控制器，该系统正是采用PLC进行控制，另外，该系统在中所用到的变送器都是锅炉控制系统中常用的器件，便宜且可靠性能好。

因此，该系统具有结构简单、成本低，可靠性高等特点。

本套系统相对比其他控制系统来说，本系统的性价比远远高出市面上其它的控制系统。

本系统利用变频器实现鼓、引风机变频调速，避免看火工调节风门挡板以满足风量要求，节约了电能，降低看火工的劳动强度；利用PLC实现了远程控制变频器的频率给定，避免远距离使用电位器易受干扰的缺点，同时数字显示变频器的输出频率。

变频器实现电动机的软启动，避免接触器直接通断电动机运行电流，有效地减少接触器触头烧损等故障，同时实现变频器故障时的频/工自动切换，大大在地提高了设备运行的可靠性，取得较好的效果

第3章

系统设计的方案论证

循环流化床锅炉的结构与原理

2.1.1循环流化床的原理

图2.1循环流化床工艺流程图

粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程，称为流化过程。

流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其炉子称为流化床锅炉。

循环流化床锅炉是在鼓泡流化床锅炉技术的基础上发展起来的新炉型，它与鼓泡床锅炉的最大区别在于炉内流化风速较高（一般为4～8m/s），在炉膛出口加装了气固物料分离器。

被烟气携带排出炉膛的细小固体颗粒，经分离器分离后，再送回炉内循环燃烧。

循环流化床锅炉可分为两个部分：

第一部分由炉膛（快速流化床）、气固物料分离器、固体物料再循环设备和外置热交换器（有些循环流化床锅炉没有该设备）等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。

第二部分为对流烟道，布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等，与其它常规锅炉相近。

循环流化床锅炉燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成，炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。

由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛。

燃烧系统的流程：

原煤破碎，筛选后送煤斗，经计量式给煤机进入燃料室底，炉底来的一次风混合成，固流化燃烧。

二次风从燃烧室中下部补入，以提供进一步燃尽所需的空气。

石灰石粉经加料装置加入燃烧室主燃烧区，在料床温度为850℃~950℃的较佳脱硫温度下与硫反应，生成比较稳定的硫化钙，除去煤中的硫，大大减少烟气中SO2的排放量。

燃烧室出口装有4组高温分离器，用于分离烟气与未燃尽的粗颗粒。

分离出的颗粒经锥阀，根据控制床温，再热气温主参数的情况，调节直接返回锅炉的循环料量和经过加热器返回锅炉料量的比例。

调节装有中温过热器的回料锥形阀，用于调节锅炉料床温度。

尾部烟道布置有末级过热器，低温再热器，