锅炉 自动控制.doc

毕业设计指导书课题名称：锅炉控制系统的组态设计专 业 班 级 姓 名 设计日期 至 指导教师 2010、11毕业设计指导书2010、11一、设计课题: 锅炉控制系统的组态设计锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王6.5组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。二、设计目的：通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深自动控制原理、组态软件和过程控制等课程的理解，为今后工作打好基础。三、设计内容：掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王6.5”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。四、设计要求及方法步骤：1设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。（2）各控制画面要有手/自动切换。（3）掌握PID控制算法。2 运用的相关知识（1） 组态控制技术。（2） 过程控制技术。3 设计步骤：（1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。（2）设计各分系统的控制方案。（3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。（4）编写设计论文。五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。济南铁道职业技术学院毕业设计（论文）任务书班 级学生姓名指导教师刘勇设计（论文）题目锅炉控制系统的组态设计主要研究内容锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，本课题要求学生首先掌握锅炉系统的生产工艺，了解影响各个参数的因素，掌握控制系统的硬件配置、软件设计要点，掌握各个控制系统的设计方法、PID调节参数的方法。主要技术指标或研究目标1、查阅资料，真正掌握锅炉生产的工艺和各单元系统的控制要求，及参数要求。2、能利用组态王软件制作出监控画面，掌握“组态王6.50”的PID控件的用法。基本要求(1) 掌握锅炉设备的生产工艺要求；（2）了解利用“组态王6.5软件”设计系统的一般步骤；（3）掌握控制各分系统的实现手段；（4）应用“组态王”软件设计出监控软件；（5）掌握PID参数调整的方法。主要参考资料及文献1过程控制 金以慧等 清华大学出版社。2AE2000A系统说明书。 3组态控制技术 袁秀英编 电子工业出版社。4电站锅炉安全优化运行及标准规程应用手册陆青云 科大电子出版社。 锅炉控制系统的组态设计组态控制技术简介：组态技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控技术在结构上没有本质区别，它们都是由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构几部分组成。 显示器 键盘被控对象执行器I/O设备接口计算机传感器计算机控制系统按照设计方法的不同分为以单片机为核心的计算机测控系统、以plc(可编程控制器)为核心的计算机测控系统和以IPC为核心的计算机测控系统。利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的。组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业pc机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工控专用软件进行系统设计，软件周期大大缩短了。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程技术，就能很好地完成一个复杂工程所需要的所有功能。一般来说，只要采用IPC，选择通用接口部件和组态软件，这样构成的系统都是基于组态控制系统的。国内外许多自动化设备生产厂家生产了许多基于这种技术的DCS计算机系统，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等。这些系统提供各种工业PC机、I/O板卡、模块和专门针对自己系统的组态软件，供自动化系统设计人员组态选择。与各系统专用组态软件相对的是各种通用组态软件，常用的国产通用组态软件有微控可视组态、MCGS、Kingview（组态王）等。组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。自动化控制系统简介： 锅炉是石油化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的蒸汽不仅能够为工业生产的蒸馏、干燥、蒸发、化学反应等过程提供热源，而且还可以为压缩机、泵、涡轮机等提供动力源。锅炉是应用广泛的工业和民用设备，我国目前运行的多数锅炉由于控制水平不高，其效率普遍低于国家标准，大多数锅炉仍处于能耗高、环境污染严重的生产状态，每年因为热效率低而多消耗的标准煤近2000万吨。传统的手工仪表监控系统已不适应节能降耗的要求，当今大多数企业采用自动控制系统实现对锅炉的控制。 锅炉的种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油等为燃料的锅炉。所有这些锅炉，虽然其燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备主要工艺流程如图所示： 由图可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，生成饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉设备是重要的动力设备，对其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉产汽量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。1.0 锅炉设备的控制 1.0.1 锅炉汽包水位的控制汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过低或过高，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。如果水位过低，则因汽包内的水量加速减少，水位迅速下降，如果不及时控制，会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉的水冷壁烧坏，甚至引起爆炸；水位过高会影响汽包内的汽水分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢而损坏。由此可见，水位过低或过高时所产生的后果都是极为严重的，所以汽包水位操作的平稳显得尤为重要，必须严加控制。1.0.2. 锅炉燃烧系统的控制锅炉燃烧系统的控制与燃料种类、燃烧设备及锅炉的型式等有密切关系。燃烧过程自动控制的任务很多，其基本要求有三个： 保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自动增、减燃料量； 燃烧良好，供气适宜，既要防止由于空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失； 保证锅炉安全运行。保持炉膛一定的负压，以免负压太小，甚至为正，造成炉膛内的烟气往外冒出，影响设备和工作人员的安全；如果负压过大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加。1.0.3 蒸汽过热系统的控制蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器和二级过热器。其控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内，并保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。本设计详细叙述了35t/h工业链条炉的计算机控制系统的硬件及软件实现：1.1项目概述 某供热公司5号锅炉为35t/h工业链条锅炉，现对其进行自动化改造。主要技术指标及功能如下：（1） 保证锅炉汽包水位维持在15-30mm范围内运行；（2） 保证锅炉实现经济燃烧，运行过程中不出现冒黑烟现象；（3） 维持蒸汽压力在1.2-1.3Mpa,保证某集团的用汽需求，并且在运行过程中，保证炉排调节平缓，防止路链因突然加速而断裂；（4） 应用软件应有报警功能；（5） 应用软件应有报表功能；根据厂家的要求和报价，采用总线式工业控制系统来实现5号锅炉的自动控制。把工控机、组态王软件和变频器运用于5号锅炉控制系统，具备了传统计算机控制系统的低成本和易操作性，加之采用先进的控制算法，实现了锅炉节能高效运行。1.2 链条锅炉工艺简介链条锅炉是火床燃烧炉的一种，煤在水平运动的炉排上燃烧，空气经预热器从炉排下方自下而上引入。煤从煤斗落到炉排上，经过炉闸门时被刮成一定厚度后进入炉膛，煤在炉排上分段燃烧成渣，炉渣随着炉排转动排出。炉膛中燃烧的煤所释放的热量，被炉膛周围的水壁吸收进入而在汽包中达到汽水分离，高温高压蒸汽进入分汽缸通过换热站供给用户。燃烧产生的烟气被引风机带动经过省煤器、空气预热器换热后再经过除尘排入大气。工艺流程如图:锅炉自动运行的主要控制任务是：、保证汽包水位在规定的范围内；2、控制蒸汽压力的稳定；3、控制锅炉负压在规定的范围内；4、维持经济燃烧。 锅炉控制系统的主要变量表变量名称连接设备变量类型炉膛出口温度TIRAC101内存实型炉膛出口压力PIRAC101内存实型出水压力PIRAC102内存实型出口水温TIRAC102内存实型煤层厚度WET101内存实型补水箱水位LIA100内存实型引风门开度PV101内存实型循环泵水压控制输出PVD102内存实型鼓风门开度KV101内存实型引风控制输出PVD101内存实型给煤控制输出WVD101内存实型鼓风控制输出KVD101内存实型程控启炉指令KY101内存离散引风启动KD103内存离散给煤机启动KD104内存离散鼓风启动I/O整型煤状态I/O整型电机状态内存离散流水I/O整型送煤车I/O整型PID偏差前值内存实型增量PID输出值Stop内存实型PID积分系数内存实型PID比例系数内存实型PID微分系数内存实型PID偏差内存实型排渣机启动I/O整型出水压力给定内存实型炉膛出口压力给定内存实型鼓风风量给定内存实型炉温给定内存实型出口水温给定内存实型炉温回路切换指令内存离散炉压回路P内存实型炉压回路I内存实型炉压回路D内存实型循环水压回路P内存实型循环水压回路I内存实型循环水压回路D内存实型给煤回路P内存实型给煤回路I内存实型给煤回路D内存实型送风回路P内存实型送风回路I内存实型送风回路D内存实型炉压回路偏差前值内存实型炉压回路偏差前前值内存实型循环水压回路偏差前前值内存实型炉温给煤回路偏差前值内存实型炉温给煤回路偏差前前值内存实型送风回路偏差前值内存实型送风回路偏差前前值内存实型水温给煤回路偏差前值内存实型水温给煤回路偏差前前值内存实型bt1Close内存整型风I/O整型bI/O整型tI/O实型1.3各控制画面的制作 根据系统需要，共制作7个画面，系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等1.4 应用程序命令语言如下： PID偏差=炉膛出口压力给定-炉膛出口压力;PID偏差前值=炉压回路偏差前值;PID偏差前前值=炉压回路偏差前前值;PID比例系数=炉压回路P;PID积分系数=炉压回路I;PID微分系数=炉压回路D;增量PID输出值.Comment=start;引风控制输出=引风控制输出+增量PID输出值*3;炉膛出口压力=炉膛出口压力给定;炉压回路偏差前前值=PID偏差前值;炉压回路偏差前值=PID偏差;PID偏差=出水压力给定-出水压力;PID偏差前值=循环水压回路偏差前值;PID偏差前前值=循环水压回路偏差前前值;PID比例系数=循环水压回路P;PID积分系数=循环水压回路I;PID微分系数=循环水压回路D;增量PID输出值.Comment=start;循环泵水压控制输出=循环泵水压控制输出+增量PID输出值*3;出水压力=2.5*(循环泵水压控制输出-4)/16;循环水压回路偏差前前值=PID偏差前值;循环水压回路偏差前值=PID偏差;if(炉温回路切换指令=1)PID偏差=炉温给定-炉膛出口温度;PID偏差前值=炉温给煤回路偏差前值;PID偏差前前值=炉温给煤回路偏差前前值;PID比例系数=给煤回路P;PID积分系数=给煤回路I;PID微分系数=给煤回路D;增量PID输出值.Comment=start;给煤控制输出=给煤控制输出+增量PID输出值;炉温给煤回路偏差前前值=PID偏差前值;炉温给煤回路偏差前值=PID偏差;elsePID偏差=出口水温给定-出口水温;PID偏差前值=水温给煤回路偏差前值;PID偏差前前值=水温给煤回路偏差前前值;PID比例系数=给煤回路P;PID积分系数=给煤回路I;PID微分系数=给煤回路D;增量PID输出值.Comment=start;给煤控制输出=给煤控制输出+增量PID输出值;水温给煤回路偏差前前值=PID偏差前值;水温给煤回路偏差前值=PID偏差;PID偏差=鼓风风量给定-鼓风门