锅炉温度串级控制系统的设计说明书
毕业设计18锅炉温度串级控制系统
由于本次设计选用的是电阻丝加热炉，属于电加热形式， 应该选择温度控制器作为执行机构，选用对应的MJYD-JL20型单相交流模块。 PLC控制器输出的数字量经过D/A转换成温度控制器可识 别的模拟电压信号后，根据不同的电流值，MJYD-JL-20型 单相交流模块输出相应的电压值从而控制电阻丝两端的电 压值，达到调节温度的目的。
致谢
这次毕业设计是我在大学里过得最充实、 最有意义、最开心的一段经历，让我为大 学画出了一个圆满的句号。感谢老师，感 谢同学，感谢在设计过程中所有帮助过我 的人！
ＭＡＤＯ２接线图
输出接线图
CPM1A-MAD02-CH 屏 蔽 电 缆 + V+ 电 压 输 出 电压输入 屏蔽电缆
输入接线图
CPM1A-MAD02-CH V+ 250E I+
+
I+ 电 流 输 出
_ COM 10K 0V
COM
+
V+
0V
电流输入 _ FG
I+
COM
250E
FG
10K 0V
执行器的选择
系统硬件的设计
温度检测电路单元
PLC及其配套的MAD02
执行器的选择 系统电气原理图
温度检测电路单元
JCJ100G接线示意图
PLC及其配套的MAD02
在本次设计中选用的是日本OMRON（立石）公司推出的 CPM2A型可编程控制器，型号为CPM2A-40CDR-A 。
在本次设计中，需要进行温度信号的采集，但采集过来的 信号为模拟信号，而PLC所能存储并进行处理的信号为数 字信号，因此，需要对采集到的温度信号，进行相应的模 数转换，以便实现锅炉温度的串级控制。相应地，PLC输 出的为数字信号，必须进行D/A转换形成模拟量才能实现 对执行器的控制。由于本次设计选用PLC作为控制工具， 所以应选择转换模块或与所选用PLC相配套的器件。因此 本次设计选用CPM2A—MAD02作为本设计中的A/D、D/A 转换器件。
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明
管式加热炉温度温度串级控制系统的设计说明一、引言二、系统结构温度串级控制系统主要由上位机、温度传感器、控制器、执行机构等组成。
1.上位机：负责启动和监控系统运行，提供温度设定值和参考模型，按照系统控制算法生成控制指令发送给下位控制器。
2.温度传感器：负责实时采集管式加热炉内的温度数据，并将其传输给控制器进行处理。
3.控制器：根据上位机提供的设定值和参考模型，根据传感器采集到的温度数据进行处理，生成控制指令并发送给执行机构。
4.执行机构：根据控制器发送的控制指令，调节管式加热炉内的加热功率或其他参数，以实现温度控制。
三、温度控制策略1.温度设定值的调整：上位机会根据需要设定管式加热炉内的目标温度，并将其发送给控制器。
控制器会根据设定值和参考模型，生成合适的控制指令来调节温度。
2.温度比例控制：控制器会根据当前温度和设定值之间的差异，生成一个控制量来调节加热功率，使加热炉内的温度趋近于设定值。
3.温度积分控制：为了消除静态误差，控制器会根据温度偏差的积分值生成一定的控制量，以提高系统的稳定性。
4.温度微分控制：为了快速响应温度变化，控制器还会根据温度变化的速率生成相应的控制量。
四、系统性能指标1.温度响应时间：系统需要具备较快的响应时间，即加热炉内的温度能够尽快达到设定值。
2.温度稳定度：系统应当保持较好的温度稳定度，即经过一定时间后，温度偏差应尽可能小。
3.抗干扰能力：系统需要具备较好的抗干扰能力，对于外界干扰因素的影响应尽可能小。
五、系统设计优化1.选择合适的温度传感器：合适的温度传感器能够提供准确的温度数据，为控制系统提供可靠的输入信号。
2.高性能控制器的选择：通过选用性能较好的控制器，能够提高控制系统的稳定性和响应速度。
3.优化控制策略：通过合理选择温度比例、积分和微分参数，能够提高控制系统的性能。
4.加入滤波器和抗干扰装置：通过加入合适的滤波器和抗干扰装置，能够降低系统对外界干扰的敏感度，提高系统的抗干扰能力。
锅炉温度串级控制系统的设计说明书
1 前言 (1)2 控制系统的总体方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 控制方式的确定 (2)2.3检测元件和执行机构的选择 (3)2.4微型计算机的选择 (4)2.5输入输出通道及外围设备的选择 (6)2.6系统的原理框图 (6)3 控制算法的选择和参数计算 (8)3.1 控制算法的选择 (8)3.2 参数的计算 (8)4系统硬件设计 (16)4.1概述 (16)4.2 系统的硬件设计 (16)4.3系统电气原理图 (33)4.4 元器件明细表 (34)5 软件程序的编制 (35)5.1概述 (35)5.2程序流程图 (35)5.3 地址分配 (40)5.4程序设计 (40)6 控制系统的调试与实验 (42)6.1单元电路调试 (42)6.2 程序调试 (42)6.3 系统调试 (43)6.4 系统实验和结果分析 (43)7 设计总结 (44)7.1 系统具备的主要功能 (44)7.2 系统的测量精度 (44)7.3 存在的问题及改进措施 (44)参考文献 (46)致谢 (47)1 前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常必要的。
而锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。
由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。
本设计以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID 算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制[2]。
基于PID调节的锅炉温度串级控制系统设计
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ． Ｐ Ｉ Ｄ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ． ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｐ ｕ ｙ ｔ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ
ｂａｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏｌ ｐｒ ｏ ｃｅ ｓ ｓ ． ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｃａ ｎ ｗｏｒ ｋ ｉ ｎ ａ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ａｔ ｅ． ｉ ｍ ｐｒ ｏｖ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐｒ ｅｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ， ａｔ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ ．
ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｆ ｌ ｏ ｗ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｍｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｓ ｃ ａ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ 。 ｂ ｙ
《 工业控制计算机） ２ ０ １ ６年第 ２ ９卷第 １ ２期
６ ９
锅炉温度控制系统设计
XXXXXXXX大学本科生过程控制课程设计说明书题目：热电厂锅炉炉膛温度控制系统的设计学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：摘要锅炉是热电厂重要且基本的设备 ,其最主要的输出变量之一就是主蒸汽温度。
主汽温度自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内 ,以确保机组运行的安全性和经济性。
如果该温度过高 ,会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快 ,降低使用寿命。
若长期超温 ,则会导致过热器爆管 ,在汽机侧还会导致汽轮机的汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的寿命缩短 ,甚至损坏;假如该汽温过低 ,会降低机组的循环热效率 ,一般汽温每降低5 ℃～10 ℃,效率约降低1 % ,同时会使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加 ,引起叶片磨损;当汽温变化过大时 ,将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳 ,还将引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化 ,甚至产生剧烈振动 ,危及机组的安全 ,所以有效精准的控制策略是十分必要的锅炉炉膛温度的控制效果直接影响着产品的质量，温度低于或者高于要求时都不能达到生产质量指标，有时甚至会发生生产事故，此设计控制以锅炉炉膛温度为主控参数、燃料和空气并列为副被控变量设计热电厂锅炉温度控制系统，以达到精度在正负5 ℃范围内。
关键词：热电厂；锅炉；炉膛温度；串级控制目录引言 (4)第一章热电厂的工艺流程及要求 (5)第二章锅炉的工艺流程及控制要求 (7)2.1锅炉的工艺流程 (7)2.2锅炉的控制要求 (8)第三章锅炉炉膛温度的分析 (8)第四章锅炉炉膛温度控制系统的设计 (12)4.1炉膛温度控制的理论数学模型 (12)4.2炉膛温度控制方法的选择 (12)4.3 系统单元元件的选择 (12)4.3.1温度检测变送器的选择 (12)4.3.2流量检测变送器的选择 (14)4.3.3主、副调节器正反作用的选择 (15)4.3.4主、副回路调节器调节规律的选择 (16)4.3.5控制器仪表的选择 (16)4.3.6控制阀的选择 (18)第五章锅炉炉膛温度控制系统的工作原理 (19)第六章总结 (20)参考文献 (21)引言随着现代工业生产的迅速发展,对工艺操作条件的要求更加严格,对安全运行及对控制质量的要求也更高。
基于PLC和组态技术的锅炉水温串级控制系统设计
2011 届毕业设计说明书基于PLC和组态技术的锅炉水温串级控制系统设计摘要本设计论述了基于PLC和组态技术的锅炉内胆水温和夹套水温构成的串级控制系统的设计过程。
下位机编程软件采用SIEMENS公司的STEP 7软件，选用西门子S7-400PLC控制锅炉温度的控制系统，介绍了西门子S7-400PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。
上位机组态画面软件采用SIMATIC WINCC，对其进行了简单介绍，并详细介绍了项目的创建、变量的新建、画面的组态。
上位机进行程序编写实现控制，下位机组态画面，建立人机界面，进行远程控制。
锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点，采用传统的控制方法所得到的控制量的控制品质不高。
锅炉内胆与夹套构成串级控制。
由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果。
串级控制中的主副回路是控制夹套和内胆的温度，温度是一个多变且不易控制的量，而PID控制在这方面具有突出的优点，很适合采用PID控制技术。
综合以上得到一个品质比较高的控制系统。
关键词PLC；组态技术；串级控制；锅炉水温；PID控制ABSTRACTThis design is discussed based on PLC and configuration technology of water temperature and clip boiler water tank consists of cascade control system design process. Lower level computer programming software using the SIEMENS company's STEP 7 software, choose SIEMENS s7-400plc control boiler temperature control system, introduces SIEMENS s7-400plc and system hardware and software, and the specific design process. Upper unit used in the software configuration screen WINCC, the SIMATIC simply introduced, and introduces the creation, variable of project construction, picture configuration. PC for programming realize control, lower frame) unit, establish normal screen man-machine interface, carries on the remote control.Boiler water temperature with nonlinearness, time delay and asymmetry wait for a characteristic, USES the traditional control method can get control portion control quality is not high. Boiler of the bladder and clip constitutes a cascade control. Due to the cascade control has effectively improve the dynamic characteristics, improve process working frequency, reducing the time constant and accelerate equivalent process characteristic, the response speed of the controlled system in overcome delay to the good result is achieved. Cascade control the principal deputy loop is control of the temperature of the clamping and bladder, temperature is a variable and not easy to control, and the amount of PID control in this respect has outstanding advantages, very suitable PID control technology. Comprehensive above gets a quality higher control system.Key words plc；configuration technology；cascade control；boiler water temperature；pid control目录1 引言 (4)1.1 系统的设计背景 (4)1.2 系统设计内容及技术要求 (5)1.3 系统的设计原理 (5)1.4 系统的整体设计方案 (6)2 串级控制系统设计 (7)2.1 串级控制系统的概述 (7)2.2 PID控制系统的简介 (8)2.3 PID控制器的参数整定 (10)3 硬件系统设计 (13)3.1 PLC的基本介绍 (13)3.2 S7-400简介 (14)3．3 其它器件介绍 (16)4 STEP 7简介及组态硬件、程序编写 (18)4.1 STEP 7简介 (18)4.2 STEP 7项目的创建 (20)4.3 组态硬件 (22)4.4 SETP 7编程介绍 (25)4.5 变量及系统程序 (26)5 WINCC简介及人机界面组态 (33)5.1 WinCC简介 (33)5.2 WinCC系统功能 (34)5.3 WinCC的项目创建及组态方法 (35)6 控制系统整体调试 (46)6.1 系统整体测试 (46)6．2 系统测试的结果 (47)结束语 (48)参考文献 (49)致谢 (51)1 引言1.1 系统的设计背景自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。
管式加热炉出口温度串级控制系统设计说明
课程设计任务书1. 设计目的：L・・・・ VV・・■・R ■・・・ VV・・BTe ■・W ■・・・ VV・・■・R ■・・・ VT・・■・STB・・・ VT・・■・W ■・STB・・・・ VT・・■・R ■・STB・・・・ VT・・■・R ■・STB・・・・ VT・・■・VT ■・STB・・・・ VT・・■・VV ■・STB・・ n ・・ VT・（1）培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识，结合毕业实习中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计一个过程控制系统的能力。
（2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。
（3）培养学生独立工作能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（4）培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；（5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。
2. 设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：* ■・・■・・・■■■・・■*・■・!■■■■・・P ■・・■・・・■*■!・・■«■・■-■!■・・2・・・*・・・■■■・・■ n ■・■■■!■・・*■・・ H ・・■*■■ ・・■*・■・■■■!■・・*■・・*・・・・^|・・■ W ■・■■■!■・・*■・・ H ・・・^|・・■ W ■・■■■!■・・*■・・■■・・・―^ ・・■ n ■・■■■!■・・0T・・・ H ・・・^!・・■■・■■■!■・・*■・・ H ・・・^!・・■ n ■・■*■!■・・H ・I 经过《过程检测仪表与控制》课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。
在此基础上，针对实践环节中的被控对象（控制装置），独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控制效果。
加热炉温度串级控制系统说明书
设计说明书1加热炉的简介1.1加热炉的基本构成与组成加热炉是一种直接受热加热设备主要用于加热气体或液体，所用燃料通常有燃料油和燃料气。
加热炉的传热方式以辐射传热为主。
加热炉一般由辐射室、余热回收系统、对流室、燃烧器和通风系统等五部分组成。
（1）辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。
这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。
（2）余热回收系统：用以回收加热炉的排烟余热。
有空气预热方式和废热锅炉方式两种方法。
（3）对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。
（4）燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。
（5）通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。
其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙（内衬）、燃烧器、孔类配件等。
1.2加热炉温度控制系统工作原理加热炉温度控制系统原理图控制原理图如上所示，加热炉的主要任务是把物料加热到一定温度，以保证下一道工序的顺利进行。
燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，物料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度。
在燃料油管道上装设一个调节阀，物用它来控制燃油量以达到所需出口温度T1的目的。
1.3加热炉出口温度控制系统设计目的及意义加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于加热炉具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。
同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。
加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。
因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。
另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。
1.4加热炉温度控系统工艺流程及控制要求加热炉的主要任务是把原制油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。
蒸汽锅炉PID温度控制系统设计说明书
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
锅炉是一个具有多输入、多输出且变量之间相互关联 的被控对象。 过热蒸汽温度控制系统：主要使过热器出口温度保持 在允许范围内，并保证管壁温度不超过工艺允许范围；
过热蒸汽温度控制对象的动态特性
过热汽温调节对象 的扰动主要来自三 个方面：①蒸汽流 量变化(负荷变化)； ②加热烟气的热量 变化；③减温水流 量变化(过热器入口 汽温变化)。通过对 过热汽温调节对象 作阶跃扰动试验， 可得到在不同扰动 作用下的对象动态 特性。
被控对象建模
在单回路控制系统中，控制减温水流量，实际上是改变过热器 出口蒸汽的热能，也就控制了出口蒸汽温度
期间，主回路基本上不参加动作，可按单回路系统的整定方法整定副调节 器 采用逐次逼近法 副回路属于二阶模型采用Ziegler-Nichols，主回路采用临界比例法整定 首先对副回路：
控制系统参数的整定
按照S曲线大致可以求出延时时间L=0.65、放 大系数K=0.53和时间常数T=51.114
WT 2(S) 为 P 调节器，其传递函数为：WT 2(S) KP2 ； 调节阀以及温度测量变换单元的传递函数： Kf =1；Wm1(S) Wm2(S) 1; f (t)、g(t) 分别为减温水流量扰动以及蒸汽流量扰动；
仿真分析
Simulink仿真图
控制系统参数的整定
（1）先整定副调节器（p） 当副回路受到阶跃扰动时，在较短时间内副回路控制过程就告结束。在此
被控对象建模
根据在减温水量扰动时，过热蒸汽温度有较大的容积迟延， 而减温器出口蒸汽温度却有明显的导前作用，完全可以构成 以减温器出口蒸汽温度为副参数，过热蒸汽温度为主参数的 串级控制系统
加热炉温度串级控制系统设计
加热炉温度串级控制系统设计引言：加热炉是工业生产中常用的设备之一，用于加热物体到目标温度。
为了确保加热炉的温度能够稳定地达到所需温度并且尽量减小温度误差，本文将就一种串级控制系统的设计进行阐述。
串式控制系统使用了两组控制器，一个主控制器 (Master Controller) 和一个从控制器 (Slave Controller)，通过对系统的不同层次进行控制，实现了温度的快速、准确地调节。
本文将针对主控制器和从控制器的设计进行详细说明。
一、主控制器设计：主控制器的作用是通过对从控制器的输出进行调节，以实现加热炉温度的稳定。
主控制器采用PID控制算法，其中P代表比例控制，I代表积分控制，D代表微分控制。
PID控制算法充分考虑了温度调节系统的动态和静态特性，并能够在不同的工作条件下自动调整参数，以保证系统的稳定性和快速响应。
在主控制器设计中，首先需要确定温度传感器的位置，将温度传感器安装在加热炉的合适位置，以获取准确的温度信息。
接下来，需要对主控制器的参数进行设置。
主控制器的参数设置对系统的稳定性和响应时间有着重要影响。
在设置主控制器的参数时，可以采用经验法或者试探法。
经验法是根据历史数据和经验对主控制器参数进行初始化，然后通过不断实际运行和调节参数，直到系统达到理想状态。
试探法则是在实际运行过程中，逐步调节参数，观察系统响应并作出相应调整。
两种方法都可以达到主控制器参数的最优化，但试探法的调试过程可能会相对较长。
二、从控制器设计：从控制器的作用是根据主控制器的输出对加热炉的加热功率进行调节。
从控制器也采用PID控制算法来实现。
从控制器的设计需要考虑如下因素：1.从控制器对主控制器的输出进行调节，以实现稳定的加热功率控制。
根据实际需要和经验，设置从控制器的参数，使得从控制器能够快速、准确地响应主控制器的输出。
2. 考虑到加热炉的动态特性，可以利用先进的控制算法，如模型预测控制 (Model Predictive Control)等，将从控制器的参数调整为非线性和时变的。
电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计
本科毕业设计论文题目电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业设计任务书一、题目电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计二、指导思想和目的要求通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。
要求在毕业设计中：1.分析研究火力发电厂锅炉蒸汽温度控制要求，特点及控制系统设计方法，设计电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统，达到要求的主要技术指标；2.开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，进行温度控制系统分析；3.设计串级控制系统控制规律，进行参数整定；4.进行数学仿真，验证设计；5.撰写毕业设计论文。
三、主要技术指标1．350MW机组锅炉过热蒸汽温度保持在00C±；5505在减温水流量变化时，锅炉过热蒸汽温度控制系统能稳定运行，衰减系数9.0ϕ；=75~.02．过程动态性能指标为：1)温度波动最大偏差不超过04C；2)过渡过程时间不大于min2；3. 锅炉稳定运行时，过热蒸汽温度应在给定值的02C范围内四、进度和要求1.1-3周：收集查阅资料；2.4-6周：完成总体方案设计和建模；3.7-8周：完成系统分析和控制规律设计；4.9-11周：完成仿真验证及修改；5.12-13周：完成毕业设计论文.五、主要参考书及参考资料⑴金以慧等，《过程控制》，清华大学出版社，2000年；⑵张栾英，孙万云，《火电厂过程控制》，中国电力出版社，2004年；⑶于希宁，刘红军，《火电场自动控制理论》，中国电力出版社，2004年.学生指导教师系主任电厂锅炉温度串级控制系统设计摘要本文是针对锅炉蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提，所以本系统采用串级控制系统，这样可以极大的消除控制系统工作中的各种干扰因素，是系统能在一个较为良好的状态下工作，同时锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。
小型余热锅炉温度串级控制系统设计..
课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0804 指导教师：工作单位：自动化学院题目：小型余热锅炉蒸汽温度串级控制系统的设计初始条件在冶金等生产行业中依靠高温烟气作为热源的余热锅炉使用普遍,这种小型锅炉的主要作用是对烟气进行降温,同时产生蒸汽供其他生产工序使用。
特点是：由于烟气流量和温度由前一个工序决定,直接导致锅炉热源不稳定。
针对小型余热锅炉的特点，设计一控制系统(主被控变量为温度，副被控变量为锅炉内的水温，控制变量为流入锅炉的水流量，干扰变量为前一个工序产生的烟气流量和温度），使出口蒸汽温度为360℃，稳态误差为±6℃。
要求完成的主要任务：1、了解小型余热锅炉设备组成及其生产工艺2、基于对象特点分析并结合控制策略，绘制温度控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书5、总结课程设计的经验及收获.时间安排12月19日选题、理解课题任务、要求12月20日方案设计12月21—28日参数计算、撰写说明书12月29日答辩指导教师签名： 2011年 12月 29 日系主任(或责任教师）签名： 2011年 12月 29 日摘要节约能源，提高生产工艺过程中的能量利用率和开发研究新的节能技术已成为各国研究能源利用技术的主要课题。
冶金等生产行业依靠高温烟气作为热源的余热锅炉使用普遍，这种小型锅炉的主要作用是对烟气进行降温，同时产生蒸汽供其他生产工序使用。
本文先介绍了余热锅炉的结构和原理，控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能,关键字余热锅炉串级温度控制 PID整定 Matlab仿真武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书目录1小型余热锅炉设备组成及生产工艺 01。
1余热锅炉定义 01.2余热锅炉设备组成 01.3工作原理 (1)1。
4余热锅炉的分类与特点 (1)1。
5余热锅炉现状及发展 (2)2小型余热锅炉蒸汽温度控制系统设计 (4)2。
锅炉温度串级控制系统的仿真与设计
串级控制系统仿真与设计
一、锅炉温度串级控制系统的仿真与设计
如图所示为锅炉夹套水温同锅炉内胆水温串级控制系统。
锅炉夹套水温为主变量，锅炉内胆水为副变量。
1、锅炉温度串级控制系统的仿真
1）确定主、副对象的传递函数；
2）试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应特性曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方
案对系统的影响。
2、锅炉温度串级MCGS系统的设计
根据要求采用MCGS监控组态软件设计监控制界面。
3、课程设计论文应完成的工作
摘要，要求100字内的论文摘要，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、仿真系统的设计或MCGS系统的设计、调试及结论、致谢、参考文献
二、上下水箱液位串级控制系统的仿真与设计
如图所示为上下水箱液位串级控制系统。
下水箱液位为主变量，上水箱液位为副变
量。
1、上下水箱液位串级控制系统的仿真
1）确定主、副对象的传递函数；
2）试分别采用单回路控制和串级控制设计主、副PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应特性曲线和阶跃扰动的响应曲线，并说明不同控制方案对系统的影响。
2、锅炉温度串级MCGS系统的设计
根据要求采用MCGS监控组态软件设计监控制界面。
3、课程设计论文应完成的工作
摘要，要求100字内的论文摘要，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、仿真系统的设计或MCGS系统的设计、调试及结论、致谢、参考文献。
锅炉过热串级控制系统设计实用资料
锅炉过热串级控制系统设计实用资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）第1章绪论在现代火力发电厂的热工过程控制系统中，锅炉过热器出口温度（主汽温）对整个电厂的效率和安全具有十分重要的作用，是锅炉的主要参数之一，对电厂的安全经济运行有重大影响。
主汽温偏高，会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，从而威胁机组的安全运行；主汽温偏低，则会降低机组的热效率，影响机组运行的经济性。
同时，主汽温偏低会使蒸汽的含水量增加，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。
因此，必须将主蒸汽温度严格控制在给定值附近。
若温度过高，过热器和高压锅炉会被损坏，若温度过低，电厂的效率会被降低。
过热器内部温度变化也要很好的抑制，否则，剧烈的温度变化会引起较大的机械压力，可能会引起锅炉破裂，从而会减少加热系统单元的生命并且增加维护费用。
因此合理控制主汽温对保证电厂的安全经济运行有重大影响。
在实际中，由于过热汽温系统具有大迟滞，大惯性，对象具有明显的滞后性线性，时变性等特点，并且具有温度波动允许范围小，模型失配，参数不确定等素，控制主汽温并不是一件容易的工作。
国内电厂在这方面还有很多工作要做，例如我国刚开始刚引进的300MW，600MW的大型机组时，主蒸汽只有一级喷水减温器作为调温手段，由于我国热控自动化应用水平有限，导致主汽温经常失控，甚至超温。
到目前为止，锅炉生产厂家往往都采用至少两级喷水减温，降低控制难度来调节主汽温。
单回路调节系统(只有被调量一个反馈回路)虽然是一种最基本的最广泛的调节系统，但由于现场实际对象多半属于大迟延大惯性，用单回路调节系统性能指标很差，若调节质量要求较严时就无能为力了，采用传统的单回路控制难以达到控制要求。
因此，需要改进调节结构、增加辅助回路或添加其他环节，组成串级调节系统。
过热气温串级调节系统是火电厂最典型的调节系统，所以一般采用串级系统对生产流程加以控制。
串级控制系统是生产过程监视、控制技术发展和计算机与网络技术应用的产物，但它更是在过程工业发展对新型控制系统的强烈需要下产生的。
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1 前言 (1)2 控制系统的总体方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 控制方式的确定 (2)2.3检测元件和执行机构的选择 (3)2.4微型计算机的选择 (4)2.5输入输出通道及外围设备的选择 (6)2.6系统的原理框图 (6)3 控制算法的选择和参数计算 (8)3.1 控制算法的选择 (8)3.2 参数的计算 (8)4系统硬件设计 (16)4.1概述 (16)4.2 系统的硬件设计 (16)4.3系统电气原理图 (33)4.4 元器件明细表 (34)5 软件程序的编制 (35)5.1概述 (35)5.2程序流程图 (35)5.3 地址分配 (40)5.4程序设计 (40)6 控制系统的调试与实验 (42)6.1单元电路调试 (42)6.2 程序调试 (42)6.3 系统调试 (43)6.4 系统实验和结果分析 (43)7 设计总结 (44)7.1 系统具备的主要功能 (44)7.2 系统的测量精度 (44)7.3 存在的问题及改进措施 (44)参考文献 (46)致谢 (47)1 前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常必要的。
而锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。
由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。
本设计以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID 算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制[2]。
本文对锅炉温度控制系统的硬件和软件都进行了介绍，全文主要有5个部分。
第1部分是对锅炉温度控制系统的总体方案的介绍。
控制总体方案的设计是系统设计的核心。
若设计方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥良好的作用，甚至系统不能运行。
第2部分是对锅炉温度控制系统控制算法的选择和参数的设置进行了介绍。
采用合适的控制算法能更好地对整个系统进行控制。
第3部分是锅炉液位控制系统硬件的设计，对选择的仪表、设备等的性能、使用方法和接口要求等进行了介绍。
第4部分是对锅炉液位控制系统软件程序的编制，主要是采用PLC梯形图编程语言进行编程，并写出相应的流程图和地址分配。
第5部分是对锅炉温度控制系统的调试与实验。
其中包括单元电路调试、程序调试、系统调试、系统试验和结果分析。
在本次设计当中，我得到了张运波老师的指导和崔晓燕、刘野等同学的热心帮助，才使我能顺利完成此次毕业设计。
在此，谨对他们致以衷心地感谢！由于本人水平有限，错误和疏漏之处在所难免，敬请各位老师和同学批评指正。
2 控制系统的总体方案2.1 概述随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。
现代锅炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为锅炉的自动化提供了有利条件。
锅炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。
目前，锅炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。
实现锅炉自动化能够提高锅炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。
锅炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
锅炉设备是一个复杂的控制对象，燃气燃油锅炉主要输入变量包括负荷、给水、燃料量、送风和引风量等，主要调节变量包括水位、温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等；电加热锅炉主要输入变量包括负荷、锅炉给水和电阻丝电压等，主要调节变量包括水位和温度等。
锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。
锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题[3] 。
在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。
即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。
控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。
串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。
在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种调节器系统以外，计算机技术的应用也越来越普及。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势[4] 。
本设计以电加热锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统，实现锅炉水温的定值控制。
2.2 控制方式的确定自动控制方式一般有两种：即开环控制和闭环控制。
开环控制是指控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程,按这种方式组成的系统称为开环控制系统,其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。
开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定性精确度要求不高的简单的系统.。
人工控制一般是开环控制。
比如人工转换电扇档位实现转速的控制。
闭环控制有反馈环节，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制。
通过反馈系统使系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定性要求高的系统。
自动控制通常是闭环控制。
比如家用空调温度的控制。
而闭环控制又包含有单回路控制和串级控制等。
串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环----双闭环或称双环。
串级控制系统在结构上与电力传动自动控制系统中的双环系统相同，就其主回路（外环）来看是一个定值控制系统，而副回路（内环）则为一个随动系统。
以加热炉串级控制系统为例，在控制过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路则完成对炉出口温度的“细调”任务。
与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器（调节器），增加的投资并不多（对计算机控制系统来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却有显著的提高。
其原因是在串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统①改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；②对二次扰动有很强的克服能力；③提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力[5] 。
综上所述，根据系统工艺要求，决定在系统设计中采用闭环串级控制方式。
2.3检测元件和执行机构的选择2.3.1检测元件的选择检测与变送设备主要根据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来决定。
被检测参数性质的不同，准确度要求、响应速度要求的不同以及对控制性能要求的不同都影响检测、变送器的选择，要从工艺的合理性、经济性加以综合考虑。
检测、变送器选择的几个基本原则如下[6]：①尽可能选择测量误差小的测量元件。
②尽可能选择快速响应的测量元件与变送设备。
③正确采用微分超前补偿。
④合理选择测量点位置并正确安装。
⑤对测量信号作必要的处理。
本系统需要两个温度传感器，一个安装在炉膛内；另一个安装在出口处。
根据测量精度和测量范围等要求，选用铂热电阻pt100为温度传感器，选择J C J100G为温度变送器。
2.3.2 执行机构的选择由于本次设计选用的是电阻丝加热炉，属于电加热形式，应该选择温度控制器作为执行机构，选用对应的MJYD-JL-20型单相交流模块。
PLC控制器输出的数字量经过D/A转换成温度控制器可识别的模拟电压信号后，根据不同的电流值，MJYD-JL-20型单相交流模块输出相应的电压值从而控制电阻丝两端的电压值，达到调节温度的目的。
2.4微型计算机的选择工业中常用的控制器有工业控制计算机、单片机和可编程控制器等。
与其它几种控制器相比较，可编程控制器是综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器，是专为工业环境应用而设计的。
它可以取代传统的继电器完成开关量的控制，比如，将行程开关、按钮开关、无触点开关或敏感元器件作为输入信号，输出信号可控制电动阀门、开关、电磁阀和步进电机等执行机构。
它采用可编程的存储器，在其内部存储，执行逻辑运算，顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械和生产过程实现自动化。
工业控制采用PLC，显示了突出的优越性，因它可对用户提出的生产控制要求和意见，能方便地在现场进行程序修改和调试，使系统的灵活性大大增强。
内部的软继电器使系统在控制中能严格地起到互锁作用，增加了系统的可靠性，简化设备，维修方便。
而且，随着PLC的发展，在硬件、软件方面都会有更先进的计数出现。
针对系统的特点，分析各控制器的优缺点，采用PLC作为本次设计的控制器。
具体比较如下[7]：首先，PLC和PC控制相比,具有以下优点：(1)对低端应用,PLC具有极大的性能价格比优势.工控机的价格较高,将它用于小型开关量控制系统以取代继电器控制,无论是在体积和价格上都很难接受,可靠性也远不如PLC。
(2)PLC的可靠性无可比拟,故障停机时间最少.基本WindowsNT/2000/XP操作系统的IPC 控制系统,在实时任务处理,长期稳定运行,抗病毒和恶意攻击等方面还存在较大的问题.IPC 控制系统在可靠性和安全性等方面还未获得广泛的认同。
(3)PLC是专为工厂现场应用环境设计的,结构上采取整体密封或插件组合型,对印制板,电源,机架,插座的制造和安装,均采取了严密的措施。
(4)PLC是使用专门为工业设计的编程语言,这些语言简单易学.工控机如果用VB,VC等语言来编程,需要花更多时间来学习,编程的效率也没有PLC高.如果使用Windows操作系统，其稳定性远远不如PLC,时间控制精度也较差。