PLC在工业锅炉自动控制系统中的应用
基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计
基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计摘要工业锅炉是工业生产过程中十分常见的一种工业设备,锅炉控制系统自动化水平的高低对锅炉的安全生产和效率起到关键作用。
DCS控制是大中型工业锅炉控制系统的主流控制方式,因此,本课题以工业锅炉模拟系统SMPT-1000为研究对象,研究锅炉DCS的构成原理、DCS系统设计的方法步骤,具有较好的工程实践意义。
本文在首先对集散控制系统的发展过程进行了综述,介绍了集散控制系统的系统结构和特点的基础上,并分析了SMPT-1000工业锅炉模拟系统的工艺流程,列出了工艺流程的设备、检测点、执行机构等列表,并提出了一套基于Siemens S7-300 PLC的锅炉DCS系统设计方案。
然后,采用Step 7 编程软件完成了系统的硬件组态、通信组态和控制算法组态及硬件模块测试。
接着,利用Siemens公司的WinCC软件开发了系统的人机界面,主要包括锅炉工艺模拟图、实时趋势曲线,PID参数调节器等。
最后,实现了对汽包水位、炉膛负压、蒸汽压力等子系统的实时监控。
实验结果表明:本文所设计的锅炉DCS系统的各项功能正确,控制性能指标达到了设计的要求。
关键词:工业锅炉 Profibus 可编程序控制器集散控制系统Design of Boiler’s DCS System Based onSiemens S7-300 PLCAbstractIndustrial boilers are very common in industrial processes of industrial equipment, automation level of the boiler control system play a key role in the boiler’s safety and efficiency. DCS control is the main control mode in the large and medium industrial boiler control system. Therefore, the subject based on the industrial boiler simulation system SMPT-1000 as the research object, research constitution principle with the boiler DCS, the methods and steps of DCS system design, with good engineering practice significance.In this paper, the development of distributed control system was reviewed firstly, then introducing the DCS system of the structure and characteristics and analyzing the technological process of SMPT-1000 industrial boiler simulation system. A list of process equipment, test points, executive institutions and so on, and a DCS system design scheme for a boiler based on Siemens S7-300 PLC was put forwarded. Then, the test for system hardware configuration, communication configuration and control algorithms and hardware modules were completed by step7 programming software. Then, using Siemens WinCC software to develop a system of man-machine interface, including the boiler process simulation graph, real-time trend curve, PID parameter adjustment, etc. Finally, the drum level, furnace pressure, vapor pressure and other subsystems are achieved real-time monitoring.The results show that: this boiler is designed correctly the features of DCS system, control performance achieved the design requirements.Keywords: industrial boiler Profibus Programmable Logic Controller Distributed Control System目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (1)1.3 课题研究内容 (4)第二章 DCS与锅炉控制系统原理 (5)2.1 DCS的发展历程 (5)2.2 DCS的系统结构 (6)2.3 锅炉控制系统简介 (9)第三章锅炉控制系统控制方案 (14)3.1 控制方案 (14)3.2 简单控制系统的设计方案 (15)第四章硬件及控制算法组态 (19)4.1 STEP 7编程软件简介 (19)4.2 控制器硬件设置 (19)4.3 Profibus-DP 设置 (21)4.4 符号表编辑器 (22)4.5 通信设置 (23)4.6 程序编写 (23)4.7 程序运行与分析 (26)第五章人机界面组态 (29)5.1 创建单用户项目 (29)5.2 创建外部变量 (29)5.3 创建变量记录 (31)5.4 图形编辑及画面连接 (33)5.5 运行与分析 (35)总结 (40)参考文献 (41)附录 (42)附录一:OB块的功能表 (42)附录二:FB41功能逻辑图 (44)附录三:PID控制输出参数 (44)附录四:PID控制输入参数 (45)致谢 (47)第一章绪论1.1 课题背景随着现代化工业的飞速发展,对能源利用率的要求越来越高,工业锅炉市场技术的竞争日趋激烈, 锅炉自动控制系统的好坏己成为决定锅炉性能的重要砝码, 其控制质量的优劣不仅关系到锅炉自身运行的效果, 而且还将直接影响到相关装置生产过程的稳定性。
PLC在锅炉控制系统中的作用
PLC在锅炉控制系统中的作用锅炉是工业生产中常用的热力设备,它负责将水或其他流体加热到所需温度,以满足生产过程中的热能需求。
为了保证锅炉能够高效、稳定地运行,控制系统的作用至关重要。
其中,可编程逻辑控制器(PLC)在锅炉控制系统中扮演着重要的角色。
一、PLC简介PLC是一种专门用于工业控制的计算机设备,它能够根据预先编写好的程序,对锅炉的各个部分进行自动控制。
PLC通常由CPU、输入输出模块和通信模块等组成,具备可编程、可扩展、可靠性高等特点。
二、PLC在锅炉控制系统中的应用1. 温度控制在锅炉中,温度控制是至关重要的,它直接影响锅炉的稳定性和效率。
PLC可以通过外部温度传感器获取实时温度数据,并对锅炉的加热器、循环泵等设备进行控制,以确保锅炉水温始终保持在设定范围内。
2. 压力控制锅炉的压力也是需要进行精确控制的参数之一。
过低的压力可能导致供热不足,过高的压力则可能引发爆炸等安全隐患。
PLC可以通过传感器实时监测锅炉的压力,并根据设定值自动调节燃烧器的工作状态,以保证锅炉的压力在安全范围内。
3. 水位控制锅炉的水位是影响锅炉正常运行的重要因素。
若水位过低,锅炉的加热管壁可能过热而损坏;若水位过高,又可能导致锅炉溢水。
PLC可以通过水位传感器监测锅炉的实时水位,并控制进水和排水设备的开关,以保持水位在安全范围内。
4. 烟气排放控制锅炉燃烧过程中会产生大量烟尘和有害气体,对环境造成污染。
PLC可以通过烟气传感器监测烟气的成分和排放浓度,并根据环保要求调整燃烧器的工作状态,以减少污染物的排放。
5. 故障诊断与报警锅炉系统中可能会出现各种故障,如传感器失效、设备故障等。
PLC可以通过自动检测和诊断系统中的故障,并根据设定的规则进行报警。
这样可以帮助运维人员及时发现和解决问题,保证锅炉的正常运行。
三、PLC在锅炉控制系统中的优势1. 稳定性高:PLC具备高性能的计算能力和稳定的特性,可以保证对锅炉各个参数的精确控制,提高系统的稳定性。
基于PLC控制的锅炉自动输煤系统设计[整理]
摘要本论文主要是以锅炉的自动输煤系统为研究对象,自动输煤系统的出现不仅仅解决了在锅炉输煤过程中只能使用人力的现状,也解决了工作强度大、工作时间长的问题。
论文首先简述了锅炉概况,对自动输煤系统的工艺流程进行分析设计,然后对输入输出点进行分配,设计了主电路,对PLC进行分析选择,最后画出梯形图。
通过对原有锅炉输煤系统控制方面存在的问题进行分析,采用PLC控制系统选用日本三菱F1-30MR型PLC,通过硬件选取,软件调试,实现整体控制系统结构合理,运转良好的目的。
个机械之间均涉及安全连锁保护控制共嫩:系统的输煤电机启停有严格控制顺序,彼此间有相应的联锁互动关系,当启停某台输煤系统设备时。
从该设备下面流程的最终输煤设备开始向上逐级启用,最后才能使该台设备启动;当停止某台输煤设备或某台设备故障时,从该设备上面流程的源头给煤设备开始向下逐级停机,左后才能使该台设备停止。
这样就保证了上煤传输的正常运行在线控制煤流量,避免了皮带上煤的堆积,也保护了皮带。
PLC控制系统硬件设计布局合理,工作可靠,操作,维护方便,工作良好。
用PLC输煤程控系统。
用PLC来对锅炉输煤系统进行控制。
锅炉输煤系统,是指从卸煤开始,一直到将合格的煤块送到煤仓的整个工艺过程,它包括以下几个主要环节:卸煤生产线、煤场、输煤系统、破碎与筛分、配煤系统以及一些辅助生产环节。
本设计中主要研究的是其中的输煤系统部分,即煤块从给煤机传输到原煤仓的过程。
采用了顺序控制的方法。
不但实现了设备运行的自动化管理和监控。
提高了系统的可靠性和安全性,而且改善了工作环境,提高了企业经济效益和工作效率。
因此PLC电气控制系统具有一定的工程引用和推广价值。
关键词:PLC;自动输煤系统;煤料自动控制目录绪论 (4)第1章输煤电控系统的概况 (5)1.1锅炉的概述 (5)1.2自动输煤系统的工艺过程 (5)第2章输煤系统硬件电路设计 (7)2.1输入和输出点地址分配及设备选择 (7)2.2 主电路设计 (10)2.3 PLC控制电路设计 (11)第3章输煤系统软件控制设计 (12)3.1系统控制流程图 (12)3.2梯形图 (13)3.3指令表 (16)总结 (18)致谢 (19)参考文献 (20)绪论锅炉自动输煤系统的主要任务就是实现对煤料的输送、除杂、破碎、提升等工作过程,以达到按时保质保量为机组(原煤仓)提供原煤的目的。
基于PLC控制的锅炉自动输煤系统设计
基于PLC控制的锅炉自动输煤系统设计锅炉自动输煤系统是一种基于PLC控制的现代化煤炭供应系统,它能够实现锅炉的自动供应煤炭,提高锅炉的运行效率和安全性。
本文将从系统设计、控制原理、关键技术和实际应用等方面对基于PLC控制的锅炉自动输煤系统进行深入探讨。
第一章:引言在现代工业生产中,锅炉是一种重要的能源设备,广泛应用于电力、化工、冶金等行业。
传统的手动供给方式存在效率低下、安全隐患大等问题,因此发展一种基于PLC控制的自动输煤系统对提高生产效率和安全性具有重要意义。
第二章:系统设计本章将详细介绍基于PLC控制的锅炉自动输煤系统的设计方案。
首先,对整个系统进行功能划分和模块设计,并介绍各个模块之间的关系。
然后,对传感器、执行器等硬件设备进行选型,并给出相应电气原理图和接线图。
最后,详细介绍PLC程序设计过程,并给出相应程序流程图。
第三章:控制原理本章将深入探讨基于PLC控制的锅炉自动输煤系统的控制原理。
首先,介绍系统的工作流程和主要控制策略。
然后,详细介绍PLC在系统中的作用和工作原理。
最后,根据系统需求和实际情况,设计相应的控制算法,并进行仿真验证。
第四章:关键技术本章将重点讨论基于PLC控制的锅炉自动输煤系统中的关键技术。
首先,介绍传感器技术在系统中的应用,并详细讨论温度传感器、压力传感器、流量传感器等各类传感器的原理和选型。
然后,讨论执行器技术在系统中的应用,并详细介绍电动执行器、气动执行器等各类执行器设备。
第五章:实际应用本章将通过实际案例对基于PLC控制的锅炉自动输煤系统进行应用验证。
首先,选择一个典型工业锅炉进行实验,并搭建相应实验平台。
然后,根据设计方案进行硬件设备安装和软件程序编程,并对整个系统进行调试和优化。
最后,对系统的性能进行评估和分析,并总结经验教训。
第六章:系统优化与展望本章将对基于PLC控制的锅炉自动输煤系统进行优化和展望。
首先,从系统性能、可靠性、安全性等方面进行优化,并提出相应的改进方案。
基于PLC的锅炉供暖监控系统设计
4、监控界面设计技术
4、监控界面设计技术
在上位机监控界面方面,我们采用了组态软件来设计监控界面。组态软件是 一种广泛使用的工业自动化监控软件开发工具,它支持多种图形元素和控件,可 以方便地实现实时数据展示、报警提示、历史数据查询等功能。我们根据锅炉的 实际运行情况,设计了相应的监控界面,并编写了相关的脚本代码,以实现对锅 炉运行数据的实时展示和报警提示等功能。
2、控制技术
2、控制技术
在控制方面,我们采用了PID(比例-积分-微分)控制算法来实现对锅炉的燃 烧和给水控制。PID控制是一种经典的连续控制系统,它通过比较设定值与实际 值之间的误差来计算控制量,实现对被控对象的精确控制。我们根据锅炉的实际 情况,对PID控制算法进行了相应的调整和优化,以实现对锅炉的燃烧和给水系 统的有效控制。
二、关键技术
1、数据采集技术
1、数据采集技术
在数据采集方面,我们采用了高精度传感器和PLC模拟量输入模块,实现了对 锅炉运行参数的实时监测。传感器包括温度传感器、压力传感器和水位传感器等, 它们将采集到的信号通过变送器转换为标准的电信号,再通过PLC模拟量输入模 块输入到PLC中进行数据处理。
一、系统需求与设计
一、系统需求与设计
锅炉供暖系统的主要任务是维持锅炉中水的温度在设定的范围内,同时也要 确保供暖设备的正常运行。因此,系统的需求主要包括:
一、系统需求与设计
1、实时监测锅炉的水温、压力等参数; 2、通过调节锅炉的燃烧器输出,控制水温; 3、保障供暖设备的稳定运行;
一、系统需求与设计
三、应用效果
3、提高了管理效率。通过远程监控锅炉的运行状态,可以在上位机上实现锅 炉的集中管理和监控,从而提高了管理效率。
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基于PLC的电热锅炉控制系统的设计
基于PLC的电热锅炉控制系统的设计【摘要】本文以PLC程序控制的高性能电热锅炉为例,来阐明PLC在工业控制领域中发挥的巨大作用。
其硬件系统采用的是SIEMENS公司的的S7-200PLC以及其相应的控制模块,实现电热锅炉系统的控制。
【关键词】PLC;电热锅炉1.概述20世纪60年代末,70年代初出现并得到迅猛发展的可编程程序为工业自动化领域带来了深刻的变革。
以其高可靠性,低价位迅速占领了中低端控制系统的市场。
同时电热锅炉的应用领域非常广泛,它的性能优劣决定了产品的质量好坏。
因此如何利用PLC技术控制锅炉温度成为关键。
通过对电热锅炉的控制,使系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点,对工业控制很有意义。
2.系统硬件配置及其功能主机采用CPU224,EM231为热电偶输入模块,外接锅炉的入水口和出水口温度信号,TD200是一个低价的文本设定显示单元,当电热管多于六组时,可再增加EM222继电器输出扩展模块。
此系统选用的CPU224集成了14点输入/10点输出,共有24个数字量I/O。
它可连接7个扩展模块,最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。
CPU224有13K字节程序和数据存贮空间,6个独立的30KHz高速计数器,2路独立的20KHz高速脉冲输出,具有PID控制器。
CPU224配有1个RS-485通讯/编程口,具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力,是具有较强控制能力的小型控制器。
系统的原理框图如图所示。
该系统需要的传感器是将温度转化为电流,且水温最高是100℃,所以选择Pt100铂热电阻传感器,其阻值会随着温度的变化而改变;为了方便接线,CPU224机型采用可插拔整体端子;EM231热电偶模块可用于J、K、E、N、S、T和R型热电偶,用户用模块下方的DIP开关来选择热电偶的类型;TD200键盘共有9个键:5个命令键和4个功能键,用来显示信息,在信息中可以内嵌数据,数据既可以显示,也可以由操作人员进行设置;电加热管是专门将电能转化为热能的电器元件,由于其价格便宜,使用方便,安装方便,无污染,被广泛使用在各种加热场合;水暖供热管道中的热水是靠循环泵循环起来的循环泵的工作原理要将水循环起来所用的泵就叫循环泵;保护程序是必不可少的部分,报警处理,用以防止非法操作所引起的程序混乱。
基于PLC的锅炉供热控制系统的设计
基于PLC的锅炉供热控制系统的设计一、本文概述随着科技的不断发展,可编程逻辑控制器(PLC)在工业自动化领域的应用日益广泛。
作为一种高效、可靠的工业控制设备,PLC以其强大的编程能力和灵活的扩展性,成为现代工业控制系统的重要组成部分。
本文旨在探讨基于PLC的锅炉供热控制系统的设计,通过对锅炉供热系统的分析,结合PLC控制技术,实现对供热系统的智能化、自动化控制,提高供热效率,降低能耗,为工业生产和居民生活提供稳定、可靠的热源。
文章首先介绍了锅炉供热系统的基本构成和工作原理,分析了传统供热系统存在的问题和不足。
然后,详细阐述了PLC控制系统的基本原理和核心功能,包括输入/输出模块、中央处理单元、编程软件等。
在此基础上,文章提出了基于PLC的锅炉供热控制系统的总体设计方案,包括系统硬件选型、软件编程、系统调试等方面。
通过本文的研究,期望能够实现对锅炉供热控制系统的优化设计,提高供热系统的控制精度和稳定性,降低运行成本,促进节能减排,为工业生产和居民生活提供更加安全、高效的供热服务。
也为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考和借鉴。
二、锅炉供热系统基础知识锅炉供热系统是一种广泛应用的热能供应系统,其主要任务是将水或其他介质加热到一定的温度,然后通过管道系统输送到各个用户端,满足各种热需求,如工业生产、居民供暖等。
该系统主要由锅炉本体、燃烧器、热交换器、控制系统和辅助设备等几部分构成。
锅炉本体是供热系统的核心设备,负责将水或其他介质加热到预定温度。
其根据燃料类型可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电锅炉等。
锅炉的性能参数主要包括蒸发量、蒸汽压力、蒸汽温度等。
燃烧器是锅炉的重要组成部分,负责燃料的燃烧过程。
燃烧器的性能直接影响到锅炉的热效率和污染物排放。
燃烧器需要稳定、高效、低污染,同时要适应不同的燃料类型和负荷变化。
热交换器是锅炉供热系统中的关键设备,负责将锅炉产生的热能传递给水或其他介质。
热交换器的设计应保证高效、稳定、安全,同时要考虑到热能的充分利用和防止结垢、腐蚀等问题。
PLC在工业锅炉自动水位控制中的应用
1简介蒸汽锅炉系统的组成 蒸汽锅炉系统运行的示意图如图 1 所示。工业蒸汽锅炉由图 1 可 知, 燃料和空气通过炉排进入炉膛( 燃烧室) 点燃 , 高温的火焰产生的热 0 量传递给汽包使汽包产生高压饱和蒸汽 ,经调节阀将高压饱和蒸汽供 给所需设备使用。同时 , 燃料燃烧过程中产生的烟气 , 经省煤器将锅炉 给水和空气预热器预热空气预热 , 最后由引风机送向烟 囱排向空中。 在 这个 阶段 , 最难控制的就是水位的控制。一旦缺水 , 就有可能造成锅炉 爆炸 , 给企业造成重大的经济损失, 严重可能危及人身安全。传统的控 烟 囱 引 风机 制方法是看水位表, 水少 的时候官动给水泵加水 , 水到达水位上限是关 闭给水泵。这样的控制极易出现事故。万一司炉工人—个疏忽忘加水 鼓 机 图 1蒸汽锅炉 系统运行 的示意图 了, 就有可能造成锅炉爆炸。 为了安全, 采用 P L C自动控制上水, 既减少 司炉工人的工作量 , 又保证锅炉的安全。 2 . 4注意事项 。 2 . 4 . 1 2自动上水改造方案 变频器可 以产 生高次 根据系统原来运行状况 , 本着既能控制简便、 又能节能降耗安全且 谐波 , 干扰通讯 , 模拟 费用较少的方针 , 我采用了 1 台变频器带动 2台电动机给水泵的方案。 信号需要 P L C 采集 , 要 如图 2 所示。在这个方案中, 我将在原有的锅炉层的控制系统— — D c s 进 行 信 号 的 A / D 和 充分利用了, 同时改进了控制方法新增加 了 P L C ( 可编程序控制器) 、 控 D / A处理转换 , 在处理 制信号转换装置和变频器。 转换过程中 , 变频器高 2 . 1 硬件控制系统 。2 . 1 . 1 采用了三菱公司的变频器 F R— E 7 4 0 。三 次谐 波可以干扰从 而 菱变频器 F R —F R — E 7 4 0是三菱公司的产品。是一种商 陛能变频器 , 它 影 响信号的失真 。因 配置灵活 、 调试简单 , 适用于很多需要变速调速运动的场合任意调速 , 此, 可以把将变频器地 它具有多种输 入 输出接口, 接收和输出模拟信号, 电流、 电压信号。 与工 线零 线分开接并且 要 控机 、 编程器配合, 就能形成 自动化控制系统。 换—句话说, 什么时候加 加装滤波装置。 2 . 4 . 2 为 速, 什么时候减速 , 什么时候正转、 反转 , 一切都可以预先编程, 它会忠 了节约降低成本 , 采用 诚准确的执行命令。 2 . 1 . 2三菱 F R 2 N型可编程控制器。 三菱 F X 2 N系 原有 的控制信号 要通 列可编程控制器是小型化 , 高速度 , 高性能和所有方便都是相当于 F X 过隔离装置过 滤后送 图 2 自动上水系统控制原理图 系列 中最高档次的超小形程序装置。 除输入出 l 6 — 2 5 点的独立用途外 , 到信号接收装置。2 A . 3 设定 值 还可以适用于在多个基本组件间的连接 , 模拟控制 , 定位控制等特殊用 工业蒸汽锅炉 给水在 途, 是—套可以满足多样化广泛需要的 P L C 。 在基本单元 E 连接扩展单 锅炉运行过程 中是非 号 元 或扩展模 块 ,可进 行 1 6 — 2 5 6点 的灵 活输入 输 出组 合 。可选 用 常重要的环节 , 它的可 1 6 / 3 2 / 4 8 / 6 4 / 8 0 / 1 2 8点的主机 ,可以采用最小 8点的扩展模块进行扩 靠性 、 稳定性直接关系 展。可根据电源及输 出形式 , 自由选择。 到生产运行 的稳定与 2 . 2 运行方案。蒸汽锅炉运行时, 可以开 1 台给水泵供水就可以满 安全 和企业 的发展前 足所需用水量 , 因此 , 控制系统可 以用恒液位控制对运行蒸汽锅炉的汽 途。因此 , 如果变频器 图3 P l D原理图 包水位进行控制即可。 利用转换开关将开关拨到对应位置 , 通过锅炉原 出现故障后,司炉工人可切换至原有控制系统继续使用锅炉而不影响 有控制系统 中的 D C S 装置手动控制器将锅炉电动阀完全打开给汽包 生产 , 这一项联锁措施至关重要。 进水后 , 之后再通过手控转换装置切断 D C S 控制信号, 切断原有控制回 3结论 路, 进水电动阀保持常开状态。同时用切换开关切人 P L C控制系统, 利 用P L C控制变频器进行调试是现在企事业单位应该采用的方法 , 用P L C 将蒸汽锅炉汽包液位信号进行 P I D运算处理后 , 通过控制信号 变频器的选型、 容量关系到系统运行的安全性和可靠性。 若将计算机技 转换装置 ,将三菱 P L C输出的 4 ~2 0 m A模拟信号通过 A / D转换传递 术与 P L C和变频器有机的结合起来, 可以降低成本, 提高生产效率。我 给变频器 ,从而由变频器控制的电动机输出转速。在本方案控制过程 相信这种技术以其节能、 环保 、 方便、 工作效率高等优点 , 在企业中得到 中, 关键的是调整过程参数 P I D达到—个满意的值。 由于在工业蒸汽锅 广泛应用。 炉运行过程中, 根据负荷要求不同, 决定了我们提给水流量的多少和给 参考文献 水水压力的大小。为了确保系统稳定的运行, 不出现少出现大的波动, [ 1 】 宋德玉. 可编程序控制器原理及 应用系绫设 计技术 . 北京: 冶金工业 可能会对生产造成 , 在调试过程 中, 应多次反复调整 P I D参数大小 , 直 出崩 社。 1 9 9 9 . 至达到控制过程的最佳状态 。 [ 2 ] 陈诗滔. 工业过程l 钗表与 控制咖 . 北京: 中国 轻工业出 版京 l 9 9 8 . 2 . 3 P L C 控制。 本系统的核心控制器件是 P L C , 它。 识别信号、 对运行 口 储 缪, 王淑英. 电气 控制与P L C 应用 北京: 机械工业出版, 2 0 0 6 : 4 7 — 状态进行处理 、 联锁保护、 逻辑运算 , 对输入的 N个模拟信号进行运算 1 5 2 . 处理后 , 输出规定的数字信号控制变频器的运行频率 , 调整电动机的速 [ 4 ] 张扬 , 蔡春伟. S 7 - 2 0 0 P L C原理与应用 系统设计阿 北京: 机械工业 出 度。 程序结构运算 比较复杂 , 在控制过程中对液位信号进行 P I D运算的 版社 。 2 0 0 7 : l 8 — 2 3 . 程序, 原理图如图 3 所示 。 作者简介 : 韩瑞 宝( 1 9 7 3 , 7 一 ) , 男, 本科学历 , 现任黑龙江农业经济职业学院兼职教师 , 工程师 , 研究方向 : 电气 自动控制。
基于PLC控制的电锅炉控制系统
基于PLC控制的电锅炉控制系统电锅炉控制系统是现代工业制造中常见的一种设备,它通过PLC(可编程逻辑控制器)来实现对电锅炉的精确控制。
PLC控制技术具有灵活、方便、可靠等优点,能够实现复杂的逻辑控制和自动化控制功能。
本文将从PLC控制系统的原理、功能及特点入手,结合电锅炉的工作原理,详细介绍基于PLC控制的电锅炉控制系统的设计与实现。
1. PLC控制系统原理PLC控制系统是一种专门设计用于工业自动化控制的设备,其核心是一个可编程的CPU,通过不同的输入/输出模块和通信模块,与外部传感器、执行器等设备连接,实现对生产过程的控制。
PLC控制系统通过预先编写好的程序,根据不同的输入信号执行相应的逻辑控制,以达到自动化控制的目的。
2. 电锅炉工作原理电锅炉是一种利用电能进行加热的设备,通常由加热元件、控制系统、水泵等部件组成。
在工作过程中,电能被加热元件转换为热能,将水加热至设定的温度,为生产或生活提供热水或蒸汽。
电锅炉的控制系统通常包括温度传感器、压力传感器、水位传感器等,用于监测和控制锅炉的工作状态。
3. 基于PLC控制的电锅炉控制系统设计基于PLC控制的电锅炉控制系统主要由PLC控制器、传感器、执行器、人机界面等部件组成。
在设计过程中,首先需要根据电锅炉的工作原理和需求确定系统的功能要求和控制策略,然后编写PLC程序实现相应的逻辑控制。
通过合理的硬件布局和接线连接,将各部件连接到PLC控制器上,实现信号的采集和输出。
4. 控制系统功能与特点基于PLC控制的电锅炉控制系统具有如下功能与特点:1)灵活性:PLC控制系统可根据需要进行程序修改,实现不同的控制策略;2)可靠性:PLC控制器具有较高的稳定性和可靠性,可以长时间稳定运行;3)精确性:通过PLC控制系统可以实现对电锅炉的精确控制,提高生产效率和产品质量;4)扩展性:PLC控制系统可根据需要扩展输入/输出模块和功能模块,实现系统的功能扩展。
5. 控制系统优化与应用为了进一步优化电锅炉控制系统的性能,可以采用PID控制算法、模糊控制算法等先进的控制技术,提高系统的响应速度和稳定性。
基于PLC和组态软件的工业锅炉监控系统的设计
基于PLC和组态软件的工业锅炉监控系统的设计引言随着工业化的发展,工业锅炉作为一种重要的能源设备,广泛应用于许多行业中。
为了确保工业锅炉的安全性和稳定性,监控系统起到了至关重要的作用。
本文将介绍基于PLC(可编程逻辑控制器)和组态软件的工业锅炉监控系统的设计方案。
系统功能需求1. 温度与压力监控工业锅炉操作过程中,温度和压力是两个重要的参数。
监控系统需要实时获取锅炉的温度和压力数据,并提供报警功能,一旦温度或压力超过预设的安全范围,系统应立即发出警报。
2. 液位控制液位是另一个需要监控的重要参数。
监控系统应能够准确测量锅炉内液体的液位,并能进行液位控制。
当液位过低或过高时,系统应及时发出警报,并自动调节液位。
3. 报警与记录监控系统还应能够记录锅炉的操作过程和控制参数,并能够生成报警记录。
这些记录可以用于分析和故障排除,并有助于提高锅炉的运行效率。
系统设计方案1. 硬件配置1.1 PLC选型PLC作为系统的核心控制器,需要选用性能稳定,功能强大的设备。
常见的PLC品牌有西门子、施耐德等,根据项目的具体需求选择合适的PLC型号。
1.2 传感器选择为了实现温度、压力和液位的监测,需要选择相应的传感器。
温度传感器可以选择热电偶或温度传感器,压力传感器可以选择电容式或电阻式传感器,液位传感器可以选择浮球式或超声波式传感器。
根据实际情况,选择适合的传感器。
1.3 通信模块选择为了将PLC和组态软件连接起来,需要选用合适的通信模块。
常见的通信模块包括以太网模块、串口模块等。
根据系统的通信需求,选用合适的通信模块。
2. 软件配置2.1 PLC编程使用PLC编程软件进行编程,实现对各个传感器和执行器的控制。
根据系统需求,编写逻辑控制程序,包括温度、压力和液位的监测与控制逻辑。
2.2 组态软件配置使用组态软件进行系统的参数配置和界面设计。
组态软件可以实现实时监测和操作界面的设计,包括温度、压力和液位的实时显示,报警功能等。
基于三菱Q系列PLC的工业燃煤锅炉控制系统
带 热 备 加 设
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工 加 3 2 年 4 业 热第9 0 第期 卷1 0
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介绍一种基于三菱 Q 2 P C的工业燃煤锅 炉控 制系统 以及硬件配置 、软件编程 、控制方法等 。实际应 O U L
用表明该控制系统控制效果 良好 、调节速度快 、稳定可靠 。
关键词 :燃煤锅炉; 多参数; 控制
中 图 分 类 号 :T 2 35 P 7. 文 献标 志 码 :A
程及设 备联 锁控制要 求的前提下,前后设 备动作过程应 尽量 交叉 和叠加, 以节省运 行周期 时间。在 满足出钢节
奏 。如果 生产线的年产量 很大,加热炉 的计算 出钢节奏 跟不上 时,应积极和轧钢 工艺协商,采取 一些其他措施 进行弥补 ,如适 当提高加 热炉年工作时 间,将 坯料断面
工业 燃煤锅炉 是一 种把煤碳储 藏的化学 能转 变为热 能 ( 蒸汽 )的动力设 备l。其控制质量 的优劣不仅关系到 1 ] 锅炉 自身运行 的安全 和效率,而且 还直接影 响相 关生产 过程 的稳定性和对环境的污染 。 随着计算机应用技术 、 信 息技 术与 自动控制 技术 的不断发展 ,以可编程控 制器和 组态软件为核心的 自动控制系统得到广泛的应用 。 云南红塔蓝鹰纸业有 限公司拥有两 台容量为 2 的 0
基于组态王和PLC的工业锅炉监控系统设计
动上 排料 系统 、 内循 环 系统 、 外 循环 系统 和燃 烧 控
制 系统构 成 。
化
工
自 动 化
及 仪
表
第 4 0卷
频器 加 以控 制 , 实 现对 风机 和泵 的转速控 制 , 以达 到现 场操 作补水 、 给煤 控制 等 。
进行 编 程 , 实现 工 业 锅 炉 的 自动控 制 。P L C采 用
日本 欧 姆 龙公 司 的 C J 1 M 系 列 。锅 炉 温度 、 压 力
及水 位 等信 号通 过传 感器 将检 测 到 的实 际值转 化
风机 来实 现炉 膛温 度 的控制 。压 力 的检测 用 于对
为 电流信 号 , 再 将 模 拟 量 输 入模 块 转 换 成 数 字 信
烧后 经排 渣传 送带 自动 排 出 。炉 膛温 度 的控 制通
过鼓 风 机 和 引 风 机 控 制 燃 烧 室 的含 氧 量 控 制 燃
内水温 、 锅 炉液 位和 锅炉 压力 为被 控参 数 , 加 热炉
燃 料量 为控 制变 量 , P L C为 控制 器 , 构成 工 业 锅炉 的控制 系 统 。控 制 系 统 运 用 P L C梯 形 图语 言
摘 要 以 P L C为 硬 件 平 台 , 应 用 梯 形 图 实现 P I D控 制 , 选择 K i n g V i e w组 态 软 件 完成 人 机 界 面 的设 计 , 实现基于 P L C和 软 件 组 态 的 工业 锅 炉 监控 系统 设 计 。 系统 的 实 际调 试 运 行 表 明 : 该 系统 达 到 了设 计 目
2 硬 件 设 计
P L C硬件 模块 由电源 模块 、 C P U模 块 、 开关 量
基于PLC的锅炉加热温度控制系统设计
基于PLC的锅炉加热温度控制系统设计锅炉加热温度控制系统设计是一个非常重要的工程项目,特别是在工业生产中。
PLC(可编程逻辑控制器)是一种高级自动化控制设备,可以实现对锅炉加热温度的精确控制。
本文将介绍一个基于PLC的锅炉加热温度控制系统的设计。
【系统概述】该系统的基本目标是稳定地控制锅炉的加热温度,保证锅炉在正常工作范围内运行,并尽可能地提高热效率。
具体来说,系统需要实现以下功能:1.实时监测锅炉温度。
2.控制锅炉加热功率。
3.响应温度变化,并自动调整加热功率。
4.报警和故障保护功能。
【系统设计】1.硬件设计:硬件部分包括传感器、执行机构和PLC。
传感器用于实时监测锅炉温度,常用的温度传感器有热电偶和敏感电阻。
执行机构用于控制加热功率,可采用电磁阀或电加热器。
PLC负责处理数据和控制信号,可以选择常用的西门子、施耐德等PLC。
2.软件设计:软件部分主要包括PLC编程和人机界面设计。
PLC编程可以使用基于LD(梯形图)或SFC(时序功能图)的编程语言,根据具体控制要求,设计合适的控制算法和逻辑。
人机界面设计可以使用HMI(人机界面)或SCADA(监控与数据采集系统),实时显示锅炉温度、加热功率和系统状态,并提供控制和设定温度的功能。
3.控制策略设计:控制策略需要根据具体情况进行设计,一般分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是根据经验或数学模型预先设定温度和加热功率曲线,直接输出控制信号。
闭环控制则根据实时监测的温度反馈信息,通过控制算法动态调整加热功率,使实际温度尽可能接近设定温度。
4.报警和故障保护设计:系统需要具备报警和故障保护功能,当温度超出设定范围或系统出现故障时,及时发出警报并采取相应的措施,以保护锅炉和工艺安全。
【实施与测试】在实施前,需要进行系统调试,确保PLC编程和硬件连接正常。
在实际运行中,需要对系统进行定期检测和维护,以保证系统的稳定性和可靠性。
总结起来,基于PLC的锅炉加热温度控制系统的设计是一个复杂的工程,需要综合考虑硬件和软件的因素。
基于PLC的工业蒸汽锅炉控制系统设计
控制要求
蒸汽锅炉控制系统的主要控制要求包括:
1、控制目标:通过控制燃料供应和空气供应,达到对蒸汽压力和蒸汽温度的 稳定控制。
2、被控对象:蒸汽锅炉的燃料系统和空气系统,以及相应的阀门和传感器。
3、控制算法:采用PID控制算法,通过比较实际值与设定值的差异,调整燃料 和空气的供应量。
3、控制算法:采用PID控制算法
对于蒸汽锅炉的控制,需要的参数包括压力、温度、液位等。因此,控制算法 的设计重点在于如何通过对这些参数的监测和控制,保证蒸汽锅炉的正常运行。 常见的控制算法有PID(比例-积分-微分)控制、模糊控制等,可根据实际情 况选择合适的控制算法。
2、输入输出接口
输入输出接口的设计是PLC控制系统的重要环节。输入接口负责采集蒸汽锅炉 的各种运行参数,如压力、温度、液位等;输出接口则将控制信号传递给相应 的执行机构,如调节阀、泵、风机等。在设计时,需要充分考虑蒸汽锅炉的工 艺流程、设备选型等因素,保证接口的合理配置。
关键词
PLC、工业蒸汽锅炉、控制系统、 设计
内容概述
本次演示主要介绍如何将PLC应用于工业蒸汽锅炉的控制系统,包括控制算法 的选择、输入输出接口的设计以及设备的选型等方面的内容。通过PLC的控制, 可以实现蒸汽锅炉的自动化运行,提高生产效率,降低能源消耗,保证生产安 全。
设计思路
1、控制算法
1、品牌选择:选用某知名品牌的PLC,具有较高的可靠性和稳定性。 2、型号选择:根据蒸汽锅炉控制系统的规模和复杂度,选择中高端型号的PLC。
3、内存容量:选用具有较大内存容量的PLC,以支持复杂的控制算法和数据处 理。
4、输入输出点数:根据控制系统的需求,选择适当的输入输出点数。
4、输入输出点数:根据控制系 统的需求,选择适当的输入输出 点数。
基于PLC的锅炉控制系统的设计
基于PLC的锅炉控制系统设计是一种常见的工业自动化应用,用于实现对锅炉的自动化控制和监测。
下面是一个简要的锅炉控制系统设计的示例:
系统组成:
PLC(可编程逻辑控制器):作为控制系统的核心,负责接收输入信号、进行逻辑处理和输出控制信号。
传感器:用于测量锅炉的各种参数,如温度、压力、流量等。
执行器:用于执行控制信号,如阀门、泵等。
人机界面(HMI):提供人机交互界面,用于显示锅炉状态、操作控制等。
控制策略:
温度控制:根据锅炉的温度设定值和实际测量值,通过控制执行器来调节燃料供应、水流量等,以维持锅炉温度在设定范围内。
压力控制:根据锅炉的压力设定值和实际测量值,通过控制执行器来调节燃料供应、风量等,以维持锅炉压力在设定范围内。
安全保护:设置各种安全保护措施,如过热保护、低水位保护等,通过监测传感器信号,及时采取相应的控制措施,确保锅炉的安全运行。
编程实现:
使用PLC编程软件,根据控制策略进行逻辑编程,设置输入输出信号的连接关系,编写控制程序。
在编程中考虑异常处理、报警和故障诊断等功能,确保系统的可靠性和稳定性。
人机界面设计:
设计直观友好的人机界面,显示锅炉状态、参数、报警信息等。
提供操作界面,允许操作人员设定参数、监控状态、执行操作等。
在设计过程中,应充分考虑锅炉的特性、运行环境和要求,并遵循相关的安全标准和规范。
此外,进行实施前应进行充分的测试和验证,确保系统的功能和性能符合设计要求。
需要指出的是,以上仅是一个基本的锅炉控制系统设计示例,实际的设计可能会因具体的应用要求而有所差异。
基于PLC锅炉水温控制系统设计
基于PLC锅炉水温控制系统设计1. 引言1.1 背景锅炉是工业生产中常用的热能设备,用于产生蒸汽或热水,供应能量给生产过程中的各个环节。
在锅炉的运行过程中,水温是一个重要的参数,对于保证锅炉运行稳定、安全、高效具有重要意义。
传统的锅炉水温控制方法主要依靠人工操作,存在操作不准确、响应速度慢等问题。
因此,设计基于PLC(可编程逻辑控制器)的锅炉水温控制系统可以提高控制精度和响应速度。
1.2 目的本文旨在设计一个基于PLC锅炉水温控制系统,通过对传感器信号进行采集和处理,并通过PLC进行逻辑判断和控制输出信号,实现对锅炉水温进行精确可靠地控制。
2. 锅炉工作原理及参数2.1 锅炉工作原理锅炉是通过将液体(通常是水)加热至蒸发状态以产生蒸汽或提供加热能量。
其主要部件包括:进水系统、燃烧系统、排烟系统、水循环系统等。
2.2 锅炉水温参数锅炉水温是指锅炉内部循环水的温度,它是锅炉运行稳定性和效率的重要指标。
在正常运行中,锅炉水温应在一定的范围内保持稳定。
过高或过低的水温都会对锅炉运行造成不利影响。
3. PLC控制系统设计3.1 PLC控制原理PLC是一种用于工业自动化控制的电子设备,它能够根据预设的程序和逻辑进行自动化控制。
PLC主要由处理器、输入/输出模块和编程设备等组成。
3.2 PLC应用于锅炉控制系统设计将PLC应用于锅炉控制可以实现自动化程度高、响应速度快等优点。
通过对传感器信号进行采集和处理,PLC可以实时监测并判断锅炉内部参数,并根据预设逻辑进行相应的输出信号,实现对锅炉水温的精确控制。
4. 系统硬件设计4.1 传感器选择选择适合的传感器对于准确获取锅炉水温至关重要。
常用的传感器包括热电偶、热电阻等。
在选择传感器时需要考虑其测量范围、精度和适应环境等因素。
4.2 PLC选型根据锅炉控制系统的需求,选择合适的PLC型号和规格。
需要考虑PLC的输入/输出点数、通信接口、运算速度等因素。
4.3 控制执行机构选型控制执行机构用于实现对锅炉水温的控制,常用的包括电动阀门、变频器等。
基于PLC的锅炉燃烧控制系统的设计-毕业论文
摘要随着社会经济的飞速发展,城市建设规模的不断扩大,以及人们生活水平的不断提高,对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了原来越高的要求。
结合现状,本论文供暖锅炉监控系统,设计了一套基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统。
该控制系统以一台工业控制机作为上位机,以西门子S7-300可编程控制机为下位机,系统通过变频器控制电机的启动,运行和调速。
上位机监控采用WinCC设计,主要完成系统操作界面设计,实现系统启停控制,参数设定,报警联动,历史数据查询等功能。
下位机控制程序采用西门子公司的STEP7编程软件设计,主要完成模拟量信号的处理,温度和压力信号的PID控制等功能,并接受上位机的控制指令以完成风机启停控制,参数设定,循环泵的控制和其余电动机的控制。
本文设计的变频控制系统实现了锅炉燃烧过程的自动控制,系统运行稳定可靠。
采用锅炉的计算机控制和变频控制不仅可大大节约能源,促进环保,而且可以提高生产自动化水平,具有显著的经济效益和社会效益。
关键字:锅炉控制;变频调速;组态软件;PLCAbstractAlong with social economy’s swift development, the urban construction scale’s unceasing expansion , as well as the peple living standard’s unceasing enhancement , set more and more high request to the city life heating’s user quantity and the heating quality. The union present situation, the present paper heating boiler supervisory sysem, has designed a set based on PLC and the frequency conversion velocity modulation technology heating boiler control system.This control system takes the superior machine by one Industry cybertrons , west of family household S7-300 programmable controller for lower position machine ,system through frequency changer control motor’s start , movement and vclocity modulation .the superior machine monitoring software uses the three dimensional strength to control the WinCC design , mainly completes the system operation contract surface design ,realizes the system to open/stops functions and so on control ,parameter hypothesis ,warning linkage,historical data inquiry. The lower position machine control procedure uses Siemen’s STEP7 programming software design , mainly completes the simulation quantity signal processing , temperature and pressure signal functions and so on PID control , and receives the superior machine control command to complete the air blower to open/stops the control , the parameter hypothesis, the circulating pump control and other electric motor’s control.This article designs the frequency conversion processs automatic control, the systems operation is stable, is reliable. Uses boiler’s computer control and the frequency converseon control noe only may save the energy greatly, the promotion environmental protection moreover may raise the production automation level, has the remarkable economic efficiency and the social efficiency.Key Words:Boiler control;Frequency conversion velocity modulation ;Configuration Software;PLC目录摘要 0Abstract (1)第1章概述 (4)1.1 项目背景及课题的研究意义 (4)1.2 供暖锅炉控制的国内外研究现状 (5)1.3锅炉控制系统的发展趋势 (6)1.4本文所做工作 (7)第2章系统方案设计 (9)2.1锅炉控制研究简介 (9)2.2 总体设计思路 (9)2.3方案比较 (10)2.3.1方案1 (10)2.3.2 方案2 (10)2.4方案论证与方案确定 (11)第3章硬件设计 (12)3.1 用户系统框图 (12)3.2 锅炉系统的理论分析 (13)3.2.1变频调速基本原理 (13)3.2.2变频调速在供暖锅炉中的应用 (13)3.2.3变频调速节能分析 (14)3.3燃烧过程控制 (19)3.4锅炉控制系统设计 (20)3.5控制系统构成介绍 (21)第4章软件设计 (25)4.1 S7-300系列PLC简介 (26)4.2 PLC编程语言简介 (28)4.2.1 PLC编程语言的国际标准 (28)4.2.2复合数据类型与参数类型 (29)4.2.3系统存储器 (29)4.2.4 S7-300 CPU中的寄存器 (30)4.3 STEP7 的原理 (31)4.3.1 STEP7概述 (31)4.3.2 硬件组态与参数设置 (32)4.3.3 符号表 (36)4.3.4 逻辑块 (37)4.3程序设计 (38)4.4通信系统 (41)4.5人机界面 (43)4.5.1监控软件WinCC介绍 (43)4.5.2监控系统设计 (45)4.5.3锅炉监控界面设计 (49)第5章结论 (53)5.1 成果的创造性和先进性 (53)5.2作用意义(经济效益和社会意义) (53)5.3 推广应用范围和前景 (53)5.4 需要进一步改进之处 (54)参考文献 (55)外文资料翻译 (56)外文翻译原文 (56)外文翻译译文 (68)致谢 (75)附录 (76)附录1 程序清单 (76)附录2 I/O点数分配表 (96)附录3 物理参数比较表 (97)第1章概述1.1 项目背景及课题的研究意义工业锅炉是工业生产和集中供热过程中重要的动力设备。
PLC及变频技术在锅炉自动化控制中的应用
关 键 词 :P C;变 频 器 ;计 算 机 ;循 环 流 化 床 锅 炉 L 中 图分 类 号 :T 3 P 1 文 献标 识码 :B 文 章 编 号 :1 7 —8 5 ( 0 2 5 0 8 0 6 1 5 0 2 1 )0 —0 北 钢铁 集 团矿 业有 限公 司庙 沟铁矿 原有锅 炉 运行 年 限长 、效率低 。供暖效 果差 ,不但 制约 了生
2 控 制 原 理
可 编 程 控 制 器 ( L — — P 。 rmmal lg PC rga be o i c
具 备软启 动功 能 ,这将减 少 电机启 动时 对 电网 的冲
击 ,提 高 了用 电质量 。 锅炉 安全 运 行 的重 要 参 数 采 用 P D 控 制 。运 I C nrl r o t l )是该 系统 的核 心控 制器 件 ,具有 节 约成 oe 本 、功耗 低 、体积 小 及重 量轻 等特 点 。P C控 制是 L
频率 的 电能控制装 置 。其基 本原理 是根 据 电机转
速 与工作 电源输入 频率成 正 比的关 系 :
n 6 1 s / 一 0 f( 一 ) p
式中
n 、s p 、f 、 —— 分 别 表 示 转 速 、输 入 频 率 、
电机转差 率 、电机 磁极对 数 。 通过 改变 电动 机工作 电源 频率达 到 改变 电机转 速 的 目的 。在 节能 的 同时 ,变 频器对 电机 进行 节能 调 速 的同时还 具备 电机保 护功 能 ,可 以针 对 电机过 流 、缺相 、过 热等 故障进 行报 警和保 护 ,大 幅延长 了电机 的使用 寿命 ,减少 了其 维护 费用 。变频 器还
摘 要 :将 变 频 调 速 技 术 、计 算 机 和 智 能 控 制 技术 相结 合 ,完成 工 业 锅 炉 给 水 的 自动 控 制 ,使 锅 炉 温 度 、
PLC对工业锅炉燃烧控制的实验研究
另一方面缺少有效监视燃烧工况的仪表使调节控制锅炉2旋流器是平焰烧嘴的关键部件其产生的旋转速度的实际大小与喷口角度小孔直径和流速喷口通道的内外径有关在喷izl直管段的一定长度内气体速度均匀化这对混合燃烧是必须的但同时旋转速度衰减也很大降低了喷口的旋流强度
维普资讯
图 9 在试验炉上拍摄的额定 能力 下火焰形状
3 结论 通过使用 Fun 软件对烧嘴燃烧情 况进行 整体模 拟 let
计算 和试验对 比分析 ,可以初步得到 以下结论 : ( )煤气在 烧嘴喷 口处的强烈旋转运动 、轴线 中心 1 区域 的回流和球形负压 区,是平焰烧嘴流动 的基本特征, 这些特 征的共 同作用形成气 流的贴壁效应 。特征 区域的 尺寸大小和分布在 某种程度上决定了烧 嘴的各种 』 生能。
( )旋 流器是平焰烧嘴 的关键部件 ,其 产生的旋转 2 速度 的实际大小与喷 口角度 、小孔直径和 流速 、喷 口通 道的 内外径 有关,在 喷 口直 管段的一定 长度 内气体速度 均匀化 ,这对 混合燃烧是必须 的,但 同时旋转速度 衰减 也很大,降低了喷 口的旋流强度 。 ( )模 拟计算得 出:为保证平焰烧 嘴的火焰和 燃烧 3 特性 ,空煤气喷 口的动力学特征,如:旋流数 、喷 口动 量 等,之间必须保持 一定的变化规律 ,这 个规律 可以作 为平焰烧嘴设计 的依据 。
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1 引言锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一,它的功能是把燃料中的贮能,通过燃烧转化成热能,以蒸汽或热水的形式输向各种设备。
目前,国内大多数工业锅炉都是人工控制的,或简单的仪表单回路调节系统,燃料浪费很大。
工业锅炉作为一个设备总体,有许多被控制量与控制量,扰动因数也很多,许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。
对于工业锅炉这个复杂的系统,由于其内部能量转换机理过于复杂,采用常规的方式进行控制,难以达到理想的控制效果,因此,必须采用智能控制方式控制,才能获得最佳控制效果。
2 系统的组成系统运行的示意图如图1所示。
图1 系统运行示意图由图1可知,燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧,产生的热量传递给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽,经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。
与此同时,燃烧过程中产生的烟气,除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外,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。
锅炉是个较复杂的调节对象,为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要,生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。
主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。
主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。
这些输入量与输出量之间是互相制约的,例如,蒸汽负荷变化时,必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力,同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。
对于这样复杂的对象,工程处理上作了一些简化,将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。
主要的调节系统有:(1) 汽包水位调节系统被调量是汽包水位,调节量是给水流量,它主要考虑汽包内部物料平衡,使给水量适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在工艺允许范围内。
(2) 过热蒸汽温度调节系统维持过热器出口温度在允许范围之内,并保证管壁温度不超过允许工作温度。
(3) 燃烧调节系统使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料量与空气量之间保持一定比例,以保证经济燃烧;使引风量与送风量相适应,以保持炉膛负压稳定。
这里将讨论锅炉汽包水位调节系统、燃烧调节系统及蒸汽温度调节系统。
2.1 系统的检测信号及锅炉的控制任务锅炉设备的检测信号包括:蒸汽流量、汽包水位、汽包蒸汽压力、加水量、炉膛负压、鼓风量、烟气含氧量、当已知检测信号的情况下,锅炉的控制任务是:在用户蒸汽机需要的情况下,PLC控制加水阀、输煤量、鼓风量与引风量,使保持锅炉汽包水位稳定,蒸汽压力稳定,炉膛负压稳定,烟气稳定,使燃料能量最充分地燃烧,以取得最大的热效率。
2.2锅炉的主要控制流程(1) 锅炉水位控制流程水位自动控制的主信号为水位差压变送器输出的信号。
前馈信号可以取水压力的变化,以补偿给水母管的压力波动;取蒸汽流量的变化,以补偿负荷的波动。
其控制框图如图2所示。
图2 锅炉水位控制系统(2) 蒸汽温度控制系统为控制过热蒸汽的出口温度,设有表面式或喷水式减温器。
增加进入减温器的水量即降低主蒸汽温度。
该回路的主要信号是主蒸汽温度。
前馈信号可以取减温器前的蒸汽温度,还可以取给水流量。
对表面式减温器,主蒸汽温度的变化和经过减温器的给水量有关,因而与水位控制有耦合作用,即水位波动而调节给水阀时会影响到主蒸汽温度。
因主蒸汽温度变化而调节减压阀也影响到水位。
为此,设有分配阀。
由此可知,给水阀、减压阀的分配控制是耦合的,要采取解耦措施才可以使水位和蒸汽温度能控制在允许的偏差范围内。
蒸汽温度的控制流程图见图3所示。
图3 蒸汽温度的控制框图(3) 锅炉燃烧过程控制对抛煤机倒转链条炉来说,燃烧自动控制包括控制主蒸汽压力和最佳的燃烧工况。
通常根据主蒸汽压力的变化控制给煤量并控制炉排转速来控制煤在炉膛中的燃烧时间,当给煤量变化时,要相应地改变一次风和二次风,使不完全燃烧损失和排烟损失之和为最小,即锅炉燃烧效率为最高。
氧化镐可用来测量烟气中含氧量。
可由含氧量来判断燃烧工况是否处于最佳状态。
另一种方法为根据该炉实际燃烧的情况,找出煤量和风量在不同负荷下的关系曲线,把它存在计算机中,按这一经验曲线进行燃烧自动控制,当煤种或运行工况有较大变化时,可重新设置这一曲线。
另外可按智能控制和专家控制的方法自动寻找最佳的燃烧工况。
锅炉燃烧过程控制的流程图见图4。
图4 锅炉燃烧过程控制系统该系统根据主蒸汽压力来控制给煤量,并取蒸汽和汽鼓压力的变化为前馈量。
PLC输出到给煤机的信号作为炉排转速的控制信号,并作为一次风的前馈信号。
一次风的控制算法有三种:·一种是按氧量仪进行控制;·威另一种按风煤比的关系曲线进行控制;·第三种为按智能控制算法进行自寻优控制。
PLC输出给一次风执行器的信号也作为二次是按风的控制信号及引风控制的前馈信号。
引风门的控制可使炉膛负压控制在微负压状态,既不使炉膛内的烟灰喷出炉外,又不使大量冷空气漏入炉内,影响锅炉效率。
3 PLC控制系统结构3.1 PLC控制系统的组成PLC控制的结构如图5所示。
控制设备选用德国SI-EMENS公司的PLC系列可编程序控制器。
系统配有一台上位机和一台下位机。
通过数据通讯网络,彼此相连。
下位机的CPU模板采用PLC SIMATIC S7可编程控制器,上位机采用台湾研华公司的工业控制机IPC。
图5 PLC控制系统的结构图系统配置的软件有S7-400编程软件和SIMATIC WinCC全面开放的新一代人机界面监控软件。
STEP 7-400用于PLC的编程、调试和生成各种程序文档,SIMATIC WinCC用于实现人机接口功能。
锅炉控制系统由锅炉本体,一次仪表、微机、手/自动切换操作器、执行机构及阀、滑差电机等部分组成,一次仪表将锅炉的温度、压力,流量,氧量,转速等热工参数转换成电压、电流或电阻值输入PLC。
手/自动切换操作部分:手动时由操作人员手动控制,用操作器控制滑差电机及阀等,自动时由PLC发出控制信号经执行部分进行自动操作。
PLC对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制,以保证锅炉正常可靠地运行。
除此以外为保证锅炉运行的安全,在进行PLC系统设计时,对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及常规报警装置,以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置,这是必不可少的,以免锅炉发生重大事故。
3.2 燃烧过程的模式识别与智能控制燃烧过程的模式识别与智能控制结构图如图6所示:图6 燃烧过程智能控制结构图这里给定量为给煤量、送风量、引风量等;被控量为蒸汽温度、蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛压力蒸汽流量等。
本系统设计了一个专家控制器。
(1) 专家控制器的基础是知识库专家控制器由经验数据库和学习与适应装置组成。
图6所示的为工业锅炉燃烧专家控制器的结构框图。
图6中知识库用于存入有关工业锅炉燃烧过程控制的专家知识,包括有经验的锅炉操作人员和控制工程师手动操作调整的综合经验与判断能力。
其中经验数据库主要存储经验和事实数据,学习与适应装置的功能是根据在线运行获取的信息补充或修改知识库的内容,对锅炉热效率进行自学习寻优。
锅炉专家控制器在某一工况下,可以通过改变鼓风量,搜索到锅炉燃烧热效率的最高点,按此时的最佳风煤比设定鼓风量、抛煤机转速和炉排转速并把这些数据补充到知识库中,从而可以实现锅炉的节能经济运行并改善系统的动态特性。
(2) 建立知识库建立知识库的主要工作是如何表达已获取的知识。
专家控制器的知识库用产生式规则建立,其中每条规则都可以独立地增删修改,使知识库的内容便于更新。
控制规则集是被控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结,当规则条数不多,搜索空间很小时,推理机构可以采用向前推理方法,逐次判断各规则的条件,满足则执行,否则继续搜索。
(3) 特征识别与信息处理这部分的作用是实现对信息的提取加工,为控制决策和学习适应提供依据。
它包括抽取动态过程的特征信息、识别系统的特征状态,并对特征信息作必要的加工。
在锅炉专家控制器中,通过主蒸汽流量和压力的测量值及计算一段时间内的累加值,就可以判断蒸汽负荷的增减,通过炉膛温度的测量值及增量和累加值,就可以判断锅炉的燃烧状况,从而为下一步控制决策提供依据。
利用上述方法,在负荷波动较大时搜索最高炉温。
在负荷平稳时搜索最佳风煤比以获得最高的锅炉效率。
此外还可采用分层递阶智能控制算法。
4 结束语经过对武钢能源总厂工业锅炉控制系统的反复调试与不断改进,生产过程的自动控制得以实现,生产效率明显提高,节能效果十分显著,取得了良好的经济效益和社会效益,受到了生产厂的一致好评。
该系统的设计思路及设计技巧对其它相似过程的控制也具有一定的借鉴作用。
实践证明,锅炉这种具有大惯性、纯滞后、非线性的多变量系统,各变量间相互耦合,干扰因素多,数学模型不易建立,某些参数难以检测,燃料发热值及压力频繁波动情况下,用常规方法不能进行有效控制,应用智能控制及模式识别技术,能够收到满意的控制效果。
参考文献[1] 宋德玉. 可编程序控制器原理及应用系统设计技术[M]. 北京:冶金工业出版社,1999.[2] 陈诗滔. 工业过程仪表与控制[M]. 北京:中国轻工业出版社,1998.作者简介潘炼(1964-) 副教授/高级工程师主要研究方向:计算机控制技术在冶金工业的应用。