工业锅炉燃烧控制系统-毕业设计开题报告

2011届本科生毕业设计（论文）

开题报告

课题名称工业锅炉燃烧控制系统设计

专业自动化

专业方向自动化

班级

学号

学生姓名

指导教师

教研室

♦１、开题依据

♦ 1.1、背景

燃烧控制系统是电厂锅炉主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别不同测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。

PLC技术因为其控制比较方便，也具有很强的灵活性，其采用内部编程进行对电路的控制，如果需要改进，只需要对其内部的程序重新写入就可以实现新的控制要求。

控制PLC就作为可编程序控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并通过数字式，模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它产生于上个世纪的六十年代的末期，最初只具备逻辑控制，定时，计数等功能，主要用来取代继电接触控制器。

在它诞生不久就显示了在工业控制中的重要地位。许多的西方工业发达国家相继研制成了各自的PLC。它的技术同时也随着计算机技术的发展而迅猛的发展。许多工业发达国家已经逐步将PLC计算机化，采用功能强大的微处理器和大容量的存储器，将逻辑控制，模拟控制，数字运算和通信功能融化为一体，增强PLC与个人计算机，工业控制计算机在功能和应用上的相互渗透力，提高控制系统的性能价格比，极大的拓展了PLC的应用环境和加强了市场的竟争力。

当今，通讯技术的日新月异的变化也促使PLC的应用得到进一步的发展，使它的技术也比较成熟了。

由于它是专为工业环境而设计的，所以具有很高的可靠性，它和它的相关产品几乎可以实现所有的控制任务，功能十分的强大，是目前工业系统中应用前景最为广阔的自动化控制设备。同时由于它极易将微型计算机技术与继电器控制技术很好的融化在一起，使它已经成为改造传统机械产品，构成机电一体化的新一代产品和实现机械工业自动化的控制核心。

♦ 1.2、系统技术参数

使燃料燃烧产生的热量适应蒸汽负荷需求，并保证锅炉经济和安全运行。为此应保证：1）蒸汽压力恒定：调节燃料；流量经济燃烧：调节送风量；炉膛负压：调节抽风量；

2）工作电源：220Vac (± 10%)，50/60 Hz；功耗：5 W；

3）使用环境温度： 0 ~ 60 ℃；使用环境湿度：最高 90%不结露；前吹扫时间(T1)：

60秒；

4）安全点火时间(T2)：10秒；二段火开启时间(T3)：15秒，；火焰失败反应时间：< 2秒；防护等级：IP40。

♦ 1.3、控制系统设计方案

由于锅炉燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后的复杂过程系统，常规的PID控制很难相互兼顾使三个控制目标达到相对稳定，因此需要考虑更加复杂的、先进的、智能化的控制方案才能实现。根据上述自动化目标,本毕业设计选用可编程序控制器（PLC）和力控ForceControl V6.0实现蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制。

♦ 1.3.1、系统硬件配置

锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，它运算速度快、精度高、准确可靠，可适应复杂、难于处理控制系统。，可以解决以上由常规仪表控制难以解决问题。所选择PLC系统要求具有较强兼容性，可用最小投资使系统建成及运转；其次，当设计自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不须重新培训人员，就可使PLC系统升级；最后，系统性能较高。

系统要求，选取西门子PLCS7-200 CPU226 作为控制核心，同时还扩展了2个EM231模拟量输入模块和1个CP243-1以太网模块。CPU226IO点数是2416，这样完全可以满足系统要求。同时，选用了EM231模块，它是AD转换模块，具有4个模拟量输入，12位AD，其采样速度25μs，温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器输出信号调理和放大处理后，成为0～5V标准信号，EM231模块自动完成AD转换。

S7-200PPI接口物理特性为RS-485，可PPI、MPI和自由通讯口方式下工作。为实现PLC与上位机通讯提供了多种选择。

为实现人机对话功能，如系统状态以及变量图形显示、参数修改等，还扩展了一块Eview500系列触摸显示屏，操作控制简单、方便，可用于设置系统参数，显示锅炉温度等。还有一个以太网模块CP243-1，其作用是可以让S7-200直接连入以太网，以太网进行远距离交换数据，他S7-200进行数据传输，通信基于TCPIP，安装方便、简单。

♦ 1.3.2系统软件配置

1）PLC可编程控制器

控制程序采用STEP7-MicroWin软件以梯形图方式编写，S7-200PLC给出了一条PID 指令，这样省去了复杂PID算法编程过程，大大方便了用户使用。使用PID指令有以下要点和经验：

（1）比例系数和积分时间常数确定。应经验值和反复调试确定。

（2）调节量、给定量、输出量等参数标准归一化转换。

（3）按正确顺序填写PID回路参数表（LOOP TABLE），分配好各参数址。

2）三维力控PCAuto组态软件

力控PCAuto软件是对现场生产数据进行采集和过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的"组态方式"进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和间接的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的组态，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能。

PCAuto软件具有功能强大的图形开发环境Draw，采用面向对象的图形技术，创建动画式的人机界面系统及高可靠性快速的图形界面运行系统View，用来运行Draw创建图形窗口先进的分布式实时数据库DB是整个应用系统的核心模块，负责整个力控应用系统的实时数据处理，历史数据存储，统计数据处理,报警信息处理，数据服务请求处理及完成与过程的双向通信。

♦2、软件设计

♦ 2.1、锅炉燃烧系统的控制目标

锅炉燃烧系统主要有三大控制目标：

1）控制主蒸汽的压力恒定，以便满足“负荷流量”所需的压力。例如：负荷流量为35吨/小时的供热锅炉，需要把压力控制在3.3兆帕左右。

2）控制炉膛内氧的含量。一要保证有足够的氧供燃料充分燃烧，不使烟气中有过量的CO，避免浪费燃料和造成环境污染；二是要满足经济燃烧的要求，保证氧量不能过多，以避免尾气带走过多热量形成浪费。例如：一般燃气锅炉需要将含氧量控制在3%~6%之间比较好。

3）控制炉膛负压在一定范围，保证安全生产。例如：炉膛负压一般要求在-20 ~ -40帕之间比较合适，保证炉膛不往外喷火。

♦ 2.2、锅炉燃烧系统的控制手段

根据上述控制目标，锅炉燃烧系统需要相应的控制手段：

1）主蒸汽压力的控制：主要通过调节输入的燃料量和送风量的多少来实现。当“负荷流量”增加时，压力会下降，为了保证流量的供应，必须提高压力使其返回到额定值，因此调节手段主要是增加燃料输入量和送风量；当“负荷流量”下降时，压力会上升，为