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学士学位论文--发电厂燃煤锅炉燃烧plc控制系统设计.doc
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发电厂燃煤锅炉燃烧 PLC 控制系统设计
发电厂燃煤锅炉燃烧控制系统设计
摘要
在热电厂中,以单位机组为控制对象有:锅炉汽包水位控制、燃烧过程控制
以及过热蒸汽温度,过热蒸汽温度控制又包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度
控制。其中,热电厂锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要
的作用,所以对它高效率的控制是现在热电厂的一个重要任务。
本文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。
关键词:热电厂;锅炉燃烧;单片机;控制
Coal-fired power boilers burning single
chip control system design
Abstract
Thermal power plant boiler combustion control plays an important role in
security and economy of the entire power generation process, the control of its high
efficiency thermal power plant is an important task. In this paper, the analysis and
study of the entire combustion system, the boiler combustion control system, main
steam pressure control system and the furnace pressure and control system control
发电厂燃煤锅炉燃烧 PLC 控制系统设计
program, then its control law and parameter selection and tuning. Instrument selection,
using advanced digital instrument, and using the Cygnal microcontroller design an
intelligent combustion control system, given the hardware and software flow chart.
The controller to the new C8051F020 MCU as the core, the use of fuzzy PID
algorithm for computing and control, not only can be analog, digital signal sampling
and processing, but also to complete the state detection and control, alarm and fault
handling functions. The control system has a fast, high precision, high reliability and
a simple hardware structure. Finally, you can reach the boiler safe, economical and
efficient operation.
Keywords: heat and power plant; boiler combustion; microcontroller; control
发电厂燃煤锅炉燃烧 PLC 控制系统设计
目录
摘要....................................................................................................................................................1
Abstract..............................................................................................................................................1
目录....................................................................................................................................................1
第一章 绪论......................................................................................................................................2
1.1 研究目的和研究意义..........................................................................................................2
1.2 国内外研究现状..................................................................................................................3
第二章 热电厂的生产工艺及单元机组的自动控制系统............................................................5
2.1 热电厂的生产工艺..............................................................................................................5
2.2 热电厂单元机组的自动控制系统......................................................................................6
2.2.1 汽包水位控制...........................................................................................................6
2.2.2 炉膛负压控制...........................................................................................................8
2.2.3 蒸汽压力控制...........................................................................................................9
2.2.4 经济燃烧控制.........................................................................................................10
第 3 章 硬件设计............................................................................................................................11
3.1 用户系统框图...................................................................................................................11
3.2 锅炉系统控制的对象.......................................................................................................12
3.3 燃烧过程控制....................................................................................................................18
3.4 锅炉控制系统设计............................................................................................................18
3.5 控制系统构成....................................................................................................................20
第 4 章 软件设计............................................................................................................................23
4.1 S7-300 系列 PLC 简介......................................................................................................24
4.2 PLC 编程语言简介 ...........................................................................................................26
4.2.1 PLC 编程语言的国际标准 ....................................................................................26
4.2.2 复合数据类型与参数类型.....................................................................................27
4.2.3 系统存储器.............................................................................................................28
4.2.4 S7-300 CPU 中的寄存器 .......................................................................................29
4.3 STEP7 的原理 ...............................................................................................................30
4.3.1 STEP7 概述 ............................................................................................................30
4.3.2 硬件组态与参数设置............................................................................................31
4.3.3 符号表....................................................................................................................34
4.3.4 逻辑块....................................................................................................................35
4.3 程序设计............................................................................................................................37
4.4 通信系统............................................................................................................................39
第五章 结束语................................................................................................................................41
参考文献:..............................................................................................................................42
发电厂燃煤锅炉燃烧 PLC 控制系统设计
第一章 绪论
1.1 研究目的和研究意义
热力电厂的一系列系统和生产流程和生产工艺,这些大致可以分为水处理系
统、锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统、供配电系统、这样大的四个系统,其中锅
炉是发电过程中必不可少的重要动力设备,它所产生的高压蒸汽既可以驱动透瓶,
又可以作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断增
大,作为动力和热源的锅炉,也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。
锅炉的控制主要分为两大部分:燃烧控制系统和汽包水位控制系统。汽包水位一
般采用三冲量控制,能达到较好的控制效果,而锅炉的燃烧过程,是一个多参数、
多回路、非线性、大滞后、强祸合的控制系统,较难控制。因此,自二十世纪九
十年代以来,随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制,国外就将自适应控制
等智能控制算法技术应用于锅炉的控制。使锅炉控制水平大大提高,实现了锅炉
优化控制。国内研究锅炉自动控制虽然现在也比较成熟,但主要是仪表显示、报
表打印等功能,控制水平有限,可靠性不够高。和国外锅炉自动控制比较仍存在
一定的差距。
1.大多数现有的锅炉控制系统可控制的主要还是开关量设备,如风机、炉排
和水泵的开关或者阀门控制。不能对它们精确连续调节,使控制手段单一,控制
精度低。
2.锅炉控制系统的的控制方案不够合理,锅炉控制器一旦出现故障,只能采
取系统断电处理,进行人工操作。若锅炉系统中的传感器、变送器等设备出现故
障时,温度、压力等参数就无法达到设定值。
因此,本文根据热电厂锅炉控制流程,以 C8051F020 单片机为核心设计了
一种火电厂锅炉燃烧煤空比的控制系统。目的是提高电厂燃煤锅炉的控制水平。
节约能源,降低环境污染。系统采用模糊 PID 算法进行运算和控制,不但可以实
现对模拟、数字信号进行采样和处理,而且还可以完成状态检测和控制、报警以
及故障处理等功能。该控制系统具有速度快、精度高、可靠性高和硬件结构简单
发电厂燃煤锅炉燃烧 PLC 控制系统设计
的特点。最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。
1.2 国内外研究现状
锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开始了,当时大都为单参数仪表
控制,进入上世纪五十年代后,美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和
控制的进一步研究。但由于当时科技发展的局限性,对锅炉的控制主要停留在使
用汽动仪表(包括汽动单元组合仪表和汽动基地式仪表)的阶段,而且大多数锅炉
只是检测工艺参数,不进行自动控制。到上世纪六十年代,在发达国家,锅炉的
控制主要以电动单元组合仪表(相当于我国的 DDZ-II, DDZ-III 仪表)检测与控
制,还是以检测报警为主,控制为辅助功能。到了上世纪七十年代,随着计算机
技术和自动控制技术理论的发展,使得锅炉的计算机控制成为可能。尤其是近一、
二十年来,随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展,加之计算机各种性能的
不断增强,价格的大幅度下降,使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。
许多发达国家都相继开发出了锅炉计算机控制系统。如 今在 国 外,锅炉的控
制己基本实现了计算机自动控制,在控制方法上都采用了现代控制理论中的最优
控制、多变量频域、模糊控制等方法,因此,锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳,
而且减少了对环境的污染。在国内,由于经济技术条件的限制,中小企业锅炉设
备水平一直比较落后,大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简单仪表操作
的水平。
80 年代中后期,随着先进的控制技术引入我国的锅炉控制,锅炉的计算机
控制得到了很大的发展。至 90 年代,锅炉的自动化控制己成为一个热门领域,
利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的各种
控制系统,己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中,并向与新建炉体配套的方向发
展,许多新的控制方法,诸如最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、
专家控制等自动控制的最新成果也在锅炉自动控制中得到了尝试和应用.但由于
控制技术单一,或控制算法的建模往往不能反映真实的锅炉燃烧状况,导致在工
程实践中并不怎么成功,不能产生很好的经济效益,挫伤了用户在工业锅炉上用
计算机进行控制的积极性。进入本世纪以来,为了进一步改善锅炉操作状况,降
低能耗,确保安全运行,减少对大气的污染,同时随着人工智能理论的发展成熟,
智能控制技术的大规模应用,对新一代锅炉计算机优化控制系统的开发和应用已
势在必行且条件成熟。
国内供热锅炉燃烧系统自动控制大多在燃油和燃气锅炉上实现的,对于燃煤
锅炉,在自动控制研究方面总是得不到满意的效果,存在的主要问题是滞后问题。
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