环保型锅炉控制系统的研究与设计

摘要

锅炉产业不断壮大引发的能源短缺及环境恶化等问题日益严重，所以生物质环保型锅炉以其经济、高效、环保的特性得到了越来越多的关注。现有生物质环保型锅炉的整体智能化水平较低，难以广泛推广。因此，本文在企业委托项目“环保型锅炉控制系统研制”下，对现有环保型锅炉控制系统进行了智能化改造，提出了一种基于模糊自适应PID（比例-积分-微分）控制的燃烧室最优配风量控制方法，完成了环保型锅炉控制系统软硬件设计。环保型锅炉控制系统能够按照项目要求达到在线寻优工况的智能控制效果。 本文完成的主要工作内容和取得的成果如下： （1）完成了环保型锅炉的总体方案设计。首先介绍了环保型锅炉的工艺特点及配置，然后通过分析其工作过程提出相应的控制要求，在此基础上对主电路和操作回路电路进行设计，最后完成环保型锅炉控制系统的方案设计，并完成硬件器件的选型。 （2）完成了环保型锅炉燃烧室最优配风量控制方法研究。首先，研究了基于模糊自适应PID控制的燃烧室三次最优配风量方法；其次，设计了模糊自适应PID控制器；第三，仿真验证了模糊自适应PID控制器具有调节速度快、稳态性能好、鲁棒性强的特性。 （3）完成了环保型锅炉PLC控制系统设计。根据环保型锅炉控制系统的总体方案设计以及采取的控制策略，首先，完成了PLC开关量输入/输出电路设计；其次，完成了PLC通信接口设计；第三，完成了PLC控制程序的设计，主要包括主程序、初始化程序、数据采集程序、氧含量控制算法程序、故障报警程序等设计；第四，完成了监控界面的设计，包括欢迎界面、主界面、实时监测界面、参数设置界面、故障显示界面、用户管理界面、关于界面等设计。 （4）完成了环保型锅炉控制系统试验研究。首先，构建了环保型锅炉控制系统试验平台；其次，进行了环保型锅炉控制系统研制与单元调试；第三，进行了系统试验，并分析试验结果。 本文研究成果不仅提高了环保型锅炉燃烧系统的在线寻优控制水平，改善了锅炉环保性能，而且为环保型锅炉的全面智能化升级奠定了良好的基础。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 相关技术国内外研究现状

1.2.1 生物质锅炉发展状况

1.2.2 锅炉燃烧控制系统的国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 环保型锅炉的总体方案设计

2.1 环保型锅炉工艺特点及配置

（1）环保型锅炉的工艺特点

（2）环保型锅炉电气设备配置

2.2 环保型锅炉控制系统设计要求

（2）汽水转化过程

（3）热传递过程

2.3 环保型锅炉主电路及操作回路设计

2.3.1 主电路设计

2.3.2 操作回路设计

2.4 环保型锅炉控制系统方案设计

2.5 环保型锅炉控制系统硬件器件选型

（1）控制器

（2）电量采集模块

（3）氧含量分析仪

（4）变频器

（5）上位机

（6）压力传感器

2.6 本章小结

第3章 环保型锅炉燃烧室最优配风量控制方法研究

3.1 燃烧室最优配风量控制结构

3.2 基于模糊自适应PID控制的三次最优配风量方法

3.3 模糊自适应PID控制器设计

3.3.1 模糊自适应PID控制器结构设计

3.3.2 输入/输出变量的模糊化

3.3.3 隶属度赋值表的设计

3.3.4 模糊补偿规则的设计

3.3.5 模糊推理和解模糊化

3.4 模糊自适应PID控制器建模及仿真

3.4.1 燃烧系统的模型建立

3.4.2 控制系统仿真模型搭建

3.4.3 仿真结果及其分析

3.5 本章小结

第4章 环保型锅炉PLC控制系统设计

4.1 PLC开关量输入/输出电路设计

4.1.1 PLC开关量输入电路设计

4.1.2 PLC开关量输出电路设计

4.2 PLC通信接口设计

4.3 PLC控制程序设计

4.3.1 主程序

4.3.2 初始化程序

4.3.3 数据采集程序

4.3.4 氧含量控制算法程序

4.3.5 故障与报警程序

4.4 监控界面设计

4.5 本章小结

第5章 环保型锅炉控制系统的试验验证

5.1 试验平台构建

5.2 环保型锅炉控制系统研制

5.3 系统试验与结果分析

（1）系统试验

（2）结果分析

5.4 本章小结

第6章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文