自然循环锅炉控制系统的研究与设计

摘要

锅炉作为非常重要的能量转换设备，它为企业的生产提供能量，广泛的应用在化工、电厂、石油等工业领域。但由于诸多原因，目前国内的锅炉系统存在着许多问题，例如燃烧不充分、产量低、排烟热损耗大等。近些年，自动化技术迅猛发展，计算机成本也在不断降低，同时计算机控制系统有自动化程度高、稳定且精确等优点，所以设计计算机自动控制系统来实现锅炉系统的全自动经济、安全、稳定运行具有非常重要的意义。 高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000是模拟由自然循环锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程系统的半实物仿真设备。本文将高级多功能过程控制实训系统SMPT-1000的自然循环锅炉系统作为主要研究对象，将锅炉的工艺流程进行详细分析，把液位、流量、压力、温度等主要参数作为被控变量，对各个参数的特性进行了详细的分析，针对各个参数不同的特性，分别设计不同的控制方案。同时针对过热蒸汽温度的非线性、大滞后等特性，将传统PID控制算法简单、可靠性高、稳态误差小的优点和模糊控制算法具有灵活性和和鲁棒性好的优点结合起来，采取模糊-PID复合控制算法来对过热蒸汽温度进行控制，并且利用SCL语言编程实现模糊-PID控制策略。 根据控制需求，设计基础过程控制系统、开车顺序控制系统和安全系统。根据控制方案要求选择西门子PCS7集散控制系统来组建控制所需的软件和硬件，并通过SIMATIC PCS7WINCC软件实现锅炉系统运行时的实时控制和监测。 通过半实物仿真设备SMPT-1000锅炉系统运行过程中的参数曲线，可以看出本文所设计的基础过程控制系统、开车顺序控制系统和安全系统等都能够良好的运行，达到了控制的要求，从而验证了文中所设计的控制策略和方案的可行性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．3课题来源

1．4本课题主要任务

第2章锅炉控制系统技术分析

2．1锅炉系统组成

2．2 SMPT-1000装置概述

2．3锅炉系统的工艺流程

2．3．1工艺流程

2．3．2仪表及执行机构

2．4控制任务要求及需求分析

2．4．1控制任务要求

2．4．2控制需求分析

2．5锅炉系统控制任务描述

2．6锅炉对象特性、被控参数特性和系统安全要求分析

2．6．1对象特性分析

2．6．2被控参数特性分析

2．6．3系统安全要求分析

2．7锅炉控制系统总体方案设计

2．8本章小结

第3章过热蒸汽温度控制策略的研究与设计

3．1传统PID控制算法

3．2模糊控制策略

3．2．1模糊控制简介

3．2．2模糊控制的基本结构

3．2．3模糊控制的基本原理

3．2．4模糊控制器的结构设计方法简介

3．3模糊-PID复合控制器的设计

3．3．1输入输出变量的确定

3．3．2建立模糊控制表

3．3．3模糊量的反模糊化

3．3．4 PID温度控制器的设计

3．4本章小结

第4章锅炉控制系统总体设计

4．1基础过程控制系统

4．1．1基础控制系统设计原则

4．1．2过热蒸汽流量控制

4．1．3炉膛真空度控制

4．1．4过热蒸汽温度控制

4．1．5过热蒸汽出口压力及烟气含氧量控制

4．1．6汽包水位控制

4．2开车顺序控制系统

4．3安全系统设计

4．3．1声光报警系统

4．3．2安全仪表系统

4．4绿色生产、节能减排降耗方面的考虑

4．5控制系统管道仪表流程图

4．6本章小结

第5章锅炉控制系统的实现

5．1锅炉控制系统

5．2控制系统的硬件设计

5．2．1输入输出点选择

5．2．2控制系统的硬件选择

5．2．3控制系统的硬件组态

5．3控制系统的软件设计

5．3．1系统软件配置

5．3．2控制算法组态

5．3．3人机界面组态

5．4实施效果

5．5本章小结

第6章总结与展望

6．1工作总结

6．2展望

参考文献

致谢