燃煤热水锅炉监控系统开发与研究

摘要

热水锅炉是北方地区主要的采暖设备，大多数锅炉自动化技术落后、运行效率低、能耗大、对环境污染严重，且存在锅炉爆炸等不安全因素。作为能源转换的重要设备，其工作情况的好坏直接关系到能源的利用率高低。提高锅炉的自动化运行程度和管理水平，是保证锅炉在良好燃烧工况、安全可靠和节能降耗条件下运行的重要手段。
　　本文是以某供热站的三台热水锅炉为研究背景，针对热水燃煤锅炉的工艺及控制要求，设计研发了由监控计算机、西门子PLC构成的智能监控系统。在充分了解热水锅炉工艺机理和控制要求的基础上，完成了整套监控系统的方案设计。主要内容包括:PLC硬件系统选型和网络通信系统的构建;现场仪表的选型;采用SIMATIC STEP7V5.5软件实现结构化应用程序的编写;使用上位机组态软件KingView6.55进行模拟流程画面、操作画面、报警及报表系统、用户安全管理等人机接口界面的组态。
　　锅炉燃烧系统中出水温度惯性大、滞后现象严重，采用常规PID控制无法满足温度控制的质量要求，本文研究开发了模糊自调整PID控制算法，保证出水温度准确及时的控制。在锅炉的实际运行中，燃烧系统中风煤比对燃烧效率影响尤为重要。一般根据人工经验设定风煤比，无法保证动态经济燃烧。本文采用模糊自寻优算法，实现风煤比的自动寻优，能够根据工况变化自动修正风煤比，保证了锅炉运行的最佳经济状态。
　　整套系统的构建提高了锅炉的自动化控制水平，保证了锅炉的正常安全运行。系统操作简便，管理水平明显提高。智能算法的研究满足了锅炉出水温度高精度控制的要求，实现了真正的经济燃烧。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 选题背景

1．2 锅炉控制技术的研究现状及发展

1．3 论文研究的主要内容

1．4 论文研究的意义

2 燃煤热水锅炉的工艺介绍及系统控制功能要求

2．1 燃煤热水锅炉工艺简介

2．2 燃煤热水锅炉主要控制系统

2．3 锅炉监控系统的功能要求

3 锅炉监控系统的总体方案设计

3．1 方案设计的基本原则

3．2 监控系统的体系结构

3．3 系统可靠性及安全性措施

4 锅炉监控系统的硬件设计

4．1 PLC控制器及功能模块的选择

4．2 网络通讯系统

4．2．1 工业以太网通信

4．2．2 PROFIBUS通信系统

4．3 I／O地址分配及接线图绘制

4．4 变频器的应用

4．5 现场仪表选型

4．5．1 温度仪表

4．5．2 压力仪表

4．5．3 流量仪表

4．5．4 液位仪表

4．5．5 执行机构

5 锅炉监控系统的软件开发

5．1 PLC编程软件设计

5．1．1 STEP7软件简介

5．1．2 PLC系统硬件组态

5．1．3 STEP7控制程序结构及编程

5．2 上位机界面开发

5．2．1 项目的创建及系统设置

5．2．2 变量数据库的构建

5．2．3 图形画面设计

5．2．4 用户安全管理设置

6 锅炉监控系统控制策略的设计

6．1 PID闭环控制算法

6．1．1 PID算法介绍

6．1．2 PLC中PID算法的实现

6．2 锅炉出水温度的控制

6．2．1 模糊控制理论

6．2．2 模糊PID算法在锅炉出水温度控制中的应用

6．2．3 模糊控制变量的确定及其模糊化

6．2．4 模糊控制规则设计

6．2．5 模糊判决和制定模糊查询表

6．2．6 基于组态王的模糊-PID控制策略的实现

6．2．7 模糊-PID控制在MATLAB中的仿真

6．3 最佳风煤比的实现

6．3．1 炉温寻优思想的提出

6．3．2 自寻优算法的原理

6．3．3 模糊控制的原理

6．3．4 模糊自寻优算法的实现

7 结论

8 展望

参考文献

10 攻读硕士期间发表的论文情况

致谢