毕业设计（论文）-锅炉燃烧自动控制系统设计.doc

湖南大学衡阳分校毕业设计说明书课题名称 : 锅炉燃烧自动控制系统专业名称 :电 气 自 动 化学生姓名 ： 学生学号 : 指导老师 : 毕业设计任务书一、课题：锅炉燃烧自动控制系统二、设计时间：8周学生收集资料、熟悉毕业设计(论文)课题1周);总体方案设计(0.5周);硬件系统设计0.5.周):梯形图设计（2周);系统调试（2周);编写毕业设汁（论文)说明书（1周);教师评阅设计（论文),学生进行总结、准备答辩(0.5周) 毕业设计（论文)答辩（0.5周);三、基本锅炉控制系统锅炉基本控制系统包括主蒸汽压力控制、燃烧控制、炉膛负压控制和水位控制四部分。水位采用二冲量控制方法，气压控制采用串级控制方法，副回路为燃烧控制回路，炉膛负压为单闭环控制回路，其前馈量取自气压串级主同路的输出。蒸汽流量信号与串级主回路的输出合成后，既作为炉膛负压控制的前馈量，也作为燃烧控制的给定值，保持最佳的空/燃比。四、设计技术要求1 设计梯形图2. 上机调试五、指导老师：陆秀令目录第1章 目录. 11.1 锅炉采集的背景及意识.11.2 主要工作.1第2章 锅炉采集信号的分析.22.1 采集信号的传感器、执行器选择和分类. . 22.2 锅炉控制系统形式.42.3 锅炉燃烧自控系统PLC选型和资源配置.4第3章 模拟信号采集.73.1 控制器的软件设计.73.2 系统的软件设计.73.2.1 模拟量采集和滤波. .73.2.2 锅炉微计算机控制.73.3 可在线修改逻辑功能.83.4 模拟量采集处理.93.4.1 软水箱温度处理.93.4.2 502预处理罐温度处理.103.4.3 燃烧室温度处理.113.4.4 炉膛负压处理. .123.4.5 燃烧室2温度处理.133.4.6 锅炉出口烟道温度处理. .143.4.7 喷淋塔2出口烟道温度处理.153.4.8 喷淋塔2进口烟道温度处理.163.4.9 喷淋塔2水温度处理.173.4.10 喷淋塔2水池温度处理.183.4.11 余热锅炉压力处理. .193.4.12 引风机反馈信号处理.203.4.13 所示鼓风机反馈信号处理.213.4.14 工作油箱信号处理.223.4.15 MCGS-PLC数据处理. 233.4.16 1#燃烧室温度上限，下限设置处理.243.4.17 炉膛负压上限，下限设置处理.253.4.18 2#燃烧室温度上限，下限设置处理.263.4.19 余热锅炉出口烟温上限设置处理 .273.4.20 1喷淋塔出口烟温上限设置处理 .283.4.21 2喷淋塔出口烟温上限设置处理 .283.4.22 负责处理余热锅炉压力上限，下限设置处理 .293.4.23 工作油位上限，下限设置处理 .30结束语. .31致谢.32参考文献.33第1章 前言目前，人们对环境保护的意识越来越强，改变供暖的燃料品种、燃烧清洁燃料是降低空气污染的有效措施。在大中城市里，由于场地的限制，有些地方不适合建设大规模的供热站，另外由于锅炉分散，为了方便管理，人们迫切要求对锅炉进行远程监控。因此，锅炉小型化并采用远程监控技术成为目前城市供热站建设的新形式。远程监控技术是在计算机监控系统与通讯网络的基础上发展起来的。其主要目的是使专业人员能够监管更多的设备，从而提高工作效率并保证系统安全。    目前，对于供热系统计算机监控方式有两种不同的思路：一种方式是采用中央集中式监控方法；另一种是采用中央与现场分工协作的监控方法。前一种方法控制权集中在上位机，现场工作站只有测试仪表与执行机构，它的功能只是参数采集和上传，本身没有自动调控的决策功能。这种方法灵活性差，如发局部故障容易影响全局的正常运行，当通讯系统出现故障后，会造成重大影响。第二种方法是锅炉运行自动调节决策功能完全“下放”给现场工作站的一种自控系统，中央控制室即调度室只负责对各个工作站运行参数进行监视以及在必要的情况下修改设定参数。如果整个热网已经联网，还可以调控总供热量、总循环量以及热量调度。这种方法比较灵活，故障影响面小，也能满足“分户热计量”用户对供热系统变流量运行的要求。1.1 锅炉采集的背景及意识目前，我国在用的中小型锅炉有50多万台，每年燃煤3亿吨以上。虽然几十年来一直在进行技术改造，但始终没有从根本上解决效率低污染严重的问题。在此，主要针对终端信号采集的设计。终端信号采集单元集成了温度采集、散热器阀门控制与信号传输功能。可以通过公网电话线路、电力载波和无线通讯等方式将采集到的温度信号和控制信号传送回燃烧控制器单元，可以实现室内温度计量和散热器阀门开关调节。配合终端用户热能分析软件完成终端用户信息化，准确了解能量消耗和管网平衡状况。1.2 主要工作主要是对锅炉终端信号的采集和处理，信号分析面向对象的程序设计，首先进行系统需求分析，根据系统的特性定义相应的“类”1。电力系统的数据采集要求能够及时、准确地将实时数据以多种方式显示，同时应保存历史数据以便进行事故与运行状态分析。对现场工作站系统由现场控制器、输入单元、输出单元和人机界面组成，现场控制单元负责接收现场数据采集单元传来的数据，把它们上传至调度室，并接收调度室下传的命令，控制现场的阀门、变频器、风机等执行机构。每个现场控制单元都有一套现场采集控制系统。现场控制单元是下位机部分的核心部件，采用西门子S7-200系列可编程逻辑控制器，CPU226，带PC/PPI电缆，它的运算能力以及通讯能力比其它PLC优越，可方便地进行数据处理和通讯。输入单元负责采集现场的压力、温度、流量、烟气氧含量等各项数据以及各种开关量。现场数据采集系统由烟气氧含量传感器、温度传感器、压力传感器、煤气报警器、火焰监视器、水位传感器、燃气流量计、循环水流量计等组成。其中，模拟量输入输出模块采用西门子的EM235模块，模拟量输入模块采集各种传感器送来的4-20mA信号，模拟量输出模块输出0一lov信号，控制变频器频率。压力传感器、煤气报警器、火焰监视器以及水位传感器是开关量。执行单元由风机、水泵、变频器和电磁阀等组成。人机界面采用西门子的TD200，使用十分方便，只要把它通过电缆连接到S7一200上即可。它的用途有：显示信息；设定和修改参数；提供8个自定义功能键；提供密码保护等。第2章 锅炉采集信号的分析2.1 采集信号的传感器、执行器选择和分类传感器、执行器的输入输出性能,在整个控制系统的现场控制层，主要是通过控制终端与传感器、执行器之间进行信号传递，这些信号的范围类型各异，表21详细地列出了各传感器和执行器的输入、输出信号的标号、类型和范围。表21 传感器、执行器等序号 名 称 型 号输入范围/输出范围 用 途 1旋涡流量计YF1000-12000Kg/h,4-20mA蒸汽流量 2旋涡流量计YF1000-16000Kg/h,4-20mA给水流量 3流量积算器FC6000 蒸汽流量 4流量积算器FC3000 给水流量 6报警器XXS-01B   7光柱指示仪XGZH-8035/A 水位指示 8电气转换器E69F-BI24-20mA,20-100kPa水位调节9差压变送器IDP10-5.4-0kPa, 4-20mA水位检测10差压变送器IDP10-400-+200Pa,4-20mA炉膛压力11压力变送器IGP100-4MPa,4-20mA汽包压力12压力变送器IGP100-4MPa,4-20mA给水压力13磁翻转液位计UHZ-5170-540mm,4-20mA水位检测14氧化锆氧量分析仪ZO-4A0-20%,4-20mA烟气含氧15模块DA001 连锁保护16模块AD001  17模块ID212  18模块OC224  19不锈钢球阀G1/2  20不锈钢球阀G1/4  21三通平衡阀CY1-12-210 差变用22截止泻放阀1/2NPT-XF 压变用23热电阻 Pt100 24热电阻 Pt100 25热电偶 S(0-1300C) 26热电偶 K(0-1100C) 27角行程电动执行器 0-10mA,DKJ310 28角行程电动执行器 0-10mA,DKJ310 29数字调节器TTM-129 水位调节2.2锅炉控制系统形式图2-1 锅炉控制系统结构其锅炉控制系统如图21所示,其主要包括：控制终端，模数/数模转换卡，多个现场信号采集设备，多个现场执行器。其中水位、压力、温度等模块用于采集锅炉的生产状态，经过控制终端的数据处理后，控制信号被传送给执行器由执行器对锅炉的运行再行控制。2.3 锅炉燃烧自控系统PLC选型和资源配置本节将对PLC的控制程序做一个详细的说明PLC上点第一次开始工作时，需由于整个系统涉及的基本上是开关量，并且数量不多，所以选用了西门子S7-200系列PLC CPU 226作为控制器，并配置了模块EM223数字量输出模块作为扩展模块。详细的地址定义如表4-1和表4-2所示。表2-2开关量输入/输出地址I/Q地址说明I/O地址说明I0.0余热锅炉水位低Q1.4引风机I0.1余热水位锅炉高Q1.51#药剂输送泵I0.2余热锅炉水位极低Q1.62#药剂输送泵I0.3余热锅炉水位极高Q1.73#药剂输送泵I0.41#燃烧器熄火Q2.04#药剂输送泵I0.5余热锅炉压力高Q2.1药剂池搅拌电机I0.6余热锅炉压力极高Q2.2鼓风机I0.72#燃烧器熄火Q2.3酸性废液输送泵I1.0上料提升机上限位Q2.4碱性废液输送泵I1.1上料提升机下限位Q2.51#自吸泵I1.23#燃烧器熄火Q2.62#自吸泵I1.3沉淀池液位极低Q2.73#自吸泵I1.4沉淀池液位低Q3.0软化自吸泵I1.5复位按扭Q3.1酸性废液喷嘴I1.6沉淀池液位高Q3.2碱性废液喷嘴I1.7沉淀池液位极高Q3.3502废液喷嘴Q0.0冷却塔1#风扇电机Q3.4Q0.1冷却塔2#风扇电机Q4.0石灰池电磁阀Q0.21#给水泵Q4.11#燃烧器电源Q0.32#给水泵Q4.21#燃烧器小火Q0.4余热锅炉1#给水泵Q4.31#燃烧器大火Q0.5余热锅炉2#给水泵Q4.42#燃烧器电源Q0.6502预处理搅拌电机Q4.52#燃烧器小火Q0.7Q4.62#燃烧器大火Q1.0Q4.73#燃烧器电源Q1.1Q5.03#燃烧器小火Q1.2出渣机Q5.13#燃烧器大火Q1.3Q5.2备用表2-3模拟量地址定义地址说明地址说明AIW0软水箱温度AIW14喷淋塔2出口烟道温度AIW2502预处理罐温度AIW16喷淋塔2水温AIW4燃烧室1温度AIW18喷淋塔2水池温度AIW6炉膛负压AIW20余热锅炉压力AIW8燃烧室2温度AIW22引风机反馈信号AIW10锅炉出口温度AIW24鼓风机反馈信号AIW12喷淋塔2进口烟道温度AIW26工作油箱温度 第3章 模拟信号采集3.1控制器的软件设计为实现电动机的电压自动跟踪负载变化的控制，本控制器的软件按模块化设计，主要由主程序和数据采集、数据处理、外部中断服务、CTC中断服务、输出显示等子程序组成。其中主程序主要完成系统初始化，启动A/D转换，采样值显示等功能。数据采集和处理子程序主要完成数据采样，与标定值比较及处理，然后由外中断及CTC1中断服务程序分别检测同步信号及按一定通断比产生六拍控制脉冲。此控制脉冲由输出口输出，经隔离放大，完成触发晶闸管之功能3.2系统的软件设计3.2.1 模拟量采集和滤波本系统要采集现场的模拟量(如压力、温度等)以送PLC中处理。考虑到现场工作环境的恶劣，变送器送入AI模块的电流值存在波动和尖峰干扰等情况，因此通过AI模块采集回来的数值不能直接为CPU所用，必须经过滤波处理，滤掉各种波动和干扰等信号，同时考虑到本系统为惯性系数较大的系统，故采用取平均值的办法进行滤波，主程序在每个扫描周期调用一次子程序进行模拟量的采集和滤波处理，处理的结果安全交给主程序使用。本系统采用“AI331”模块，该模块的转换结果为12bit，在模拟量采集的子程序中将每次的采集量累加进入累加器中，当采集次数达到预置值后，将累加器中的值取均值，作为本次采集的最终结果送主程序使用。3.2.2 锅炉微计算机控制锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。     作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。3.3 可在线修改逻辑功能可在线修改逻辑功能,大大方便了实际生产的调试应用需要。修改调试时不影响生产的正常运行以前，在实际工程中，经常出现一些小的数据、小的设置需要修改。为更改这些小地方，停产不好，不停产又不行，真是很麻烦。0完全避免了这些问题, 使用起来确实非常方便。1 模拟数字的内部运算，明显快于其他PLC 在本次工程中，应用了大量的模拟量运算，速度明显优于以前我使用过的其他公司的PLC。 2 通讯口设计较为方便。通讯口1，可以直接连接 RS232 和RS485大大方便了我公司使用。使用起来感觉很方便。另外，通讯口的设置也很简洁明了。根本不用专门去学习。3 运行、监视、停止转换开关，设计方便。比其他PLC 更加方便监视PLC内部运行状态。4 点数多，扩展性很好。能够支持512点的I/O点，特殊模块可以加到8个。比我以前使用的PLC，无论是I/O点，还是模拟量都要多。为我公司明年较大工程的实施提供了极大的选择余地。5 编程软件较为方便、小巧、功能全面。使用、携带很方便。通过使用，我觉得很好用。6 PID功能设置的确方便，很容易操作。上位机也很容易直接更改PID的参数值。不象我以前使用的PLC，PID里的P、I值上位机很难直接更改。在系统调试的时候，很麻烦。艾默生在PID功能3.4 模拟量采集处理3.4.1 软水箱温度处理如图3-1所示软水箱温度处理LS SM0.0MOVR VD1016，VD1020*R 10.0，VS1020TRUNC VD1020，VD1020MOVW VW1022，VW300 图3-1 3-1 软水箱温度处理 图3-1 软水箱温度处理3.4.2 502预处理罐温度处理如图3-2所示502预处理罐温度处理LD SM0.0MOVR VD1116，VD1120*R 10.0，VS1120TRUNC VD1120，VD1120MOVW VW1122，VW302图3-2 502预处理罐温度处理3.4.3 燃烧室温度处理如图3-3所示燃烧室温度处理LD SM0.0MOVR VD1216，VD1220*R 10.0，VS1220TRUNC VD1220，VD1220MOVW VW1222，VW304图3-3 燃烧室温度处理3.4.4 炉膛负压处理如图3-4所示炉膛负压处理LD SM0.0MOVR VD1316，VD1320*R 10.0，VS1220TRUNC VD1320，VD1320MOVW VW1322，VW306图3-4图3-4 炉膛负压处理3.4.5 燃烧室2温度处理如图3-5所示燃烧室2温度处理LD SM0.0MOVR VD1416，VD1420*R 10.0，VS1420TRUNC VD1420，VD1420MOVW VW1422，VW308图3-5 燃烧室2温度处理3.4.5 燃烧室2温度处理如图3-5所示燃烧室2温度处理LD SM0.0MOVR VD1516，VD1520*R 10.0，VS1520TRUNC VD1520，VD1520MOVW VW1522，VW310图3-5 燃烧室2温度处理 3.4.7 喷淋塔2出口烟道温度处理如图3-7所示喷淋塔2出口烟道温度处理LD SM0.0MOVR VD1616，VD1620*R 10.0，VS1620TRUNC VD1620，VD1620MOVW VW1622，VW312图3-7 喷淋塔2出口烟道温度处理3.4.8 喷淋塔2进口烟道温度处理如图3-8所示喷淋塔2进口烟道温度处理LD SM0.0MOVR VD1716，VD1720*R 10.0，VS1720TRUNC VD1720，VD1720MOVW VW1722，VW314图3-8 喷淋塔2进口烟道温度处理3.4.9 喷淋塔2水温度处理如图3-9所示喷淋塔2水温度处理LD SM0.0MOVR VD1816，VD1820*R 10.0，VS1820TRUNC VD1820，VD1820MOVW VW1822，VW316图3-9 喷淋塔2水温度处理3.4.10 喷淋塔2水池温度处理如图10所示喷淋塔2水池温度处理LD SM0.0MOVR VD1916，VD1920*R 10.0，VS1920TRUNC VD1920，VD1920MOVW VW1922，VW318/图3-10 喷淋塔2水池温度处理3.4.11 余热锅炉压力处理如图3-11所示余热锅炉压力处理LD SM0.0MOVR VD2216，VD2220*R 10.0，VS2220TRUNC VD2220，VD2220MOVW VW2222，VW328图3-11 余热锅炉压力处理3.4.12 引风机反馈信号处理如图3-12所示引风机反馈信号处理LD SM0.0MOVR VD2316，VD2320*R 10.0，VS2320TRUNC VD2320，VD2320MOVW VW2322，VW3223.4.13 鼓风机反馈信号处理如图3-13所示鼓风机反馈信号处理LD SM0.0MOVR VD2416，VD2420*R 10.0，VS2420TRUNC VD2420，VD2420MOVW VW2422，VW324图3-12引风机反馈信号处理图3-13 鼓风机反馈信号处理3.4.14 工作油箱信号处理如图3-14所示工作油箱信号处理LD SM0.0MOVR VD2516，VD2520*R 10.0，VS2420TRUNC VD2520，VD2522MOVW VW2522, VW326图3-14 工作油箱信号处理3.4.15 MCGS-PLC数据处理如图3-15所示MCGS-PLC数据处理LD SM0.0MOVW VW350，VW402MOVW VW352，VW406 MOVW +0，VW400MOVW +0，VW404DTR VD400，VD400DTR VD404，VD404MOVR VD400，VD200MOVR VD404，VD204图3-15 MCGS-PLC数据处理3.4.16 1#燃烧室温度上限，下限设置处理如图3-16所示1#燃烧室温度上限，下限设置处理LD SM0.0MOVW VW354，VW410MOVW VW356，VW414 MOVW +0，VW408MOVW +0，VW412DTR VD408，VD408DTR VD412，VD412MOVR VD408，VD208MOVR VD412，VD212图3-16 1#燃烧室温度上限，下限设置处理3.4.17 炉膛负压上限，下限设置处理如图3-17所示炉膛负压上限，下限设置处理LD SM0.0MOVW VW358，VW418MOVW VW360，VW422 MOVW +0，VW416MOVW +0，VW420DTR VD416，VD416DTR VD420，VD420MOVR VD416，VD216MOVR VD420，VD220图3-17 炉膛负压上限，下限设置处理3.4.18 2#燃烧室温度上限，下限设置处理如图3-18所示2#燃烧室温度上限，下限设置处理LD SM0.0MOVW VW362，VW426MOVW VW364，VW430 MOVW +0，VW424MOVW +0，VW428DTR VD424，VD424DTR VD428，VD428MOVR VD424，VD224MOVR VD428，VD228图3-18 2#燃烧室温度上限，下限设置处理3.4.19 余热锅炉出口烟温上限设置处理如图3-19所示余热锅炉出口烟温上限设置处理LD SM0.0MOVW VW366，VW434MOVW +0，VW432 DTR VD432，VD432MOVR VD432，VD432MOVW VW380，VW462MOVW +0，VW460DTR VD460，VD460MOVR VD460，VD260图3-19 余热锅炉出口烟温上限设置处理3.4.20 1喷淋塔出口烟温上限设置处理如图3-20所示1喷淋塔出口烟温上限设置处理LD SM0.0MOVW VW368，VW438MOVW +0，VW436DTR VD436，VD436MOVR VD436，VD236图3-20 1喷淋塔出口烟温上限设置处理3.4.21 2喷淋塔出口烟温上限设置处理如图3-21所示/2喷淋塔出口烟温上限设置处理LD SM0.0MOVW VW370，VW442MOVW +0，VW440DTR VD440，VD440MOVR VD440，VD240图3-21 2喷淋塔出口烟温上限设置处理3.4.22 负责处理余热锅炉压力上限，下限设置处理如图3-22所示负责处理余热锅炉压力上限，下限设置处理LD SM0.0MOVW VW372，VW446MOVW VW374，VW450 MOVW +0，VW444MOVW +0，VW448DTR VD444，VD444DTR VD448，VD448MOVR VD444，VD244MOVR VD448，VD248图3-22 负责处理余热锅炉压力上限，下限设置处理3.4.23 工作油位上限，下限设置处理如图3-23所示工作油位上限，下限设置处理LD SM0.0MOVW VW376，VW454MOVW VW378，VW458 MOVW +0，VW452MOVW +0，VW456DTR VD452，VD452DTR VD456，VD456MOVR VD452，VD252MOVR VD456，VD256END-SUBROUTINE-BLOCK图3-23工作油位上限，下限设置处理结 束 语从锅炉运行情况看，手动调节时锅炉燃烧稳定、燃烧效率较高、蒸汽参数稳定，可满足正常设计出力要求。由于燃烧系统挡板调节性能差，风量变化不易控制，燃烧自动调节系统不能投运，因此结合现场运行人员的经验，对燃烧控制系统的控制规律和控制策略进行研究，设计燃烧解耦控制系统，实现全局的多变量控制的热工自动控制，进一步提高锅炉的自动化水平是十分必要的。致 谢时光匆匆而逝，我的读书生活也行将结束。仍清楚记得当初考高中复习的艰辛、远离父母时的不舍与无奈以及踏进大学校园的欣喜。这个过程总让我清醒当初不畏艰辛踏进来，现在离别时即使泪流满面也要挺起胸膛走出去！师恩不能忘！我要感谢老师陆秀令讲师在论文选题以及研究方法上给予的悉心指导，老师广博的学识，如沐春风的教诲令我受益匪浅。同时，要感激其他老师一道在生活上对我的帮助，感激他们在我困惑时的指点迷津。此外，感谢学校领导对我学业的帮助。特别感您们，您们让我明白，做事先做人。感谢同学们给予我学习上的充分理解和信任，并在学习过程中给予的大力支持。是他们，让我体会一个集体的凝聚力，让我学会在挫折中依然选择坚强。感谢同学们在危难之际的援手，无私的帮助我永记在心！ 我的父母、辛苦供养我读书“孩子别怕，砸锅卖铁也要让你读书”他们是我的天！父母用心教我成长，用爱谱写着人世间最平淡的幸福。没有他们，没有第二次生命的我。对此，除了爱，我无以为报。参考文献1吕俊复，张建胜，岳光溪.CFB锅炉运行与检修M.北京：中国水利水电出版社，2003.2林宗虎，魏敦菘，安恩科，等.CFB锅炉M.北京：化学工业出版社，2003.3阎维平，于希宁.CFB锅炉床温控制过程分析J.锅炉技术，2001，（12）4张良仪等工业锅炉微机控制 上海交通大学出版社 1993年 5邓想珍等异步电动机变频调速系统及其应用华中理工大学 1995年34