自 动 化 学 院
工 程 设 计 训 练 报 告
学 院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 学 期 完成日期
自动化 自动化 050614 05061417 徐路明 王家军 老师 2008-2009学年 2008-12-26
目 录
引言 -------------------------------------------------------------------------------------------------1 第一章 绪论 ----------------------------------------------------------------------------------2 1.1 锅炉控制系统概述 --------------------------------------------------------------------2 1.2 国内外研究现状 -----------------------------------------------------------------------2 1.3 本课题研究背景及意义 --------------------------------------------------------------4
1.3.1 基于PLC锅炉控制系统的背景 --------------------------------------------4 1.3.2 本课题研究意义 --------------------------------------------------------------4 1.3.3本章小结 ----------------------------- ------------------------------------------5
第二章 关键技术介绍 ------------------------------ ---------------------------------------6 2.1 PLC分布式监控系统技术 -----------------------------------------6
2.1.1 PLC概述 ------------------------------------------------6 2.1.2 PLC监控技术 ------------------------------------------------------------------7 2.1.3 PLC监控系统的结构 ---------------------------------------------------------7 2.1.4 PLC监控系统的功能组成 ---------------------------------------------------8
2.2 触摸屏技术介绍 ------ -----------------------------------------------------------------9
2.2.1 触摸屏技术概述 ----------------------------------------------------------------9 2.2.2 触摸屏的工作原理 -----------------------------------------------------------9 2.2.3 触摸屏技术工程应用 ---------------------------------------------------------11
第三章 锅炉控制系统技术 ----------------------------------------------------------------13 3.1 锅炉系统基本工艺过程 ---------------------------------------------------------------13 3.2 系统监控对象及系统工艺要求 ------------------------------------------------------13
3.2.1系统监控对象及子系统划分 -------------------------------------------------13 3.2.2各子系统的工艺要求 ----------------------------------------------------------14 3.3 系统总体性能及监控要求 ------------------------------------------------------------14
3.3.1锅炉监控系统的总体性能 ----------------------------------------------------14 3.3.2锅炉监控系统的总体功能 ----------------------------------------------------15 3.3.3系统的监控要求 ----------------------------------------------------------------15 第四章 总结和展望 ---------------------------------------------------------------------------17 4.1 体会心得 ---------------------------------------------------------------------------------17 4.2 未来工作方向 ---------------------------------------------------------------------------17 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------18
引言
目前，在锅炉行业中，它们的控制结构大多采用按钮和继电器或程序控制器来实现，这种控制方式智能化程度低，只能简单地对锅炉的燃烧状态和水位进行即时控制，无法对锅炉工作时的运行参数、启动时间及校正时间进行灵活地设置和修改，不能动态地反映出锅炉的当前工作状态，也无法对锅炉以前发生的故障和总点火次数、风机运行时间及燃烧器运行时间进行准确地累积记录，影响锅炉的管理和维护。此外，现有锅炉如需多台联网控制，则需增加控制台，加大成本，设备结构也更趋复杂。
本次在富尔顿公司工程训练的目的就是为了解决上述问题，研究一种自动化和智能化程度高，功能齐全的采用PLC和触摸屏联合控制的智能锅炉方案。采用PLC和触摸屏联合控制的智能锅炉，它包括有锅炉本体，本体上设的控制柜，其特征在于在控制柜内设有可编程序控制器PLC，在控制柜表面设有触摸屏，PL C的通讯端口通过通讯电缆与触摸屏的通讯端口相连，PLC的多路输入端分别与设置在锅炉本体的各水位开关、温度开关、电导率开关、压力开关、火焰检测探头及过载开关的输出相连，PLC的多路输出端口分别接锅炉本体的各对应电磁阁及对应控制器。采用西门子的S7--200PL控制，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，同时也大幅地提高了燃烧能的热效率。通过触摸屏操作面板修改系统参数可以满足不同的工况要求，机组的各种信息，如工作状态、故障情况等可以声光报警及文字形式表示出来，主要控制参数(温度值)的实时变化情况以趋势图的形式记录显示，方便了设备的操作和维护，该系统通用性好、扩展性强，直观易操作。
第一章
绪论
锅炉作为重要的动力设备，已广泛应用于化工、炼油、发电等工业生产中，同时锅炉又是工业生产及采暖供热中一次能源转换为二次能源的重要设备。从某种意义上讲，锅炉控制效果的好坏对企业的经济效益和人民的生活质量有着直接的影响。由于锅炉本身具有多输入、多输出并且各个参数之间还具有相互关联性的特点，所以对锅炉的控制始终是各国技术人员不断探索研究的一个重要课题。
传统的锅炉控制系统大多采用手动操作或仪表控制，控制精度低，生产效果差。操作者与管理层之间的通信基本上采用电话联系，管理层难于及时全面了解控制现场的情况，信息不但反馈时间长而且有遗漏，管理时效性差，企业的生产效益和经济效益低，不能满足企业的发展需要。
随着PLC技术和触摸屏控制技术的发展，国内外相继研发了一系列先进的控制系统，其先进的控制技术使信息交互沟通的领域覆盖了从工厂的现场设备层到控制层和管理层的方方面面，给各行各业注入了新的活力。在锅炉控制方面，使人们摆脱了常规仪表控制的局限性，其结构简单、界面人性化等功能，为企业提高自动化水平，创造更高的经济效益提供了有力的保障。但对于不同规模、不同管理模式的企业，其锅炉控制的目的、达到的效果、设备的选型、抗干扰设计、保护措施等方面存在很大的差异。
1.1 锅炉控制系统概述
锅炉控制系统就是其工作过程是根据工艺及负荷的要求，生产具有一定压力和温度的蒸汽或者热水。锅炉控制系统是对锅炉热工参数进行检测与显示、对锅炉的运行进行控制并实施保护与联锁控制、保证锅炉运行的安全性和经济性的计算机监控系统。基于PLC(Programmable Logic Controller)的锅炉触摸屏监控系统就是利用现代先进的计算机技术、自动控制技术、网络及通信技术实现工业热水锅炉全方位监控的实用新型系统，具有提高锅炉输出参数的稳定性、保障操作人员及设备的安全、改善锅炉房的生产条件、减轻司炉人员的劳动强度、节约能源等优点。
1.2 国内外研究现状
国内对锅炉控制的研究始于80年代初期。最初，大多数系统是在引进国外成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。锅炉制控制系统的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、由手动到自动的过程。60年代，锅炉的控制还只是实行人工操作，锅炉的燃烧完全是凭司炉工人的经验，几乎谈不到自动控制。到了70-80年代，逐步出现了由常规检测仪表和调节仪表构成的模拟控制系统，它具有可靠性高，成本低，易于操作和维护等优点，在大、中、小工业企业中得到了广泛
应用，解决了不少自动化方面的问题。到了90年代，出现了以计算机作为自动化工具的过程控制技术，计算机控制系统运算速度快，控制精度高，并且具有分时操作功能，一台计算机可代替多台常规装置，计算机具有较强的记忆功能和逻辑判断功能，在环境或过程参数发生变化时，能及时做出判断，选择最优控制决策。
纵观我国锅炉控制方面的理论研究，可以说与其它发达国家水平相差不大，但在应用水平上，差距较大。据有关资料统计，我国现有工业锅炉约30万台，随着生产的发展，工业锅炉的需要量正在以每年2万吨的速度增长，每年消耗原煤2*108T，占全国原煤产量的1/3，数量极其可观。但目前我国有中小型锅炉在使用中普遍存在调节手段有限、锅炉的出力不能随外界负荷变化及时变化等现象，从而降低了锅炉的效率，远远不能满足我国经济发展的需要。因此，从行业发展现状来说，尽管我国对锅炉控制的研究和推广己取得了很大的进展，但仍然存在问题较多，概括起来有以下一些特点:
1.利用效率低、能源消耗大，系统在节能降耗方面还有待于进一步加强。 2.系统成本相对较高，下降幅度还有很大空间。
3.系统对先进控制技术的使用停留在系统局部控制上，在综合系统中体不足。 综上所述，进一步提高、完善和推广已经取得的国内外研究成果，将是当前的一项重要任务。锅炉控制的自动化研究方向应该集中在以下几个方面:
①提高控制器的可靠性。实际控制工程中，要求控制器简单，计算时间短，目前研究的先进控制策略往往结构复杂，计算时间长，且大部分研究成果仍处十实验室仿真阶段，如何将其推向控制实际应用是今后的努力方向。
②提高控制系统的硬件水平。为了保证锅炉安全运行，要对锅炉本体的设计制造进行控制，以保证硬件质量，增强系统的性能。主要是要提高硬件的可用性、可维护性，加强元器件的标准化，尽快提高设备的生产水平。
③加强控制系统一体化。要加强利用网络，使信息资源在控制装置中充分发挥其作用，推动控制系统向更高层次发展。
④降低设备造价。在锅炉设备的研制方面，要遵循通用化、标准化、专用化的设计原则，尽量减少安装时间，降低成本。
⑤实现智能化。要加强对检测技术的研究，提高对锅炉的温度、压力、流量等参数的检测水平，达到用智能化手段进行检测。
进入21世纪以来，人类进入了一个以知识经济为特征的信息时代，检测技术、计算机技术和通讯技术一起构成现代信息的三大基础。 21世纪第一个10年的热点必将是传感、执行与检测。锅炉自动化控制系统作为传感、执行与检测技术的一个应用方面也必将跨入数字化、网络化和智能化时代，而且对于大规模锅炉群控，检测技术、计算机技术和通讯技术的结合在一起，形成锅炉控制系统的集成化管理、网络化控制，这将是锅炉控制系统发展的又一个里程碑。在锅炉控制理论方面，也有许多优