2.2.4 PID控制简介 ..................................................................... 15 第三章 锅炉综合控制系统设计 ............................................................ 18 3.1 背景介绍 ..................................................................................... 18 3.1.1 工艺及装置介绍 ................................................................ 18 3.1.2 锅炉控制任务 .................................................................... 19 3.1.3 锅炉控制方案 .................................................................... 20 3.2 选型 ............................................................................................. 22 3.2.1 I/O点分布 .......................................................................... 22 3.2.2 PLC选型 ............................................................................ 24 3.2.3 I/O地址分配 ...................................................................... 25 3.3 软件编程 ..................................................................................... 27 3.3.1 程序流程图 ........................................................................ 27 3.3.2 梯形图 ................................................................................ 29 第四章 结论 ............................................................................................ 36 参考文献 .................................................................................................. 37 致谢 .......................................................................................................... 38
第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 锅炉控制系统设计目的及意义
目前，相当多的锅炉仍旧在采用传统方式控制，主要依靠操作员手工来完成，这样就要求锅炉操作员时刻都要在现场监控锅炉运行情况，并且要对整个锅炉系统的运行过程以及过程中各个环节的相互影响都有相当深刻的了解，能够根据现场实际情况及时调整各个相关参数以达到工艺要求。其过程复杂，而且还凸显了很多弊端。操作容易导致安全事故，而且参数控制不够准确及时，而导致能源和资源的浪费严重，另外运行维护成本也高，劳动效率低下。
随着科学技术的飞速发展，带动社会生产的发展，人类对能源的需求不断增加，世界上发达国家为了解决能源紧张而带给各行业的冲击，都努力在开发能源的同时，致力于节能新方法的研究。
锅炉是我国石油、化工、发电等工业生产过程中必不可少的设备，其产物蒸汽不但可以作为蒸馏、干燥、反应、加热等过程的热源，并且作为驱动设备的动力源。在满足工艺要求的前提下，为了提高锅炉的效率，低能源消耗，把工人从繁重的劳动中解放出来，促进文明生产，锅炉实现自动控制是一个急待解决的问题[1]。
随着能源问题的突出，企业现代化管理水平的提高，还有环保意识的增强，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理的要求越来越高，现在的企业中的小型锅炉的控制技术不提高将难以适应生产的需要。因此，这就需要在锅炉控制技术上进行变革，需要设计一种性价比合理的、使用和维护方便的新型工业锅炉控制系统。
PLC的出现，使人们摆脱了常规仪表的局限性，为锅炉的自动控制注入了新的活力，使得一些先进的控制方法得以实现。PLC是目前最常用的装置，其最大特点就是可靠性高、功能强大，他的高可靠性的设计非常适合在工业现场环境下应用。此外，PLC编程简单，使用方便，现场调试时间短。为此，本课题通过PLC来对整个锅炉作业过程进行实时监控，配置控制与管理系统，实现自动控制[2]。
总结国内外锅炉控制经验，结合实际，设计出适合锅炉的控制硬件系统，并实现先进控制算法，提高锅炉的自动化水平，以及效率，合理利用资源，达到锅炉控
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第一章 绪论
制系统安全、节能、环保运行。这具有重要的经济效益和深远的社会效益。
1.2 锅炉控制系统的国内外发展状况
1.2.1 锅炉自动控制的国内外现状
锅炉的自动控制经历了三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，直到六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展，加之计算机各种性能的不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。
在欧美和日本等发达国家，石油和天然气己成为第一能源，占能源消费的60%左右，燃油和燃气锅炉己逐步取代燃煤锅炉，风机和水泵等电机的变频控制己相当成熟。自20世纪90年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制、自适应控制等智能控制算法的发展以及智能控制器的应用，锅炉控制水平大大提高，锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制，在控制方法上都采用了现代控制理论中最优控制、多变量频域、模糊控制等方法，因此，锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳，而且减少了对环境的污染。
在我国，锅炉的控制大致经历了四个阶段[3]： (1) 手动阶段
在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的。这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。
(2) 自动化单元组合仪表控制阶段
随着自动化技术与电子技术的发展，国外己经开发并广泛应用了全自动工业锅炉控制技术。60年代前期，我国工业锅炉的控制技术开始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期己经研制了一些工业锅炉自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用单元组合仪表靠硬件来实现控制功能，可靠性
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低，精度不高，而且只能完成一些简单的控制算法，不能实现一些较先进的算法和控制技术，控制效果仍然不理想。
(3) 采用微机测控阶段
随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我国的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术，开发出高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统日益得到重视。80年代后期至今，国内己经陆续出现了各种各样的锅炉微机检测系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。
(4) 智能控制的广泛应用阶段
由于现代控制理论的发展以及在各方面的应用，解决了传统控制理论难以解决的问题，给工业过程控制带来了崭新的应用前景，并取得了前所未有的效果，成为目前正在迅速发展的一个领域。各种形式的控制系统、智能控制器不断地开发和利用。
1.2.2 锅炉自动控制的发展前景
现代过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，对生态环境的影响也日益突出，这些都对控制提出了越来越高的要求。不仅如此，生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重要指标。因此，仅用常规仪表己不能满足现代化企业的控制要求。由于计算机具有运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等特点，已在过程控制中得到十分广泛的应用。锅炉作为一种典型的生产过程，其自动控制水平已随着过程计算机系统的发展而发展。
从当前的趋势看，在大型企业中，过程控制计算机正成为一种把控制和管理融为一体的综合自动化系统。自动化技术，信息技术和各种工业生产技术的基础上，通过计算机系统将工厂全部生产活动所需的信息和各种分散的自动化系统有机的集成起来，形成一个能适应生产环境不确定性和市场需求多变性总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统，现已成当前控制领域的一个重要研究方向。在控制技术方面，近年来，为了获得更好的控制性能，把基于数学模型的控制技术和基于经验知识的控制技术相结合的集成控制技术受到了重视，获得了较广泛的研
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究[4]。
由于锅炉生产过程是缓慢的，而计算机的运算过程是相当快的，所以计算机在完成系统控制功能的基础上还可以利用软件来代替许多仪表单元（如函数发生器、加减器、微分器、限幅报警器、滤波器等），从而既减少投资又减少故障率。计算机控制还可以把许多必要的参数（如压力，流量、温度等）定时打印出来，使管理更现代化、科学化。计算机参与锅炉的控制还能够对运行系统进行各种在线测试，使锅炉以较高的效率进行，这样能节约能源，也为提高控制精度和完善锅炉结构指出了改进的方向。如果计算机发展到智能计算机系统，也就是接近人的计算机系统。这种计算机如果应用到工业锅炉生产上，那么锅炉生产的管理会更完善，能源的利用会更加合理，更加充分。到那时，工业锅炉的控制将会出现更新的局面。计算机在工业锅炉上的应用是很有发展前途的。
因此，锅炉的自动控制当前正朝着多学科结合的计算机技术的应用，管理控制
一体化的趋势发展。
1.3 本文主要内容及论文结构
1.3.1 论文主要内容
论文首先介绍了工业锅炉的组成及工作过程，对整个生产工艺进行了概述。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是负荷，锅炉给水、燃料量、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位，蒸汽压力，过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。这些输入变量与输出变量之间相互关联，构成了锅炉主要的控制系统。
1.锅炉汽包水位控制系统。采用三冲量控制系统，即蒸汽流量、给水流量、汽包水位三个冲量作为输入量，给水调节阀作为控制变量，来控制汽包水位。
2.锅炉燃烧控制系统。在燃烧控制系统的三个子系统中，通常通过调节燃料量维持蒸汽压力的恒定，调节送风量以保证燃烧的经济性，调节引风量维持炉膛负压的稳定。
在设计完控制方案的基础上，本系统采用PLC控制，对PLC进行硬、软件的设计。最后对系统实现自动控制。
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