锅炉温度控制系统的设计
齐鲁理工学院
课程设计说明书
题目基于PID的锅炉温度控制系统的设计
课程名称过程控制系统与仪表
二级学院机电工程学院
专业自动化
班级 2014级自动化二班
学生姓名金高翔
学号 201410532019
指导教师黄丽丽
设计起止时间：2016年12月5日至2016年12月18日
目录
摘要 (1)
1 绪论 (2)
1.1 课程设计的背景： (2)
1.2 课程设计的任务： (2)
1.3 课程设计的基本要求： (2)
2 PLC和组态软件介绍 (3)
2.1 可编程控制器 (3)
2.1.1 可编程控制器的工作原理 (3)
2.2 组态软件 (3)
2.2.1 组态的定义 (3)
2.2.2 组态王软件的特点 (3)
2.2.3组态王软件仿真的基本方法 (4)
3 PID控制及参数整定 (4)
3.1.PID控制器的组成 (4)
3.2.采样周期的分析 (5)
4 被控对象的建模 (6)
5 PLC控制系统的软件设计 (8)
5．1.程序编写 (8)
5.2用指令向导编写PID控制程序 (11)
6 组态的设计 (14)
7 系统测试 (16)
7.1 启动组态王 (16)
7.2 实时曲线界面 (17)
7.3历史曲线界面 (17)
8 结论 (18)
参考文献： (19)
致谢： (20)
基于PID的锅炉温度控制系统的设计
摘要：从上世纪的80年代到90年代中期，PLC得到了飞速的发展，在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了大幅度的提高，PLC逐渐的进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的未来，是无法取代的。
本文介绍了以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。
锅炉的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。
本文分别就锅炉的控制系统工作原理，温度变送器的选型、PLC配置、组态软件程序设计等几方面进行阐述。通过改造电热锅炉的控制系统具有响应快、稳定性好、可靠性高,控制精度好等特点，对工业控制有现实意义。
关键词：电热锅炉的控制系统温度控制PLC PID
1 绪论
1.1课程设计的背景：
根据国内实际情况和环保问题的考虑和要求，燃料锅炉由于污染并且效率不高，已经逐渐被淘汰；燃油和燃气锅炉也存在着燃料供应不方便和安全性等问题。因此在人口密集的居民区、旅馆、医院和学习，电加热锅炉完全替代燃煤、燃油、燃气锅炉。
自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温度控制系统的发展迅速，并且在智能化、自适应、参数整定等方面，以日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪表，并在各行广泛应用。
锅炉采用全新加热方式，它具有无污染、能量转化效率高、结构简单、安全性好、操作简单等优点，且可采用计算机监控，完全实现自动化。使其比其他形式的锅炉更具有吸引力。
由于锅炉是一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的被控对象，很难用数学的方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到很好的控制效果。而这下符合PID控制使用的条件，因而PID控制被广泛地用于电热锅炉的控制中，用来代替传统的控制方法，并获得良好的控制效果。因此，锅炉温度控制系统一直是工业技术人员研究的重点及热点。
1.2 课程设计的任务：
1、熟练掌握各种传感器的使用方法。
2、熟练掌握锅炉的控制方法。
3、编写PLC软件和组态软件完成锅炉的控制过程。
4、通过上位机监控软件能够实时监控锅炉的温度，监控锅炉运行过程中的温度变化曲线和电炉丝加热时的电流曲线，找出控制温度的最佳控制方法和参数。
1.3 课程设计的基本要求：
以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制。通过课程设计，学生能够掌握锅炉的控制原理，并且能够熟练掌握通过PLC和组态软件控制锅炉的方法和过程。
2 PLC和组态软件介绍
2.1 可编程控制器
可编程控制器是是一种工业控制计算机，简称PLC（Programmable logic Controller),它使用可编程序的记忆以存储指令，用来执行逻辑、顺序、计时、计数、和演算等功能，并通过数字或模拟的输入输出，以控制各种机械或生产过程。
2.1.1 可编程控制器的工作原理
PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
2.2 组态软件
2.2.1 组态的定义
组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件是有专业性的，一种组态软件只能适合在某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如DCS(集散控制系统)组态，PLC梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持高级语言。
在当今工控领域，一些常用的大型组态软件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，组态王，力控，易控，MCGS等。本设计采用亚控的组态王软件进行组态的设计。
2.2.2 组态王软件的特点
组态王软件具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，
并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的
生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
2.2.3组态王软件仿真的基本方法
(1)图形界面的设计
图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。
(2) 构造数据库
数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的
各种属性,比如水位、流量等。
(3)建立动画连接
连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让
操作者输入控制设备的指令。
(4)运行和调试
3 PID 控制及参数整定
3.1.PID 控制器的组成
PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。其数学表达式为：
01()()[()()]t
de t u t Kc e t e t dt Td Ti dt =++? （3-1） (1) 比例系数KC 对系统性能的影响：
比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。c K 偏大，振荡次
数加多，调节时间加长。c K 太大时，系统会趋于不稳定。c K 太小，又会使系统
的动作缓慢。c K 可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。如果c K 的符号选择不当对象状态就会离控制目标的状态越来越远，如果出现这样的情况c K 的符号就一定要取反。
(2) 积分控制i T 对系统性能的影响：
积分作用使系统的稳定性下降，i T 小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
(3) 微分控制d T 对系统性能的影响：
微分作用可以改善动态特性，d T 偏大时，超调量较大，调节时间较短。d T 偏
小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有d T 合适，才能使超调量较小，减短
调节时间。
3.2.采样周期的分析
采样周期s T 越小，采样值就越能反应温度的变化情况。但是，s T 太小就会增
加CPU 的运算工作量，相邻的两次采样值几乎没什么变化，将是PID 控制器输出的微分部分接近于0，所以不应使采样时间太小。，确定采样周期时，应保证被控量迅速变化时，能用足够多的采样点，以保证不会因采样点过稀而丢失被采集的模拟量中的重要信息。
因为本系统是温度控制系统，温度具有延迟特性的惯性环节，所以采样时间不能太短，一般是15s ～20s ，本系统采样17s
经过上述的分析，该温度控制系统就已经基本确定了，在系统投运之前还要进行控制器的参数整定。常用的整定方法可归纳为两大类，即理论计算整定法和工程整定法。
理论计算整定法是在已知被控对象的数学模型的基础上，根据选取的质量指标，经过理论的计算（微分方程、根轨迹、频率法等），求得最佳的整定参数。这类方法比较复杂，工作量大，而且用于分析法或实验测定法求得的对象数学模型只能近似的反映过程的动态特征，整定的结果精度不是很高，因此未在工程上受到广泛的应用。
对于工程整定法，工程人员无需知道对象的数学模型，无需具备理论计算所学的理论知识，就可以在控制系统中直接进行整定，因而简单、实用，在实际工程中被广泛的应用常用的工程整定法有经验整定法、临界比例度法、衰减曲线法、自整定法等。在这里，我们采用经验整定法整定控制器的参数值。整定步骤为“先比例，再积分，最后微分”。
（1）整定比例控制
将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。
（2）整定积分环节
若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至
得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。
（3）整定微分环节
若经过步骤（2），PI 控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID 控制。先置微分时间TD =0，逐渐加大TD ，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID 控制参数。 4 被控对象的建模
某单容电加热过程如图4.1所示：
图4.1 单容电加热过程热力过程
容器内液体的总热容为C ，液体的比热容为p C ，流体流量（流入、流出相等）
为q ，液体以温度i T 流入加热容器，以温度p T (p T 同时也是容器中液体的温度)
流出加热容器。设容器所在的环境温蒂为c T （p T >c T ）。在环境温度c T 、液体流入温度i T 和流量q 不变的条件下，建立电加热电压u 与液体输出温度p T 之间动态关
系的数学模型。
把加热容器看作一个独立的隔离体，根据能量动态平衡关系，单位时间内进入容器的热量Q i 与单位时间内流出容器的热量n Q 之差等于容器内热量储存的变化率，可得 ：
p
i o dT Q Q c dt -= （4-1）
式中，输入热量由电加热器的发热量e Q 和流入液体携带热量p i qC T 两部分组成：
i e p i Q Q qC T =+ （4-2）
同样，由加热容器输出的热量由流出液体携带热量由流出液体携带热量
p p qC T 和容器向周围散发的热量r Q 两部分组成：
o r p p Q Q qC T =+ （4-3）
由热力学可知，单位时间内加热容器向四周散发热量与容器散热面积（设为
A ）、保温材料的材料的传热系数（设为K r ）以及容器内、外温差成正比：
()r r p c Q AK T T =-，将上式代入式4-3得：
()o r p c p p Q AK T T qC T =-+ （4-4）
加热过程工程在稳态时，p T 保持不变，从加热容器输出热量o Q 等于从外部
输入的热量i Q ，即i Q =o Q ，则有：
0p
i o dT Q Q C dt -== （4-5）
若以增量形式表示变量相对于稳态值的变化量，即：0p p p T T T ?=-；
0i i i Q Q Q ?=-；0o o o Q Q Q ?=-,由式4-5可知：000i o Q Q -=。代入式4-1可得：
p i o d T Q Q C dt ??-?= （4-6）
假设q 、i T 、c T 不变，0e e e Q Q Q ?=-，从式4-2可得：
()0i e p i e e Q Q qC T Q Q ?=?-=?+=?
（4-7） 从式4-4可得：
[()]()o r p c p p r p p Q AK T T qC T AK qC T ?=?-+=+? （4-8）
将式4-7、式4-8代入式4-6得：
()p
e r p p d T Q AK qC T C dt ??-+?= （4-9）
电加热器的发热量与外加电压的平方成正比，故e Q 与电压u 成非线性关系。为使问题简化，在工作点（0u ,0e Q ）附近进行线性化处理：在工作点附近的小范围内，以切线代替原来的曲线，可以用下式表示电压变化（增量）u ?和加热量变化（增量）Q ?e 之间的关系e q Q K u ?=?，将其代入式4-9得：
()p
q r p p d T K u AK qC T C dt ??-+?= （4-10）
令r P C T AK qC =+，q r p
K K AK qC =+ ，则上式可表示为： p
p d T T T K u dt ?+?=? （4-11）
对式4-11取拉氏变换，可得到输出液体温度与电加热器电压之间的传递函数：
()
()1
p s T s K U s T =+ （4-12） 5 PLC 控制系统的软件设计
5．1.程序编写
（1）编写程序前，必须先填写PID 指令的参数表，参数表如表5.1所示
表5.1 锅炉温度控制PID 参数表 序号
地址 参数 功能描述 1
VD100 过程变量（PVn ） 温度经过A/D 转换后的标准化数值 2
VD104 给定值（SPn ） 0.335（最高温度为1，调节到0.335） 3
VD108 输出值（Mn ） PID 回路输出值 4
VD112 增益（Kc ） -3.0 5
VD116 采样时间（Ts ） 17 6
VD120 积分时间（Ti ） 7 7
VD124 微分时间（Td ） 0 8
VD128 积分项前值（MX ） 根据PID 运算结果更新 9 VD132 过程变量前值（PVn-1） 最后一次PID 运算过程变量值
（2）编写PLC 控制程序
图5.1 锅炉温度的PLC 控制梯形图（一）
图5.1 锅炉温度的PLC控制梯形图（二）
5.2用指令向导编写PID控制程序
（1）打开指令向导，选定PID。选中菜单栏中的“工具”，单击其子菜单“指令向导”，弹出如图5.2所示的界面，选定“PID”选项，单击“下一步”按钮。
图5.2 硬件配置图
（2）指定回路号码，如图5.3所示，本例选定回路号码为0，单击“下一步”。
图5.3 指定回路号码
（3）设置回路参数，如图5.4所示，本例将比例系数设定为3，将采样时间设定为0.5s，积分时间设定为20min，微分时间设定为0，即不使用微分项，只使
用PI控制器，然后单击“下一步”按钮。
图5.4 设置回路参数
（4）为计算指定储存区，如图5.5所示，PID指令使用V储存区中的一个36字节的参数表，储存用于控制回路操作的参数。PID计算还要求一个“暂存区”，用于存储临时结果。先单击“建议地址”，再单击“下一步”按钮，地址自动分配。
图5.5 为计算指定存储区
（5）指定子程序和中断程序，如图5.6所示，本例使用默认子程序名，只要单击“下一步”按钮即可。如果项目包含一个激活PID配置，已经建立的中断程序名被设为只读。因为项目中的所有配置共享一个公用中断程序，项目中增加的任何新配置不得改变公用中断程序的名称。
图5.6 指定子程序和中断程序
（6）生产PID代码，如图4.7所示，单击“完成”按钮，S7-200PLC指令向导为指定的配置生产程序代码和数据块代码。由向导建立的子程序和中断程序成为项目的一部分。要在程序中使能该配置，每次扫描周期时，使用SM0.0从主程序块调用该子程序。
图5.7 生成PID代码
（9）编写程序，如图5.8所示
图5.8 程序
6 组态的设计
双击组态王的快捷方式，出现组态王的工程管理器窗口，双击新建按扭，按照弹出的建立向导，填写工程名称。然后打开刚建立的工程。进入组态画面的设计，如图6.1所示：
图6.1 新建工程
因为组态画面要与西门子S7-200 PLC连接之后才能使用，所以要新建S7-200的连接，具体步骤如下图6.2所示：
图6.2 新建设备
要实现组态王对S7-200的在线监控，就先必须建立两者之间的联系，那就需要建立两者间的数据变量。基本类型的变量可以分为“内存变量”和I/O变量两类。内存变量是组态王内部的变量，不跟被监控的设备进行交换。而I/O变量是两者之间互相交换数据的桥梁，S7-200和组态王的数据交换是双向的。如图6.3、图6.4所示：
图6.3 新建变量
图6.4 变量表
以上步骤进行完成，开始绘制主监控界面，主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，在该界面加入菜单项，可以查看历史系统报警，加入实时曲线、历史曲线和开关按钮，可以使操作者更加快捷、准确的实现对系统的控制。如图6.5所示：
图6.5 锅炉温度控制系统主监控界面
7 系统测试
7.1 启动组态王
打开组态王的项目工程管理器，点击窗口栏中“VIEW”或者在画面中点击右键，选择“切换到VIEW”，启动组态王，进入主画面。这个时候，系统会自动打开一个信息窗口，可以通过信息窗口来知道，组态王的运行情况以及和PLC的连接是否成功。如果连接不成功，会出现通信失败的提示语言，那就要查明原因，否则不能监控。如果提示连接设备成功，窗口会显示开始记录数据，那就表示可以开始系统的运行了。组态监控启动之后，会自动显示组态画面。
7.2 实时曲线界面
实时趋势曲线的功能是随着系统的运行，动态的显示出锅炉内液体的温度和液位的变化情况，让用户清楚的看出温度和液位的变化趋势，为下一步控制做出精确地决策。如图7.2所示：
图7.2 实时趋势曲线
7.3历史曲线界面
历史趋势曲线记录了锅炉内液体温度和液位的历史变化，用户可方便查看历史曲线的变化情况。该界面加入了打印按钮，可方便的实现对历史曲线的打印。如图7.3所示：
图7.3 历史趋势曲线
8 结论
锅炉是化工、供热供暖、炼油、发电等生产中不可或缺的设备，它的应用领域相当广泛，在相当多的领域里，锅炉的性能优劣决定了产品的质量好坏。目前锅炉的控制系统大都采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高设备的自动化程度又提高设备的控制精度。本次课程设计主要认识了STEP7-Micro/WIN软件的基本编程和组态王画面的设计,了解了锅炉水温控制系统的基本原理，熟悉掌握了各种传感器的使用方法及锅炉的控制方法，并且学会了如何去设计一个过程控制系统，掌握了基本的设计方法。
通过这次课程设计，我对过程控制有了更深刻的了解，把自己所学的过程控制系统的分散理论知识都联系起来，使自己所学的过程控制系统的理论知识形成了一个体系。让我更加清楚的认识到理论与实践的关系----只有把理论与实践紧密结合起来，理论知识才能变成有应用价值的灵活知识。认识到理论知识只有运用于实践才能产生巨大的经济利润和社会价值，而实践只有在科学正确理论指导下才能取得成果。科学正确的理论知识是推动人类实践活动前进的强大精神武器，而实践活动四检验理论正确与否的唯一标准也是理论产生的源泉。理论与实践紧密联系，相互依存。
当然在这次课程设计中，也发现了自己的很多不足之处，比如对所学的过程控制系统的知识原理掌握的还不厚牢固，知识应用于不够灵活，不能举一反三等。在以后的学习中一定要脚踏实地、一丝不苟的对待所学专业知识，认真学习、精益求精为将来的学习、研究和工作奠定坚实的理论基础，在以后的学习中多参与实际生活问题的思考，多参加实践活动！
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
组态王课程设计锅炉温度控制系统
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
锅炉温度串级控制系统的设计说明书
1 前言 (1) 2 控制系统的总体方案 (2) 2.1 概述 (2) 2.2 控制方式的确定 (2) 2.3检测元件和执行机构的选择 (3) 2.4微型计算机的选择 (4) 2.5输入输出通道及外围设备的选择 (6) 2.6系统的原理框图 (6) 3 控制算法的选择和参数计算 (8) 3.1 控制算法的选择 (8) 3.2 参数的计算 (8) 4系统硬件设计 (16) 4.1概述 (16) 4.2 系统的硬件设计 (16) 4.3系统电气原理图 (33) 4.4 元器件明细表 (34) 5 软件程序的编制 (35) 5.1概述 (35) 5.2程序流程图 (35) 5.3 地址分配 (40) 5.4程序设计 (40) 6 控制系统的调试与实验 (42) 6.1单元电路调试 (42) 6.2 程序调试 (42) 6.3 系统调试 (43) 6.4 系统实验和结果分析 (43) 7 设计总结 (44) 7.1 系统具备的主要功能 (44) 7.2 系统的测量精度 (44) 7.3 存在的问题及改进措施 (44) 参考文献 (46) 致谢 (47)
1 前言 随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常必要的。而锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。 由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。 本设计以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID 算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制[2]。 本文对锅炉温度控制系统的硬件和软件都进行了介绍，全文主要有5个部分。 第1部分是对锅炉温度控制系统的总体方案的介绍。控制总体方案的设计是系统设计的核心。若设计方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥良好的作用，甚至系统不能运行。 第2部分是对锅炉温度控制系统控制算法的选择和参数的设置进行了介绍。采用合适的控制算法能更好地对整个系统进行控制。 第3部分是锅炉液位控制系统硬件的设计，对选择的仪表、设备等的性能、使用方法和接口要求等进行了介绍。 第4部分是对锅炉液位控制系统软件程序的编制，主要是采用PLC梯形图编程语言进行编程，并写出相应的流程图和地址分配。 第5部分是对锅炉温度控制系统的调试与实验。其中包括单元电路调试、程序调试、系统调试、系统试验和结果分析。
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Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 蒸汽过热器(锅炉)爆管剖析——调节蒸汽温度正式 版
蒸汽过热器(锅炉)爆管剖析——调节 蒸汽温度正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 为了进一步从根源上找出爆管原因，全面分析了调节蒸汽温度的各种因素，以便彻底消除减温器事故隐患，见图2： 图2 面式减温器与省煤器进水示意图注：1——给水电动调节阀；2——给水旁通阀；3——逆止阀；4——给水直通阀；5——省煤器；6——汽包；7——减温水电动调节阀；8——减温水旋转调节阀；9——逆止阀；10——面式减温阀；11——减温器出水阀 过热蒸汽温度的调节在近1年时间内，由于8减温水旋转调节阀内漏，司炉
工不得已采用手动调节11减温器出水阀，控制水量的大小，从而达到调节汽温的目的。经过减温器以后的冷却水，接至省煤器之前与给水混合，通过4给水直通阀全部进入省煤器，因而保证了省煤器供水的稳定、可靠性。 （1）当过热蒸汽温度下降时：关小或关闭11减温器出水阀，由于冷却水量出口的减小或中断，使10面式减温器内水压增大，蒸汽将热量传播给低温冷却水，随着时间的延长，减温装置内冷却水温逐渐升高，体积不断增大，蒸汽放热与冷却水吸热之间的温差越来越小，则蒸汽传热的速度越来越慢，传播给冷却水的热量也就越少，蒸汽温度也就升高。
51单片机的热水锅炉温度控制系统设计
0 基于单片机热 水锅炉炉温控制系统设计
东北大学秦皇岛分校基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计dennis 基于单片机热水锅炉炉温控制系统设计 作者：陈明 单位：东北大学秦皇岛 【摘要】本系统是基于单片机的锅炉温度控制，在设计中主要有温度检测、按键控制、水温控制、循环控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现温度控制。主要用数字温度传感器DS18B20来检测水温，用五个控制按键来实现按健控制，用液晶显示屏LCD1602来完成显示部分。并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要打开或者关闭温度加热的操作，从而实现单片机自动控制的目的。本设计用单片机控制易于实现锅炉供暖、而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便。 【关键词】单片机（AT89C51），传感器DS18B20,扬声器，继电器 引言 自从20世纪90年代以来，单片机已经进入了一个高速发展的阶段，世界上著名的半导体厂商都注重新型单片机的研制、生产和推广。单片机的应用已经深入到来各个国家的国民经济当中。例如国内外目前知名的企业：atmel公司的avr单片机，motorola单片机，MICROCHIP单片机，东芝单片机，intel的8051单片机，宏晶STC单片机等等。 温度自动控制系统主要是有温度采集系统、液晶显示系统、扬声器报警系统和继电器控制系统四部分组成。本次设计主要是以温度采集到的温度为参考。如果温度在设定值内部，则系统正常工作，本系统的温度正常范围为0-50摄氏度，如果超出温度范围，则系统发出警报并控制系统负载停止工作。温度控制系统的编程软件为keil，仿真软件为proteus。 1. 热水锅炉温度控制系统设计 1.1方案极其论证 方案一： 用PLC做主要的设计技术，通过用其中的相关部件的开关控制达到锅炉水温的控制目的。但是由于对PLC相关配套的设备和仿真软件的限制，因此放弃了PLC方案。
锅炉内胆温度控制系统设计
锅炉内胆温度控制系统设计 一．引言 过程控制是自动化的重要分支，其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、建材、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。无论是在现代复杂工业生产过程中还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着非常重要的作用。 过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数(温度、压力、流量、物位、成分、湿度、PH值和物性等)进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，是连续型生产过程自动的进行下去。实际的生产过程千变万化，要解决生产过程的各种控制问题必须采用有针对性的特殊方法与途径。这就是过程控制要研究和解决的问题。二．任务和要求 任务：设计锅炉内胆温度控制系统，选择合适的传感器、控制器和执行器，使其满足一定的控制要求。 要求：本系统的控制对象为锅炉内胆的水温，要求锅炉内胆的温度的稳定值等于给定值，误差保持在 5%的误差带以内。 三．总体方案 系统组成：本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路:一路由三相(380V交流)磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵(220V变频)、涡轮流量计及手动调节阀组成。1．原理框图 图1
2．简要原理 单闭环锅炉水温定值控制系统的结构示意如课程设计指导书所示，图1为其结构框图。其中锅炉内胆为动态循环水，磁力泵、电动调节阀、锅炉内胆组成循环供水系统。而控制参数为锅炉内胆的水温，即要求锅炉内胆的水温等于设定值。先通过变频器-磁力泵动力支路给锅炉内胆打满水，然后关闭锅炉内胆的进水阀。待系统投入运行后，再打开锅炉内胆的进水阀，允许变频器-磁力泵以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在锅炉内胆水温的控制过程中，由于锅炉内胆由循环水，因此锅炉内胆循环水水温控制相比于内胆静态水温控制时更充分，因而控制速度有较大的改善。 在结构原理框图中可以清楚的看出，我们给定温度的设定值，将温度传感器的值与设定值相比较，把偏差值送入PID调节器，PID调节器的输出信号送入可控硅调压装置，经调压装置输出的电压信号来控制加热装置的阻值，从而控制锅炉内胆的水温。此控制系统为单闭环反馈系统，只要PID参数设置的合理，就能够使系统达到稳定。 3．优缺点分析 优点：单闭环系统结构简单，稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到广泛的应用。 缺点：对动态特性复杂、存在多种扰动或扰动幅度很大，控制质量要求高的生产过程，简单控制系统难以满足要求 四．元器件的选择与参数整定 1．元器件的选择： (1)被控对象 由不诱钢储水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒构成)、冷热水交换盘管和敷朔不锈钢管道组成。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙。 管道：整个系统管道采用不诱钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀步打开直接将水排出。 (2)检测装置 变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不诱钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。 温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4~20mA DC电流信
锅炉主蒸汽温度低原因及处理
我厂三期机组主蒸汽温度低原因及处理 近期，我厂#6、7机组机组负荷在50%及以上时经常出现主蒸汽温度低现象，现总结其原因及其处理方向。 一、主蒸汽温度过低的危害 当主蒸汽压力和凝结真空不变，主蒸汽温度降低时，主蒸汽在汽轮机内的总焓降减少，若要维持额定 负荷，必须开大调速汽阀的开度，增加主蒸汽的进汽量。一般机组主蒸汽温度每降低10C,汽耗量要 增加 1.3%~1.5%。 主蒸汽温度降低时，不但影响机组的经济性，也威胁着机组的运行安全。其主要危害是： (1)末级叶片可能过负荷。因为主蒸汽温度降低后，为维持额定负荷不变，则主蒸汽流量要增加，末级焓降增大，末级叶片可能过负荷状态。 (2)末几级叶片的蒸汽湿度增大。主蒸汽压力不变，温度降低时，末几级叶片的蒸汽湿度将要增加，这样除了会增大末几级动叶的湿汽损失外，同时还将加剧开几级动叶的水滴冲蚀，缩短叶片的使用寿命。 (3 )各级反动度增加。由于主蒸汽温度降低，则各级反动度增加，转子的轴向推力明显增大，推力瓦块温度升高，机组运行的安全可靠性降低。 (4)高温部件将产生很大的热应力和热变形。若主蒸汽温度快速下降较多时，自动主汽阀外壳、调节级、汽缸等高温部件的内壁温度会急剧下降而产生很大的热应力和热变形，严重时可能使金属部件产生裂纹或使汽轮机内动、静部分造成磨损事故；当主蒸汽温度降至极限值时，应打闸停机。 (5)有水击的可能。当主蒸汽温度急剧下降50C以上时，往往是发生水冲击事故的先兆，汽轮机值班员必须密切注意，当主蒸汽温度还继续下降时，为确保机组安全，应立即打闸停机。 二、引起主蒸汽温度低的因素： 1)水煤比。 在直流锅炉动态分析中，汽轮机调节汽阀的扰动，对直流锅炉是一种典型的负荷扰动。当调节汽阀阶 跃开大时，蒸汽流量D和机组输出功率N E立即增加，随即逐渐减少，并恢复初始值，汽轮机阀前压力 P T一开始立即下降，然后逐渐下降至新的平衡压力。由于直流锅炉的蓄热系数比汽包锅炉小，所以直流锅炉的汽压变化比汽包锅炉大得多。当负荷扰动时，过热汽温T2近似不变，这是由于给水流量和燃 烧率保持不变，过热汽温就基本保持不变。 燃烧率扰动是燃料量、送风量和引风量同时协调变化的一种扰动。当燃烧率B阶跃增加时，经过一段 较短的迟延时间，蒸汽流量D会暂时向增加方向变化；过热汽温T2则经过一段较长的迟延时间后单调上升，最后稳定在较高的温度上；汽压P T和功率N E的变化也因汽温的上升而最后稳定在较高的数值。 当燃烧率不变而给水流量增加时，一开始由于加热段和蒸发段的伸长而推出一部分蒸汽，因此蒸汽流 量D、汽压P T、功率Nk几乎没有迟延的开始增加，但由于汽温T2的下降，最后虽然蒸汽流量D增加，而输出功率N E却有所减少；汽压Pr也降至略高于扰动前的汽压，过热汽温T2则经过一段较长的迟延时间后，最后稳定在较低的温度。 给水和燃料复合扰动时的动态特性是两者单独扰动时的动态特性之和，由图2可知，当给水和燃料按 比例变化时，蒸发量D立即变化，然后稳定在新的数值上，过热汽温则保持在原来的数值上(额定汽温)。这就是说明严格控制水煤比是直流炉主蒸汽调节的关键。
组态王课程设计--锅炉温度控制系统
锅炉温度控制系统上位机设计 1. 设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对温度进行控制，使得温度在要求范围内。这样，就实现了锅炉温度的控制。在该界面加入菜单项，可以查看历史系统报警。加入实时曲线、历史曲线和帮助界面按钮，可以使操作者更加快捷、准确的实现对系统的控制。如图1所示：
锅炉温度控制系统的设计
综述 锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的。 本文设计了一种数字式锅炉温度控制系统，并给出了硬件原理图。该控制系统是用MCS-51系列单片机及其相关硬件来实现，利用传感器测量温度数据、CPU循环检测传感器输出状态，并用光柱和LED指示温度的高度。当锅炉温度低于用户设定的值时，系统自动打开燃料通道，当温度到达设定值时，系统自动关闭燃料通道。通过定量的计算表明该控制系统设计合理、可行。 一.系统总体设计 1．1 系统总体设计方案 设计框图如下所示： 图1-1系统框图 1．2 单元电路方案的论证与选择
硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。 1．2．1 温度信号采集电路的论证与选择 采用温度传感器DS18B20 美国DALLAS 公司的产品可编程单总线数字式温度传感器DS18B20可实现室内温度信号的采集，有很多优点：如直接输出数字信号，故省去了后继的信号放大及模数转换部分，外围电路简单，成本低;单总线接口，只有一根信号线作为单总线与CPU 连接，且每一只都有自己唯一的64位系列号存储在其内部的ROM 存储器中，故在一根信号线上可以挂接多个DS18820,便于多点测量且易于扩展。 DS 18 B2 0的测温范围较大，集成度较高，但需要串口来模拟其时序才能使用，故没有选用此方案。 1.2.1输入输出通道及其接口设计 1）温度检测模拟输入通道设计 图1-2 输入通道原理图 设V ／F 变换器的额定输出频率为F ，计数器对输出脉冲的计数时间为Ts ，A ／D 转换结果的分辨率为i ，则有： s i s F T 2 取Ts ＝1s ，则在V ／F 的输出频率范围0～10kHz 内，可以得到13位的A ／D 转换结果。
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 一、摘要 这次课程设计任务是对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行设计与分析。在控制系统的设计与分析中，分别对串级控制系统和单回路控制系统进行了分析与阐述，通过分析比较发现，采用串级控制系统控制效果更好，可以使系统更能适应不通环境，从而达到更好的控制效果。通过使用该控制系统，可以使锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保证过热器壁温度不超过工作允许的温度，使其能够正常工作。 二、锅炉设备的介绍及设计任务的分析 1、锅炉设备介绍 锅炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。 锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和名称，工艺流程多种多样，常用的锅炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。 燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成一点观其文的过热蒸汽，在汇集到蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，于此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱，排入大气。
过热蒸汽送负荷设备 热空气汽包 炉膛 烟气排出 冷空气送入 水送入 热空气送往炉膛过热器 减温器 空气预热器 图1锅炉设备主要工艺流程图 锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。为达到这些控制要求，锅炉设备将有多个不同的控制系统，如下： 锅炉汽包水位控制系统，要求保证汽包水位平稳； 锅炉过热蒸汽温度控制系统，要求保证过热蒸汽温度稳定； 锅炉蒸汽出口压力控制系统，要求保证蒸汽出口压力保持在一定范围内，同时实现逻辑提量和逻辑减量； 锅炉蒸汽出口压力控制系统，要求保证蒸汽出口压力保持在一定范围内，同时实现燃烧过程的经济运行； 锅炉炉膛负压控制系统，要求保证炉膛负压在一定范围内，以保证锅炉的安全运行。 锅炉安全连锁控制系统，以防止回火和脱火。 本设计根据任务要求主要对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行设计与分析。 2、任务分析与设计思路 锅炉过热蒸汽温度控制系统则是锅炉系统安全正常运行，确保蒸汽质量的重要部分。这个设计我们的任务是锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计与分析。 蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。控制任务是使过热器
管式加热炉温度-温度串级控制系统的设计
课程设计任务书 学生姓名：方诗豪专业班级：自动化0804 指导教师：傅剑工作单位：自动化学院 题目: 管式加热炉温度-温度串级控制系统的设计 初始条件： 管式加热炉是石油工业中重要的设备之一，它的任务是把原油加热到一定的温度，以保证下一道工序的顺利进行。加热炉的工艺过程为：燃料油经雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管后，就被加热到出口温度。试以温度-温度串级控制控制策略设计过程控制系统，使得管式加热炉出口温度为为70℃，稳态误差±2℃。 要求完成的主要任务: 1、了解管式加热炉工艺设备及其工作流程 2、基于对象特点分析，绘制控制系统方案图 3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数 4、撰写系统调节原理及调节过程说明书 5、总结课程设计的经验和收获 时间安排 12月19日选题、理解课题任务、要求 12月20日方案设计 12月21~28日参数计算、撰写说明书 12月29日答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 前言 (2) 1设计的目的及意义 (3) 1.1管式加热炉简介 (3) 1.2 设计目的及意义 (4) 2 管式加热炉温度控系统工作原理及控制要求 (4) 3 总体设计方案 (5) 3.1 温度—温度串级控制系统 (5) 3.2 方案特点 (6) 4 串级控制系统分析 (6) 4.1 主回路设计 (6) 4.2 副回路选择 (7) 4.3 主、副调节器规律选择 (7) 4.4 主、副调节器正反作用方式确定 (7) 4.5 控制器软件设计 (7) 4.6数字PID控制器参数整定 (9) 5 各仪表的选取及元器件清单 (10) 5.1 温度检测元件 (10) 5.2 温度变送器 (12) 5.3 调节阀 (13) 5.4 联锁保护 (13) 6 感受和体会 (14)
组态软件课程设计锅炉温度监控系统设计
河南机电高等专科学校自动控制系 《组态软件及应用》课程设计报告 题目：锅炉温度监控系统设计 系部: 自动控制系 专业: 电气自动化技术 班级: ccc 姓名: XXX 学号: 1XXXX 指导老师: xxx 成绩: 二零一五年十二月二十五日 目录 前言................................................................................ 错误!未定义书签。第1章设计任务和目的............................................................. 错误!未定义书签。第2章总体方案设计 ............................................................... 错误!未定义书签。第3章硬件和软件................................................................. 错误!未定义书签。 3.1PC系统............................................ 错误!未定义书签。 3.2PLC .............................................. 错误!未定义书签。 3.3传感器............................................ 错误!未定义书签。 3.4液位计、压力计...................................... 错误!未定义书签。 3.5泵、阀............................................ 错误!未定义书签。 3.6报警器............................................ 错误!未定义书签。 3.7软件.............................................. 错误!未定义书签。
锅炉过热蒸汽温度控制系统
锅炉过热蒸汽温度控制系统 在燃煤锅炉运行中，过热蒸汽温度是一个很重要的控制参数。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度较高，可能造成过热器蒸汽管道损坏；过热蒸汽温度过低，会降低内功率。所以在锅炉运行中，必须保持过热蒸汽温度稳定在规定值附近。 本文介绍模糊控制在中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度中的应用，采用模糊控制系统的思路，并用此方法控制燃煤锅炉的过热蒸汽温度，使得锅炉过热蒸汽温度即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持平稳。模糊控制的控制算法不依赖于对象的数学模型,算法简单,易于实现,且对干扰和对象模型时变具有较强的适应性，它能根据输出偏差的大小进行自动调节，使输出达到给定值。能提高国内锅炉的燃烧效率、燃料适应性、负荷调节性能、污染、灰渣等众多独特优点而受到越来越广泛的重视，在电力、供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。 以某600MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽生产流程简图和流程图如下图所示： 过热蒸汽流程图
1． 1 过热蒸汽温度控制的任务 过热蒸汽温度控制的主要任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全；过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。据分析，气温每降低5℃，热经济性将下降 1 ％；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。该机组要求控制过热蒸汽温在5 3 8～ 5 4 8℃的范围内。 2 ．2 影响过热蒸汽温度的主要因素 2 ．2． 1 燃料、给水比(煤水比) 只要燃料、给水比的值不变，过热汽温就不变。只要保持适当的煤水比，在任何负荷和工况下，直流锅炉都能维持一定的过热汽温。 2．2． 2 给水温度 正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低。 2．2． 3 过剩空气系数 过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失。影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。 2．2． 4 火焰中心高度 火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似。在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过剩空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。若要保持过热温不变，亦需重新调整煤水比。 2．2． 5 受热面结渣 煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降较明显。前者情况发生时，调整煤水比就可；后者情况发生时，不可随便调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。对于直流锅炉，在水冷壁温度不超限的条件下，后四种影响过热汽温因素都可以通过调整煤水比来消除；所以，只要控制、调节好煤水比，在相当大的负荷范围内，直流锅炉的过热汽温可保持在额定值。此优点是汽包锅炉无法比拟的；但煤水比的调整，只有自动控制才能可靠完成。
锅炉蒸汽温度控制系统
引言 随着科学技术的发展，自动控制在现代工业中起着主要的作用，目前已广泛应用于工农业生产及其他建设方面。生产过程自动化是保持生产稳定、降低成本、改善劳动成本、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志之一。可以说，自动化水平是衡量一个国家的生产技术和科学水平先进与否的一项重要标志。电力工业中电厂热工生产过程自动化技术相对于其他民用工业部门有较长的历史和较高的自动化水平，电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。 本次毕业设计的主要是针对单元机组汽温控制系统的设计。锅炉汽温控制系统主要包括过热蒸汽和再热蒸汽温度的调节。主蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。一般规定过热器的温度与规定值的暂时偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃。 如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，据估计，温度每降低5℃，热经济性将下降约1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高，甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。一般规定过热汽温下限不低于其额定值10℃。通常，高参数电厂都要求保持过热汽温在540℃的范围内。 由于汽温对象的复杂性，给汽温控制带来许多的困难，其主要难点表现在以下几个方面： （1）影响汽温变化的因素很多，例如，蒸汽负荷、减温水量、烟气侧的过剩空气系数和火焰中心位置、燃料成分等都可能引起汽温变化。 （2）汽温对象具有大延迟、大惯性的特点，尤其随着机组容量和参数的增加，蒸汽的过热受热面的比例加大，使其延迟和惯性更大，从而进一步加大了汽温控制的难度。 （3）汽温对象在各种扰动作用下（如负荷、工况变化等）反映出非线性、时变等特性，使其控制的难度加大。
火电厂燃煤锅炉温度控制系统
火电厂锅炉温度控制系统 锅炉温度的控制效果直接影响着产品的质量，温度低于或高于要求时要么不能达到生产质量指标有时甚至会发生生产事故。采用双交叉燃烧控制以锅炉炉膛温度为主控参数、燃料和空气并列为副被控变 量设计火电厂锅炉温度控制系统，以达到精度在5 ℃范围内。 工程控制是工业自动化的重要分支。几十年来，工业过程控制获得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及能源的节约都起着重要的作用。 生产过程是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。该过程中通常会发生物理化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递等等，或者说生产过程表现为物流过变化的过程，伴随物流变化的信息包括物流性质的信息和操作条件的信息。 生产过程的总目标，应该是在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径，将原物料加工成预期的合格产品。为了打到目标，必须对生产过程进行监视和控制。因此，过程控制的任务是在了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段。实现生产过程的控制目标。 生产过程总目标具体表现为生产过程的安全性、稳定性和经济性。 （1）安全性在整个生产过程中，确保人身和设备的安全是最重要和最基本的要求。在过程控制系统中采用越限报警、事故报警和连锁保护等措施来保证生产过程的安全性。另外，在线故障预测与诊断、容错控制等可以进一步提高生产过程的安全性。 （2）稳定性指系统抑制外部干扰、保持生产过程运行稳定的能力。变化的工业运行环境、原料成分的变化、能源系统的波动等均有可能影响生产过程的稳定运行。在外部干扰下，过程控制系统应该使生产过程参数与状态产生的变化尽可能小，以消除或者减少外部干扰可能造成的不良影响。 （3）经济性在满足以上两个基本要求的基础上，低成本高效益是过程控制的另外一个重要目标。为了打到这个目标，不进需要对过程控制系统进行优化设计，还需要管控一体化，即一经济效益为目标的整体优化。 工业过程控制可以分为连续过程工业、离散过程工业和间隙过程工业。其中，连续过程工业占的比重最大，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门，连续过程工业的发展对我国国民经济意义最大。过程控制主要指的就是连续过程工业的过程控制。 锅炉是工业生产中不可缺少的动力设备，它多产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机，压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业规模的
基于力控组态软件的锅炉监控系统设计报告
东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计 基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2011.6.27~2011.7.8
东北大学秦皇岛分校自动化工程系 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 一、设计实验条件 地点：自动化系实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 1、根据题目要求进行资料收集及监控方案的设计。 2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面；包括数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计说明书 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：6月27日～7月8日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（6月27日～6月29日) 具体设计（含上机实验）：6天（6月30日～7月5日) 编写课程设计说明书：2天（7月6日～7月7日) 答辩：1天（7月8日）
前言 随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。目前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国Wonderware公司的InTouch、美国Intellution公司的iFIX等，国内产品有三维力控、组态王、MCGS等。 一般的组态软件都由下列组件构成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。 力控组态软件主要解决的问题：如何与采样、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。 本文以锅炉对象为例，利用三维力控PCAuto组态软件开发了一个小型的监控系统。 1.力控组态软件PCAuto 1.1软件的认识 力控监控组态软件PCAuto是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。 力控监控组态软件PCAuto最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大地提高了集成效
锅炉温度控制系统设计方案
锅炉温度控制系统设计方案 第1章绪论 1.1课题背景及研究的意义 锅炉是工业生产中最常用的能量转换设备之一，它通过转化燃料中的化学能或利用电能转化为能，成为人们广为依赖的采暖工具。在电锅炉中，利用电阻在通电流状态下发热的原理，通过对电流的大小的控制对温度的控制。由于电流易控制的特点，电锅炉在小型锅炉和精密控温的到使用者的青睐。但是，在大部分城市中，由于国家实行“西气东输”计划，燃气价格为普通人家所接受，经数据统计和计算，燃气锅炉更便宜，比电锅炉应用更受欢迎。 锅炉温度的稳定是锅炉性能的一项重要指标，温度过高和温度过低都会给锅炉的稳定运行和生产造成重大的的影响，甚至发生安全事故。温度过高，导致锅炉金属材料和相关部件的超温过热，加速管材金属氧化，降低锅炉和相关部件的使用寿命；温度过低，假定在保持锅炉蒸发量不变的情况下，锅炉的损耗将大幅上升，能源利用率因此下降，而且负荷也将受到限制。所以，限定锅炉在安全温度成为每一个温度控制系统的核心部分。 随着科技发展，人们对采暖方式和热水方式渐渐发生变化，家用燃气锅炉进入寻常百姓家，但是国燃气锅炉的开发与应用还处于较落后的阶段，市场上的大多数此类商品还是以国外为主，所以燃气锅炉依然有广大市场与研究价值。 本设计以家用燃气锅炉为研究目标，使用AT89C51单片机为控制核心组成温度控制系统，采用热电阻感应温度的变化，单片机实现收集数据、处理数据、发送控制命令的功能，从各方面详细的说明单片机在温度控制的应用。 1.2 温度传感技术 自工业时代以来，随着大型机械的出现和广泛应用，温度对机械工作性能的影响越来越被人们所重视，对温度的未知可能造成机械损坏或发生重大事故。于是温度传感器便应运而生。温度传感器用在生活的方方面面，从冶金行业到每一个人身边中的一部分，它已经随着时代的步伐在进步。 目前使用的较为先进的温度传感器是数字传感器。数字传感器的优点是不需要像传统方式一样加入转换部分，利用当今成熟的集成技术，在其部已经集成了感应温度系统和温度转换系统，尤其是它单端数据输出的功能，极大减少对主控
加热炉温度串级控制系统设计
加热炉温度串级控制系统设计 摘要：温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中。结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性。 关键词：干扰串级控制主回路副回路 Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stability Keywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop