plc和wincc的大型火力发电厂控制系统的设计(附件)
随着经济的快速发展，国内电能设施的改造又一次变成首要任务，大型火力发电厂的建造已在国内如火如荼的进行中。而多参数、大容量的火力发电机组也已日渐成为我国电力产业的主力机组。火力发电厂的自动控技术也跟着火力发电机组单机容量的变大和电子仪表的进步而到达了全新的高度。火力发电厂的自动控制技术主要包含有锅炉的自动控制技术、汽轮机的自动控制技术以及辅助设备的自动控制技术。这篇论文主要是说明火力发电厂锅炉的自动控制技术，其中具体包含了火力发电厂锅炉系统的组成、工艺流程以及其自动控制方案，同时也阐明了如何通过PLC和WINCC的结合去实现自动控制的过程。关键词 锅炉，自动控制，PLC，WINCC目 录
1 绪 论 1
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程 1
1.2 课题研究背景与意义 1
2 火力发电厂锅炉控制方案 2
2.1 火力发电厂锅炉的组成 2
2.2 火力发电厂锅炉工作原理 3
2.3 火力发电厂锅炉控制工艺要求 4
2.4 火力发电厂锅炉自动控制方案 5
3 控制系统下位机PLC的设计 12
3.1 下位机PLC的介绍 12
3.2 火力发电厂锅炉控制的PLC硬件组态 15
3.3 火力发电厂锅炉控制系统程序设计 19
4 上位机WINCC的设计 24
4.1 WINCC简介 24
4.2 建立WINCC监控软件与PLC之间的MPI通讯 25
4.3 建立变量 25
4.4 火力发电厂锅炉控制系统监控界面设计 26
5 系统的仿真与调试 27
5.1 PLC的仿真调试 27
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附 录 PLC梯形图 33
1 绪 论
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程
自从19 世纪的蒸气机时代的到来，尤其是20世
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
调试 27
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附 录 PLC梯形图 33
1 绪 论
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程
自从19 世纪的蒸气机时代的到来，尤其是20世纪的科学技术的快速发展，科技已经迅速融入到现代生产和生活的各个领域中。特别是在工企领域以及自动控制领域中，科技融合的速度更是不可思议。锅炉系统是火力发电厂重要的动力装置，它历经了从简单的人工控制到现代的自动化控制的发展过程[1]。
20世纪 60年代以前，工人主要采用纯手动的手段去控制锅炉系统运行，即主要是依靠司炉工人工作经验来判断对锅炉的鼓风量、进水量、送煤量以及引风量的控制。纯手动的控制方式劳动强度大、事故发生率高，这不仅使得资源浪费也造成了环境的污染。
20世纪70 年代到 80 年代，仪表控制系统在工企生产中普及。仪表控制系统应用到火力发电厂锅炉控制中，使得锅炉的热效率有很大程度的改善，事故发生率也大大降低。可是普通的电子仪表控制可靠依然不高，控制过程也并不是特别有效。
20世纪90年代，计算机技术的急迅进步和测控技术的渐渐完善，并且在工企生产中的快速普及，为火力发电厂锅炉控制技术提供了新的挑战和机遇。一些比较先进控制技术的应用，使得火力发电厂锅炉控制越来越智能化。
21 世纪，检测技术、计算机技术和通讯技术的不断发展和融合，促使了火力发电厂锅炉控制到达了全新的高度。
1.2 课题研究背景与意义
现代化进程不断加快，用电需求也在不断的加大，为了保证火力发电厂的设备高效优质的运行，提高劳动生产率，进一步提高经济效益，研究一项火力发电厂自动控制系统已经迫在眉睫。PLC可以说是计算机和通信技术在发展过程中相碰撞的产物，是一种专门用于工企生产过程的现场设备，它具有适用广，安全可靠，编程简单，安装维护方便等很多的优点，广泛应用于各个领域。在火力发电厂的控制系统中，选用PLC控制系统，能够实现自动化管理，为火力发电厂稳步发展提供保障。基于PLC的火力发电厂的控制系统的研究毋庸置疑是项具有可观的社会效益、环境效益及经济效益的课题。
2 火力发电厂锅炉控制方案
2.1 火力发电厂锅炉的组成
火力发电厂的锅炉系统是一个比较复杂的热源动力设备。锅炉的类型很多种，按其所用燃烧物的不同区分，有用煤类型的锅炉、用油类型的锅炉、用气类型的锅炉，还有利用剩余渣、剩余油、排放气等为燃烧物的锅炉。按其供应蒸气压力区分，又可分为常压汽锅、低压汽锅、中压汽锅、高压汽锅、超高压汽锅、亚临界压力汽锅、超临界压力汽锅等类型[2]。固然不同种类的锅炉所用的燃料以及工艺流程各有千秋，然则蒸气发生系统和蒸气处理系统的工作情况基本类似的。火力发电厂锅炉的主要作用就是煤炭在炉膛内燃烧并产生带有大量热量的烟气，当烟气遇到汽包便把热量传递给低温汽包，使得汽包内的水历经预热、汽化、过热三个过程变成具有特定压力值以及温度值的过热蒸气。图2.1是火力发电厂锅炉控制的工艺流程图。
图2.1 火力发电厂锅炉工艺流程图
由2.1火力发电厂锅炉工艺流程图可知，它是有下面的几个重要设备组成：
（1）汽包： 汽包是整个锅炉系统中极其重要的受压设备，汽包里装设有旋风筒、汽水分离器、百叶窗二次分离器、持续排污污水引出管道、上升管道、给水壳、饱和蒸气引出管道。汽包主要是用来存放外部进水，提高锅炉系统稳定运行的可靠性；汽包内存有饱和水，当外界负荷发生波动时，可以增加锅炉压力以及蒸气的安全稳定性；上升管到达汽包后通过两次分离，因而提高了蒸气的质量；经过锅炉外面的持续排污，能够大大降低汽包水中的含盐量，改善汽包中水的质量，预防汽水共沸的现象。
（2）炉膛：是使煤炭完全燃烧并释放大量热量的装置。煤炭经过煤斗掉落在滚动的链条炉蓖上，进入炉膛内部燃烧。燃烧所须要的氧气由炉排下面的鼓风设备送入，煤炭燃烧完留下的煤渣通过炉蓖转动带到煤渣出口，落入除渣装置中。具有大量热能的高温烟气顺次通过各个受热面，最后将能量传递给冷水后通过烟囱释放到大气中。
（3）省煤器：以煤炭为燃料的火力发电厂锅炉炉膛，其所产生的烟气具有很多的热量，通过其热量的传递能够与汽包中的温度较低的水进行热交换，工业中通常把省煤器做成蛇形，可以用来增加受热面积，提高热量的转换率。
（4）空气预热器：持续使用排出省煤器后的烟气余热，对煤炭燃烧所必要的空气进行加热。加热后的空气能够加强炉膛内燃料的燃烧，从而使得锅炉燃烧的经济性大大改善，锅炉的热效率大大提高。
（5）引风设备：包含引风机、烟囱和烟道等几个设备，将炉膛中的废气持续排出，确保炉膛负压稳定、燃烧正常。
（6）鼓风设备：包含了鼓风送风机、风道和风箱这几个设备，主要是给煤炭燃烧提供所必要的空
1 绪 论 1
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程 1
1.2 课题研究背景与意义 1
2 火力发电厂锅炉控制方案 2
2.1 火力发电厂锅炉的组成 2
2.2 火力发电厂锅炉工作原理 3
2.3 火力发电厂锅炉控制工艺要求 4
2.4 火力发电厂锅炉自动控制方案 5
3 控制系统下位机PLC的设计 12
3.1 下位机PLC的介绍 12
3.2 火力发电厂锅炉控制的PLC硬件组态 15
3.3 火力发电厂锅炉控制系统程序设计 19
4 上位机WINCC的设计 24
4.1 WINCC简介 24
4.2 建立WINCC监控软件与PLC之间的MPI通讯 25
4.3 建立变量 25
4.4 火力发电厂锅炉控制系统监控界面设计 26
5 系统的仿真与调试 27
5.1 PLC的仿真调试 27
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附 录 PLC梯形图 33
1 绪 论
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程
自从19 世纪的蒸气机时代的到来，尤其是20世
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
调试 27
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附 录 PLC梯形图 33
1 绪 论
1.1 火力发电厂锅炉控制系统的不断完善历程
自从19 世纪的蒸气机时代的到来，尤其是20世纪的科学技术的快速发展，科技已经迅速融入到现代生产和生活的各个领域中。特别是在工企领域以及自动控制领域中，科技融合的速度更是不可思议。锅炉系统是火力发电厂重要的动力装置，它历经了从简单的人工控制到现代的自动化控制的发展过程[1]。
20世纪 60年代以前，工人主要采用纯手动的手段去控制锅炉系统运行，即主要是依靠司炉工人工作经验来判断对锅炉的鼓风量、进水量、送煤量以及引风量的控制。纯手动的控制方式劳动强度大、事故发生率高，这不仅使得资源浪费也造成了环境的污染。
20世纪70 年代到 80 年代，仪表控制系统在工企生产中普及。仪表控制系统应用到火力发电厂锅炉控制中，使得锅炉的热效率有很大程度的改善，事故发生率也大大降低。可是普通的电子仪表控制可靠依然不高，控制过程也并不是特别有效。
20世纪90年代，计算机技术的急迅进步和测控技术的渐渐完善，并且在工企生产中的快速普及，为火力发电厂锅炉控制技术提供了新的挑战和机遇。一些比较先进控制技术的应用，使得火力发电厂锅炉控制越来越智能化。
21 世纪，检测技术、计算机技术和通讯技术的不断发展和融合，促使了火力发电厂锅炉控制到达了全新的高度。
1.2 课题研究背景与意义
现代化进程不断加快，用电需求也在不断的加大，为了保证火力发电厂的设备高效优质的运行，提高劳动生产率，进一步提高经济效益，研究一项火力发电厂自动控制系统已经迫在眉睫。PLC可以说是计算机和通信技术在发展过程中相碰撞的产物，是一种专门用于工企生产过程的现场设备，它具有适用广，安全可靠，编程简单，安装维护方便等很多的优点，广泛应用于各个领域。在火力发电厂的控制系统中，选用PLC控制系统，能够实现自动化管理，为火力发电厂稳步发展提供保障。基于PLC的火力发电厂的控制系统的研究毋庸置疑是项具有可观的社会效益、环境效益及经济效益的课题。
2 火力发电厂锅炉控制方案
2.1 火力发电厂锅炉的组成
火力发电厂的锅炉系统是一个比较复杂的热源动力设备。锅炉的类型很多种，按其所用燃烧物的不同区分，有用煤类型的锅炉、用油类型的锅炉、用气类型的锅炉，还有利用剩余渣、剩余油、排放气等为燃烧物的锅炉。按其供应蒸气压力区分，又可分为常压汽锅、低压汽锅、中压汽锅、高压汽锅、超高压汽锅、亚临界压力汽锅、超临界压力汽锅等类型[2]。固然不同种类的锅炉所用的燃料以及工艺流程各有千秋，然则蒸气发生系统和蒸气处理系统的工作情况基本类似的。火力发电厂锅炉的主要作用就是煤炭在炉膛内燃烧并产生带有大量热量的烟气，当烟气遇到汽包便把热量传递给低温汽包，使得汽包内的水历经预热、汽化、过热三个过程变成具有特定压力值以及温度值的过热蒸气。图2.1是火力发电厂锅炉控制的工艺流程图。
图2.1 火力发电厂锅炉工艺流程图
由2.1火力发电厂锅炉工艺流程图可知，它是有下面的几个重要设备组成：
（1）汽包： 汽包是整个锅炉系统中极其重要的受压设备，汽包里装设有旋风筒、汽水分离器、百叶窗二次分离器、持续排污污水引出管道、上升管道、给水壳、饱和蒸气引出管道。汽包主要是用来存放外部进水，提高锅炉系统稳定运行的可靠性；汽包内存有饱和水，当外界负荷发生波动时，可以增加锅炉压力以及蒸气的安全稳定性；上升管到达汽包后通过两次分离，因而提高了蒸气的质量；经过锅炉外面的持续排污，能够大大降低汽包水中的含盐量，改善汽包中水的质量，预防汽水共沸的现象。
（2）炉膛：是使煤炭完全燃烧并释放大量热量的装置。煤炭经过煤斗掉落在滚动的链条炉蓖上，进入炉膛内部燃烧。燃烧所须要的氧气由炉排下面的鼓风设备送入，煤炭燃烧完留下的煤渣通过炉蓖转动带到煤渣出口，落入除渣装置中。具有大量热能的高温烟气顺次通过各个受热面，最后将能量传递给冷水后通过烟囱释放到大气中。
（3）省煤器：以煤炭为燃料的火力发电厂锅炉炉膛，其所产生的烟气具有很多的热量，通过其热量的传递能够与汽包中的温度较低的水进行热交换，工业中通常把省煤器做成蛇形，可以用来增加受热面积，提高热量的转换率。
（4）空气预热器：持续使用排出省煤器后的烟气余热，对煤炭燃烧所必要的空气进行加热。加热后的空气能够加强炉膛内燃料的燃烧，从而使得锅炉燃烧的经济性大大改善，锅炉的热效率大大提高。
（5）引风设备：包含引风机、烟囱和烟道等几个设备，将炉膛中的废气持续排出，确保炉膛负压稳定、燃烧正常。
（6）鼓风设备：包含了鼓风送风机、风道和风箱这几个设备，主要是给煤炭燃烧提供所必要的空
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