链条锅炉控制系统设计
链条锅炉控制系统设计[20200419155716]
摘要
在城市供暖和工业生产中锅炉扮演着重要角色，它是电力、化工、石油等行业中重要的动力设备。然而，大多数锅炉控制系统的自动化程度不高、效率低，提高锅炉控制系统自动化程度具有实际意义。
本文以两吨工业链条锅炉为研究对象，运用三菱FX2n PLC构建硬件控制系统，运用国产工控组态软件MCGS设计上位机监控系统，构建上位机监视下位机运行控制的链条锅炉控制系统。本文对水位和蒸汽压力都采用PID算法控制，通过从控制现场传感器接收到的0-5V标准信号经过信号输入模块送到控制PLC单元再经PID运算形成控制信号，经信号输出模块送到现场执行单元实现锅炉水位和蒸汽压力的自动控制。上位机监控系统设计有锅炉水位和蒸汽压力实时曲线、历史曲线和报警数据显示等人机界面，所设计画面生动形象，以动画方式反映了锅炉的运行状态。
通过实验调试运行显示本设计系统运行稳定，符合设计要求。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC上位机PID链条锅炉
目录
1 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究与应用现状 2
1.3本课题的主要内容 2
2 链条锅炉控制系统总体方案设计 4
2.1 锅炉系统的工艺流程简介 4
2.2链条锅炉系统的控制方案 5
2.3控制系统主要硬件选型 7
2.4电气控制系统设计 8
2.5链条锅炉控制系统设计 9
2.5.1锅炉汽包水位控制 9
2.5.2给煤控制系统设计 9
3 控制算法设计及实现 10
3.1 PID控制算法概述 10
3.2三菱PLC FX2N系列中PID的应用 10
3.3模拟量转换 11
3.3.1模拟量模块的选择 11
3.3.2 PLC模拟量转换指令 12
4 下位机PLC控制系统设计 14
4.1三菱FX2N PLC概述 14
4.2 链条锅炉控制系统PLC总体程序设计 15
4.2.1控制系统硬件接线设计 15
4.2.2设计I/O分配 16
4.2.3链条锅炉控制系统流程图设计 17
4.3控制系统PLC程序设计 18
4.3.1主程序设计 18
4.3.2汽包液位PID程序设计 21
4.3.3蒸汽压力PID程序设计 24
5 上位机界面设计 25
5.1 MCGS组态软件概述 25
5.2 MCGS变量设计 25
5.2.1 PLC设备组态 25
5.2.2实时数据库 26
5.3控制系统组态界面设计 27
5.3.1主界面设计 27
5.3.2汽包液位控制界面设计 28
5.3.3给煤控制界面设计 29
5.3.4数据报表设计 29
6 调试及运行结果 31
6.1设备调试 31
6.2调试步骤和结果 32
结语 35
参考文献 36
附录 37
致谢 44
1 绪论
1.1课题研究背景及意义
PLC在20世纪八十年代到九十年代中期发生了巨大的变化。在这一时期，PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络等技术方面得到了很大的提高和发展。PLC不断引入到过程控制领域中，在某些应用上取代了在过程控制领域中DCS系统。PLC具有使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
在供热及生产过程中，工业锅炉作为重要的动力设备在我国中被应用广泛应用，工业锅炉每年消耗大量的煤，在我国耗煤量达到用煤总量的三分之一，降低资源消耗的有效途径是提高锅炉的效率，同时有助于减少污染。目前大部分锅炉的控制仍用人工手动控制来完成，需要有工作人员在现场看守，系统自动化程度不高。众多的锅炉用煤不完全燃烧，造成了极大的资源浪费，而且还使得空气受到了严重污染。随着社会发展集中供热和锅炉改造的推行，使得人们对锅炉的控制系统要求不断提高，普通的控制已经不能够适应现代化控制的要求，因此锅炉控制系统需要用到更为先进的计算机控制技术。
实现锅炉自动化控制的意义在于
（1）提高锅炉工作的安全性；
（2）提高锅炉工作的经济性；
（3）缩减锅炉操作人员数量，提高劳动效率；
（4）系统可以实时记录锅炉的工作状态，方便工作人员对锅炉运行的跟踪和分析，需要时工作人员还可以随时或定时的打印报表，进一步保证其安全性；
（5）可以根据实际供需求随时地更改系统各个控制参数，能够很方便很安全地修改系统；
（6）锅炉控制系统中的各个参数可以显示在计算机组态软件中，大大减少显示仪表的使用，大大降低运行成本以及故障率；
（7）锅炉系统中有风机，水泵等一些功率较大的电动机，在老式系统中，一般是靠挡板和阀门来控制流量，现在运用自动控制系统利用变频器控制，这种控制方法可平均节省资源30％-40％。
1.2国内外研究与应用现状
目前全世界已经研发出许多套的锅炉控制系统，到上世纪90年代，自动化控制系统已经在锅炉领域被广泛的应用，单片机、可编程序控制器、工业计算机等，已应用于锅炉原有的系统，和发展方向的新炉匹配。尤其是近十几年来，计算机技术的快速发展和先进控制理论的不断诞生，计算机控制技术很快普及并应用于锅炉系统中。在国外，锅炉控制大部分采用自动控制，使得锅炉的工作效率得到极大地提高、运行更加可靠平稳，并且锅炉运行中对环境的污染也减少了。
目前在国内，锅炉依旧作为一种主要的动力设备应用在各种工业生产中。但是一些小型锅炉的控制依旧是非常古老的控制方式，大多小型锅炉依旧还在仪表、继电器作为等传统控制。在科技发达的今天，仪表、仪器不少已经趋于智能化，现代锅炉系统上基本实现了完全自动化或者是半自动化控制，但是由于自动化程度较高的锅炉的价格、安全性能、管理技术有限等诸多因素的限制，这种类型的控制方法受到了限制。因此，我们需要改变锅炉控制技术，需要设计出一种合理的价格和维修方便的新型工业锅炉控制系统。
1.3本课题的主要内容
本课题运用三菱PLC、变频器、继电器以及传感器构建硬件控制系统，运用国产组态软件MCGS设计上位机监控系统，构建“上位机监测，下位机控制”的链条锅炉自动控制系统，实现锅炉工作的自动控制，提高链条锅炉工作的安全性和工作效率。
本课题首先对实际链条锅炉运行的工艺流程进行分析，明确其控制要求，设计出控制系统的总体方案画出新的工艺流程图。总体方案主要有
（1）保持锅炉汽包中水位在设定的范围内并且在锅炉运行时给水适应蒸发量；
（2）使得炉膛负压维持在一定的范围内；
（3）锅炉中的蒸汽压力稳定在一定的范围内；
（4）保证锅炉工作的安全性、锅炉燃煤使用经济性以及减少对环境的污染。
在本次课题中实现对锅炉的自动化控制主要需要对锅炉中汽包水位以及锅炉出口蒸汽压力的控制。为了更好地控制这两个模拟量，本论文运用了PID控制算法实现自动控制。以三菱PLC为主控制器，利用控制现场的传感器传出的电压信号经过信号转换模块传到现场控制器，再通过PID算法运算调整后形成控制信号，控制信号再经过信号转换模块传送到现场执行机构实现对模拟量的自动化控制。
对设计好的控制系统运用上位机组态软件进行仿真，在组态软件MCGS上大致绘出链条锅炉实际工作的界面图，设置所需的变量并进行数据的连接，并进行模拟运行，对采集来的数据绘出实时曲线、历史曲线，同时制作报警界面以及数据报表，并观察其数据是否符合链条锅炉自动控制的要求，调试实际参数直到锅炉运行满足上述总体方案要求为止。
2 链条锅炉控制系统总体方案设计
2.1 锅炉系统的工艺流程简介
锅炉通常是由锅和炉两部分共同构成，其中，在上面为设备提供装水设备的为锅，下面的加热设备为炉，锅和炉的综合设计称为锅炉。锅炉设备具体有燃料供给系统设备、送风引风设备、汽水系统设备、多级泵、排灰渣设备、烟气净化系统设备、仪表及自动化控制系统设备。
摘要
在城市供暖和工业生产中锅炉扮演着重要角色，它是电力、化工、石油等行业中重要的动力设备。然而，大多数锅炉控制系统的自动化程度不高、效率低，提高锅炉控制系统自动化程度具有实际意义。
本文以两吨工业链条锅炉为研究对象，运用三菱FX2n PLC构建硬件控制系统，运用国产工控组态软件MCGS设计上位机监控系统，构建上位机监视下位机运行控制的链条锅炉控制系统。本文对水位和蒸汽压力都采用PID算法控制，通过从控制现场传感器接收到的0-5V标准信号经过信号输入模块送到控制PLC单元再经PID运算形成控制信号，经信号输出模块送到现场执行单元实现锅炉水位和蒸汽压力的自动控制。上位机监控系统设计有锅炉水位和蒸汽压力实时曲线、历史曲线和报警数据显示等人机界面，所设计画面生动形象，以动画方式反映了锅炉的运行状态。
通过实验调试运行显示本设计系统运行稳定，符合设计要求。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC上位机PID链条锅炉
目录
1 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究与应用现状 2
1.3本课题的主要内容 2
2 链条锅炉控制系统总体方案设计 4
2.1 锅炉系统的工艺流程简介 4
2.2链条锅炉系统的控制方案 5
2.3控制系统主要硬件选型 7
2.4电气控制系统设计 8
2.5链条锅炉控制系统设计 9
2.5.1锅炉汽包水位控制 9
2.5.2给煤控制系统设计 9
3 控制算法设计及实现 10
3.1 PID控制算法概述 10
3.2三菱PLC FX2N系列中PID的应用 10
3.3模拟量转换 11
3.3.1模拟量模块的选择 11
3.3.2 PLC模拟量转换指令 12
4 下位机PLC控制系统设计 14
4.1三菱FX2N PLC概述 14
4.2 链条锅炉控制系统PLC总体程序设计 15
4.2.1控制系统硬件接线设计 15
4.2.2设计I/O分配 16
4.2.3链条锅炉控制系统流程图设计 17
4.3控制系统PLC程序设计 18
4.3.1主程序设计 18
4.3.2汽包液位PID程序设计 21
4.3.3蒸汽压力PID程序设计 24
5 上位机界面设计 25
5.1 MCGS组态软件概述 25
5.2 MCGS变量设计 25
5.2.1 PLC设备组态 25
5.2.2实时数据库 26
5.3控制系统组态界面设计 27
5.3.1主界面设计 27
5.3.2汽包液位控制界面设计 28
5.3.3给煤控制界面设计 29
5.3.4数据报表设计 29
6 调试及运行结果 31
6.1设备调试 31
6.2调试步骤和结果 32
结语 35
参考文献 36
附录 37
致谢 44
1 绪论
1.1课题研究背景及意义
PLC在20世纪八十年代到九十年代中期发生了巨大的变化。在这一时期，PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络等技术方面得到了很大的提高和发展。PLC不断引入到过程控制领域中，在某些应用上取代了在过程控制领域中DCS系统。PLC具有使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
在供热及生产过程中，工业锅炉作为重要的动力设备在我国中被应用广泛应用，工业锅炉每年消耗大量的煤，在我国耗煤量达到用煤总量的三分之一，降低资源消耗的有效途径是提高锅炉的效率，同时有助于减少污染。目前大部分锅炉的控制仍用人工手动控制来完成，需要有工作人员在现场看守，系统自动化程度不高。众多的锅炉用煤不完全燃烧，造成了极大的资源浪费，而且还使得空气受到了严重污染。随着社会发展集中供热和锅炉改造的推行，使得人们对锅炉的控制系统要求不断提高，普通的控制已经不能够适应现代化控制的要求，因此锅炉控制系统需要用到更为先进的计算机控制技术。
实现锅炉自动化控制的意义在于
（1）提高锅炉工作的安全性；
（2）提高锅炉工作的经济性；
（3）缩减锅炉操作人员数量，提高劳动效率；
（4）系统可以实时记录锅炉的工作状态，方便工作人员对锅炉运行的跟踪和分析，需要时工作人员还可以随时或定时的打印报表，进一步保证其安全性；
（5）可以根据实际供需求随时地更改系统各个控制参数，能够很方便很安全地修改系统；
（6）锅炉控制系统中的各个参数可以显示在计算机组态软件中，大大减少显示仪表的使用，大大降低运行成本以及故障率；
（7）锅炉系统中有风机，水泵等一些功率较大的电动机，在老式系统中，一般是靠挡板和阀门来控制流量，现在运用自动控制系统利用变频器控制，这种控制方法可平均节省资源30％-40％。
1.2国内外研究与应用现状
目前全世界已经研发出许多套的锅炉控制系统，到上世纪90年代，自动化控制系统已经在锅炉领域被广泛的应用，单片机、可编程序控制器、工业计算机等，已应用于锅炉原有的系统，和发展方向的新炉匹配。尤其是近十几年来，计算机技术的快速发展和先进控制理论的不断诞生，计算机控制技术很快普及并应用于锅炉系统中。在国外，锅炉控制大部分采用自动控制，使得锅炉的工作效率得到极大地提高、运行更加可靠平稳，并且锅炉运行中对环境的污染也减少了。
目前在国内，锅炉依旧作为一种主要的动力设备应用在各种工业生产中。但是一些小型锅炉的控制依旧是非常古老的控制方式，大多小型锅炉依旧还在仪表、继电器作为等传统控制。在科技发达的今天，仪表、仪器不少已经趋于智能化，现代锅炉系统上基本实现了完全自动化或者是半自动化控制，但是由于自动化程度较高的锅炉的价格、安全性能、管理技术有限等诸多因素的限制，这种类型的控制方法受到了限制。因此，我们需要改变锅炉控制技术，需要设计出一种合理的价格和维修方便的新型工业锅炉控制系统。
1.3本课题的主要内容
本课题运用三菱PLC、变频器、继电器以及传感器构建硬件控制系统，运用国产组态软件MCGS设计上位机监控系统，构建“上位机监测，下位机控制”的链条锅炉自动控制系统，实现锅炉工作的自动控制，提高链条锅炉工作的安全性和工作效率。
本课题首先对实际链条锅炉运行的工艺流程进行分析，明确其控制要求，设计出控制系统的总体方案画出新的工艺流程图。总体方案主要有
（1）保持锅炉汽包中水位在设定的范围内并且在锅炉运行时给水适应蒸发量；
（2）使得炉膛负压维持在一定的范围内；
（3）锅炉中的蒸汽压力稳定在一定的范围内；
（4）保证锅炉工作的安全性、锅炉燃煤使用经济性以及减少对环境的污染。
在本次课题中实现对锅炉的自动化控制主要需要对锅炉中汽包水位以及锅炉出口蒸汽压力的控制。为了更好地控制这两个模拟量，本论文运用了PID控制算法实现自动控制。以三菱PLC为主控制器，利用控制现场的传感器传出的电压信号经过信号转换模块传到现场控制器，再通过PID算法运算调整后形成控制信号，控制信号再经过信号转换模块传送到现场执行机构实现对模拟量的自动化控制。
对设计好的控制系统运用上位机组态软件进行仿真，在组态软件MCGS上大致绘出链条锅炉实际工作的界面图，设置所需的变量并进行数据的连接，并进行模拟运行，对采集来的数据绘出实时曲线、历史曲线，同时制作报警界面以及数据报表，并观察其数据是否符合链条锅炉自动控制的要求，调试实际参数直到锅炉运行满足上述总体方案要求为止。
2 链条锅炉控制系统总体方案设计
2.1 锅炉系统的工艺流程简介
锅炉通常是由锅和炉两部分共同构成，其中，在上面为设备提供装水设备的为锅，下面的加热设备为炉，锅和炉的综合设计称为锅炉。锅炉设备具体有燃料供给系统设备、送风引风设备、汽水系统设备、多级泵、排灰渣设备、烟气净化系统设备、仪表及自动化控制系统设备。
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