工业锅炉燃烧控制系统-毕业设计开题报告

1、2011届本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称工业锅炉燃烧控制系统设计专业自动化专业方向自动化班级学号学生姓名指导教师 教研室1、开题依据* 1.1、背景燃烧控制系统是电厂锅炉主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压 力控制系统。目前大部分电厂锅炉燃烧控制系统仍然采用 PID控制。燃烧控制系统由主蒸 汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、 引风量控制构成，各个子控制系统分别不同测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。PLC技术因为其控制比较方便，也具有很强的灵活性，其采用内部编程进行对电路的 控制，如果需要改进，只需要对其内部的程序重新写

2、入就可以实现新的控制要求。控制PLC就作为可编程序控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下 应用而设计。它采用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算， 顺序控制，定时， 计数和算术等操作的指令，并通过数字式，模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或 生产过程。它产生于上个世纪的六十年代的末期， 最初只具备逻辑控制，定时，计数等功 能，主要用来取代继电接触控制器。在它诞生不久就显示了在工业控制中的重要地位。 许多的西方工业发达国家相继研制 成了各自的PLC它的技术同时也随着计算机技术的发展而迅猛的发展。许多工业发达国 家已经逐步将PLC计算机化，采用功能强大的微处理器和大容量的

3、存储器，将逻辑控制， 模拟控制，数字运算和通信功能融化为一体，增强PLC与个人计算机，工业控制计算机在 功能和应用上的相互渗透力，提高控制系统的性能价格比，极大的拓展了 PLC的应用环境 和加强了市场的竟争力。当今，通讯技术的日新月异的变化也促使 PLC的应用得到进一步的发展，使它的技术 也比较成熟了。由于它是专为工业环境而设计的，所以具有很高的可靠性，它和它的相关产品几乎可 以实现所有的控制任务，功能十分的强大，是目前工业系统中应用前景最为广阔的自动化 控制设备。同时由于它极易将微型计算机技术与继电器控制技术很好的融化在一起，使它已经成为改造传统机械产品，构成机电一体化的新一代产品和实现机械

4、工业自动化的控制 核心。+ 1.2、系统技术参数使燃料燃烧产生的热量适应蒸汽负荷需求，并保证锅炉经济和安全运行。为此应保证：1) 蒸汽压力恒定：调节燃料；流量经济燃烧：调节送风量；炉膛负压：调节抽风量；2) 工作电源：220Vac ( 10%)，50/60 Hz ;功耗：5 W;3) 使用环境温度：0 60 C；使用环境湿度：最高90%不结露；前吹扫时间(T1):60秒；4）安全点火时间（T2） : 10秒；二段火开启时间（T3） : 15秒，；火焰失败反应时间： 2秒；防护等级：IP40。* 1.3、控制系统设计方案由于锅炉燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后的复杂过程系统，常

5、规的PID控制很难相互兼顾使三个控制目标达到相对稳定，因此需要考虑更加复杂的、先进的、智能化的控制方案才能实现。根据上述自动化目标，本毕业设计选用可编程序控制器（PLC和力控ForceControl V6.0 实现蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制。* 1.3.1、系统硬件配置锅炉燃烧过程中，用常规仪表进行控制，存滞后、间歇调节、烟气中氧含量超过给定 值、低负荷和烟气温度过低等问题。采用PLC对锅炉进行控制时，它运算速度快、精度高、 准确可靠，可适应复杂、难于处理控制系统。，可以解决以上由常规仪表控制难以解决问 题。所选择PLC系统要求具有较强兼容性，可用最小投资使系统建成及运转；其次， 当设

6、 计自动化系统要有所改变时，不需要重新编程，对输入、输出系统不需要再重新接线，不 须重新培训人员，就可使PLC系统升级；最后，系统性能较高。系统要求，选取西门子 PLCS7-200 CPU226乍为控制核心，同时还扩展了 2个EM231 模拟量输入模块和1个CP243-1以太网模块。CPU226IO点数是2416,这样完全可以满足 系统要求。同时，选用了 EM231模块，它是AD转换模块，具有4个模拟量输入，12位AD 其采样速度25卩S,温度传感器、压力传感器、流量传感器以及含氧检测传感器输出信号 调理和放大处理后，成为05V标准信号，EM231模块自动完成AD转换。S7-200PPI接口物

7、理特性为 RS-485,可PPI、MPI和自由通讯口方式下工作。为实现 PLC与上位机通讯提供了多种选择。为实现人机对话功能，如系统状态以及变量图形显示、参数修改等，还扩展了一块 Eview500系列触摸显示屏，操作控制简单、方便，可用于设置系统参数，显示锅炉温度 等。还有一个以太网模块 CP243-1，其作用是可以让S7-200直接连入以太网，以太网进 行远距离交换数据，他S7-200进行数据传输，通信基于TCPIP,安装方便、简单。+1.3.2系统软件配置1）PLC可编程控制器控制程序采用STEP7-MicroWin软件以梯形图方式编写，S7-200PLC给出了一条PID 指令，这样省去了

8、复杂PID算法编程过程，大大方便了用户使用。使用PID指令有以下要 点和经验：（1）比例系数和积分时间常数确定。应经验值和反复调试确定。（2）调节量、给定量、输出量等参数标准归一化转换。（3）按正确顺序填写PID回路参数表（LOOP TABL）分配好各参数址。2）三维力控PCAuto组态软件力控PCAuto软件是对现场生产数据进行采集和过程控制的专用软件，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间接的工程实 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。PCAuto软件具有功能强大的图形开发环境 Dr

9、aw,采用面向对象的图形技术，创建动 画式的人机界面系统及高可靠性快速的图形界面运行系统View，用来运行Draw创建图形窗口先进的分布式实时数据库DB是整个应用系统的核心模块，负责整个力控应用系统的 实时数据处理，历史数据存储，统计数据处理，报警信息处理，数据服务请求处理及完成 与过程的双向通信。+ 2、软件设计律2.1、锅炉燃烧系统的控制目标锅炉燃烧系统主要有三大控制目标：1）控制主蒸汽的压力恒定，以便满足“负荷流量”所需的压力。例如：负荷流量为 35吨/小时的供热锅炉，需要把压力控制在 3.3兆帕左右。2）控制炉膛内氧的含量。一要保证有足够的氧供燃料充分燃烧，不使烟气中有过量 的co避免

10、浪费燃料和造成环境污染；二是要满足经济燃烧的要求，保证氧量不能过多， 以避免尾气带走过多热量形成浪费。例如：一般燃气锅炉需要将含氧量控制在 3%6之间 比较好。3） 控制炉膛负压在一定范围，保证安全生产。例如：炉膛负压一般要求在-20 -40 帕之间比较合适，保证炉膛不往外喷火。* 2.2、锅炉燃烧系统的控制手段根据上述控制目标，锅炉燃烧系统需要相应的控制手段：1 ）主蒸汽压力的控制：主要通过调节输入的燃料量和送风量的多少来实现。当“负 荷流量”增加时，压力会下降，为了保证流量的供应，必须提高压力使其返回到额定值， 因此调节手段主要是增加燃料输入量和送风量；当“负荷流量”下降时，压力会上升，为

11、 了保证流量供应，须降低压力使其返回额定值，这时的调节手段主要是减少燃料输入量和 送风量；当“负荷流量”恒定时，保持压力为额定值不变。2）炉膛内含氧量的控制：主要通过调节空气（即送风量）和燃料的输入成一定的比例来实现。一般情况下，燃料增加时，燃料耗氧量要增加，为了保证含氧量不致于过低， 调节手段是必须相应地增加一定比例的空气量（送风量）；燃料减少时，燃料耗氧量会减 少，为了保证含氧量不致于过高，这时的调节手段应该是成比例地减少一定的空气量（送风量）。3）炉膛负压的控制：主要通过调节引风机的引风量来实现。当燃料和送风需要增加 时，炉膛负压势必会向正压的方向减小，为了保证负压，调节手段应该是先增加

12、引风量； 当燃料和送风需要减少时，炉膛负压势必会向负的方向增大，这时的调节手段应该是先减 少引风量。+ 2.3、锅炉燃烧系统的控制方案锅炉燃烧自动控制系统基本任务是使燃料燃烧所提供热量适应外界对锅炉输出蒸汽 负荷要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。 一台锅炉燃料量、送风量和引风量三者控制 任务是不可分开，可以用三个控制器控制这三个控制变量， 但彼此之间应互相协调，才能 可靠工作。对给定出水温度情况，则需要调节鼓风量与给煤量比例，使锅炉运行最佳燃烧 状态。同时应使炉膛内存一定负压， 以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了 人员安全和环境卫生。* 2.3.1、控制系统总体框架设计燃烧过程自

13、动控制系统方案，与锅炉设备类型、运行方式及控制要求有关，对不同情 况与要求，控制系统设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系 统，设计控制系统时，充分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员操作习惯，又要最大 限度实施燃烧优化控制。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块 （由热力系统实验获数据，再拟合 成可用DCS折线功能块实现曲线）、负荷一送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和 送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级 PID控制结构。律2.3.2、燃料量控制系统当外界对锅炉蒸汽负荷要求变化时，必须相应改变锅炉燃烧燃料量。燃料量控制是锅 炉控制中最基本也是最

14、主要一个系统。给煤量多少既影响主汽压力，也影响送、引风量控 制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，燃料量控制对锅炉运行有重大影响。设置燃料量控制子系统目之一就是利用它来消除燃料侧内部自发扰动，改善系统调节品质。另外，大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。特别是燃料品种 变化、投入燃料供给装置台数不同等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统设置也为解决这些问题提供了手段。* 233、送风量控制系统实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应改变送风量，使送风量与燃料量相适应。 燃烧过程经济与否可以剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气含氧量来 间接表示。实现经济燃

15、烧最基本方法是使风量与燃料量成一定比例。送风量控制子系统任务就是使锅炉送风量与燃料量相协调， 可以达到锅炉最高热效率， 保证机组经济性，但锅炉热效率不能直接测量，故通常一些间接方法来达到目。以实测燃 料量B作为送风量调节器给定值，使送风量 V和燃料量B成一定比例。稳态时，系统可保证燃料量和送风量间满足 B务$选择使送风量略大于B完全燃烧所需要理论空气量。这个系统优点是实现简单，可 以消除来自负荷侧和燃料侧各种扰动。律2.3.4、引风量控制系统保持炉膛压力要求范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力高低也关系着锅炉 安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量冷风漏入炉膛，将会增大引风机负荷和排烟损失

16、， 炉膛压力太低会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力时候，会使火焰和烟气冒出， 影响环境卫生，可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统任务是保证一定炉膛负压力， 且炉膛负压必须控制允许范围内，一般-20Pa左右。控制炉膛负压手段是调节引风机引风量，其主要外部扰动是送风量。作为调节对象， 炉膛烟道惯性很小，内扰和外扰下，都近似一个比例环节。一般采用单回路调节系统并加 以前馈方法进行控制。炉膛负压实际上决定于送风量和引风量平衡， 故利用送风量作为前馈信号，以改善系 统调节性能。另外，调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏， 防止小幅度偏 差引起引风机挡板频繁动作，可设置调节器比例带自动

17、修正环节， 使小偏差时增大调节器 比例带。负压S测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值剧烈波动。* 3、毕业设计的目的与要求1) 熟悉工艺流程及组态软件的构架和软件功能；2) 熟悉PLC控制器的使用，根据工艺控制功能要求设计控制系统，内容包括：操作 界面、工艺流程图、数据显示、PLC选型以及PLC控制程序等。* 4、毕业设计进度安排1) 2011年1月3日至2月3日熟悉组态软件。2) 2011年2月4日至2月21日完成系统总体方案设计及开题报告。3) 2011年2月22日至3月19日编制控制程序及系统模拟调试。4) 2011年3月20日至4月30日完成毕业设计论文，整理设计文件和实验记录5) 2011年5月1日至5月6日送评阅教师审查及修改论文。6) 2011年6月1日至6月10日完善论文、准备及参加毕业设计答辩。+ 5、参考文献1 监控组态软件及其应用 马国华清华大学出版社2001.8 ;2 PLC电气控制与组态设计 周美兰，周封，王岳宇科海出版社 2003.5 ;3 监控组态软件及其应用技术 曾庆波哈尔滨工业大学出版社 2005.2 ;4 力控PCAuto联机帮助文件等；5 三菱PLC基础与系统设计 刘艳梅，陈震，李一波，渠莉娜机械工业出版社200