基于PLC的供暖锅炉控制系统设计

基于PLC的供暖锅炉控制系统设计

一、选题简介、意义

随着现代化工业技术的发展，PLC在各个方面的运用愈加广泛。锅炉是供热设备中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，大多数锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系供暖锅炉，是连接用户极为重要的功能性环节，不仅其工作的安全性、可靠性直接影响到等前级产热设备的安全性及供热质量，提高其工作效能，还具有十分重大的节能意义。

目前供暖锅炉大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时，操作人员难以及时发现，很容易造成运行中设备的事故。本设计利用PLC对传统供暖锅炉进行改良实现资源的合理化利用。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要研究内容：

系统由可编程逻辑控制器( PLC)、变频器组成，能完成对给水、鼓风等进行自动控制，使锅炉的水位、蒸汽压力保持在规定的数值上，以保证锅炉的安全运行，达到降低能耗、提高供气质量的目的，同时对运行参数如压力、温度等进行显示，还可对水位、压力、炉温等参数越限时报警，发出声光信号。

（二）拟解决的主要问题：

1.了解供暖锅炉的工艺原理；

2.设计供暖锅炉控制系统结构图；

3.解决PLC、变频器；电机之间的通讯问题；

4.建立仪表监控画面。

（三）预期目标：

根据实际供暖要求确定整体方案，完成对系统硬件的设计，编写完整的

PLC程序进行设备调试及完善。

（四）研究步骤

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：资料收集与整理、完成调研报告与开题报告；

第二阶段：系统设计、制作、调试、修改完善；

第三阶段：整理系统相关技术资料；

第四阶段：完成毕业设计论文及答辩。

（五）工作方法及措施：

本课题主要采用模拟仿真的方法。使用CAD绘制系统电路，利用仿真软件进行对程序仿真。

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

第一章绪论

1.1选题背景及意义；

1.2研究现状分析；

1.3本文的主要研究内容。

第二章基于PLC的供暖锅炉控制系统总体方案设计

2.1供暖锅炉控制系统系统概述；

2.2供暖锅炉控制系统组成；

2.3供暖锅炉系功能分析

第三章供暖锅炉控制系统硬件设计

3.1 PLC的选型；

3.2 I/O口分配；

3.3 变频器配置；

3.4 传感器和变送器选型；

3.5系统电气图设计；

3.6内置 PID分析；

第四章供暖锅炉系统软件设计

4.1 鼓风机程序设计；

4.2 循环泵程序设计；

4.3 补水泵程序设计；

第五章人机交互界面制作

第六章结论与展望

小结与致谢

参考文献

附录

一、绪论

1.1课题背景及研究意义

锅炉是现如今最普遍的供热设备之一，他是靠煤炭燃烧水产生水汽，来满足供热要求。因此锅炉在供热过程中系统的各个参数都要经过严密的把控。锅炉设备在供暖设备中控制复杂，锅炉控制中有着许多变量锅炉负荷，给水，燃料量，与锅炉内部压力等等。所以锅炉是一个有着多个输入输出且有着复杂控制方式的对象[1]。

在工业化快速发展的今天，锅炉生产在工业中运用的非常普遍。但是如今传统锅炉的生产还存在着许多问题:生产自动化化程度不高，仪表落后不够精密，煤炭运用种类不固定，操作对压力、负压、流量需要手动调有着很大的依靠[2]。在传统锅炉生产中，时常会为了满足生产需要，只会不断地加大鼓风机和炉排的功率，可能会造成锅炉的漏风和灰渣含碳量的升高不仅对设备造成了损害，还会造成空气污染[3]。在锅炉的设计过程中，要根据煤炭种类，负荷系数计算好锅炉能达到的最佳运行状态[4]。

我国贯彻可持续发展在上世纪80年代开始了节能减排工作，相关部门不断指定节能，减排的法律法规，限制企业对环境造成污染[5]。国家从各个方面来加强企业对节能与环境的控制管理，国外采用的节能机制我国基本也已经基本都采用，在1997年我国成立了《中华人民共和国节约能源法》以及与其相关的节能的法律法规，希望通过法律来规范企业的发展。这标志这我国节能减排工作也开始进入了正式的轨道，企业的技术要求也随之提高[6]。经过了20多年的努力，我国在工业上的节能工作已经取得了很大的突破，节能技术也在生产上运用的更加广泛。

因此我们需要科学的管理锅炉控制系统，提高供暖的经济与环保效益。所以这个课题我们需要研究如何管理控制锅炉才能取得最大的效益，如何控制锅炉才能让锅炉生产自动化节约劳动力。

1.2 国内外的工业锅炉控制技术研究现状

1.2.1 国外工业锅炉控制控制研究现状

国外在上世纪30年代就对锅炉的自动化控制进行了研究，但是因为技术落后问题，大都采用了单仪表控制锅炉，到上世纪50年代后，美国和前苏联等国家才开始对锅炉的控制和操作进行深入的研究[7]。但是当时技术要求还不能满足控制需求，控制的方式只能实现简单的汽动控制，并且只能单点控制。到上世纪60年代，发达国家才优化了锅炉设计以电动控制，实现了检测为主，控制为辅的控制方式[8]。到了上世纪70年代，计算机在生活中运用的越加广泛，将锅炉实现计算机自动化控制也实现了[9]。特别是近10-20年来，计算机技术在不断的发展，计算机应用的领域越加广泛，价格也越来越实惠，计算机在锅炉行业的应用开始飞速发展 10]。很多发达国家都将计算机控制锅炉的技术运用到实际锅炉生产中。现在计算机自动控制技术在国外已经广泛使用，现代化的最优控制、多变量频域控制、模糊控制等先进的控制方法也都已经运用到了其中，因此，国外锅炉的热转换的效率很高、锅炉运行稳定性高，大大减少了对环境的污染[12]。

1.2.2 国内工业锅炉控制技术研究现状

国内由于经济的发展比较慢，很多中小企业运用的锅炉设备都比较落后，中小企业很多锅炉生产都存在仪表单一设备落后的问题。到80年代中后期，我国引入了先进的锅炉控制技术，我国锅炉生产才有了一定的突破。到90年代，自动化控制锅炉已经被广泛使用，我国锅炉生产也跟上了国际步伐。如应对雾霾造成气候问题,我国需要降低燃料燃烧对空气的影响，任天翔根据实际状况改进了控制方式，实现对整体供暖系统实现了智能化和自动化控制，对北京某小区供控制燃气供暖锅炉进行了改造，提高了该小区的管理水平和降低了对空气的污染[13]。陈钧，刘阳春在研究余热锅炉原理的基础上,设计了一套基于M340 PLC的余热锅炉自动控制系统,这套系统能够很好地完成余热锅炉自动控制任务[14]。王成威基于模糊控制理论与常规控制有机结合,研制了一套先进的锅炉燃烧控制系统可根据燃烧系统实际情况计算设定燃烧系统目标值,对于偏离目标值的参数提出报警等,提高燃烧系统效率[15]。孟照阳以乌海能源公司老石旦煤矿供暖锅炉项目为课题支撑，在对蒸汽锅炉的工艺流程进行了充分了解之后，设计了一套合理的控制系统。将复杂的锅炉燃烧控制分成三部分：汽包液位的控制，炉膛负压的控制，燃烧效率的控制即风煤比的控制[16]。以上学者都运用先进的锅炉技术改良优化了传统锅炉生产方式，提高了我国的经济效益。

1.3本课题的主要研究内容

由于我国对锅炉的生产和运行还没有达到最好的经济效益，不能实现资源的合理化利用[17]。而PLC系统可以对锅炉的供暖实现很好的变频调速，对锅炉的操控可以很好的达到技术要求所以我们对基于PLC的供暖锅炉进行了设计：

(1)确定一个满足实际控制要求的PLC，容量性能达到要求并且可以稳定控制。

(2) 要确定需要使用的PLC的型号、传感器和变频器的型并且完成各元件间的电气连接图。

(3)对PLC的I/O分配表进行规划

(4)系统具有手动和自动转换、可以实现人机交互的功能。

(5)对系统添加过热保护，报警装置等安全措施

参考文献

[1]蔡建军,孔鹏,陈维荣. 基于PLC和变频调速的供暖锅炉控制系统设计[J]. 仪器仪表用户,2004,(02):26-27.

[2]邓洪伟,闫圣娟. 供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J]. 科技资讯,2008,(18):93-94.

[3]马孝琴,刘法治. PLC和变频器在锅炉供暖控制系统中的应用[J].河南科技学院学报(自然科学版),2011,(02):88-92.

[4]王江. 浅谈供暖锅炉设备控制系统中PLC的合理选择[J]. 科技创新导报,2011,(08):70