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1、本 科 毕 业 设 计（论文） 题 目：基于S7-300锅炉盘管出口水温滞后控制系统专题题目：学 院：电气工程与自动化学院专 业：自动化班 级：093班学 号：20091873学 生： 指导教师： 职称：副教授2013年6月6日摘 要锅炉控制在工业控制中一直富有新意的课题，对于不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式。温度系统惯性大，滞后现象严重，难以建立精确的数学模型，给控制过程带来很大难题。本文首先对电锅炉采用的控制方案进行了深入研究，选择一种适合于PLC控制的方案。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，选用西门子CPU314
2、C-2 PN/DP为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用典型的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。这个方案既满足了系统快速和精确达到平衡，又大大的降低了成本并且简化了编程和调试工作。利用先进的PLC程序编制工具STEP7及杰控组态软件，完成了锅炉控制系统的程序设计和监控画面设计。关键词： PLC控制；锅炉控制；串级控制；PIDAbstract Boiler control has been innovative topics in industrial control, for different controlled objects, different
3、control ways and mode. Temperature system of inertia is big, lag phenomenon is serious, is difficult to establish accurate mathematical model, bring great difficulties to control process. This paper the control scheme of electric boiler adopts the carried on the thorough research, choose a suitable
4、for PLC control scheme. In boiler for controlled object, mainly boiler outlet water temperature was accused of parameters, with the water temperature in the hearth to assistant was accused of parameters, with heating resistance wire voltage as control parameters, selection of Siemens CPU314C - 2 PN/
5、DP as the controller, a boiler temperature cascade control system; USES the typical PID algorithm, using PLC ladder diagram programming language programming, realize the boiler temperature automatic control. This scheme satisfies the system balance quickly and precisely, and greatly reduced the cost
6、 and simplify the programming and debugging. Use of advanced PLC programming tool STEP7 and control configuration software, completed the boiler control system programming and monitoring screen design.Key words: PLC control; Boiler control;Cascade control;PID目 录 第一章 绪论1 1.1课题的提出与意义1 1.2研究背景及现状2 1.3该
7、课题的研究目标3 1.4研究的内容及方法4 第二章 控制系统方案设计5 2.1锅炉自动控制方案5 2.2锅炉控制的结构和原理6 2.2.1锅炉控制的结构7 2.3串级系统的设计7 2.3.1串级控制系统的设计8 2.3.2串级控制系统参数的整定8 2.4 PID的算法9 2.4.1模拟PID9 2.4.2数字的PID算法10 2.5纯滞后的算法11 2.5.1采样周期的分析12 第三章 控制系统的硬件设计13 3.1控制系统的硬件组成13 3.2 锅炉控制的系统14 3.3 PLC的选型及硬件配置153.3.1模拟量输入模块SM331(AI 812Bit)153.3.2模拟量输出模块SM332
8、(AO 412Bit)153.3.3控制系统的硬件组态16 3.4 传感器选择16 3.4.1 温度传感器16 3.4.2 流量传感器17 3.5 变送器选择17 3.6电磁调节阀选择18 3.7变频器MM42018 第四章 控制系统的软件设计19 4.1 STEP7编程软件19 4.2 PLC控制的程序设计20 4.2.1 主程序的设计21 4.3系统模数转换部分22 4.4 系统PID调节部分26 第五章 人机界面的设计28 5.1 人机界面的特点28 5.1.1人机界面软件仿真的基本方法28 5.2 杰控软件28 5.3杰控的主要功能与实现29 5.3.1人机界面设计流程29 5.4人机
9、界面的运行和显示33 5.4.1历史趋势曲线图33 5.4.2历史报警窗口33 总结与展望35 附录.36 参考文献.43 外文资料.44 致谢.49 第一章 绪论1.1课题的提出与意义 锅炉是一种工农业生产中常见设备。锅炉可以按其用途不同通常分为动力锅炉和工业锅炉两大类。动力锅炉是用于发电和动力方面的锅炉，如电站锅炉。工业锅炉是用于工农业生产和生活采暖提供蒸汽或热水的锅炉，可分为蒸汽锅炉、热水锅炉、导热油锅炉等。作为供热之源，工业锅炉日益广泛地应用于现代生产和人民生活的各个领域。如在机械制造、化工、纺织、机械、食品加工、医药等行业中，生产工艺需要大量的蒸汽；又如工业和民用建筑的采暖通风、农业
10、温室、城市集中热水供应等也需要蒸汽和热水来提供热能。随着我国工农业生产的迅速发展，以及人民生活水平的不断提高，工业锅炉的应用会更加广泛。因此，对锅炉盘管出口水温滞后控制的研究显得极其重要，具有一定的理论价值和现实意义1。锅炉能够提供热源，还可以作为动力源，为达到要求并保证锅炉本体的安全、经济的运行，锅炉的控制系统就应具备很好的自动检测功能、程序控制功能、保护功能等。考虑锅炉工作系统是个复杂的生产系统，扰动源又比较多，为了保证供给外界达标的蒸汽并满足负荷的运转，对其工作过程中主要工艺参数必须实行严格的控制。电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以
11、煤和石化产品为燃料的锅炉相比还是有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备2。 过程实现自动化具有以下几方面优点：(1)提高机组运行的安全可靠性。安全可靠性是机组运行的首要要求，热力系统复杂，需要监视、控制的项目多，靠人来嘶视和操作，不仅劳动强度大，而且报难胜任，同时极易因误操作而造成事故，采用自动化控制系统来完成监视和操作大大提高机组运行的安全可靠性。(2)提高机组运行的经济性。自动化控制系统能保证机编在良好状态下运行，因此，可以减少事故停机的损失和设备检修费用，可提高热效率，降低供电热耗和煤耗。(3)减少运行人员，提高劳动生产率
12、。(4)改善劳动条件。实现生产过程自动化，可使运行人员从繁忙的体力劳动和紧张的精神负担中解脱出来，值班员除在机组启停时有些操作外，正常运行时只需存控制室内集中监视主设备及自动化仪表的运行情况3。1.2研究背景及现状国外现状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，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化，自适应，参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本，美国，德国，瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的，性能优异的温度控制器及仪器表，并在各行业广泛应用。它们主要具有如下的特点：1.适应于大惯性，大滞后等复杂温度控制系统的控制。2.能够
13、适应于受控制系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3.能够适应于受控系统过程复杂，参数时变的温度控制系统的控制。4.这些温度控制系统普遍采用自适应控制，自校正控制，模糊控制，人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。5.普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温度器具有对控制对象参数及特性进行自动整定相关控制参数，以保证控制效果的最优化45。国内现状目前在我们国内，锅炉仍然是各种工业企业的动力设备中重要的组成部分。但是，除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术。一般的小型锅炉的控制仍较落后，仍在使用仪表、继电器作主要的控制手段(如DDZ-II或III型系列仪表)，需要过多的人为参与，不仅工作人员的工作条件差，劳动强度大，而且锅炉的热效率很低，资源浪费严重。即使现在的仪表不少已趋智能化，在锅炉上也实现了自动或半自动控制，但是，由于其不菲的价格、缺乏管理功能等种种原因，其应用受到很大限制6。随着科学技术的发展，锅炉的应用也越来越广泛，锅炉的生产从它的雏型：蒸汽机到现在各式各样的锅炉，它的发展见证了工业的发展状况，现代的锅炉多数是利
