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1、目 录摘要 .1第1章 概 述 .51.1 项目背景及课题的研究意义 .51.2 供暖锅炉控制的国内外研究现状 .61.3锅炉控制系统的发展趋势 .7第2章 系统方案设计 .102.1锅炉控制研究简介 .102.2 总体设计思路 .10第3章 硬件设计 .133.1 用户系统框图 .133.2 锅炉系统的理论分析 .143.2.1变频调速基本原理 .143.2.2变频调速在供暖锅炉中的应用 .143.2.3变频调速节能分析 .153.3燃烧过程控制 .203.4锅炉控制系统设计 .213.5控制系统构成介绍 .22第4章 软件设计 .264.1 S7-300系列PLC简介 .274.2 PLC
2、编程语言简介 .294.2.1 PLC编程语言的国际标准 .294.2.2复合数据类型与参数类型 .304.2.3系统存储器 .304.2.4 S7-300 CPU中的寄存器 .314.3 STEP7 的原理 .324.3.1 STEP7概述 .324.3.2 硬件组态与参数设置 .3314.3.3 符号表 .374.3.4 逻辑块 .384.3程序设计 .394.4通信系统 .424.5人机界面 .444.5.1监控软件WinCC介绍 .444.5.2监控系统设计 .464.5.3锅炉监控界面设计 .50第5章 结 论 .545.1 成果的创造性和先进性 .545.2作用意义（经济效益和社会
3、意义） .545.3 推广应用范围和前景 .545.4 需要进一步改进之处 .55参考文献 .56致谢 .76附录 .77附录1 程序清单 .77附录2 I/O点数分配表 .97附录3 物理参数比较表 .98摘 要随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，对城市生活供暖的用户数量和供暖质量提出了原来越高的要求。结合现状，本论文供暖锅炉监控系统，设计了一套基于PLC和变频调速技术的供暖锅炉控制系统。该控制系统以一台工业控制机作为上位机，以西门子S7-300可编程控制机为下位机，系统通过变频器控制电机的启动，运行和调速。上位机监控采用WinCC设计，主要完成系统操
4、作界面设计，实现系统启停控制，参数设定，报警联动，历史数据查询等功能。下位机控制程序采用西门子公司的STEP7编程软件设计，主要2完成模拟量信号的处理，温度和压力信号的PID控制等功能，并接受上位机的控制指令以完成风机启停控制，参数设定，循环泵的控制和其余电动机的控制。本文设计的变频控制系统实现了锅炉燃烧过程的自动控制，系统运行稳定可靠。采用锅炉的计算机控制和变频控制不仅可大大节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。关键字：锅炉控制 变频调速 组态软件 PLC第 1 章 概 述1.1 项目背景及课题的研究意义工业锅炉是工业生产和集中供热过程中重要的动力设备
5、。水暖锅炉在我国已有近百年的历史，在过去很长一段时间，我国水暖锅炉控制一直都是人工手动控制。随着我国人民生活水平的稳步提高和城市化建设的步伐加快，建筑业在国民经济中的重要性日益凸显。而对新型采暖设备的需求量也呈全面迅猛增长的态势。虽然近年来，电热采暖、地热采暖悄然进入寻常百姓家，但以水暖锅炉进行采暖仍是我国最为普遍使用的冬季采暖方式。工业锅炉能耗巨大，每年的耗煤量超过上亿吨，占我国原煤产量的三分之一，提高其生产效率不仅具有可观的经济效益，还有重要的环保意义。但是我国目前运行的大多数锅炉系统控制水平不高，效率普遍低于国家标准，操作工人水平参差不齐，经常是凭感觉和经验去操作，长期使锅炉处在能耗高、
6、环境污染严重的生产状态。据有关资料显示，世界85%的人口正陆续进入工业化阶段，全球性的人口、资源、环境矛盾尖锐，使我国的现代化面临严峻的挑战，即使国际市场能够弥补中国资源的不足，生态和环境破坏的沉重代价也难以承受。工业锅炉生产效率会受到诸多因素的影响。炉体本身的生产状况是影响锅炉产热效率的重要因素，但是国内很多供热单位的锅炉炉龄较长、生产状况远低于设计标准，要彻底的更新换代，需要很大的投资，这是大多数的供热单位不能承受的，也不符合我国现在的基本国情。然而锅炉设备是一个复杂的控制对象，作为一个长期运行的设备，其控制系统的优劣也是影响锅炉生产效率的重要因素。3应用计算机技术对锅炉生产过程的相关环节
7、进行自动化控制，能够有效地提高锅炉运行可靠性和生产效率。实际表明，应用于 2030 吨/时中压锅炉的 DMC 一 50系列微机控制系统，经实测节煤率达 5%以上。工业锅炉的耗煤产汽既是一个能源转换过程，又是一个生产过程，对于由多个锅炉控制站组成的锅炉群系统，利用网络技术对整个生产过程进行集中监控管理，对生产数据进行记录、统计、分析，将统计分析的各种数据及时发布给相关的部门，如厂领导、调度室、工段室、技术室等有着重要的意义。利用先进网络技术，构建一个由现场控制层、显示操作层和信息管理层组成的集成自动化系统可以使企业生产和管理有机地结合起来。通过现代信息化技术改造，提高整个供热单位的管理水平，管控
8、结合，奖优罚劣，充分调动工作人员的责任心和积极性，通过加强管理提高生产水平，使整个锅炉系统的生产过程处在可达最佳优化状态，可以有效地提高生产效率。1.2 供暖锅炉控制的国内外研究现状锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开始了，当时大都为单参数仪表控制，进入上世纪五十年代后，美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和控制的进一步研究。但由于当时科技发展的局限性，对锅炉的控制主要停留在使用汽动仪表(包括汽动单元组合仪表和汽动基地式仪表)的阶段，而且大多数锅炉只是检测工艺参数，不进行自动控制。到上世纪六十年代，在发达国家，锅炉的控制主要以电动单元组合仪表(相当于我国的 DDZ-II, DDZ-II
9、I 仪表)检测与控制，还是以检测报警为主，控制为辅助功能。到了上世纪七十年代，随着计算机技术和自动控制技术理论的发展，使得锅炉的计算机控制成为可能。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的飞速发展，加之计算机各种性能的不断增强，价格的大幅度下降，使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。许多发达国家都相继开发出了锅炉计算机控制系统。如 今在 国 外，锅炉的控制己基本实现了计算机自动控制，在控制方法上都采用了现代控制理论中的最优控制、多变量频域、模糊控制等方法，因此，锅炉的热效率很高、锅炉运行平稳，而且减少了对环境的污染。在国内，由于经济技术条件的限制，中小企业锅炉设备水平一直比较落
10、后，大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简单仪表操作的水平。80 年代中后期，随着先进的控制技术引入我国的锅炉控制，锅炉的计算机控制得到了很大的发展。至 90 年代，锅炉的自动化控制己成为一个热门领域，利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的各种控制4系统，己逐渐用于对原有锅炉的技术改造中，并向与新建炉体配套的方向发展，许多新的控制方法，诸如最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制等自动控制的最新成果也在锅炉自动控制中得到了尝试和应用.但由于控制技术单一，或控制算法的建模往往不能反映真实的锅炉燃烧状况，导致在工程实践中并不怎么成功，不能产生很好的经济效
11、益，挫伤了用户在工业锅炉上用计算机进行控制的积极性。进入本世纪以来，为了进一步改善锅炉操作状况，降低能耗，确保安全运行，减少对大气的污染，同时随着人工智能理论的发展成熟，智能控制技术的大规模应用，对新一代锅炉计算机优化控制系统的开发和应用已势在必行且条件成熟。国内供热锅炉燃烧系统自动控制大多在燃油和燃气锅炉上实现的，对于燃煤锅炉，在自动控制研究方面总是得不到满意的效果，存在的主要问题是滞后问题。近几年变频技术在我国的应用领域越来越广，在锅炉控制方面也有应用，主要有三种形式，全自动变频定压；锅炉鼓、引风机变频控制；循环泵变频控制，对系统进行质调节。三种形式均有独立应用的范例，也有组合应用，但主要是以人工控制为主，节能效果仍然取决于司
