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1、基于基于 MCGS 的供暖电锅炉控制系统设计的供暖电锅炉控制系统设计学 生：丁文指导教师：张秀芝 （三峡大学 电气与新能源学院）1 1 课题来源课题来源本课题为基于 MCGS 的供暖电锅炉控制系统设计，来源于生产实际。随着如今人们生活质量越来越高，暖气供暖是人们在冬季所必不可少的设施。伴随着城市化程度的不断发展、步伐的不断加快，集中供热成为其必然趋势，这样不仅能节省能源，而且方便管理。电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在
2、工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。2 2 研究的目的和意义研究的目的和意义2.12.1 电能是清洁能源，能够节能环保电能是清洁能源，能够节能环保现在人们的环保意识不断的在提高，为了能节能使用电热锅炉供热的人越来越多了，它的经济性、安全性及较高的自动化程度也已被认同。电热锅炉已成为工业及民用供热、热水和洗浴等使用场所的首选设备，它具有无污染、热效率高、无燃料运输和储备烦琐等诸多优点。2.22.2 实现控制系统的智能化实现控制系统的智能化现在使用的绝大多数电热锅炉控制系统的设计还不完善，所以需要一种新的、高性能的电热锅炉控制系统来取代原来的控制系统，帮
3、助完善原有的控制系统。此控制系统能够满足现有控制系统的智能化要求，实现水位实时控制，锅炉工作运行参数、开始时间和校准时间也无法进行灵活的设定和改正，能动态地反映锅炉当前的操作状态，对燃烧器运行时间进行准确地累积记录，统计锅炉风机运行时间、以前发生的故障，实现锅炉最终的管理和维护。2.32.3 降低运行成本，提高安全性能降低运行成本，提高安全性能合理使用低谷电能够有效的节约运行成本。随着网络地快速发展，PLC 在网络连接和人机交互能力方面取得巨大的发展，较之之前的现状得到质的提高，如果想实现锅炉实时在线控制和多用户联网控制，则需建设更多的控制台，从而增加了成本投入，控制结构也就变得更加复杂，此系
4、统维护变的容易起来，更重要的是其可靠性很高。3 3 国内外的研究现状和发展趋势国内外的研究现状和发展趋势3.13.1 研究现状研究现状现在生产线控制的大多数是用继电器、接触器为主的控制装置。使用继电器电路构成的控制系统不断出现问题，其可靠性很差。对于主要利用按钮和继电器来控制的锅炉行业，包括用 PLC 来控制的，无法满足现有控制系统的智能化要求，无法实现水位实时控制，锅炉工作运行参数、开始时间和校准时间也无法进行灵活的设定和改正，更不能动态地反映锅炉当前的操作状态，无法对燃烧器运行时间进行准确地累积记录，也无法统计锅炉风机运行时间、以前发生的故障，影响锅炉最终的管理和维护。3.23.2 发展趋
5、势发展趋势自从上世纪 90 年代起，锅炉的自动化控制研究越来越广泛，各种基于 PLC开发的控制系统，向与新型锅炉控制的方向发展，同时逐渐用于对原有锅炉的技术改造中，为之后锅炉控制系统发展起到重要作用。锅炉自动控制中也应用了一些新的控制方法。如模糊控制、最优控制、自适应控制等。这些自动控制的最新成果在系统的设计过程中得到了尝试。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，为了进一步提高锅炉锅炉控制系统操作的准确性，减少能源消耗，保障安全运行，智能控制技术在现代锅炉控制技术上的广泛应用已势在必行，并
6、且对现如今各种各样的新型锅炉采用计算机进行集中控制系统的条件已经成熟。4 4 研究的主要内容及设计成果的应用价值研究的主要内容及设计成果的应用价值4.14.1 设计任务分析设计任务分析本设计的控制系统的被控对象是电锅炉加热系统，主被控参数为锅炉水温。控制器拟选择西门子 S7-200 系列 PLC，采用 PID 算法控制系统被控参数，编程语言选择采用 PLC 梯形图，进行锅炉温度的自动调节系统设计；通过 PLC 控制变频器调节循环泵、补水泵，以此来实现对供水压力的控制。最后，要能够通过 MCGS 组软件实现监控的作用。4.24.2 电锅炉供暖系统的工作原理电锅炉供暖系统的工作原理下图 1 所示为
7、用一台电热锅炉供暖系统，其工作过程为：电热锅炉（具有超温保护装置、超压保护装置）根据设定出水温度或回水温度（也可以根据室外气温的变化自动确定）确定电加热管投入的组数；锅炉提供的热量通过循环泵直接向供暖系统供热；供暖系统的定压由补水泵及落地膨胀水箱完成，通过压力控制器控制。图 1 电热锅炉供暖系统工作原理图4.34.3 锅炉加热控制功能要求锅炉加热控制功能要求（1） 电加热管“梯式”加（减）载，循环投切；（2） 保护供暖齐全；（3） 具有出水定时（回水）控制或显示功能；（4） 具有定时控制功能；（5） 具有手动/自动控制选择功能；（6） 可根据室外气温的变化自动调节出（回）水温度；（7） 缺相报
8、警，电加热管停止加热；（8） 故障停机后，手动复位；4.44.4 控制方案的初选控制方案的初选（1 1）温度控制方案）温度控制方案根据锅炉的出水温度，与设定的锅炉下限温度和上限温度进行比较，按照一定的时间投入或切除加热组。当温度达到上限与下限温度中间值时，每加、减一组加热组后，将采集回来的温度与设定值进行比较，来决定是否继续加、减加热组。正常启动，加热管每10秒钟加一组，当达到下限与上限中间值是每30秒加一组；正常停止时每3秒钟减一组。当有故障时每1秒钟减一组。下图所示为温度控制流程图：开开始始采采集集锅锅炉炉 出出水水温温度度出出水水温温度度大大于于上上 限限与与下下限限温温度度的的 中中间
9、间值值加加、减减一一组组 加加热热组组N NY Y结结束束图2 温度控制的流程图（2 2）压力控制方案）压力控制方案循环泵用供水和回水的压力差来控制，补水泵用恒压来控制。循环泵的控制：通过模拟量模块将二次网的出水和回水压力值读到 PLC 后做差运算，设定一个范围，上限对应 50HZ，下限对应设定的最低频率。补水泵控制:通过模拟量模块将二次侧的回水压力采集上来后，与设定的恒定压力固定值作比较，如果压力高，降到最低频率停止，当降到最低频率时停止。当压力低到恒定压力的某负值时启动变频器，一直保持工频运行。（3 3）监控界面方案）监控界面方案在人机界面上做到了整个系统动态流程显示，控制操作，每台锅炉的
10、动态流程显示和控制操作。每台锅炉的定时启动、停止时间，每台锅炉有四段定时。每台锅炉的出水温度实时曲线。当有故障报警是，弹出当前报警画面，提示报警内容，并且快速停炉。有历史报警记录功能，能够查询报警发生的日期和时间。4.54.5 应用价值应用价值本设计基于 PLC 程序控制电锅炉加热的策略，利用组态软件 MCGS 来实现监控界面，实现电锅炉控制中智能化要求。系统设计把推广电锅炉的无污染性、安全性、高效性以及经济性等特点推广出去，同时达到了提高控制系统自动化程度，节约能源的目的。5 5 工作的主要阶段、进度工作的主要阶段、进度（1）2013 年秋季学期第 11 周接受毕业设计任务书，学习毕业设计（
11、论文）要求及有关规定。（2）2013 年秋季学期第 1213 周查找电锅炉加热控制参考资料；确定外文翻译的文献。阅读指定的参考资料及文献（包括 5-10 万个印刷符号与课题或本专业相关的外文资料）；提出设计的初步方案，并撰写开题报告、外文翻译。 （3）2013 年秋季学期第 1418 周修改完善并完成开题报告、外文翻译两项成果。（4）2013 年秋季学期第 19 周（2014 年 1 月 10 日前）上交开题报告、外文翻译，指导教师批阅。（5）2014 年春季学期第 24 周完成锅炉加热控制策略设计，编制控制流程图。（6）2014 年春季学期第 57 周完成加热控制系统硬件组成及电气控制线路设
12、计。设计 PLC 控制程序设计及组态监控界面初设。（7）2014 年春季学期第 810 周提交毕业设计中期报告。（8）2014 年春季学期第 10 周（2014 年 4 月 25 日前）完善毕业设计成果，撰写论文说明书且定稿。（9）2014 年春季学期第 1113 周装订论文说明书，交指导老师批阅。（10）2014 年春季学期第 15 周精心准备毕业答辩。（11）2014 年春季学期第 16 周（6 月 6-8 日）毕业答辩。 6 6 最终目标及完成时间最终目标及完成时间（1） 完成锅炉加热控制策略设计，编制控制流程图。（2） 完成加热控制系统设计硬件组成及电气控制线路设计。（3） 完成 PL
13、C 控制流程图及组态监控界面。最终，完成 PLC 控制电锅炉加热的策略，达到通过 MCGS 实时监控供暖电锅炉的控制系统设计的目标。完成时间：第十四周7 7 现有条件及必须采取的措施现有条件及必须采取的措施现有工程组态 MCGS 软件，可编程控制器 s7-200 系列 PLC 设备，以及 PLC实验室，可以完成电锅炉加热控制的研究和设计。在设计中必须采用 PLC 控制电锅炉的加热策略，通过 MCGS 来监控运行状况。当然，本设计还参照图书馆现有资料和来自互联网的帮助。8 8 协助单位及要解决的主要问题协助单位及要解决的主要问题本设计主要解决的是电锅炉加热控制策略的研究以及实现问题，还有通过PL
14、C 来控制流程，PLC 程序的编写，最后通过 MCGS 将监控界面设计出来，最终完成供暖电锅炉控制系统设计。要完成这个设计，需要图书馆和电气实验室的相关资源，以及自动化专业老师的指导。参参 考考 文文 献献1卢银灿，基于西门子 PLC 的电锅炉水供暖蓄热工程，可编程控制器与工厂自动化，2010/05。2王昆，水蓄热电锅炉作为中小建筑物冬季取暖热源的应用，河北理工大学学报，2010/01。3刘晓燕，武汉市妇女儿童医疗保健中心电锅炉蓄热系统设计，暖通空调，2009/06。4韩小愚，基于模糊 PID 控制的电锅炉温度过程控制系统，现代机械，2011/04。5郭海山，供热电锅炉的 PLC 控制系统优化
15、设计，黑龙江电力，2011/03。6李帅，基于组态王的电锅炉温度控制系统，化工自动化及仪表，2010/12。7王春芳，S7-200PLC 在大型油轮电锅炉自控系统中的应用，机电设备，2008/04。8高山，基于 HOLLIAS-LEC G3 的自储能电锅炉控制系统，可编程控制器与工厂自动化，2007/12。9乔磊，蓄热电锅炉和直热电锅炉在空调工程中的联合应用，现代冶金，2011/02。10刘悦婷，锅炉加热系统的 FUZZY-PID 控制，甘肃科技，2008/18。11谢先平，新型自动电锅炉控制器的研制，电站设备自动化，2006/01。12王平法，基于模糊 PID 算法的电锅炉温度控制，机械与电
16、子，2009/01。13李一草，工业锅炉自动化控制系统，电站设备自动化，2007/01。14朱联伟，浅谈电锅炉的加热控制技术与电气设计，才智，2012/08。15梁丽峰，论集中供热系统中的节能发案，山西建筑，2010/03。16成芳，电锅炉的原理及在供热工程中的应用，黑龙江科技信息，2010/11。安徽财经大学会计学院 2014 届本 科 毕 业 论 文 开 题 报 告论文题目 中小企业财务管理问题及解决办法所 在 班 级 10 注会 2 班 学 号 2010932036 姓 名 高 杰 指导教师及职称 王宏昌 副教授 填 表 日 期 2014 年 4 月 一、简表姓名高杰性别男学 号2010932036学 生 简 况入学时间2
