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1、长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文）摘 要工业自动化涉及的范围很广，过程控制是其中最重要的一个分支。它主要针对工业过程的五大参数，即温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和特性等参数的控制问题。过程控制覆盖了很多工业部门，例如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等部门，在国民经济中所占有的地位极其重要。根据实际应用领域和工艺过程的不同，所采用的控制方式及其侧重点也不相同。而在大量的工业生产中燃烧都是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃气的区别。虽然燃烧的应用场合和燃料可能不同，但燃烧过程的控制都不外是燃烧控制、温度控制、燃烧程度控制、安全性控制、节能控制等。本文仅以燃油蒸汽锅炉为例说
2、明燃烧系统中具有一定普遍性的控制问题。本次课题的目的就是基于生产实际的需求，针对蒸汽压力控制、燃料空气比值控制和炉膛负压控制进行系统框架设计并在MATLAB环境下建立模型、进行控制算法的实现研究。其主要采用了MATLAB中的SIMULINK工具箱进行仿真，通过模拟示波器中的波形来调节参数，改良控制效果。关键字：燃烧控制系统 MATLAB 过程控制 SIMULINKAbstractIndustrial automation involve a very wide range, while process control is one of the most important branches.
3、 It mainly refer to control techniques of five industrial processes parameters which are temperature, pressure, and flow, liquid level (or bits), composition and characteristics. Process control covers many industries, such as petroleum, chemical industry, electric power, metallurgy, light industry
4、and textile department.It occupied an extremely important position of the national economy.The control modes and their emphasis depend on the different actual application and process engineering.Combustion is essential in the industrial production.Burning speaking, it can be divide into fuel, coal a
5、nd gas. Although burning applications and fuel combustion process may be different, the control of burning process all involve burning control, temperature control and burning level control, safety control, degree of saving energy control etc. This paper only to take fuel steam boiler combustion sys
6、tem as an example,it illustrates the control problems with certain universality in the combustion system. The purpose of this subject is to design the system framework for steam pressure control, fuel air ratio control and hearth negative pressure based on the actual production needs, also make mode
7、l in the MATLAB environment as well as research for the algorithm of control . It mainly uses the MATLAB and SIMULINK toolbox, adjusting the parameters in terms of the waveform of oscilloscope.As a result, the control effect improved.Keywords: Combustion Control System MATLAB Process control SIMULIN
8、K独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 二一年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以
9、营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一年九月二十日目 录第1章 概 述- 1 -1.1 锅炉及其微机控制简介- 1 -1.2 燃油锅炉的主要设备- 2 -1.3 燃油锅炉的三大工作过程- 3 -1.3.1 燃料的燃烧过程- 3 -1.3.2 水的汽化过程- 3 -1.3.3 烟气向水的传热过程- 4 -1.4 锅炉的计算机控制系统- 5 -1.5 本文的设计内容及要求- 6 -第2章 锅炉控制系统总体方案设计- 7 -2.1 锅炉控制系统框图- 7 -2.2 系统的控制方案- 7 -
10、2.2.1 微机控制方案- 7 -2.2.2 功能模块板控制方案- 8 -2.2.3 新型计算机控制系统方案- 8 -2.3 系统的相关配置- 9 -2.4 燃油锅炉的控制方法- 9 -2.5 燃油锅炉控制系统的理论- 11 -2.5.1 PID控制理论- 11 -2.5.2 PID控制理论扩展- 13 -第3章 燃油锅炉控制系统的硬件设计- 17 -3.1 锅炉控制系统的目的- 17 -3.2 锅炉控制系统的过程控制机- 17 -3.2.1 芯片介绍与连接- 17 -3.2.2 键盘和显示器- 22 -3.2.3 A/D通道- 24 -3.2.4 D/A通道- 25 -3.2.5 隔离器-
11、28 -3.3 传感器的选择- 28 -3.3.1 热电偶传感器的工作原理- 29 -3.3.2 热电偶传感器的接触电势- 29 -3.3.3 热电偶冷端温度误差及补偿- 30 -3.4 信号放大- 30 -3.5 克服扰动措施- 32 -3.6 锅炉的给水控制- 33 -3.7 燃烧器的自动调节系统- 35 -3.8 蒸汽压力调节对象的特性- 36 -第4章 燃油锅炉控制系统的软件设计- 37 -4.1 系统主程序- 37 -4.2 系统中断服务程序- 37 -4.3 系统其他子程序- 37 -4.4 主程序清单- 41 -第5章 燃油锅炉控制系统性能分析- 42 -5.1 MATLAB环境
12、下控制算法研究- 42 -5.1.1 系统辨识- 42 -5.1.2 控制系统参数整定- 43 -5.2 控制系统SIMLINK仿真- 46 -结 论- 48 -致 谢- 49 -参 考 文 献- 50 -附录1：小型燃油采暖锅炉电气控制系统原理图- 52 -附录1:小型燃油采暖锅炉电气控制系统主程序清单- 53 -IV长春工业大学人文信息学院毕业设计（论文）第1章 概 述1.1 锅炉及其微机控制简介锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽，现在可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动动力源。又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的热源。随着工业生产规模的不断
13、扩大、生产设备的不断更新，作为全厂动力源和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。为了确保安全、稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得特别重要了。锅炉按燃料种类来分，可分为燃油锅炉、燃汽锅炉和燃煤锅炉。在化工生产过程中，由于产生各种不同的残油、残渣、炼厂气等，所以多用燃油和燃汽锅炉。而在其它工业中，常用的还是燃煤锅炉。锅炉计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进
14、行控制是一件具有深远意义的工作1。工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势： 1直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误。2可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象。3在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数。4减少了显示仪表，还可利用软件
15、来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率。 5提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%计，全年节煤800吨，按每吨煤380元计算每年节约304000元。 6锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%。7 锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解耦控制方案。而建立解耦模型和算法通过计算机实现比较方便。8 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算
