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1、 密级： NANCHANG UNIVERSITY 学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（2006 2010 年）题 目 锅炉控制系统的设计 学 院： 环境与化学工程 系 化工 专业班级： 测控技术与仪器 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有
2、关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期：导师签名： 日期：南昌大学学士学位论文锅炉控制系统设计 专业：测控技术与仪器 学号：5801206025 学生姓名：魏彩昊 指导教师：杨大勇摘要 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。由于加热过程、加热装置特殊结构等具体原因，使得
3、过程对象经常具有大时滞、非线性、难以建立精确数学模型等特点，利用传统的PID控制策略对其进行控制，难以取得理想的控制效果，而应用数字PID控制算法能得到较好的控制效果。本文主要阐述了一种改进型的加热炉对象及其工艺流程，采用了PLC控制装置设计了控制系统，使加热炉的恒温及点火实现了自动控制，从而使加热炉实现了全自动化的控制。此种加热炉可广泛应用于铝厂、钢厂等金属冶炼、金属加工行业以及化工行业。 此设计以工业中的电加热炉为原型，以实验室中的电加热炉为实际的被控对象，采用PID控制算法对其温度进行控制。提出了一种适合电加热炉对象特点的控制算法，并以PLC 为核心，组成电加热炉自适应控制系统，其控制精
4、度，可靠性，稳定性指标均远高于常规仪表组成的系统。关键词：温度；电加热炉；PLC；控制系统Control System Design of Boiler ABSTRACTTemperature is a very popular parameter of pyrology in flow industry，so temperature control is an emphases of process control.Considering some special condition such as heating mechanism and the special structure of
5、 heater there are often some features such as long time lag，nonlinearity and difficulties of modeling of targets of process.Its difficult to control very well by traditional PID algorithm，the Digital PID control algorithm can get better control effect.This article described a type of imp roved regen
6、erative heating furnace, whichmakes the temperature invariable and auto ignition using PLC. It can be available inaluminum and steelmill and other metal industry, which can bring obvious economicand social benefits.The industrial design of the prototype electric oven to laboratory electric furnace o
7、f the real object, PID control algorithm for temperature control.The paper presents a target for electric furnace characteristics of control algorithms, and PLC as the core to form the furnace adaptive control system. Control accuracy, reliability and stability indicators are much higher than the sy
8、stem which is consisted of the conventional instrument, thedesign uses PID algorithm to control its temperature.Keyword: Temperature；heating furnace；PLC；control system 目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1选题的背景及意义11.2加热炉控制研究现状21.3本设计的主要工作及技术路线31.3.1主要工作31.3.2本论文的技术路线4第二章 控制方案确定52.1控制对象的数学模型及仿真52.2 电加热炉控制系统分析:10
9、2.3控制系统的控制过程112.3.1 温度-流量串级控制系统112.3.2 液位-流量串级控制系统112.4 控制系统主要特色12第三章 PLC 控制系统硬件设计及仪表选型143.1系统特性分析143.2 PROFIBUS 现场总线介绍143.3电加热炉PLC系统结构153.4 PLC控制系统设计163.4.1 恒温控制系统163.4.2 恒压控制系统17第四章 控制系统的软件设计194.1 下位机软件设计194.1.1Step-7简介194.1.2下位机软件设计流程图214.2上位机软件设计224.2.1Win CC 简介234.2.2监控系统的设计24第五章 仪器仪表的选型255.1现场
10、仪表的选型255.1.1控制阀的选型255.1.2节流装置的计算265.1.3电气阀门的定位器285.1.4 压力变送器的选型285.1.5 压力表的选型295.1.6流量计的选择305.1.7 温度变送器的选型305.1.8浮子液位计的选型315.2控制室仪表选型325.2.1PLC的选型325.2.2 控制柜的选型335.2.3安全栅的选型335.2.4供电箱的选型345.2.5智能调节器的选型345.3其他仪器的选型355.3.1水箱的选型355.3.2水泵的选型355.3.4接线箱的选型365.3.5三相调压模块的选型36第六章 总结和展望386.1 设计总结386.2 课题展望39参
11、考文献（References）40致谢4242第一章 绪论1.1选题的背景及意义我国的电加热锅炉在10多年前问世，由于受到当时电力因素的制约，发展非常缓慢，只有几个非锅炉行业的厂家在生产。1998年以来，特别是2000年，电热锅炉市场迅速发展。行业内许多厂家都已经或者正在准备生产电热锅炉。由于起步晚 、规模小,电加热锅炉的控制水准很低，甚至很原始。电加热锅炉的控制与燃油（气）锅炉的控制有很大的不同1：1 电流巨大，属大电流或超大电流控制；2 没有现成的燃烧器及其程控器，锅炉的加热过程和控制品质完全由自己决定；3 比燃油（气）锅炉的自动化程度和蓄热要求更高，外观要求也更现代、更美观。因此，电热锅
12、炉控制存在较大难度。1998年我们抓住了市场机遇，再次把工业控制技术应用于电加热锅炉控制领域 ，把大型电力 负荷控制的成功经验移植到电加热锅炉的大电流控制上来，率先提出了电加热锅炉的循环投切和分段模糊控制的控制模式，较好地解决了电加热锅炉控制的理论和实际问题。国内电加热炉的加热形式主要有以下两个：1 电阻加热式国内绝大多数厂家采用该方式，并选用电阻式管状电热元件。电阻加热方式的电气特点是锅水不带电，但在电加热元件漏水或爆 裂时会使锅水带电或称漏电。另外，受电热元件绝缘导热层的绝缘程度的影响，电热管存在一定的泄漏电流。泄漏电流的国家标准是0.5ma。该方式在结构上易于叠加组合，控制灵活，更换方便
13、。2 电磁感应加热式该方式的加热原理是：当电流通过加热线圈时，就会形成电磁场,把金属锅壳置于电磁场之中，就会使锅壳产生涡流，并导致其发热，从而完成对锅水加热的目的。其电流愈大，发热量愈大。电磁感应加热方式在工业上的应用较早，典型的应用就是中频加热炉。但是把它应用到锅炉上，确属首次，很有创意值得关注 。目前国内只有一家厂家生产这种电热锅炉。该方式的优点是，与水和锅炉是非接触式加热，因此绝无漏电的可能性；另一个优点是该方式须用可控硅做驱动输出，因此具有无触点开关的独特优势；机械噪声小，可多级或无级调节，使用寿命长。该方式的缺点是热效率比电阻加热方式要稍低，约96%:。这是因为后者是直接与锅水接触加
14、热，而前者是间接加热，况且作为功率驱动元件的可控硅元件，其本身也要消耗一定功率。1.2加热炉控制研究现状国内电加热炉控制有四个发展阶段：第一阶段：手动控制、温度仪表显示处于发展初期的电加热锅炉控制采用温度仪表显示温度，由人工手动投切，以达到逐级投切和温度调节的目的。还有一种形式是无论功率多大，均分三个投切组，二组为手动，一组用温控表控制。第一阶段手动控制方式自动化程度极低，控制效果较差。第二阶段：顺序控制器或PLC程控器 ，温度仪表参与控制人们把人工手动投切改为用顺序控制器或PLC程控器来完成逐级投切，使锅炉控制基本能够自动化。为了解决逐级投切的自动化，厂家在采用PLC作程控器，或开发了电子顺序控制器后，不但可以实现逐级投切自动化，还能定时启停锅炉。然而由于仍然使用温控表来进行全功率的温度控制，动作频繁，控制效果较差，甚至产生控制振荡。第三阶段：全PLC控制为了满足市场
