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1、河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要 毕业设计论文 题 目： 基于plc的供暖锅炉控制系统的设计 学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 摘 要 随着生活水平地不断提高，人们对城市生活供暖质量要求越来越高。目前，冬季采用锅炉取暖在我国北方仍然占据主导地位，但锅炉房中控制系统的各配置落后的问题相对比较严重，其控制操作仍然主要依靠管理员的手工操作，对于风机和水泵电机的控制，过程很复杂并且对电和燃料的消耗量十分巨大，同时锅炉水温度也无法通过手动控制改变并及时对改变作出适当的回应。 本文设计的水温供暖锅炉控制系统主要采用PLC和变频调速技术。该控制系统由变
2、频器、S7200系列PLC、鼓风机、引风机、水泵等构成。对于系统中所涉及到的各个电机，其启动调速和停止，并不是通过直接控制的手段，而是利用变频器变频调速的特性来实现的。以及PID调节控制，以MCGS组态软件设计组态界面和控制界面，以实现实时监控。 为了有效地降低能源消耗，提高生产管理水平，本文设计的系统具有锅炉水温、燃烧过程自动控制的功能。实现了安全可靠地系统安装维护；由MCGS制作的上位机，画面直观，操作方面，监控方便。关键词：供暖锅炉；变频调速；PLC河南城建学院本科毕业设计(论文) ABSTRACT 河南城建学院本科毕业设计(论文) 目录 ABSTRACT With living sta
3、ndards improving, the demanding of people with the city heating quality is becoming stricter. Currently, the use of boiler heating in winter in northern China is still dominant, but the lag issue of the boiler room configuration is relatively serious in the control system. The control operation is s
4、till mainly rely on the administrators manual。The control of the fan and pump motor, which process is very complex and on electricity and fuel consumption is huge。Meanwhile boiler water temperature can not be changed by manually controlled and timely responded appropriately. This design of water hea
5、ting boiler control system in this paper mainly adopts PLC and frequency control technology. The control system consists of a programmable controller, inverter, fan and pump motors, sensors, and configuration MCGS. In order to achieve real-time monitoring ，the starting, running and speed of motor ar
6、e controlled by inverter , as well as PID regulator controlling and MCGS configuration software design configuration interface and control interface are used in the paper.Industrial boiler control system designed in this paper has achieved the boiler water temperature, and the automatic control of t
7、he combustion process, which has reduced the energy consumption and improved the production management level.Keywords: Boiler control; Variable-frequency regulating speed technology; PLC河南城建学院本科毕业设计(论文) 目录 目 录摘 要IABSTRACTI绪 论11 课题背景及研究目的和意义12 供暖锅炉控制国内外研究现状23 项目研究内容3第1章 锅炉及其工作过程31.1 锅炉的基本构造41.2 锅炉的工作
8、原理及过程61.2.1 燃料的燃烧过程61.2.2 水的汽化过程61.2.3 烟气向水的传热过程7第2章 供暖锅炉控制系统总体设计82.1供暖锅炉控制系统的基本要求82.2.1控制系统的组成82.1.3控制的主要流程82.2系统功能分析102.3供暖锅炉的控制策略和方法102.3.1 PID控制方式简介112.3.2供暖锅炉的控制策略12第3章 变频调速在供暖锅炉控制中的应用153.1变频调速基本原理153.2 变频器输入输出接口163.3 变频调速节能分析17第4章 供暖锅炉控制系统的硬件设计194.1系统主电路的设计194.2系统控制电路的设计194.3 S7-200 PLC硬件介绍214
9、.4系统主要元器件214.4.1 可编程控制器214.4.2 EM235 模拟量输入/输出模块234.4.3 传感器的选型23第5章 供暖锅炉控制系统的软件设计265.1 PLC程序设计的基本原则和方法265.2 编程软件STEP7-Micro/WIN概述265.2.1 STEP7-Micro/WIN 简单介绍265.2.2 计算机与PLC的通信275.3 PID指令向导285.4 程序设计295.4.1系统主程序295.4.1子程序35结束语42参考文献43致 谢44 河南城建学院本科毕业设计(论文) 绪论 河南城建学院本科毕业设计(论文) 绪论 绪 论1 课题背景及研究目的和意义 随着如今
10、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。然而，由于城市程度的加深。供暖面积和要求同样也越来越大、越来越来越严重。对于燃烧系统的控制和管理的手段和方法也提出了更高的要求，国家新的节能减排政策也推进我们把眼光放在发展改革上，原有的方法已经不能满足要求，并逐渐被淘汰。虽然锅炉作为一个能源消耗大的设备，在国民经济整体能源消费占了很大的比例，并存在空气污染严重的问题，但是它在人们的生产和生活中仍然具有非常重要的意义。目前，我国主要以煤炭作为锅炉燃烧的主要燃料，但是如燃油供暖锅炉也得到
11、快速的发展。对于燃煤锅炉主要燃烧的主要是低品质煤，锅炉房管理水平是不高的， 采用间歇性运行模式，技术落后，自动化控制程度低，能源浪费和环境污染严重的问题突出。 另外，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。此外，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
12、构也就变得更加复杂。 PLC在20世纪阶段正处在快速发展时期，在这时期，PLC对模拟量的处理能力得到一定的发展。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。随着过程控制的迅速发展，并在现在系统控制模式中得到广泛应用，DCS系统成为该系统中的统领着，成为一家独大的盛状，但是伴随PLC也逐渐步入该系统，渐渐取代了DCS的霸主地位，在某些应用中更受欢迎。PLC具有通用性强、受干扰影响强、较强适应性等特点。锅炉可以利用产生的蒸汽转化为动能，所以可作为动力设备，如今已广泛应用于各行各业的工业生产中。无论是在工业生产或者是在采暖供热中，锅炉所扮演的角色
13、都是一次能源向二次转化的重要设备,从能量转化好坏的角度上来看，在一定意义上，锅炉控制效果对人们的生活质量和企业的经济效 益的好坏有直接的影响。另外，PLC具有与多个输入输出口，能基本上满足系统的需要。同时，锅炉控制中涉及到很多参数，且它们之间并非相互独立，想法存在复杂的的关联性，所以对于锅炉的研究是各国技术人员都将对当成的一个重要课题。 本文设计的系统是一个过程控制系统，是一套采用可编程控制器和变频启动调速技术制作而成的供暖锅炉控制系统。该控制系统采用风机提供送风和引风量，以S7-200系列PLC作为控制器，用变频器控制电机和电动阀等，利用各种传感器传感器采集信息。系统中电动机的启动、运行和调速是通过PLC发出命令并由变频器的控制来实现的根据 电动机转矩与转速、 轴功率和转速的之间关系可以推出，采用交流变频调速代替传统 阀门、挡板控制风机、水泵流量，符合国家节能政策，可以大大节省用电量，整体计算能够平均节电30% 左右。由于采用了转矩矢量控制技术，在系统控制中应
