生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统设计

发布时间：2017-08-20 01:01

  本文关键词：生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统设计

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【摘要】：小型蒸汽锅炉现如今广泛应用于各行各业,是一种重要能源设备,随着自动化水平的快速发展,能源短缺和大气污染成了急需解决的两大问题。而我国目前的大多数小型锅炉控制系统自动化水平不高,安全性低,而且对大气的污染十分严重。因此,辽宁众缘锅炉制造有限公司与本校联合开发以生物质清洁能源为燃料的小型锅炉,既是对这种清洁能源的合理利用,又是未来的发展趋势。并通过传感器对控制参数进行检测,使用积分分离式PID控制器对控制量进行调节,以触摸屏为上位机控制和监控系统运行,保证锅炉安全运行。本文针对生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统进行了研究并设计,在对系统的各部分结构、控制过程、控制算法及其设计进行分析之后,设计控制系统,并进行了软件仿真。控制部分在前人研究的基础上,使用可编程控制器,根据燃烧过程中的各个传感器参数值对鼓风机、引风机、给料机和点火变压器进行控制和监控运行过程中的参数。过程控制采用PID控制算法,相对于传统编程方法,使用S7-300 PLC中FB41模拟量连续控制PID功能块,操作简单,控制精度高,稳定性好,不同于传统的对单一控制参数进行控制的PID模块,有较好的灵活性和适用性,可以实现手动自动的无扰切换,在此基础上对传统的PID调节进行变化,以FB41功能块的数字位置型PID为基础,使用积分分离法调节算法参数并根据不同参数的控制过程选用不同的PID控制规律,可以避免传统PID算法引起的系统偏差过大而出现积分饱和的现象。锅炉采用以火包围W型水管的贯流式锅炉结构,增加受热面积。不采用汽包结构,增加了安全性。锅炉燃料使用生物质燃料降低污染物排放,减轻大气污染。最后结合蒸汽锅炉燃烧过程和技术要求,设计生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统的过程控制框图,电路硬件结构,并根据技术的参数要求进行电气元件选型,再进行相关电气原理图的设计和绘制。然后根据工艺流程,确定电气控制算法、控制系统流程图,使用西门子STEP7软件编程,FB41 PID连续控制方式功能块与FB100过程对象模拟功能块结合,将PLC编程软件STEP7和西门子触摸屏编程软件WINCC集成到PLCSIM仿真器中,进行联合仿真和PID参数整定,减少调试成本和安全事故。
【关键词】：PLC 风机 蒸汽锅炉 PID 生物质
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK229
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究目的及意义10
• 1.2 研究背景及国内外现状10-15
• 1.2.1 小型锅炉控制技术11-13
• 1.2.2 锅炉工艺结构13-14
• 1.2.3 锅炉燃料分类14-15
• 1.3 论文主要研究内容15-16
• 第二章 生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统整体设计16-28
• 2.1 生物质锅炉系统工艺简介16-19
• 2.1.1 生物质锅炉主要设计参数16
• 2.1.2 生物质锅炉整体结构16-18
• 2.1.3 锅炉工艺流程18-19
• 2.1.4 烟气二次换热19
• 2.2 生物质贯流式锅炉系统控制原理分析19-23
• 2.2.1 蒸汽压力的控制原理19-22
• 2.2.2 过剩空气系数的控制原理22-23
• 2.3 生物质贯流式锅炉系统组成23-27
• 2.3.1 燃烧控制系统24-25
• 2.3.2 炉膛负压控制系统25-26
• 2.3.3 水位控制系统26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统硬件设计28-45
• 3.1 系统概述28
• 3.2 硬件设备选型28-35
• 3.2.1 传感器29-30
• 3.2.2 变频器30-32
• 3.2.3 触摸屏32
• 3.2.4 PLC选型32-35
• 3.3 通信协议的介绍和使用35-36
• 3.4 I/O地址分配36-38
• 3.5 硬件接线图38-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统算法45-54
• 4.1 串级控制系统45-46
• 4.2 比值控制系统46-47
• 4.3 PID控制47-51
• 4.3.1 数字PID控制算法47
• 4.3.2 位置式PID控制算法47-48
• 4.3.3 PID算法各参数对性能的影响48-51
• 4.3.4 增量式PID控制算法51
• 4.4 积分分离PID控制算法51-52
• 4.5 变速积分PID控制算法52-53
• 4.6 PID控制算法初始参数设定53
• 4.7 本章小结53-54
• 第五章 生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统软件设计54-70
• 5.1 应用软件简介与通讯54-55
• 5.2 下位机PLC控制系统软件设计55-67
• 5.2.1 STEP 7 项目设计步骤55-56
• 5.2.2 生物质锅炉动作流程图56-59
• 5.2.3 STEP7程序结构59-60
• 5.2.4 Pl D控制器的设计60-63
• 5.2.5 标准化转换63
• 5.2.6 给水控制63-64
• 5.2.7 炉膛负压控制64
• 5.2.8 燃烧控制64-66
• 5.2.9 积分分离算法设计66-67
• 5.3 触摸屏软件设计67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 生物质贯流式蒸汽锅炉控制系统仿真70-79
• 6.1 PLCSIM仿真器简介70
• 6.2 Step7和Wincc_Flexible联合仿真设计70-75
• 6.2.1 HMI设备的集成与软件的操作70-71
• 6.2.2 过程对象的模拟与仿真程序71-75
• 6.3 仿真曲线与参数整定75-78
• 6.3.1 初始参数整定75-76
• 6.3.2 PID整定原则76-77
• 6.3.3 积分分离法PID仿真77-78
• 6.3.4 变速积分PID仿真78
• 6.4 本章小结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 附录85-95
• 攻读硕士期间发表的论文及成果95

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本文编号：703808