【正文】 運行過程更加嚴格要求。 第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計鍋爐是一種應用廣泛的工業(yè)及民用設(shè)備，對國民生產(chǎn)及生活影響重大，無論是工廠、礦山還是在人們的日常生活中我們都可以感受到鍋爐對我們的影響。若鍋爐系統(tǒng)中的傳感器、變送器等設(shè)備出現(xiàn)故障時，溫度、壓力等參數(shù)就無法達到設(shè)定值。不能對它們精確連續(xù)調(diào)節(jié)，使控制手段單一，控制精度低。自二十世紀九十年代以來，隨著超大型可編程控制器的出現(xiàn)和模糊控制，自適應控制等智能控制算法的發(fā)展以及智能控制器的應用，鍋爐控制水平大大提高，以實現(xiàn)優(yōu)化控制國內(nèi)對鍋爐控制的研究起步較晚，始于八十年代初期。我國的鍋爐目前已煤為主要燃料，耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一，燃用的主要是中低質(zhì)煤，工業(yè)污染十分嚴重，而且鍋爐設(shè)備陳舊，生產(chǎn)效率和自動化程度低，進一步加重了環(huán)境污染的程度。同時在軟件設(shè)計上可采用通用的工業(yè)控制組態(tài)軟件，根據(jù)系統(tǒng)的實際情況進行靈活的優(yōu)化配置。以往的供暖系統(tǒng)，由于熱源傳送距離較遠，需監(jiān)測和控制的點較多，且這些點在空問上布置分散，從而造成了人工勞動強度大，控制不及時等問題。采用現(xiàn)代化技術(shù)和手段，對系統(tǒng)運行參數(shù)(如循環(huán)水水溫、管網(wǎng)水壓和水流量、水箱水位以及水泵的運行狀態(tài)等)實施自動化監(jiān)測和控制管理，從而降低系統(tǒng)的運行成本，提高效率，保證設(shè)備安全，帶來可觀的經(jīng)濟效益和潛在的社會效益。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對供暖系統(tǒng)的自動化提出了更高的要求。SCADA系統(tǒng)一般由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、分廠測控站、管網(wǎng)測壓點等組成。一個完善的SCADA系統(tǒng)的建立，依托于高精度、智能化的一次儀表獲取信息，準確無誤的通訊手段傳輸數(shù)據(jù)和高效快捷的計算機處理能力。上位機HMI系統(tǒng)在接受這些信息后，以適當?shù)男问?如聲音、圖形、圖像等方式)顯示給用戶，以達到監(jiān)視的目的，同時數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，告知用戶設(shè)備各種參數(shù)的狀態(tài)(報警、正常或報警恢復)。SCADA系統(tǒng)是建立在計算機基礎(chǔ)之上的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，它的主要任務是采集和管理各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制，并保存歷史數(shù)據(jù)和故障事件，提供報表輸出和計算、分析SCADA系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和事物管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統(tǒng)之一，它有兩層含義：一是分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機；另一個是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機HMI(HumanMachine Interface，人機界面)系統(tǒng)，下位機通常是指硬件層上的，即各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如RTU(Remote Terminal Unit，遠程終端測控單元)、PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)及各種智能控制設(shè)備等等。三種形式均有獨立應用的范例，也有組合應用，但主要是以人工控制為主，節(jié)能效果仍然取決于司爐人員的經(jīng)驗，水平和責任意識。國內(nèi)供熱鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制大多在燃油和燃氣鍋爐上實現(xiàn)的，對于燃煤鍋爐，在自動控制研究方面總是得不到滿意的效果，存在的主要問題是滯后問題。至90年代，鍋爐的自動化控制己成為一個熱門領(lǐng)域，利用單片機、可編程序控制器、工業(yè)計算機以及引進的國外控制設(shè)備開發(fā)的各種控制系統(tǒng)，己逐漸用于對原有鍋爐的技術(shù)改造中，并向與新建爐體配套的方向發(fā)展，許多新的控制方法，諸如最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、或控制算法的建模往往不能反映真實的鍋爐燃燒狀況，導致在工程實踐中并不怎么成功，不能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益，挫傷了用戶在工業(yè)鍋爐上用計算機進行控制的積極性。在國內(nèi)，由于經(jīng)濟技術(shù)條件的限制，中小企業(yè)鍋爐設(shè)備水平一直比較落后，大多數(shù)中小型鍋爐水平基本上停留在手動和簡單儀表操作的水平。許多發(fā)達國家都相繼開發(fā)出了鍋爐計算機控制系統(tǒng)。到了上世紀七十年代，隨著計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)理論的發(fā)展，使得鍋爐的計算機控制成為可能。但由于當時科技發(fā)展的局限性，對鍋爐的控制主要停留在使用汽動儀表(包括汽動單元組合儀表和汽動基地式儀表)的階段，而且大多數(shù)鍋爐只是檢測工藝參數(shù)，不進行自動控制。通過現(xiàn)代信息化技術(shù)改造，提高整個供熱單位的管理水平，管控結(jié)合，獎優(yōu)罰劣，充分調(diào)動工作人員的責任心和積極性，通過加強管理提高生產(chǎn)水平，使整個鍋爐系統(tǒng)的生產(chǎn)過程處在可達最佳優(yōu)化狀態(tài)，可以有效地提高生產(chǎn)效率。工業(yè)鍋爐的耗煤產(chǎn)汽既是一個能源轉(zhuǎn)換過程，又是一個生產(chǎn)過程，對于由多個鍋爐控制站組成的鍋爐群系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對整個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)控管理，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行記錄、統(tǒng)計、分析，將統(tǒng)計分析的各種數(shù)據(jù)及時發(fā)布給相關(guān)的部門，如廠領(lǐng)導、調(diào)度室、工段室、技術(shù)室等有著重要的意義。應用計算機技術(shù)對鍋爐生產(chǎn)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)進行自動化控制，能夠有效地提高鍋爐運行可靠性和生產(chǎn)效率。爐體本身的生產(chǎn)狀況是影響鍋爐產(chǎn)熱效率的重要因素，但是國內(nèi)很多供熱單位的鍋爐爐齡較長、生產(chǎn)狀況遠低于設(shè)計標準，要徹底的更新?lián)Q代，需要很大的投資，這是大多數(shù)的供熱單位不能承受的，也不符合我國現(xiàn)在的基本國情。據(jù)有關(guān)資料顯示，世界85%的人口正陸續(xù)進入工業(yè)化階段，全球性的人口、資源、環(huán)境矛盾尖銳，使我國的現(xiàn)代化面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，即使國際市場能夠彌補中國資源的不足，生態(tài)和環(huán)境破壞的沉重代價也難以承受。工業(yè)鍋爐能耗巨大，每年的耗煤量超過上億噸，占我國原煤產(chǎn)量的三分之一，提高其生產(chǎn)效率不僅具有可觀的經(jīng)濟效益，還有重要的環(huán)保意義。而對新型采暖設(shè)備的需求量也呈全面迅猛增長的態(tài)勢。水暖鍋爐在我國已有近百年的歷史，在過去很長一段時間，我國水暖鍋爐控制一直都是人工手動控制。采用鍋爐的計算機控制和變頻控制不僅可大大節(jié)約能源，促進環(huán)保，而且可以提高生產(chǎn)自動化水平，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。下位機控制程序采用西門子公司的STEP7編程軟件設(shè)計，主要完成模擬量信號的處理，溫度和壓力信號的PID控制等功能，并接受上位機的控制指令以完成風機啟?？刂?，參數(shù)設(shè)定，循環(huán)泵的控制和其余電動機的控制。該控制系統(tǒng)以一臺工業(yè)控制機作為上位機，以西門子S7300可編程控制機為下位機，系統(tǒng)通過變頻器控制電機的啟動，運行和調(diào)速。基于S7200 PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計目 錄摘要 1第1章 概 述 5 項目背景及課題的研究意義 5 供暖鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 7第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計 10 10 總體設(shè)計思路 10第3章 硬件設(shè)計 13 用戶系統(tǒng)框圖 13 鍋爐系統(tǒng)的理論分析 14 14 14 15 20 21 22第4章 軟件設(shè)計 26 S7300系列PLC簡介 27 PLC編程語言簡介 29 PLC編程語言的國際標準 29 30 30 S7300 CPU中的寄存器 31 STEP7 的原理 32 STEP7概述 32 硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)置 33 符號表 37 邏輯塊 38 39 42 44 44 46 50第5章 結(jié) 論 54 成果的創(chuàng)造性和先進性 54（經(jīng)濟效益和社會意義） 54 推廣應用范圍和前景 54 需要進一步改進之處 55參考文獻 56致謝 76附錄 77附錄1 程序清單 77附錄2 I/O點數(shù)分配表 97附錄3 物理參數(shù)比較表 98摘 要隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，以及人們生活水平的不斷提高，對城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了原來越高的要求。結(jié)合現(xiàn)狀，本論文供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計了一套基于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的供暖鍋爐控制系統(tǒng)。上位機監(jiān)控采用WinCC設(shè)計，主要完成系統(tǒng)操作界面設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)啟?？刂?，參數(shù)設(shè)定，報警聯(lián)動，歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。本文設(shè)計的變頻控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鍋爐燃燒過程的自動控制，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵字：鍋爐控制 變頻調(diào)速 組態(tài)軟件 PLC第1章 概 述 項目背景及課題的研究意義工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和集中供熱過程中重要的動力設(shè)備。隨著我國人民生活水平的穩(wěn)步提高和城市化建設(shè)的步伐加快，建筑業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要性日益凸顯。雖然近年來，電熱采暖、地熱采暖悄然進入尋常百姓家，但以水暖鍋爐進行采暖仍是我國最為普遍使用的冬季采暖方式。但是我國目前運行的大多數(shù)鍋爐系統(tǒng)控制水平不高，效率普遍低于國家標準，操作工人水平參差不齊，經(jīng)常是憑感覺和經(jīng)驗去操作，長期使鍋爐處在能耗高、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀態(tài)。工業(yè)鍋爐生產(chǎn)效率會受到諸多因素的影響。然而鍋爐設(shè)備是一個復雜的控制對象，作為一個長期運行的設(shè)備，其控制系統(tǒng)的優(yōu)劣也是影響鍋爐生產(chǎn)效率的重要因素。實際表明，應用于20~30噸/時中壓鍋爐的DMC一50系列微機控制系統(tǒng)，經(jīng)實測節(jié)煤率達5%以上。利用先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建一個由現(xiàn)場控制層、顯示操作層和信息管理層組成的集成自動化系統(tǒng)可以使企業(yè)生產(chǎn)和管理有機地結(jié)合起來。 供暖鍋爐控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鍋爐的自動化控制從上世紀三、四十年代就開始了，當時大都為單參數(shù)儀表控制，進入上世紀五十年代后，美國、前蘇聯(lián)等國家都開始進行對鍋爐的操作和控制的進一步研究。到上世紀六十年代，在發(fā)達國家，鍋爐的控制主要以電動單元組合儀表(相當于我國的DDZII, DDZIII儀表)檢測與控制，還是以檢測報警為主，控制為輔助功能。尤其是近一、二十年來，隨著先進控制理論和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，加之計算機各種性能的不斷增強，價格的大幅度下降，使鍋爐應用計算機控制很快得到了普及和應用。如 今在 國 外，鍋爐的控制己基本實現(xiàn)了計算機自動控制，在控制方法上都采用了現(xiàn)代控制理論中的最優(yōu)控制、多變量頻域、模糊控制等方法，因此，鍋爐的熱效率很高、鍋爐運行平穩(wěn)，而且減少了對環(huán)境的污染。80年代中后期，隨著先進的控制技術(shù)引入我國的鍋爐控制，鍋爐的計算機控制得到了很大的發(fā)展。進入本世紀以來，為了進一步改善鍋爐操作狀況，降低能耗，確保安全運行，減少對大氣的污染，同時隨著人工智能理論的發(fā)展成熟，智能控制技術(shù)的大規(guī)模應用，對新一代鍋爐計算機優(yōu)化控制系統(tǒng)的開發(fā)和應用已勢在必行且條件成熟。近幾年變頻技術(shù)在我國的應用領(lǐng)域越來越廣，在鍋爐控制方面也有應用，主要有三種形式，①全自動變頻定壓；②鍋爐鼓、引風機變頻控制；③循環(huán)泵變頻控制，對系統(tǒng)進行質(zhì)調(diào)節(jié)。SCADA是英文“Supervisory Control and Data Acquisition”的縮寫，即“監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集”。這些智能采集設(shè)備與生產(chǎn)過程和事務管理的設(shè)備或儀表相結(jié)合，實時感知設(shè)備中各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過特定的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到HMI系統(tǒng)中；必要的時候，這些智能系統(tǒng)也可以向設(shè)備發(fā)送控制信號。這些處理后的數(shù)據(jù)可能會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)(如MIS、GIS)結(jié)合形成功能更加強大的系統(tǒng)，HMI還可以接受操作人員的指令，將相應的控制信號發(fā)送到下位機中，以達到控制的目的。SCADA系統(tǒng)所涉及到的技術(shù)比較廣泛，有儀表技術(shù)、檢測技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。它所具有的功能一般包括：數(shù)據(jù)采集控制功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)據(jù)顯示及分析功能，報警功能，歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢功能，報表顯示及打印功能，遙控功能，網(wǎng)絡(luò)功能等。必須對現(xiàn)有系統(tǒng)的控制和管理進行改造和完善，從落后的人工抄表、手工記錄方式向自動化檢測和控制方向發(fā)展。這對提高供暖系統(tǒng)的運行可靠性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、保證安全生產(chǎn)、提高管理水平和減員增效具有重要意義。而集中了PLC系統(tǒng)的現(xiàn)場測控功能和DCS系統(tǒng)的信息共享和組網(wǎng)通信能力兩大優(yōu)點的SCADA系統(tǒng)(Supervision ControlAnd Data Acquisition)，即分布式數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)是自動化領(lǐng)域的重要系統(tǒng)之一，SCADA系統(tǒng)可實現(xiàn)多點測量，且測控精度高，測控速度快，采用此種系統(tǒng)對整個供暖過程進行監(jiān)控既可以保證生產(chǎn)過程運行的安全可靠，節(jié)約能源，又可大大減輕人工的勞動強度。 當前，節(jié)能與環(huán)保已成為人類社會面對的兩大課題。在歐美和日本等發(fā)達國家，石油和天然氣已成為第一能源，占能源消費的60%左右，燃油和燃氣鍋爐已逐步取代燃煤鍋爐，對風機和水泵等電機的變頻控制已相當成熟。國內(nèi)研究鍋爐控制比較成熟的企業(yè)有上海杜比公司，南京仁泰公司等，但仍存在一些問題：，如風機、爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制。，鍋爐控制器一旦出現(xiàn)故障，只能采取系統(tǒng)斷電處理，進行人工操作。，鍋爐的微機控制逐漸成熟起來，但主要是西安儀表顯示、報表打印等功能，并未實現(xiàn)鍋爐自動控制，下位機主要以單片機為主，控制水平有限，可靠性不夠高。目前我國鍋爐使用數(shù)目龐大，并且多數(shù)鍋爐控制水平不高，大多數(shù)鍋爐仍處于人工控制狀態(tài)，不僅操作工人勞動強度大，環(huán)境污染嚴重，運行工況不穩(wěn)定，而且熱效率低，燃料的消耗量大，年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的1/3，節(jié)能潛力大。過去傳統(tǒng)的單一人工操作已跟不上時代的發(fā)展及工藝控制的要求，計算機在鍋爐控制中的作用越來越大，使用計算機加強對鍋爐的運行控制，有助于降低維護成本、便于選擇控制方法。鍋爐是一個典型的非線性時變多變量混合系統(tǒng)，過程機理錯綜復雜，不能建立精確的系統(tǒng)數(shù)學模型。對其控制算法進行研究，具有比較重要的現(xiàn)實意義。為滿足外部負荷設(shè)備的要求，并保證鍋爐本體的安全經(jīng)濟運行，要求自動控制設(shè)備具有完善的自動控制功能以及自動檢測、自動保護、程序控制等功能。無論是燃煤，燃油或燃氣鍋爐，它們的給水控制系統(tǒng)基本相同，主要區(qū)別在于燃料燃燒控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同。 總體設(shè)計思路本文針對供暖鍋爐控制系統(tǒng)，設(shè)計一套基于變頻調(diào)速技術(shù)的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以一臺工業(yè)控制機作為上位機，以西門子S7300可編程控制器為下位機、上位機采用高可靠性的工業(yè)控制計算機，通過監(jiān)控軟件完成人機界面及故障報警功能，下位機實現(xiàn)鍋爐燃燒系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)的自動控制，控制水平和硬件可靠性大大提高。在燃燒室中燃燒的空氣由爐排下的風機供給。對流煙道是由煙墻隔成的。對流管束是與上、下鍋筒連在一起的一簇管束，管內(nèi)的水吸收煙道中的熱量而升溫。煙氣在煙道中沖刷對流管束以及下鍋筒放出熱量后，進入尾部煙道，然后經(jīng)引風機和煙囪排入大氣。鍋爐是個較復雜的調(diào)節(jié)對象，為保證提供合格溫度的熱水供取暖需要，生產(chǎn)過程各主要工藝參數(shù)必須加以嚴格控制。 鍋爐系統(tǒng)的理論分析目前，隨著大規(guī)模集成電路和微