【正文】 ....................................................................... 22 I/0 分配 .............................................................................................................. 22 硬件配置及連接圖 .......................................................................................... 23 STEP7 概述及 S7200 程序流程設計 ....................................................................... 24 程序編寫及分析 ......................................................................................................... 31 第六章 控制系統(tǒng)上位機設計 ................................................................................................ 33 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） V 組態(tài)王軟件概述 ........................................................................................................ 33 鍋爐控制系統(tǒng)組態(tài)過程 ............................................................................................. 33 定義外部設備和變量 ...................................................................................... 33 創(chuàng)建組態(tài)畫面 ................................................................................................... 34 動畫連接 .......................................................................................................... 35 組態(tài)畫面顯示 ............................................................................................................ 36 初始值設 定 ...................................................................................................... 36 實時曲線和歷史曲線顯示 .............................................................................. 37 實時數(shù)據(jù)報表和實時報表查詢 ...................................................................... 38 歷史數(shù)據(jù)報表查詢 ........................................................................................... 40 報警畫面 ........................................................................................................... 40 用戶登陸畫面 ................................................................................................... 41 總 結 ........................................................................................................................................ 43 參考文獻 .................................................................................................................................. 44 附錄 A：組態(tài)王命令語言 ...................................................................................................... 46 附錄 B： PLC 控制程序 .......................................................................................................... 50 附錄 C：鍋爐控制系統(tǒng)流程圖 ............................................................................................... 63 致 謝 ........................................................................................................................................ 64 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 緒 論 火電廠鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀 我國是目前世界鍋爐生產(chǎn)和使用最多的國家，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，采用清潔燃料和潔凈燃燒技術的高效、低污染、節(jié)能工業(yè)鍋爐必將成為鍋爐發(fā)展的大趨勢。 由于鍋爐制造廠家太多，導致產(chǎn)品雷同率太大，沒有形成規(guī)模生產(chǎn)。受各種因素的影響，十年來鍋爐產(chǎn)品出現(xiàn)了一些新的變化，小容量鍋爐的數(shù)量減少了 1/2，大容量鍋爐增加了 1 倍多，且燃煤鍋爐占的比例開始下降。據(jù) 相關資料統(tǒng)計一臺 10T／ h 的 工業(yè) 鍋爐，效率 如果 能提高 1％，每年 大約 就 可以 省煤 200噸，經(jīng)濟效益是 非常 明顯的。另外， 倘若 鍋爐達到經(jīng)濟燃燒狀態(tài)，還 能夠 減少煙氣中的含塵量，減少污染。 目前我國在用燃煤鍋爐的煤炭消耗約占煤炭消耗總量的四分之一。 問題主要表現(xiàn)在以幾個方面 熱效率低，能源得不到有效利用。 煤質(zhì)不穩(wěn)定，影響鍋爐出力。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 缺乏熟練的操作人員。 節(jié)能監(jiān)管不到位。它不僅能通過自動控制技術實現(xiàn)安全生產(chǎn)，還能節(jié)煤節(jié)電并使排放更環(huán)保，總之鍋爐的計算機自動化控制是鍋爐發(fā)展的大趨勢，也是利國利民的發(fā)展方向。本文主要介紹 火電廠中基于 PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)控制器采用西門子公司的 S7200，上位機采用研華工業(yè)計算機，在組態(tài)王畫面上對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控、保證各個變量在控制要求內(nèi)，使生產(chǎn)安全、高效運行。 PLC漸漸 進入 到 過程控制領域， 在一定程度上 取代了 DCS系統(tǒng)在過控領域 的 統(tǒng)治地位。 PLC在自動控制 尤其 是順序控制中的地位，在可預見的將來， 必將 是無法取代 的?；痣姀S發(fā)電實質(zhì)就是能量的轉換，燃料的化學能→蒸汽熱能→機械能→電能，由鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三大主機控制。 汽鍋是鍋爐的汽水系統(tǒng)，高溫煙氣經(jīng)過受熱面，將熱量傳遞給汽包內(nèi)的溫度較低的水，水被加熱沸騰、汽化蒸發(fā)。 省煤器作用：吸收煙氣熱量、節(jié)約燃料，預熱給水、減少給水在水冷壁上的吸熱量，提高給水溫度、減小與汽包壁的溫差。 過熱器作用：將飽和蒸汽變成能夠滿足工藝要求的過熱蒸汽。包括燃燒設備（爐膛、點火裝置和燃燒器組成）、空氣預熱器和煙道。 （ 1）燃燒設 備 燃燒器作用：將一次風（攜帶煤粉）和二次風（助燃）送進爐膛，組織具有一定結構的氣流使煤粉穩(wěn)定、迅速著火，使空氣和煤粉合理混合，保證煤粉的完全燃燒。 點火裝置：在鍋爐啟動后點燃煤粉氣流，當燃燒劣質(zhì)煤粉或低負荷運行時，使系統(tǒng)穩(wěn)定燃燒或作為燃燒的輔助設備。 （ 2）風煙系統(tǒng) 通風的任務：提供鍋爐燃燒需要的空氣并把燃燒產(chǎn)生的煙氣排出，保證正常燃燒。 自然通風指利用煙道中的熱煙氣與外界的冷空氣的密度差形成的通風力進行通風。目前主要有三種通風方式即負壓通風、平衡通風和正壓通風。 （ 3）空氣預熱器 空氣預熱器有回旋式和管式兩種結構。 空氣預熱器的作用：降低煙氣溫度、節(jié)省燃料，改善燃燒條件、降低燃燒損失，節(jié)約金屬、降低造價。 輔助設備包括給水泵、磨煤機、給煤機、送風機、除塵器和碎渣機等。 按照功能分為：開水鍋爐、蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、熱風鍋爐和導熱油鍋爐。室燃爐所用的燃料可是固體燃料、液體燃料和氣體燃料。 按出口蒸汽壓力分為：低壓、高壓、超高壓、亞臨界壓力、超臨界壓力和超超臨界壓力。 蒸汽鍋爐一般分為：燃煤蒸汽鍋爐、燃 油蒸汽鍋爐、燃氣蒸汽鍋爐及點蒸汽鍋爐 [1]。 鍋爐的工藝流程簡介 鍋爐的工作過程包括燃料燃燒過程、爐與汽包的傳熱過程、水的加熱蒸發(fā)過程。水的加熱和蒸發(fā)過程包括給水、水循環(huán)和汽水分離三個步驟。 圖 汽包系統(tǒng)流程圖 爐子的 工作過程：原煤經(jīng)磨煤機后變成煤粉，外界冷的空氣由送風機送入空氣管道，經(jīng)空氣預熱器后成為熱空氣，在制粉過程中需要一部分熱空氣對煤進行干燥處理，其余熱空氣直接與煤粉成一定比例進入爐膛參與燃燒。而燃燒產(chǎn)生的灰粒 沉落到爐膛底部冷灰斗中，經(jīng)冷卻凝固后排出， 如圖 所示。 （ 1） 鍋爐的經(jīng)濟性指標 1． 受熱面的蒸發(fā)率：每平方米受熱面一小時生產(chǎn)的蒸汽量，單位 Kg/m2 鍋爐的效率：用于產(chǎn)生加熱水和蒸汽所用的熱量 Q1 與每小時送入爐膛燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量 Qr之比，用符號 %表示。 （ 2） 鍋爐的安全性指標 鍋爐連續(xù)運行的小時數(shù)：鍋爐兩次被迫停止運行的時間間隔。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 7 第三章 火電廠鍋爐控制系統(tǒng)的總體方案設計 控制方案的選擇 火電廠鍋爐的控制系統(tǒng)有三種方案 （ 1） 基于單片機的控制系統(tǒng) （ 2） 基于 Labview 的控制系統(tǒng) （ 3） 基于 PLC 和組態(tài)王的控制系統(tǒng) 單片機偏電子，適用于無線控制領域和中小型控制領域，以其重量輕、功能強、功耗小和安全性高等特點，在工業(yè)控制中得到廣泛應用，但是由于其可靠性和自身保護性較 PLC 差，而且抗干擾能力及穩(wěn)定性都不及 PLC,所以單片機一般只適合應用在控制要求不高的場合。 與單片機和虛擬儀器相比， PLC 不僅可靠性和自動化程度高，抗干擾能力強，而且程序設計簡單、維護方便，除了能夠完成簡單的邏輯控制，還可以通過功能模塊和功能指令完成復雜的模擬量控制，對操作人員的要求較低，應用在控制要求較高的大中型設備中。 基于 PLC 的鍋爐控制系統(tǒng)方案設計 本控制系統(tǒng)的上位機是一臺工控計算機，下位機是西門子 S7200 可編程控制器，上位機通過傳感器獲得鍋爐各個參數(shù)的當前值，通過組態(tài)王監(jiān)控軟件實現(xiàn)對鍋爐當前情況的監(jiān)控、報警等功能，下位機 PLC 通過控制變頻器或者閥門開度完成對控制變量煤粉流量、給水流量、給風量、引風量的控制，進而實現(xiàn)對燃燒過程、爐膛壓力、汽包水位和過熱器溫度的控制。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 8 上 位 機P L C爐 排 變 頻 器 引 風 變 頻 器 給 水 變 頻 器 鼓 風 變 頻 器爐 排 電 機 鼓 風 電 機水 泵 電 機引 鳳 電 機A / D轉 換爐 膛 壓 力過 熱 器 溫 度汽 包 水 位爐 膛 溫 度 圖 鍋爐控制系統(tǒng)原理圖 鍋爐控制過程 鍋爐控制過程主要包括爐膛溫度控制、汽包水位控制、爐膛壓力控制、過熱器溫度控制。 圖 鍋爐控制系統(tǒng)流程圖 汽包水位控制系統(tǒng)：維持汽包物料平衡，使給水量與蒸發(fā)量相適應，使汽包水位在控制要求范圍內(nèi)。 過熱器溫度控制系統(tǒng)：使過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，滿足生產(chǎn)工藝的要求[3]。 為了更好地控制燃燒過程參數(shù)，提高燃燒效率，必須設計合理有效的控制系統(tǒng)對燃燒過程進行精確的控制，燃燒過程采用空氣和煤粉的雙閉環(huán) 比值控制系統(tǒng)。 爐 膛 溫 度調(diào) 節(jié) 器煤 粉 流 量調(diào) 節(jié) 器煤 粉 流 量調(diào) 節(jié) 閥煤 粉 管 道 爐 膛