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基于西门子S7-200锅炉燃烧控制系统的设计与开发

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目录

文摘

英文文摘

第1章 概述

1.1 研究背景

1.2 工业锅炉控制现状

1.3 工业锅炉对象的特点

1.4 工业锅炉控制方案

1.4.1 仪表控制

1.4.2 PLC控制

1.4.3 DCS

1.4.4 FCS

1.4.5 方案的比较

1.5 课题研究的意义

1.6 论文的主要研究工作

第2章 锅炉燃烧系统的控制要求及总体设计

2.1 锅炉燃烧系统的控制要求

2.1.1 锅炉燃烧系统简介

2.1.2 锅炉燃烧控制系统控制要求

2.2 锅炉燃烧控制系统

2.2.1 锅炉燃烧系统控制对象的特性

2.2.2 氧含量的控制原理与控制方法

2.3 本锅炉燃烧系统总体设计

2.4 本章小结

第3章 锅炉控制系统硬件设计

3.1 系统概述

3.2 硬件设备选型

3.2.1 传感器

3.2.2 仪表

3.2.3 电动调节阀

3.2.4 变频器

3.2.5 计算机

3.2.6 PLC(可编程控制器)选型

3.3 网络通信的设计

3.3.1 网络主站与从站

3.3.2 S7-200网络通信协议的选择

3.4 本系统中PLC采用的抗干扰措施

3.5 硬件组态

3.6 本章小结

第4章 锅炉控制系统算法设计

4.1 串级控制

4.1.1 串级系统的基本概念

4.1.2 串级控制在本课题中的应用

4.2 PID控制

4.2.1 数字PID控制算法

4.2.2 位置式PID控制算法

4.2.3 增量式PID控制算法

4.3 模糊控制

4.3.1 模糊控制系统的组成

4.3.2 模糊控制器的设计思路

4.4 模糊PID控制器设计

4.4.1 系统PID初始参数的设定

4.4.2 PID参数自适应模糊推理计算输入输出变量模糊化接口设计

4.4.3 PID控制器参数自适应模糊推理算法设计

4.4.4 PID控制器参数自适应解模糊方法选择

4.5 本章小结

第5章 锅炉控制系统软件设计及实现

5.1 应用软件部分简介与设计

5.2 锅炉燃烧系统软件的开发

5.2.1 上位机监控系统

5.2.2 下位机PLC程序流程图

5.3 本章小结

第6章 系统仿真

6.1 燃烧过程控制系统的SIMULINK仿真

6.1.1 系统各个部分的传递函数

6.2.2 本系统仿真

6.2.3 分析与结论

6.3 本章小结

第7章 结论

7.1 本篇论文完成的主要工作

7.2 需要进一步完善的工作

参考文献

致谢

附录

1. 现场历史曲线

2. PLC程序的具体实现(部分)

3. PLC点数对应表

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摘要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。锅炉对象往往具有多变量、强耦合性、不确定性、非线性和大纯滞后等特点,并存在着苛刻的约束条件。而且我国工业锅炉控制自动化程度不高,其操作基本上停留在手工和简单模拟仪表操作的水平,操作人员不仅劳动强度大,还容易造成运行事故。因此,为了确保安全,稳定生产,锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。
   本文以沈阳东源热力公司(其主要用户是蒙牛集团沈阳分公司)的1台35t/h链条燃煤锅炉为研究对象。针对制奶工艺在特定的时间段,用气量突增,主蒸汽流量变化频繁,引起压力频繁变化的特点,在本论文中做了以下工作:
   首先,研究了工业锅炉的现状以及锅炉燃烧工艺,并考察了各种锅炉控制方案,找出适合本课题的控制方案,并介绍了课题的研究意义和本文的主要研究工作,
   其次,根据制奶工艺的特点,设计了基于研华IPC610工控机、西门子S7-200 PLC、艾默生EV2000变频器、引风机和送风机的硬件平台。应用PID算法对锅炉进行控制,并编写下位机PLC控制程序,以及上位机的监控程序。
   再次,进行现场调试,对现场数据进行分析、总结,为了进一步更好地使锅炉主蒸汽的压力稳定,对模糊PID控制算法进行研究,结合实际对象构造了模糊自适应PID控制器。
   最后,本文采用模糊自适应PID控制器实现对锅炉的控制,并利用MATLAB仿真工具对模糊自适应PID控制器的性能作了研究。应用传统PID和模糊自适应PID控制算法,在MATLAB中进行仿真,比较控制结果,模糊PID控制算法明显优于传统PID控制算法。

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