基于SIEMENS可编程控制器的蓄热式电锅炉控制系统设计

论文摘要

目前,我国一次能源消费结构中煤炭占70%,这种能源结构一方面造成能源利用率低,另一方面将对环境造成污染,而环境治理需要付出更高昂的代价。电力是一种清洁的二次能源,传输方便、可大规模集中生产,其发展有利于减轻日益沉重的环境保护压力,也有利于我国能源结构的优化调整。蓄热式电锅炉运行时,还可以避开电网的用电高峰,对电网的峰谷起到有效的调节作用,有利于电网的安全、经济运行。本文首先介绍了可编程控制器的特点和发展趋势,分析了蓄热式电锅炉的生产原理和特点,主要介绍了电锅炉的控制系统,控制系统是以可编程控制器为核心、使变频器调速技术、计算机和智能控制技术相结合,完成热水锅炉对进水、出水、电加热装置的自动控制,使锅炉的进水流量、出水流量、水温、水位保持在最佳状态。实现热水锅炉系统安全、可靠、稳定运行和达到节能降耗的目的。在本文设计中,电锅炉控制系统网络结构采用上下两层网络拓扑结构。上层采用通讯速度可以达100M工业以太网,用于监控计算机与各个PLC主站之间的通讯;底层采用通讯速度可以达12M的PROFIBUS现场总线,用于连接变频器、人机界面、智能仪表和编程器。整个控制系统包括监控级和现场级,监控级由PC作为上位机,通过以太网相连。上位机利用西门子WinCC组态软件编写实验监控应用程序;PLC选用西门子S7-300可编程控制器,控制程序由上位机利用STEP7软件编写,同时本文也给出了PLC结构图和主回路硬件图。蓄热式电热锅炉系统控制包括锅炉水位、炉内温度、出水温度、供水系统压力、流量控制等。在实际系统的过程控制中,这些控制具有大惯性、纯滞后等特点,单一、传统的PID控制算法一般很难实现系统的精确控制。本系统利用模糊控制技术,建立数学模型进行控制,并通过实际现场应用,电锅炉运行可靠,同时给出了PID控制和模糊控制的工作原理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 电锅炉国内外发展现状、水平及需要解决的关键技术
• 1.3 本论文完成的主要工作
• 第二章 可编程控制器及其系统构成
• 2.1 可编程控制器概述
• 2.1.1 PLC系统的特点
• 2.1.2 PLC发展趋势与展望
• 2.2 西门子可编程控制器的系统构成
• 2.2.1 西门子可编程控制器的特点
• 2.2.2 西门子可编程控制器的硬件构成
• 第三章 蓄热式电锅炉工作原理与系统组成
• 3.1 电锅炉的种类与特点
• 3.2 蓄热式电锅炉系统工作原理
• 3.2.1 蓄热式电锅炉系统系统组成
• 3.3.2 谷、平、峰供电时段
• 3.2.3 蓄热式电锅炉加热运行方式
• 3.3 蓄热式电锅炉PLC控制系统
• 3.3.1 CPU的选择
• 3.3.2 电源模块
• 3.3.3 输入/输出模块
• 3.3.4 通信适配器
• 3.4 蓄热式电锅炉上位机WINCC控制系统
• 3.5 蓄热式电锅炉下位机Step7编程软件
• 3.6 PROFIBUS现场总线构成
• 3.7 蓄热式电锅炉控制系统网络拓扑结构
• 第四章 蓄热式电锅炉控制系统的实现
• 4.1 蓄热式电锅炉过程控制系统的原理
• 4.1.1 锅炉水位控制系统
• 4.1.2 压力控制系统
• 4.1.3 流量控制系统
• 4.1.4 温度控制系统
• 4.2 模糊控制技术的应用
• 4.2.1 典型的PID控制工作原理
• 4.2.2 模糊控制技术在蓄热式电锅炉控制系统的应用
• 4.3 模糊控制系统在上位机上的实现
• 4.4 模糊控制系统在可编程控制器上的实现
• 4.5 电锅炉系统电气设计
• 4.5.1 电锅炉主电路
• 4.5.2 电锅炉主电路
• 4.5.3 系统安全保护
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢