摘 要

锅炉是我国经济发展中重要的能源转换设备和动力设备，广泛应用于化工生产、生活供暖等各个领域。本文针对锅炉对象高能耗、低效率的特点提出一些自动控制方案，来提高锅炉燃烧效率，减少烟气排放，促进环境保护。

本文首先介绍了目前国内外锅炉自动控制技术的发展状况以及其研究意后，根据锅炉系统工作过程，分析了控制对象锅炉的特性，了解到锅炉控制系统有大滞后、非线性、多干扰变量的特点。接着分析了锅炉的控制任务，提出了汽包水位三冲量控制、炉膛负压前馈PID控制、串级过热蒸汽温度控制和最有风煤比双闭环交叉限幅比例控制，并且对每个控制方式的原理、动态性能进行了分析，提出控制方案，并对控制方案进行对比、改进。同时分析了锅炉控制系统结构图并设计了控制回路，又根据锅炉的工作环境分析了变频器、传感器等器件的选型。最后介绍了PLC的发展和功能，并研究了锅炉控制系统的控制架构和PID算法的控制规律，得到了PLC控制流程图，并编写的锅炉控制的PLC梯形图。通过PLC来实现锅炉的自动控制，不仅能够改善锅炉系统的安全性和燃煤的高效性，也大大减少了锅炉烟气和粉尘的排量，在节能减排的同时也保护了环境，对社会的可持续性发展具有重要的意义。

关键词：锅炉自动控制；PID算法；PLC

Abstract

Boiler is an important energy conversion equipment and power equipment in the economic development of our country, which is widely used in various fields such as chemical production and life heating. This thesis puts forward some automatic control program according to the characteristics of the object of high energy consumption and low efficiency of boiler , to improve the boiler combustion efficiency, reduce flue gas emissions and promote environmental protection.

This thesis first introduces the development status of the boiler automatic control technology at home and abroad and its research significance. According to the working process of the boiler system, the characteristics of the boiler are analyzed. It is found that the boiler control system has many characteristics of large delay, non-linearity and interference. Then, the control task of the boiler is analyzed, and the three-impulse control of the drum water level, the feed-forward PID control of the furnace and the control of the super-heated steam temperature and the ratio of the double-closed-loop cross-limiting ratio of the wind-coal ratio are put forward^[12]. The principle and dynamic performance of each control method are analyzed, the control plan is put forward, and the control plan is compared and improved. At the same time, the structure diagram of boiler control system is analyzed, the control circuit is designed, and the selection of transducer and sensor is analyzed according to the working environment of boiler. Finally, the thesis introduce the development and function of PLC, and study the control structure of boiler control system and PID control law, get the PLC control flow chart, and prepare the boiler control PLC ladder diagram^[3]. Through the PLC to realize automatic control of boiler, not only can improve safety and efficiency of coal-fired boiler system, greatly reduce the discharge of boiler flue gas and dust.It protects the environment while saves energy and reduces emissions,and has great significance to the sustainable development of the society.

Key words: Boiler automatic control; PID algorithm; PLC

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的意义及背景 1

1.2 国内外锅炉研究现状分析 1

1.3 本文研究的主要内容 3

第2章 环保型锅炉工艺特点 4

2.1 环保型锅炉的组成 4

2.2环保型锅炉工艺流程 4

2.3 环保型锅炉的控制任务 5

2.4 本章小结 6

第3章 环保型锅炉系统的控制策略设计 7

3.1 汽包水位控制 7

3.2 锅炉燃烧控制 8

3.2.1 过热蒸汽温度控制 8

3.2.2 炉膛负压控制 10

3.2.3 最优风煤比控制 10

3.3 本章小结 11

第4章 环保型锅炉控制系统的软件设计 13

4.1 PLC介绍 13

4.2 控制系统PID算法分析 13

4.3 PLC控制流程图 14

4.4 PLC控制程序 18

4.5 本章小结 20

第5章 总结与展望 21

5.1 全文总结 21

5.2 前景展望 21

参考文献 22

致 谢 23

附 录 24

附录A 主程序 24

附录B 子程序 29

第1章 绪论

1.1 研究的意义及背景

热能是大自然中蕴藏量很丰富的一种能量。近些年来，随着科技的进步以及我国工业自动化水平的飞速提升，热能已逐渐成为我国经济建设中主要的能源之一。如何提高能源的使用效率，减少排放已经成为各国密切关注的问题，也是我国现代化建设中一个急需解决的难题。

锅炉设备能够把燃料燃烧释放的能量转换成其他形式的能量，因此广泛应用在发电、造纸、炼油、供暖等生产生活领域。燃料中的化学能、电能、燃烧产生高温烟气中的热能等多种形式的能量，通过锅炉进行能量转化，利用热传导、水的汽化等手段，向外输出过热蒸汽、高温水和其他锅炉燃烧产物。在我国北方漫长寒冷的冬季中，锅炉供暖作为主要供暖设备，有着重要的社会意义。然而，我国锅炉自动控制发展水平不高，效率偏低，长期存在着高能耗、低效率等弊端，发展很不平衡。

锅炉控制系统存在着强耦合、大延迟、非线性等不利控制因素，因此锅炉的燃烧效率会受到很多干扰因素的影响。同时，作为一个连续运行的设备，其控制过程中存在较大延迟，控制系统的性能将直接影响锅炉的热效率。为了提高控制准确性，改善系统动态响应过程，增强系统抗扰动能力，需要加入一些先进的控制理论，比如模糊控制和自适应控制，提高系统控制质量。