摘 要

随着锅炉产业的不断发展，锅炉产业带来的环境污染问题和能源短缺问题日益明显。在这种背景下，生物质锅炉因为它的特性受到广大学者的关注。生物质锅炉采用的生物质燃料大多为秸秆、木屑等林业和农业生产中产生的废物，这些废弃物中硫含量较少，所以使用这些燃料没有增加环境压力，属于清洁能源。但是生物质锅炉的材料性质与传统锅炉所使用的煤粉不同，其种类十分多样，且燃烧过程不同，于是根据不同种类的生物质燃料需要设计不同的锅炉和控制系统，所以控制系统的设计一直是一个非常重要的问题。本文就生物质锅炉的控制系统进行讨论、分析，设计一种基于PLC来实现生物质锅炉的控制以达到让燃料充分燃烧的目的，同时完成相关的软件设计和仿真。

本设计主要内容和成果有以下几点：

完成了总体方案设计。通过对生物质锅炉的工作原理和工艺特点的分析以及对其工作过程的理解，设计了配套的主电路控制方式和控制回路，最后完成了生物质锅炉总体控制方案。

完成了PLC控制系统的设计。包括开关量输入/输出设计，通信接口设计，控制程序设计，人机交互界面设计等。

本设计成功实现了生物锅炉的控制系统设计，具有一定是工程实践价值。

关键词：生物质锅炉，控制系统，PLC；软硬件设计

Abstract

With the continuous development of the boiler industry, the environmental pollution problems and energy shortage problems brought about by the boiler industry are increasingly obvious.Under this background, the biomass boiler has attracted the attention of scholars because of its characteristics. Biomass fuels used in biomass boilers are mostly wastes from forestry and agricultural production such as straw and wood chips. These wastes have less sulfur content, so the use of these fuels does not increase environmental pressure and belongs to clean energy.However, the material properties of biomass boilers are different from the coal powder used in traditional boilers. Their types are very diverse and the combustion process is different. Therefore, different boilers and control systems are designed according to different types of biomass fuels, so the design of control systems has been Is a very important question.This article discusses and analyzes the control system of biomass boilers, and designs a PLC-based control of biomass boilers to achieve the purpose of allowing fuel to fully burn, and at the same time completes related software design and simulation.This article discusses and analyzes the control system of biomass boilers, and designs a PLC-based control of biomass boilers to achieve the purpose of allowing fuel to fully burn, and at the same time completes related software design and simulation.

The main contents and results of this design are as follows:

Completed the overall scheme design.Through the analysis of the working principle and process characteristics of the biomass boiler and the understanding of its working process, the matching main circuit control method and control loop are designed, and finally the overall control plan of the biomass boiler is completed.

Completed the design of PLC control system.According to the overall scheme design and the adopted control strategy, the input and output design of the PLC switch quantity, the design of the PLC communication interface, the design of the PLC control program and the design of the human-computer interaction interface were completed.The PLC control program is divided into main program, initialization program, data acquisition program, oxygen content control program and safety alarm program.Human-computer interaction interface includes main interface, monitoring interface, parameter adjustment interface, fault display interface,and user management interface.

This design successfully realized the design of the control system of the biological boiler, which has certain practical engineering value

Key Words: Biomass boiler；Control system；PLC；Hardware and software design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题目的与意义 1

1.2 国内外的研究现状分析 2

1.2.1 生物质锅炉发展状况 2

1.2.2 锅炉燃烧控制系统的国内外研究现状 2

1.2.3 伺服驱动器的研究现状 4

1.3 本文主要研究内容 5

第2章 生物质锅炉燃烧控制系统的总体方案设计 6

2.1 生物质锅炉燃烧特点及工艺特点 6

2.2 生物质锅炉控制系统及设备参数 8

2.3 生物质锅炉控制系统设计要求 9

2.4 生物质锅炉主电路及操作回路设计 11

2.4.1 主电路设计 11

2.4.2 操作回路设计 12

2.5 生物质锅炉控制系统方案设计 13

2.6 本章小结 15

第3章 生物质锅炉控制系统主控制器硬件设计 17

3.1 主控制器的硬件设计 17

3.1.1 PLC开关量输入电路设计 17

3.1.2 PLC开关量输出电路设计 18

3.1.3 PLC通信接口设计 19

3.2 人机交互监控界面设计 20

3.3 本章小结 21

第4章 主控制器的软件设计 22

4.1 主程序设计 22

4.2 初始化程序设计 23

4.3 给料控制子程序设计 23

4.4 氧含量控制算法程序设计 24

4.5 故障与报警程序设计 25

4.6 本章小结 26

第5章 模糊自适应PID控制器设计 27

5.1输入、输出量的模糊化 27

5.2隶属赋值表的设计 27

5.3模糊规则的建立 28

第6章 全文总结与展望 31

6.1 全文总结 31

6.2 前景展望 31

参考文献 1

致 谢 2

第1章 绪论

1.1 选题目的与意义

随着社会的飞速发展，我国对能源的需求越来越大，现今作为主要能源来源的煤炭、石油、天然气等不可再生资源已经开始出现不能满足人们需求的情况，而且煤炭等这类常用燃料在使用的过程中会产生环境污染等问题。作为一款常用的能源转化设备，锅炉最早从18世纪开始就已经被使用了。到现在工业生产和居民生活基本都离不开锅炉的使用。但是我国主要使用的锅炉的燃料又恰恰是煤炭，这一情况就导致了目前国内的环境污染越来越严重，而我国大多数锅炉十分陈旧、自动化水平低下、燃料的热效率也不高。

在这种背景下，能源和环境的压力迫使人类不得不寻找一种相对环境污染较小的可再生能源，而目前所提出的新能源中，生物质能刚好符合这一定位。生物质燃料中的硫成分很少、含氮量也很低，燃烧后不会产生过多像二氧化硫、一氧化氮等污染气体，可以减少对环境的污染。生物质发电的原料主要来自于工农业生产以及城市生活中产生的废弃物，如秸秆、树木采伐加工剩余物、城市垃圾、有机废水等。这些东西在生长过程中本身就会吸收二氧化碳，而使用生物质能不会额外产生二氧化碳甚至排放更少，对减轻温室效应有很大帮助。因此，分布广泛、保存简单、运输还方便的生物质燃料成为了清洁能源的重点研究对象。

除上述之外，我国的农业十分发达，作为一个农业大国，我国每年的产生的农作物秸秆数量十分庞大。除去少部分农村为了供暖或者燃烧使用外，多用于造纸和饲料产业，但算上这部分使用掉的也只是少部分，大部分的秸秆等农业生物质产物都被集中到田间焚烧销毁，造成了大量的资源浪费以及环境污染，而如果能把这些浪费掉的资源用于生物质锅炉发电就能极大的合理利用资源改善我国的产业结构。