基于sm西门子CS的锅炉综合过程控制.docx

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1、基于西门子PCS7的锅炉综合过程控制摘要锅炉是一种能量转换设备，在我国的国民经济发展中占有着里要的地位，电力、机械、化工、冶金、纺织、食品、造纸等行业，以及工业和民用采暖都有着锅炉的身影。以工业上最常见的自然循环锅炉作为被控对象,根据锅炉的主要控制参数，成分，温度，压力，流,液位，区分来说就是锅炉的产汽JI,过蒸蒸汽出口温度以及压力，燃料,汽包水位,烟气含氧量，风量，炉膛负压等等，并分析其工艺流程和动态特性的，结合安全、稳定等控制要求设计出了锅炉系统的总体控制方案。采用SMPT-I(X)O仿真过程控制设备，根据控制方案三个层次的要求：生产要求，安全要求和优化要求以及锅炉的详细控制参数,设计工程

2、有前馈-串级控制系统，串级控制系统，双闭环比值控制系统，前馈-反馈控制系统和单回路控制系统，并使用西门子集散控制系统DCS中PCS7软件编程，煽程顺序有OS组态，AS组态，组态下载,CFC连续功能图与SFC顺序功能图的编译与下载，WINCC的在线监控以达到优化控制系统的设计目的。关键词：PCS7;SMPT-1000;过程控制；锅炉Integratedprocesscontro1.ofboi1.erbasedonSiemensPCS7simu1.ationAbstractBoi1.erisakindofenergyconversiondevice,inourcountry,thedeve1.op

3、mentofnationa1.economy,p1.aysanimportantro1.e,e1.ectricpower,machinery,chemica1.industry,meta1.1.urgy,texti1.e,food,paperandotherindustries,andindustria1.andcivi1.heatinghasafigureoftheboi1.er.Inindustrythemostcommonnatura1.circu1.ationboi1.erasacontro1.1.edobject,accordingtothemainntro1.parameterso

4、ftheboi1.er,composition,temperature,pressure,f1.ow,1.eve1.,distinguishitisboi1.ersteamproductionquantity,superheatedsteamout1.ettemperatureandpressure,theamountoffue1.,drumwater1.eve1.,oxygencontentinf1.uegases,air,vacuumfurnaceandsoonandana1.ysistheprocessanddynamiccharacteristics,mbinigwiththesafe

5、andstab1.entro1.requirementstodesignthecontro1.schemeoftheovera1.1.systemofboi1.er.Thesmpt-1000simu1.ationprocesscontro1.equipment,accordingtotherequirementsofthentro1.schemeofthree1.eve1.:productionrequirements,safetyrequirementsandrequirementsandboi1.erwithtro1.parameteroptimization,engineeringdes

6、ignwithfeedforwardcascadecontro1.system,cascadentro1.system,thedoub1.ec1.osed1.pratiocontro1.system,feedforwardfeedbackcontro1.systemandasing1.e1.oopntro1.system,andtheuseofSiemensdistributedcontro1.systemDCSPCS7softwareprogrammingandsequentia1.programmingwithOSconfiguration,nfigrationofatherosc1.er

7、osis,down1.oadnfiguration,CFCcontinuousfunctiona1.diagramandtheSFCsequentia1.functionchart,compi1.eanddown1.oad,WinCCon1.inemonitoringtoachievetooptima1.ntro1.systemisdesigned.Keywords:PCS7;SMPT-1000;processcontro1.;boi1.er41IABSTRACTI1.1堵论12仿真设备与软件的介绍52.1 SMPT-100O仿真设备52.1.1 SMPT-1000哽件组成52.1.2 SMP

8、T-1000软件系统72.2 西门子PCS7系统83锅炉控制方案的设计133.1 仿真锅炉的设计瞟则143.2 仿真锅炉的工艺流程153.3 分析并设计系统的方案164情炉系统方案的实现194.1 控制方案的耍件组态194.1.1 AS襄件组态20412编辑哽件变表214.1.3 OS站蛆态234.1.4 网络连接组态与下载244.2 控制方案的软件编辑254.2.1 CFC连续功能图组态284.2.2 SFC顺序流程图组态344.2.3 W1.NCC组态345锅炉系统方案的运行与参数的整定385.1 系统方案的运行385.2 P1.D参数的整定40结论1致谢2参考文献31绪论锅炉作为工业过程

9、中的大型动力设备，不仅在电力化工领域有着广泛运用，同时又能产出巨大热能，即分裂精僧原油也能干燥气体，所以锅炉在工业领域中也有着举足轻重的地位。能应用于加热水使其转变为蒸汽的锅炉称为蒸汽式锅炉,也称之为蒸汽发生器:能应用于加热水使其提高温度转变为热水锅炉,称为热水式锅炉，而应用于加热有机热毂体的锅炉又称为有机热载体式锅炉。从能源利用的角度来看,锅炉是种能源转换设备，在锅炉中,一次性能源（燃料）的化学贮藏通过燃烧过程转化成为燃烧产物（烟气和灰渣）将所载有的热能,又通过传热过程使热量传递给中间的载热体（例如水或蒸汽）,然后依靠它将热送到用热设备中去。这种传输热的中间的载热体已经属于二次能源.因为它的

10、用途是向用能的设备提供能量。当中间载热体应用于热机中进行热与功转换时,就叫做为“工质”。如果中间的载总体只是给热设备传检并且提供热量以进行热利用的话,那么通常被称为“热媒锅炉也能按其用途分为电站锅炉、船舶锅炉、工业锅炉和机车锅炉等四类。前两类称为固定式锅炉,那是因为安装在固定基础上并且不可移动的。后两类便称为移动式锅炉。当今社会发展的迅速，特别是工业领域规模的不断壮大.我们也对能源需求越来越急切。同时我们现在的环境也要求锅炉控制的安全和环保，然而锅炉的工作环境却星高压高二氧化碳排放高温，怎么安全、有效和环保的控制使用锅炉已然成为工业领域上重要的课题。锅炉按照结构、燃料性质、容量大小、压力大小、

11、用途和能源类型，亦可分为不同类型，锅炉工艺需求据锅炉类型不同也是多种多样，相应的控制方案也大不同。伴随着工业自动化水平的步步提高，我国的石油化工等大型企业对工业锅炉的控制要求也加强了。在许多工业过程的使用中，锅炉中存在许多缺点，如耗能大，气压不稔,热效低等等。锅炉的控制包含了多个控制回路，例如压力控制回路，燃烧控制回路，液位控制回路，安全联防及温度控制回路等等，其中燃烧的过程是多输入多输出非线性的过程,而温度系统具有较大的惯性以及滞后性。所以，锅炉过程总体上来说是一个非线性时变的动态过程。目前，在国际工业控制领域范围内，复杂的系统控制，除去了采用经典PID控制.还有采用模糊的控制理论来设计先进

12、的控制方案。模糊控制方案都具有灵活多变性，且与自适应的控制理论互相结合，能消除模糊控制带来的稳态偏差,并且这种控制方案已然成功的应用到许多先进复杂系统中去。模糊控制第一步先通过对系统被调采样得出的实际信号:然后将这些实际信号通过数据转换,得到模拟量;通过查表得出模糊决策；最后，根据模糊决策，得到控制信号，并将其送到执行机构去控制调节。模糊控制的控制效果是否精确,取决于决策表的编制是否合理。决策表总结了专业人员的技术经验及思维模式，使得系统更适合控制要求。如今，自控技术已成为锅炉控制不可或缺的一部分，它是提高锅炉整体性能,保持其高效环保运行的重要技术。但是，锅炉设备具有非线性、时变特性，同时，主

13、流控制技术存在多种缺陷,比如滞后性和惯性。这些因素导致锅炉系统，在当前时期仍不能实现全自动化控制。现在，P1.C的各方面都有飞跃地发展，比如，模拟、仿真、高等运算算法及通讯网络方面，并逐渐适应国内石油化工、轻工业、汽车制造业、机械制造业及精细加工等领域均有较好的应用。介于P1.C仪表工控功能逐渐提高对电池要求较DCS低，用于回路控制有较好的效果，并有自动，半自动，手动等操作，P1.C在某些领域逐渐替代了独占鳌头的集成控制DCS,比如，在化工领域锅炉控制上，P1.C就有就好的应用效果。P1.C不仅具有传统的PID控制模块，还结合计算机高级运算算法进行智能控制,比如，模糊控制、神经系统控制、及其他

14、先进控制。在燃烧系统上,利用模糊控制原理，采用模拟信号，采集炉温,建立控制杳询表，根据温度偏差输出变频器变化信号，有效控制炉温。神经系统在这一方面也有应用,将PID的参数设为BP神经网络输出，调节神经网珞W值，实现网络自我学习的功能，精确调整控制参数，达到控制效果。自适应控制在炉温控制上，也取得较好的成果。首先建立控制系统数字模里,再结合自适应PID控制算法，得出控制结论，精确稳定控制炉温。针对锅炉是1个多输入和多输出的系统，具有非线性、强域合、大滞后等特点，本设计在分析其工艺流程和动态特性的，结合安全、稳定等控制要求基础上，综合考虑节能减排的要求.提出了锅炉系统的综合自动控制方案，包括：汽包

15、水位控制系统、燃料流量控制系统、烟气氧含量控制系统、炉膛负压控制系统、过热蒸汽出口压力控制系统、过热蒸汽出口温度控制系统、过热蒸汽出口压力控制系统、过热蒸汽出口流控制系统等7个部分。并采用版本为V8.0up1的PCS7过程控制系统和高级多功能实训过程控制系统(SMPT-100O)的锅炉单元实施已经设计好的控制方案，由PCS7中提供的连续功能图CFC与顺序功能图SFC实现该方案从冷态开车到最终达到稳态整个过程，并用WinCC实施在线监控。实验结果证明，该锅炉系统控制方案能够保证整个开车过程的平稳运行，不仅满足了控制要求，还具有一定的抗干扰性。辽宁科技大学本科生毕业设计2仿真设备与软件的介绍2.1

16、 SMPT-100O仿真设备在本次课题设计中，所用到的是仿真设备是SUPerMu1.tifunctionProcessContro1.TrainingSystem即SMTP-1000,它是最新一代的高级多功能过程控制缘合实训系统，一个包括多种工业生产工艺的一套仿真系统，有锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可拆分为以下六种生产工艺过程：设备级和单员级工艺流程1 .非线性液位与离心泵系统工艺流程2 .动力除氧系统工艺流程3 .高阶换热系统工艺流程4 .加热炉工艺流程水汽热能全流程工艺1 .锅炉系统工艺流程2 .蒸发器工艺流程2.1.1 SMPT-1000硬件组成SMPT-100O运用高精度动态仿真技术,将实际工业装置的各种对象特性用数字化手段完整地在小型化