锅炉自动控制系统论文

摘要：工业的不断发展对能源的需求与日俱增，在工业化生产中，钢铁企业燃气锅炉得到了广泛的发展。燃气锅炉以煤气为主要原材料，我国煤气资源相对丰富，成本较小且对环境造成的危害较小。研究燃气锅炉自动控制系统具有非常重要的现实意义。下面小编整理了一些《锅炉自动控制系统论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

锅炉自动控制系统论文 篇1：

蓄热电锅炉自动控制系统

【摘 要】PLC控制器结合变频器、压力变送器和温度变送器等元件组成蓄热电锅炉自动控制系统，主要介绍了蓄热电锅炉系统构成、自动控制系统和系统控制流程。PID调节与温度、压力的控制在一家工业园进行了调试，用户比较满意。系统自动化程度高，可实现远程监控，安全可靠、便于检修与维护。

【关键词】蓄热电锅炉；PLC；自动控制

1 引言

随着环保要求的不断提高，国家对大气质量标准的要求越来越高。环保工作已经引起各级政府的重视，纷纷制定政策和法规减少污染 。电热锅炉已成为工业及民用供热、热水和洗浴等使用场所的首选设备，为降低使用电热锅炉的成本，应用蓄热电锅炉，充分利用夜间低谷廉价电预先加热储能，供白天高峰用电期间使用，大大降低运行费用。通过PLC控制器与变频器、温度变送器、压力变送器等元件的配合，蓄热电锅炉实现自动控制。

2 蓄热电锅炉系统构成

整个系统由蓄热电锅炉、水箱、补水泵、循环泵、换热器等主要设备构成。

系统图如图1所示：

图1 系统图

该系统为双循环加热系统，内循环系统和外循环系统之间设置一台换热器，将发热过程和吸热过程分隔成两个独立循环的回路。蓄热电锅炉产生的热量通过热交换器间接传递给二次水，二次水被加热后通过分水器供到各个管路。因为在电热锅炉放热侧形成闭式循环，热媒（水）除少量泄露需补充外，基本上没有消耗，只须在初始启动前在该循环回路中加满软化水，电热锅炉就可以在较长的时间内安全运行。

3 自动控制系统

自动控制系统由PLC、变频器、压力变送器、温度变送器、液位变送器等主要电气元件构成。二次侧补水泵通过采暖、空调回水压力控制启停；二次侧循环泵变频运行，频率通过采暖、空调供回水压差来调节；一次侧补水泵通过锅炉回水压力控制启停；一次侧循环泵变频运行，频率通过采暖、空调供水温度来调节。

外循环系统压力调节：采暖、空调回水压力变送器将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈值与设定值作比较，当压力到设定下限值时，PLC给出信号自动启动二次侧补水泵；当压力到设定上限值时，PLC给出信号自动停止二次侧补水泵。

外循环系统压差调节：采暖、空调回水压力变送器和供水压力变送器分别将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈的供回水压差值与设定的压差值作比较，当低于设定值时，PLC内部通过模拟量A/D转换，输出电压信号给变频器，二次侧循环泵频率线性递增，转速加快；当高于设定值时，PLC内部通过模拟量A/D转换，输出电压信号给变频器，二次侧循环泵频率线性递减，转速降低；当接近设定值时，二次侧循环泵恒速运行。

内循环系统压力调节：锅炉回水压力变送器将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈值与设定值作比较，当压力到设定下限值时，PLC给出信号自动启动一次侧补水泵；当压力到设定上限值时，PLC给出信号自动停止一次侧补水泵。

内循环系统温度调节：采暖、空调供水变送器将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈的供水温度值与设定的温度值作比较，当低于设定值时，PLC内部通过模拟量A/D转换，输出电压信号给变频器，一次侧循环泵频率线性递增，转速加快；当高于设定值时，PLC内部通过模拟量A/D转换，输出电压信号给变频器，二次侧循环泵频率线性递减，转速降低，温度超高时，频率为0HZ，停止给二次侧换热；当接近设定值时，一次侧循环泵恒速运行。

锅炉出水温度调节：锅炉出水温度变送器将电流信号传送到PLC，通过PLC运算，反馈值与设定值作比较，当温度到设定下限值时，PLC给出信号自动启动电热管加热；当温度到设定上限值时，PLC给出信号自动停止电热管加热。

锅炉分时段控制：为了实现全自动控制，PLC程序设计时间段控制程序，可以设定锅炉电加热启停时间，例如：晚上谷电时间11：00—7：00启动锅炉蓄热；白天峰电时间停止锅炉给系统放热。

4 系统控制流程

PLC上电运行后，首先对程序进行初始化，设定二次侧供回水压力、一次侧回水压力、二次侧供水温度、锅炉出水温度和超温温度等控制参数。打到自动位置后，启动控制。程序进行周期扫描和PID控制，分别进行压力、温度等数值的采样，经过程序内部运算，分别与设定值比较，分别进行PID调节，计算出的数值给出开关量和模拟量信号，控制水泵启停和变频器频率调节。

PLC程序根据设定的压力超低值和温度超高值，判断回水压力是否低于下限，如果低于下限，程序发出报警信号并停止水泵；判断锅炉出水温度是否高于上限，如果高于上限，程序发出报警信号并停止电加热。

系统调试在山西长治一家航天工业园内进行，改蓄热电锅炉总功率为0.81MW，锅炉内容积为 60 mm3，二次侧回水压力下限设定为0.18Mpa，压差设定为0.2Mpa，一次侧回水压力下限，0.6Mpa，二次侧供水温度45℃（地暖），锅炉出水温度120℃（保证锅炉内压力不低于0.5Mpa就不会气化），锅炉超高温度130℃。经过调试，一个月的时间观察运行状况，晚上谷电加热，白天放热，系统满足控制要求。

5 结束语

蓄热电锅炉自动控制系统采用了PLC控制技术、变频调试技术和电子信号技术，实现了对蓄热电锅炉的压力和温度的自动控制，系统自动化程度高，操作简单，故障自动保护，易于日常维护。并且通过RS485通讯，中控室接收各种信号，还可以设定参数，一键启停，实现远程监控功能。

该蓄热电锅炉比常规电锅炉容积大、保温效果好、加热温度高、自动控制系统安全可靠。

参考文献：

[1]宋乐鹏，柳果.基于PLC的加热炉温度控制系统[J].自动化技术与应用，2007（10）.

[2]胡瑜想.电锅炉及其蓄热系统.中南建筑设计院.

[3]张文胜，龚希波.电热锅炉的市场前景和发展方向.能源工程，2001（5）.

[4]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京：机械工业出版社，2008（3）.

作者：张军

锅炉自动控制系统论文 篇2：

燃气锅炉自动控制系统实现与应用探索

摘 要：工业的不断发展对能源的需求与日俱增，在工业化生产中，钢铁企业燃气锅炉得到了广泛的发展。燃气锅炉以煤气为主要原材料，我国煤气资源相对丰富，成本较小且对环境造成的危害较小。研究燃气锅炉自动控制系统具有非常重要的现实意义。笔者根据实际工作和学习经验，首先对锅炉自动控制系统进行概述，对几种燃烧系统进行介绍，最后对燃气锅炉的应用功能就行研究，希望对提升燃气锅炉自动控制系统有积极意义。

关键词：燃气锅炉；自动控制；应用

作为一种产生蒸汽的热交换设备，锅炉通过燃料产生的热能进行热量交换，实现水到过热蒸汽的转化，过热蒸汽可以为生产、生活提供基本需要的热能。和人工控制系统相比，自动控制系统在实际工作中准确性更强，根据锅炉的实际情况实现控制，在节约劳动力的同时提升了工作效率。但是，在实际应用中，由于外界温度的改变，在热量需求上也在不断变化，如果不及时调整燃气量，势必会造成供热量不足或者超出，资源利用达不到预期要求。在这种情况下，通过对燃气锅炉的实际供应情况进行实时调节，有助于提升能源利用效率，确保锅炉高效、安全的运行。

1 锅炉自动控制系统

按照系统类型划分，锅炉控制系统主要包括三部分，分别是燃烧系统、汽水系统和烟风系统。从锅炉系统本身来看，系统设备对完善相关操作有较大作用，可以起到对设备进行监控的效果。在工作中，汽水系统自身具有较强的自动调节作用，可以根据压力的具体情况调节系统的正常运行。由于系统自身的优势，在进行锅炉的自动控制较为便捷。

从工作原理来看，燃烧系统介质由高炉煤气和焦炉煤气共同组成，可以分为三层，每层又可以分为四路，进入锅炉本体后参与燃烧。在烧嘴处通常设置火焰监视器，数量为12个，主要目的是控制火焰的持续性及大小。在上层和下层，烧嘴处的点火器共有8个，在高炉上均设置有调节气阀，以实现对管道气量大小的自由控制。

根据锅炉运行的参数分析各个工况下的稳态数据，并制定相应负荷的表格，优化调节回路，通过分析锅炉运行工况与特性，找出最佳惯性时间，重新整定燃气控制函数；优化送风调节回路，重新整定风煤比函数，同时缩小风煤交叉限制滞后、超前时间，提高风量的响应速率；优化燃料控制回路，修正预加减负荷生成煤量函数，以减小锅炉惯性。在进行深度优化时，通过总结对比第一阶段优化方法及效果，调整优化思路，努力使优化手段更加多样性，更具实用性。

在工作时，烟风系统的送风机可以对空气进行加热，实现对冷风的预热，经过预热后的空气与煤气混合后就能燃烧，燃烧后产生的高温烟气在引风机的作用下，经过烟风系统的其它设备，最后以废气的形式排出。经过加热，锅炉燃烧产生的不饱和蒸汽会发生物理性能的变化，达到饱和状态，满足基本使用要求。

2 控制功能

2.1 燃烧控制系统

从基本任务来看，燃气锅炉自动化控制可以改变燃烧产生的热量，使其符合蒸汽负荷的基本使用，同时确保燃烧过程中的安全性、经济性，因此风煤比控制在合理的范围内。

从工作特点来看，双交叉燃烧控制系统将空气、燃料比维持在合理的范围内，在达到基本燃烧条件时空气系数处于低过剩状态，这种方法有助于提升燃烧效率，降低燃烧过程中对大气造成的危害。

2.2 汽包水位控制

在正常工作状态下，锅炉汽包水位主要有两种调节方式，分别是位式和连续式。位式调节在控制时是根据汽包水位的上下限控制给水泵的启停来实现，这种控制方式适合在燃气锅炉负荷量较小时进行。连续式调节是根据测量汽包水位的平衡容器输出信号对给水泵变频器进行连续控制，使汽包水位一直保持在正常水位。

2.3 自动送风功能

做好风量的自动控制具有非常重要的作用，在锅炉燃烧的过程中，通过加入适当的风量，保证燃气燃烧的充分性和经济性。根据煤气压力的大小对风力进行自动调节，实现锅炉热量的高效转化。烟气含氧量作为总风量的修正值，可以通过调节送风机的频率达到目的。

2.4 锅炉过热调节能力

在蒸汽温度超过一定数值时，锅炉过熱系统会发挥自身的调节能力，将过热器出口蒸汽温度控制在工作允许值，同时锅炉温度也控制在正常运行状态。在进行温度调节时，锅炉过热蒸汽以自制冷凝水为基础，通过温度自动调节阀达到调节蒸汽温度，确保集汽箱内的温度在400～420℃之间。

2.5 安全监控

自控系统还具有安全监控作用，其目的是有效监控锅炉运行状态，起到安全燃烧的效果。监控系统在工作时具有启动、停止、工作三种模式，实现对锅炉燃烧参数的持续监控。按照预选设定的程序，确保锅炉燃烧系统的安全性。

3 结语

总而言之，燃气锅炉在自动化控制过程中离不开与实际情况相结合。和传统的锅炉相比，燃气锅炉自动化对数据参数的管理有较高的要求，在操作中要充分利用蒸汽流量和给水流量两方面的结合，确保系统偏差在合理范围内。主回路和副回路分别是炉温调节、给水流量调节。锅炉系统自动化控制需要计算机软件、硬件、自动化、锅炉节能等多个指标的结合，从整体效果来看，锅炉自动化系统有助于提升系统运行效率、降低人力成本，确保锅炉系统稳定的运行，同时对减少污染有积极意义，在产业结构上得到了一定的改善，在节能减排上符合了市场的基本需求。

参考文献：

[1]张志文.自动控制技术在燃气锅炉改造中的应用[J].科技与生活，2013（4）：178-179.

[2]于兴江，伍小磊，张拥军，张牡丹.基于多台冷凝式锅炉的给水系统的优化设计[J].能源工程，2016，01：59-61+66.

[3]马跃.自动化系统在燃气锅炉的供热及节能技术应用[J].中国设备工程，2017（13）：107-108.

[4]唐亮，胡继明，夏路生.自动化控制技术在锅炉机组中的应用研究[J].科技广场，2017（1）：76-79.

作者：窦如恒

锅炉自动控制系统论文 篇3：

供热锅炉自动控制系统研究

摘要：由于现代化工业的快速发展，使得对锅炉本身的控制和要求也日益增高。然而我国的中小型锅炉，大部分实际上还是在采用仪表/继电器控制，有的甚至还是人工操作的控制方式，自动化水平不高，因此控制的精度、安全性能偏低，本系统深入研究了锅炉的构造以及锅炉的工艺流程，设计了一套基于触摸屏加 PLC的蒸汽锅炉自动控制系统。可有效提高能源的转换以及资源的节约，同时对锅炉的安全可靠性有着重要的意义。

关键词：供热锅炉；安全性低；自动控制；安全可靠

但是由于我国目前大多数锅炉系统控制水平不高，锅炉的效率也不是很高，人工操作水平参差不齐，所以锅炉经常处于高能耗，污染大的生产状态。同时，锅炉作为一种压力容器，属于涉及生命及生产安全、具有高危险性的特种设备，所以在保证其节能减排的同时，也必须保证其运行的安全可靠性。

蒸汽锅炉控制系统是一个多变量输入和输出的控制系统，这些变量之间相互作用，每一个变量的变化都会对锅炉的控制产生影响，所以必须提高控制系统自动化的程度。

1、锅炉控制系统总体方案

1.1控制系统结构结构设计

建筑工程项目管理指的是在项目经理组织领导下，以工程项目为主要管理对象形成的组织结构，这种结构主要体现出了一定的临时性，在开展过程中对整个项目起到了一定的指导、计划以及控制作用，从而实现对项目工程的优化管理工作，将动态管理模式进行有效的落实。

根据蒸汽锅炉控制系统的功能要求和经济性要求，经过对比不同的控制方案后，最终确定选择由触摸屏与PLC结合的自动控制系统方案。控制系统的主要硬件由触摸屏（监控级）、PLC（控制级）、各个执行仪表等（现场执行级）组成。

1.2锅炉控制系统功能

在通常，作为一个完整的工业锅炉控制系统，包括数据的采集与处理，显示，调度管理，以及报警设置等部件。整个控制系统的功能主要体现在如下所示的几个方面：

1.2.1过程数据的采集和处理

锅炉控制系统主要采集和处理一系列的工艺及生产过程的参数，包括气泡水位、蒸汽流量、蒸汽压力、排烟温度等。

1.2.2逻辑控制和调节控制

通过现场采集的数据，现场设备的操作執行，来完成逻辑控制，通过各种输入输出信号实现自动控制。

1.2.3监控生产过程和运行操作

操作员可以在控制室内对设备实行自动或者手动的操作控制，同时可以监控整个工艺流程，以及设置参数、查询实时数据等。

1.2.4系统自动报警及记录

当锅炉出现异常情况时，例如出现锅炉气泡水位过高过低、蒸汽压力过高、排烟温度过高等情况，系统可以对异常情况自动进行报警，并在上位机监控软件中显示。另外对于温度、压力等数据也可以在上位机监控软件中进行记录。

1.3锅炉水位高度设计

水位控制回路的工作目的是为了使水流量适应锅炉的蒸发量，以保持水位稳定且使汽鼓水位在允许范围。但是锅炉的水位控制存在虚假水位的情况，当负荷增大时，蒸发量突然增大时，给水阀还未来得及动作，按照理论上来说，水位会先降低，但当蒸发量增大时，锅筒内的气压降低，此时筒内会产生大量的气泡，而这些汽水混合物极易膨胀，所以造成了水位虚涨的假象，然后水位才会下降；同理，当蒸发量突然减小时，水位也会出现虚假水位的情况，这种情况对锅炉的正常生产和运行有着很大的影响。

针对锅炉水位的控制，本文采用了PID三冲量水位控制系统完成对水位进行调节。

2、控制系统硬件架构

2.1 PLC功能简介

系统采用S7-200系列PLC，该型号PLC广泛使用于各行各业的检测、监测及控制的自动化中。S7-200系列的强大功能使其无论在独立的运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列PLC是将电源模块、输入/输出模块、CPU模块、拓展模块集成于一体的整体式PLC。

系统选用的PLC主要由了输入接线端子、输出接线端子、通讯接口、扩展接口、CPU状态指示灯、输入状态指示灯组成。

2.2现场功能仪表选型及设计

2.2.1锅炉气泡水位

为将锅炉水位保持在一定范围内，锅炉的水位控制采用浮球式液位开关及水位遮断器实现锅炉气泡的水位检测，浮球式液位开关进行自动给水的控制第二重保护，锅炉水位如果过高，则关闭自动给水开关，如果下降到安全水位线时鸣报警铃而停止燃烧。锅炉水位降低到规定水位以下时，（即达到危险水位时），则开启第一段水位遮断用开关接点，如第一段水位控制器故障不能动作，水位继续降低，则第二段的低水位遮断器开关电源，同时将强迫燃烧器停止运转，并发出报警。

2.2.2蒸汽流量检测

蒸汽流量采用孔板流量计，计算采用流量积算仪，可以记录累计流量，同时采用4-20mA信号输出给PLC。孔板流量计采用LGBK-150一体化智能孔板流量计，其测量精度高，可拓展能力强，具有耐高温，可适用于各种工况条件，并自动补偿。

2.2.3蒸汽压力检测

蒸汽压力的控制由压力变送器实现，可以实时显示蒸汽压力的变化，输出信号为4-20m A，蒸汽压力根据操作压力设定上限与下限，随蒸汽压力的变化控制锅炉的启停，并通过压力开关设置蒸汽压力过高的报警提醒。蒸汽压力变送器使用的是丹弗斯MBS3000压力变送器，MBS3000紧凑型压力传感器几乎适用于所有工业应用。工作温度-40-85℃，外壳和接触介质部件均采用耐酸不锈钢材料。具有配置灵活，输出信号多样化，抗稳定性高，耐用性高的特点。

2.2.4排烟温度检测

排烟温度由一体化温度变送器测量，其测量量程为0-350℃，采用4-20m A信号，在系统中可以设置烟道温度报警值。热电阻的工作原理是当温度变化时，热电阻自身电阻也随着温度变化而变化，以此原理来测量温度。一体化温度变送器采用的是WZP231热电阻温度传感器，热电阻材料为铂电阻，安装固定方式为螺纹式，接线盒形式为防水式，具有使用温度环境范围宽，测量偏差等级高、测量的可靠性的特点。

3、控制系统软件功能设计

3.1控制程序的总体结构设计

对于S7-200系列PLC，其CPU的控制程序由三部分组成：主程序、子程序和中断程序。

主程序在每一个扫描周期内都要执行一次，并通过指令控制整个应用程序的执行。各个程序结束时，无条件结束指令和无条件返回指令都是没有必要添加的，其原因是由于每一个程序都存放在相对独立的程序块中。

同一个子程序可以再多个地方多次被调用，只有在被其他程序调用时，子程序才会进行执行。

中断程序是用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能事先预测何时发生的中断事件。中断程序不由其他程序调用，而是在中断事件发生时由操作系统调用，它提供对特殊内部事件或外部事件的快速响应。

3.2主要控制回路的设计

气泡水位控制程序设计

气泡水位采用三冲量的比例积分微分控制，其中前段程序是对PID中的参数进行设置，然后将液位VD620通过PID进行控制计算，输出AQW0模拟量信号控制给水阀开度。另外当蒸汽流量增大时，蒸汽流量通过比较，若流量变化大，则输出增大阀门信号M31.1进行控制，当蒸汽流量接近给水流量时停止阀的开度。

3.3蒸汽流量控制程序设计

蒸汽流量采用孔板流量计，计算采用流量积算仪，可以记录累计流量，同时采用4-20mA信号，经过数据处理以及量程换算，输出瞬时信号给PLC中AW0通道。

3.4蒸汽压力控制程序设计

蒸汽压力数值采集程序同蒸汽流量数值采集程序一样，另外对于蒸汽压力的自动控制，在主程序里赋值 VD4030=0.8，VD4010=0.98。执行锅炉自动运行程序时，当压力小于0.8MPa时，锅炉可以进入启动程序M9.0=1，当压力大与0.98MPa时，停止，M9.0=0，即完成控制功能。

4、结束语

锅炉是工业企业中一个非常重要的能源转换设备。由于现代化工业的快速发展，使得对锅炉本身的控制和要求也日益增高；锅炉作为工业的重要动力设备，其控制系统的安全可靠性及其效率也越来越重要。本文以燃油蒸汽锅炉作为研究对象，研究设计了一套基于触摸屏加PLC的蒸汽锅爐自动控制系统，在综合分析锅炉的组成及工艺流程的基础上，完成对锅炉的自动控制系统的设计。利用Easy view的组态软件，完成了组态监控画面的设计以及系统通讯调试，实现了对设备的实时监控，设定参数，手自动切换，以及报警等功能，提高了锅炉控制系统的可靠性。

参考文献：

[1]单学军.基于PLC的燃煤锅炉脱硝控制系统[J].化工自动化及仪表，2014，41（07）：823-828.

[2]徐桂华，徐保国.LabVIEW和PLC技术在燃煤锅炉自动控制系统中的应用研究[J].仪表技术与传感器，2014（05）：93-95.

[3]徐瑞丽.基于PLC的燃煤锅炉智能温控系统设计[J].煤炭技术，2014，33（03）：164-166.

（作者单位：新疆大学）

作者：黄嵩