基于锅炉盘管出口水温滞后控制系统开题报告.doc

本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告

题 目：基于S7-300锅炉盘管出口水温滞后控制系统
专题题目（若无专题则不填）：
本课题来源及研究现状：
国外现状
由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化，自适应，参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本，美国，德国，瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的，性能优异的温度控制器及仪器表，并在各行业广泛应用。它们重要具有如下的特点：
1.适应于大惯性，大滞后等复杂温度控制系统的控制。
2.可以适应于受控制系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。
3.可以适应于受控系统过程复杂，参数时变的温度控制系统的控制。
4.这些温度控制系统普遍采用自适应控制，自校正控制，模糊控制，人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。
5.普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温度器具有对控制对象参数及特性进行自动整定相关控制参数，以保证控制效果的最优化。

国内现状
目前在我们国内，锅炉仍然是各种工业公司的动力设备中重要的组成部分。但是，除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术，女HDCS、FCS。一般的小型锅炉的控制仍较落后，仍在使用仪表、继电器作重要的控制手段(如DDZ-II或III型系列仪表)，需要过多的人为参与，不仅工作人员的工作条件差，劳动强度大，并且锅炉的热效率很低，资源浪费严重。即使现在的仪表不少已趋智能化，在锅炉上也实现了自动或半自动控制，但是，由于其不菲的价格、缺少管理功能等种种因素，其应用受到很大限制。
随着科学技术的发展，锅炉的应用也越来越广泛，锅炉的生产从它的雏型：蒸汽机到现在各式各样的锅炉，它的发展见证了工业的发展状况，现代的锅炉多数是运用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。它涉及锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场合。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，重要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿公司。锅炉承受高温、高压，其安全问题十分重要。即使是小型锅炉，一旦发生爆炸，后果也十分严重。因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检查等都制订有严格的法规。而温度也是其一个重要的影响因素，也是让锅炉起到其作用的必要因素。经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，可编程控制技术与交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。锅炉的作用是烧水产生高温高压的蒸汽，这些蒸汽的温度可达1000多度，这样的蒸汽可以用来消毒、煮饭、加热和提供蒸汽动力。锅炉是当今工厂的一个动力源泉之一，其作用不可忽视。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简朴，特别是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。而西门子S7-300系列的可编程控制器具有的高稳定性的同时具有自主选择性等特点，给我们搭建自动控制系统提供了选型的方便。

课题研究目的、内容、方法和手段：
研究目的
针对目前工业型锅炉系统普遍存在成本高、效率低、运营不稳定等问题，设计了由S7—300PLC和杰控组态软件构成的工业锅炉控制系统。从控制系统的总体设计、硬软件配置以及程序设计和监控画面设计等方面进行阐述，实际运营表白该控制系统性能稳定、可靠性高，在安全生产、提高经济效益等方面发挥了重要作用，并为节能降耗提供了技术保证，具有一定的先进性和推广性。
在工业生产过程中，有不少被控对象除了具有容积迟延外，往往不同限度地存在着纯滞后，其特点是当控制作用产生后，在时延τ范围内，被控参数完全没有响应。因此，这样的过程必然会产生较明显的超调量和较长的调节时间，所以，具有纯迟延的过程是较难控制的过程，其难控限度随着纯迟延τ占整个过程动态的份额的增长而增长，而途径的长度和物流的速度是构成纯滞后τ的因素。解决纯滞后问题的方法非常多，最简朴的是运用常规调节器适应性强、调整方便的特点，通过仔细个别的调整，在控制规定不太苛刻的情况下，满足生产过程的规定。
锅炉的水温是一个滞后性很强的控制量，采用传统的控制方法所得到的控制量的控制品质不高，采用可编程控制器中的PID控制，使得我们可以得到一个品质比较高的控制系统。又由于锅炉有盘管出口，流水的传输会带来时间的延迟，导致被控对象具有不同限度的纯滞后，不能及时放映系统所承受的扰动。

研究内容
电热锅炉控制系统实验装置模拟平常生活中的热水锅炉控制系统，将变频器调速技术、计算机和智能控制技术相结合，完毕生活中热水锅炉对进水、出水、电加热装置通断时间比的自动控制，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，稳定运营和达成节能降耗的目的。电热锅炉实验装置重要由微型电热锅炉、固态继电器电加热装置、变频器及相关的检测装置、变送器和执行机构等过程控制仪表组成。

图1 锅炉控制示意图

方法和手段
本次设计综合和运用计算机、PLC.温度传感器、流量传感器等对工业对象的夹套锅炉。管道进行控制，运用计算机编程，PLC编程，控制算法设计，过程控制，工业现场总线技术，电气线路设计等知识。一方面由变频器，泵，温度传感器组成温度控制系统，再由两个调节阀控制两个支路分别给锅炉的夹套和内胆供水。
一方面以锅炉为控制对象，以锅炉出口水为主被控参数，以炉膛内水温为副被控制参数，以加热电炉丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统：采用PID算法，运用PLC梯形图编程语言程序进行编程，实现锅炉温度的自动控制。

图2温度串级控制系统

图 3锅炉温度控制系统原理框图

设计（论文）提纲及进度安排：
论文提纲
第一章 绪论
1.1 研究背景及现状
1.2 该课题的研究目的
1.3 研究的内容及方法
第二章 系统方案
2.1 系统原理框图
2.2 温度自动控制的方案
2.2.1 串级系统的设计
2.2.2 PID控制系统
2.2.3 PLC控制器
2.3 程序结构及框图
第三章 系统硬件设计
3.1 温度控制的系统电路
3.2 A/D转换器
3.3 控制器
3.4 变送器
第四章 系统软件设计
4.1 简介PLC
4.2 程序结构流程图
4.2.1 主程序
4.2.2 模数转换部分
4.2.3 控制模块部分
第五章 人机界面的设计
5.1 人机界面的特点
5.2 杰控软件
5.3 数据显示
总结与展望
致谢
参考文献
附录

进度安排
1. 第一周至第二周
对毕业设计课题进行调研，了解各个课题的发展过程、前景，了解其中有哪些重要的技术。
2. 第三周至第四周
进行总体方案设计分析需求，拟定系统的重要性能指标，写开题报告、任务书等。
3. 第五周至第十周
进行硬件电路设计、原理图绘制；
软件设计编写程序；
4. 第十周至第十二周
系统调试、实验分析与论文撰写。
5. 第十三周
毕业答辩

重要参考文献和书目：
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[20]赵先新;曹学军. SIEMENS S7系统工业通讯网络[期刊论文]-电气传动自动化 2023(02).12-18
指导教师审核意见：

指导教师（签字）： 年 月 日

注：本表可自主延伸