冷凝式燃气锅炉的控制系统研究Research on C.docx

冷凝式燃气锅炉的控制系统研究学科领域: 研究生: 指导教师: 企业导师:Research on Control of Condensing Gas Boiler电气工程杨立智张炳达教授刘树勇高工天津大学电气与自动化工程学院二零一二年^一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意学位论文作者签名:签字日期:学位论文版权使用授权书木学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定 特授权天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘保密的学位论文在解密后适用木授权说明）学位论文作者签名：签字日期： 年 月 日导师签名: 签字日期:几年來，燃气热水锅炉以其独有的经济、高效、环保的特性，逐渐的越來越 受到人们的关注。

其中冷凝式燃气锅炉主要是指通过冷凝锅炉烟气中的水蒸气， 使其释放汽化潜热，降低排烟温度，减小排烟热损失，提高锅炉热效率的一种热 交换设备在冷凝式燃气热水锅炉的控制系统中，对于锅炉燃烧过程的控制是一个很重 要的环节，如何最大限度的提高燃气锅炉的安全性、经济性和可靠性，具有重要 的研究价值本文中阐述了该燃烧系统的组成和详细配置，以及实现的功能和方 法，设计了一种基于模糊PID控制算法的锅炉控制系统，实现了对冷凝式燃气热 水锅炉系统的燃烧自动控制针对目前现有的燃气热水锅炉燃烧控制系统的构成和控制方式进行了分析， 对原有常规的PID控制进行改造，目的是为了适应控制对象实时变化的特点，采 用模糊控制器对PID控制器参数进行自动调整的优势，使得PID控制器能 够脱离对控制对象模型的依赖实现控制详细介绍了模糊PID控制器的设计过程，并利用仿真软件MATLAB对控制 系统进行了仿真处理最后，通过西门子S7-300PLC系统及其组态软件STEP7, 对控制系统进行控制改造后的冷凝式燃气锅炉在燃烧过程中，燃气和空气的混 合比高度精确，燃气燃烧充分大大提高了锅炉的燃烧效率，达到了改造的目的关键词：燃烧控制；模糊控制；PID控制；MATLAB仿真；可编程逻辑控制器AbstractIn recent years, gas hot water boiler with its unique economic, efficient, environmental protection characteristics, gradually paid more and more attention. The condensing gas boiler is mainly refers to through the condensing boiler flue gas of water vapor, make its release latent heat of vaporization, reduce exhaust smoke temperature, reduce exhaust smoke heat loss, improving the thermal efficiency of the boiler a heat exchange equipmentin the condensing gas hot water boiler control system for boiler combustion control is a very important link, how to improve the maximum gas boiler safety, economy and reliability, has the important research value. This paper expounds the combustion system composition and detailed configuration, as well as the realization of the function and methods, design a kind of fuzzy adaptive PID control algorithm of boiler control system, realize the condensing gas hot water boiler system of automatic combustion control.In view of the present existing gas hot water boiler combustion control system composition and control mode are analyzed, the original conventional PID control to carry on the transformation, the purpose is to adapt to the control object real-time change, with the characteristics of fuzzy controller for the parameters of the PID controller automatically online adjustment advantage, make PID controller to control the object model can from dependence to realize control.Detailed introduces the fuzzy adaptive PID controller design process, and use the MATLAB simulation software of control system for the simulation process. Finally, through the Siemens S7-300 PLC system and its configuration software STEP7 to control system to control. After reconstruction, the condensing gas boiler in the combustion process, the gas and air mixture ratio highly accurate, gas burning full greatly improving the boiler combustion efficiency, reached the purpose of the reform.KEY WORDS : Combustion control; Fuzzy control; PID control; MATLAB simulation; Programmable Logic Controller第一章绪论 1」课题研究的背景及意义 11.2锅炉控制技术国内外发展的现状 2121冷凝式燃气锅炉技术介绍 2122燃气锅炉自动控制的提出及主要技术问题 3第二章 燃气锅炉自动控制系统的调控分析 52」燃气热水锅炉控制系统的组成和工作流程 52.1.1锅炉的燃烧控制系统 62.1.2锅炉的安全控制系统 62.2燃烧控制系统的综合分析 72.2.1对燃气热水锅炉的燃烧过程解析 72.2.2对燃气比例电磁阀的控制过程 102.2.3对燃气热水锅炉中风机的调速处理 112.2.4建立燃烧控制系统的模型 122.3燃气热水锅炉燃烧过程控制系统的设计方案 132.3.1燃烧控制系统的结构 132.3.2对控制过程的算法选择 13第三章模糊PID控制器设计 153」模糊控制的慕本原理 153.1.1模糊化接口 163.1.2知识库 163.1.3推理与解模糊接口 173.2锅炉温度的模糊PID控制器设计 173.3模糊PID控制器设计 183.3.1供热锅炉系统输入、输出变量隶属度函数的结构及模糊化。

……183.3.2控制规则及控制规则表 213.3.3模糊规则决策表 223.4模糊PID控制算法仿真实现 243.4.1控制系统仿真模型的建立 243.4.2仿真结果的比较分析 25第四章 硬件的选择及模拟调试检验 294」S7-300 PLC 概述 294.1.1 S7-300 PLC 分类 294.1.2 S7-300 PLC 的结构 304.1.3 S7-300 PLC的可靠性分析 304.2编程软件STEP 7 314.3 S7- 300 PLC在比例阀开度的PID控制 324.3.1 S7-300 PID控制 324.3.2 S7-300 PLC思路分析 334.3.3软件设计 344.4现场联机调试 35第五章总结及展望 385」工作总结 385.2未來展望 38参考文献 39发表论文和科研情况说明 41致谢 42第一章绪论1.1课题研究的背景及意义国外较早就开始对冷凝式锅炉进行研究，取得了令人注冃的成果，一些锅炉 工程公司已经推出了第一代，其至第二代的商业化产品，使传统锅炉产品瞻热能 利用效率大大提高近年來，特别是进入21世纪，节能与环保已逐渐成为人们 必须要面对的两大问题，为此作为能源消耗的大户锅炉节能就越来越受到人们关 注，为此锅炉烟气冷凝在节能和环保上的作用就脱颖而出，人们开始针对烟气冷 凝过程进行了深入的研究。

常规供热锅炉排烟温度约160〜200C,因为回水温 度较高，受热面壁面温度较高，烟气中水蒸气不可能产生大量的凝结放热，因此 常规锅炉热效率的计算以燃料的低位发热量作依据，在正常情况下只能达到87 %〜91%在进入20世纪70年代，各种类型的冷凝式锅炉，开始在欧美等国家 开始研制，把锅炉的排烟温度能够控制在40C〜60C之间，通过烟气中水蒸气的 汽化潜热作用，将热效率得到了进一步的提升达到105%〜111%由于冷凝式 锅炉节能效果明显，燃料消耗量小所以，在热水供应和供暖系统中得到了广泛 的应用我国能源结构的最大特点是以煤为主与天然气、轻柴油等燃料相比，煤的 能源利用率低，污染物排放污染环境，导致大气环境质量迅速恶化为改善空气 质量，政府决定改变燃料消费结构，采取以天然气、轻柴油代替煤炭作为锅炉燃 料在燃料结构发生改变之后，随之也带來了一些不利因素：1、燃烧的成本加 剧，煤炭的价格只是天然气或是柴油热值价格的几分之一，在采用新的燃料后， 由于其运行成本太高，用户的积极性不高2、无论是天然气还是柴油也都是燃 料，在燃烧过程中同样也要释放出相当数量的污染物质等各种氧化物，所以，要 想降低对大气的污染，减少排放最好的方法就是降低燃烧物质的消耗量。

此外， 在高低位的发热值参数方面，天然气的发热值相差比较大，大约为10%左右， 在实际的生产实践中测得天然气的锅炉排烟温度比较高，甚至能够达到300C左 右，目前的热效率多是采用低位发热值作为计算值的，而普通的燃气锅炉，大多 数热效。