基于 PLC 的锅炉自动化监控系统的研究与MCGS组态设计
摘要 随着我国乃至全球环境问题的日益突出，特别是雾靈造成气候严重恶化，我
国现急需解决燃料燃烧对大气环境带来的恶劣影响。燃气锅炉燃烧所产生排放物对大
气污染很小，传统燃煤锅炉正逐步被燃气锅炉所取代。本文针对供暖系统所用燃气热
水锅炉做出系统设计，实现对燃气锅炉的运行过程合理、安全且高效的监测控制，提
高燃气锅炉监控系统的自动化水平，本课题旨在基于 PLC 控制的基础上结合组态软
件 MCGS，针对二段火多模式运行燃气热水锅炉控制系统的设计为具体内容，开发设计
适应于现场实际的锅炉自动化监控系统，主要内容如下：
（1）结合热水锅炉工作基本原理制定控制任务，控制系统方案总体设计。
（2）实时采集锅炉内部的出水温度，回水温度和排烟温度等信息，根据控制系统任
务的需求作出相应的硬件选型。
（3）选用 STEP 7 V4.0 编写 PLC 控制程序，同时选用 MCGS 嵌入版设计触摸屏程
序，完成软件设计并进行了系统调试。
第 1 章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
随着能源消耗和环境污染问题的日益凸显，研究高效、清洁、可持续发展的供暖
技术成为当前热门的研究领域之一。热水锅炉作为主要的供暖方式之一，其煤炭和其
它化石能源的燃烧也带来了大量的环境污染问题，如二氧化碳、氮氧化物、煤气等的
排放，严重影响了空气质量和人民健康。当前，我国加快推进能源结构升级，大力发
展清洁能源，为热水锅炉提供了新的技术路线和选择。随着经济发展和人民生活水平
的提高，对于锅炉控制技术和质量的要求也越来越高，热水锅炉的高效、安全、便捷
等方面面临着新的挑战和需求。但当前对于燃气锅炉的自动控制过程中，还存在着不
可忽略的问题。由于老的系统使用的是单元组合仪，在进行控制的时候很长一段时间
都是在人工监控的情况下，对工作人员的操作有着非常苛刻的要求，并且这样的操作
控制会对工作人员和设备的安全产生直接的影响。此外，传统的控制存在着不能远程
集中遥控控制、不能实现自动化、调节精度不足等缺点，这些缺点难以通过手工操作
来解决。
在锅炉控制技术持续发展的过程中，所要处理的问题也会变得更加复杂，因此，
它对锅炉控制和它的参数的监测的需求也会变得更高，如果不对已有的控制系统进行
改善，它将无法适应当今的生产需求。所以，研究开发出一种能够满足用户需求的采
暖用电锅炉已是当务之急。
1.2 国内外发展现状
目前，锅炉控制系统已经从三十年代初的单仪表操作，进入到了全自动化的阶段。
自五十年代以后，各国对锅炉的运行和控制进行了深入的研究，但由于当时科技水平
不高，大多数的锅炉的控制还停留在气压仪表（包含气压基地式仪表和气压单元组合
仪表）控制的状况，其工作主要是对工艺参数进行检测，而不是对其进行自动控制。
自七十年代以后，随着电脑技术的进步，随着自动控制技术的普及，世界各地的锅炉
都有了很大的进步，这时，才能开始建设监测体系。目前，大部分地区已经建立起较
为完善的自动化控制体系，特别是美国、日本、俄罗斯等大型供热公司，他们对供热
系统的监测与控制已经取得了长足的进步。
目录
第 1 章 绪论 ............................................... 1
1.1 课题研究背景与意义 ...........................................1
1.2 国内外发展现状 ...............................................1
1.3 论文章节安排 .................................................2
第 2 章 锅炉控制系统总体设计 ............................... 4
2.1 锅炉基本原理概述 .............................................4
2.2 锅炉控制任务 .................................................4
2.3 锅炉控制系统方案 .............................................5
2.3.1 锅炉控制方式比较 .......................................5
2.3.2 锅炉控制系统结构设计 ...................................7
2.3.3 锅炉控制系统硬件架构 ................................... 7
2.3.4 锅炉控制系统软件架构 ...................................8
第 3 章 锅炉控制系统硬件设计 .............................. 10
3.1 硬件选型 .......................................... 10
3.1.1 PLC 选型 .............................................. 10
3.1.2 触摸屏选型 ............................................11
3.1.3 温度传感器选型 ........................................12
3.1.4 液位继电器选型 ........................................13
3.1.5 气体压力开关选型 ......................................13
3.1.6 燃烧机选型 ............................................14
3.1.7 水泵选型 ..............................................15
3.1.8 风机选型 ..............................................15
3.1.9 变频器选型 ............................................16
3.1.10 气体压力传感器选型 ...................................16
3.1.11 温度开关选型 .........................................17
3.1.12 硬件选型表 ...........................................17
3.2 硬件连接 ....................................................18
3.2.1 PLC 接线图 ............................................18
3.2.2 端子排接线图 ..........................................19
3.2.3 变频器接线图 ..........................................20
3.3 电气控制柜设计 ..............................................23
第 4 章 锅炉控制系统软件设计 .............................. 24
4.1 下位机系统设计 ..............................................24
4.1.1 PLC 程序设计 .......................................... 24
4.1.2 变频器参数设置 ........................................ 37
4.2 上位机计算机设计 ............................................38
4.2.1 组态变量 ..............................................38
4.2.2 主菜单界面 ............................................39
4.2.3 工况监控画面 ..........................................40
4.2.4 数据分析 ..............................................40
4.2.5 手动操作画面 ..........................................41
4.2.6 数据设定画面 ..........................................42
4.2.7 模式选择 .............................................. 43
第 5 章 锅炉控制系统通讯与调试 ............................ 44
5.1 PLC 通讯 .................................................... 44
5.1.1 PLC 通讯方式 .......................................... 44
5.1.2 PLC 通讯设置 .........................................44
5.2 PLC 与 MCGS 通讯设置 .......................................46
5.3 系统调试 ...................................................46
第 6 章 结论与展望 ........................................ 48
6.1 结论 ........................................................48
6.2 展望 ........................................................48
致 谢 ................................................... 49
参考文献 ................................................. 50
参考文献
[1] 汪依锐. 基于 PLC 的锅炉供暖监控系统设计[D]. 西安石油大学, 2021.
[2] 张卫庆. 电厂燃烧控制系统若干问题的研究[D]. 东南大学, 2006.
[3] 于广瑛. 进口连续离子交换设备的国产化配套与改造[D]. 上海交通大学, 2012.
[4] 曹力. 基于 ModbusTCP 协议的监控网络研究与设计[D]. 华中科技大学, 2008.
[5] 周忠臣. 基于 PLC 的锅炉自动化监控系统的设计与实现[D]. 北京工业大学,
2018.
[6] 杜光谱. 基于 PLC 的工业蒸汽锅炉控制系统设计[D]. 大连交通大学, 2013.
[7] 刘金根. 桶装亚砷酸成品自动捆扎机系统研究与设计[D]. 江西理工大学, 2009.
[8] 刘虎成. 基于 PLC 锅炉热循环系统设计与实现[D]. 东北石油大学, 2017.
[9] Fired Cupolas (based on theory of heat exchangers of H.Le Chatelier)[J].
Archives of Metallurgy and Materials, 2010.
[10] 周超. 基于单片机和 CAN 总线的混凝土搅拌站控制系统设计[D]. 西南交通大学,
2005.
[11] 任天翔. 基于 PLC 的燃气锅炉供暖控制系统设计开发[D]. 华北电力大学(北京),
2016.
[12] 龚成林. 基于 PLC 的伺服灌装机系统设计[J]. [1]武汉交通职业学院, 2020.
[13] 张瑞芳. 一种分体承压太阳能热水器控制系统的设计[J]. 太阳能, 2010.
[14] 杨孟. 萘系减水剂自动控制系统的研制[D]. 哈尔滨工业大学, 2013.
[15] 马振锋. 轴承球类滚动体外观检测仪控制系统的研究[D]. 哈尔滨理工大学,
2006.
[16] 张忠宝,张宇慧. PLC 及变频技术在锅炉自动化控制中的应用[J]. 科技与企业,
2011.
[17] 张红兵,王华凌. 基于铂电阻 Pt100 的温度传感器设计[J]. 电子制作, 2012.
[18] 高迟,吕元锋. 基于神经网络的模糊温室锅炉监控系统[J]. 安徽农业科学,
2009.
[19] 付新宇. 基于 PLC 的全自动钢筋钢带焊接设备控制系统研究[D]. 西安石油大学,
2019
[20] Zhuang M A. Design and Realization of Water Level Monitoring System of
Opencut Coal Mine Pump Based on Smith-PLC[J]. Coal Mine Machinery, 2013.
[21] 陶彦吉. 集中供热换热站控制系统的研究与设计[D]. 兰州理工大学, 2019.
[22] 李凯. 实时数据库内存管理技术与并发控制方法研究来源[D]. 华北电力大学，
2011.
[23] Rau M. Process Control Engineering[M]. New York: Gordon and Breach
Science Publisher, 2005
