簡介鍋爐微機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能
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1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
鍋爐系統(tǒng)工作在高溫高壓條件，有一定的危險性，對控制系統(tǒng)的可靠性要求高，因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，采用集散型控制系統(tǒng)的方案。系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制層、車間監(jiān)控層和企業(yè)管理層三個層次構(gòu)成?，F(xiàn)場控制站與操作站之間采用RS485總線，MODBUS協(xié)議通訊、操作站、工程師站及服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)連接。整個系統(tǒng)可靠性高，同時又具有的控制與管理功能，而其成本較采用進口DCS低一倍以上，因此是類似系統(tǒng)的方案。
2.系統(tǒng)功能設(shè)計
(1)車間監(jiān)控層及管理層
監(jiān)控層設(shè)置兩臺(或多臺)操作員站、一臺工程師站，一臺服務(wù)器。操作員站采用工業(yè)控制微機，主要用于鍋爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及進行控制操作。
操作員站的主要功能是提供給鍋爐系統(tǒng)操作人員一個直觀方便的人機界面。系統(tǒng)可具有兩個或兩個以上的操作員站，他們具有同樣的功能并互為備用。操作員站設(shè)置有如下顯示畫面。
流程畫面：將現(xiàn)場控制站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)顯示在流程圖的相應(yīng)位置上，通過動畫直觀的顯示鍋爐運行狀態(tài)及各種實時數(shù)據(jù)。操作人員可根據(jù)此畫面了解整個鍋爐系統(tǒng)的運行情況
工藝參數(shù)畫面：以數(shù)據(jù)表格的形式實時顯示各工藝參數(shù)與對應(yīng)的名稱，單位，同時可顯示對鍋爐耗煤量，產(chǎn)汽(供熱)量，用水量等的計算和累積結(jié)果。
調(diào)節(jié)畫面：將系統(tǒng)各控制回路的運行狀態(tài)和有關(guān)參數(shù)以調(diào)節(jié)棒圖的形式顯示出來?？梢燥@示回路的手自動狀態(tài)。操作人員利用鍵盤或鼠標(biāo)方便的對各控制回路，的控制參數(shù)進行再線修正。
報警畫面：用于記錄何時何地有何報警，以便有關(guān)人員查詢，同時實現(xiàn)安全連鎖控制
歷史趨勢畫面：用于記錄系統(tǒng)主要工藝參數(shù)的長期歷史趨勢數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示出來，可為分析系統(tǒng)運行情況及效率，查找故障等提供依據(jù)。
工程師站除具有操作站的全部功能外，還具有參數(shù)設(shè)定與修改，系統(tǒng)維護等功能?？稍O(shè)定系統(tǒng)的各模擬量測量點的標(biāo)度變換系數(shù)、熱電阻、熱電偶的線性化參數(shù)、孔板流量計算參數(shù)、給煤量計算參數(shù)、鍋爐及供熱熱效率參數(shù)、各控制回路組態(tài)參數(shù)、及PID參數(shù)等。工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)的打印任務(wù)，可打印即時報警，歷史報警記錄以及鍋爐運行日志和歷史數(shù)據(jù)表格等。
系統(tǒng)通過Web服務(wù)器將鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)送至校園網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，使有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可從內(nèi)部網(wǎng)上看到鍋爐系統(tǒng)的運行狀況，并可實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和維護。
(2)系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)的操作站軟件采用MCGS設(shè)計，MCGS是全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，使生成的系統(tǒng)圖文并貌，運行穩(wěn)定可靠。
系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站的軟件采用Turbo C 3.0設(shè)計，軟件采用模塊化的設(shè)計方法，它以實時數(shù)據(jù)庫為核心，各種數(shù)據(jù)采集、處理、運算以及控制功能都設(shè)計成功能塊的形式，系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)以及各功能塊參數(shù)都存于實時數(shù)據(jù)庫中，各功能塊通過實時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)。
(3)鍋爐系統(tǒng)控制回路
鍋爐是一個復(fù)雜的控制對象，其控制回路非線性嚴(yán)重，同時控制回路之間有耦合，因此系統(tǒng)采用智能變形PID算法，配和前饋等控制方法實現(xiàn)對鍋爐個回路的控制。
小型蒸汽鍋爐的控制回路主要包括蒸汽壓力、汽包水位、爐膛負(fù)壓和鼓風(fēng)控制回路；熱水鍋爐則包括出水溫度、爐膛負(fù)壓和鼓風(fēng)控制回路。
鍋爐的蒸汽壓力(或出水溫度)以及爐膛負(fù)壓、鼓風(fēng)控制回路構(gòu)成鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)其控制方案是采用蒸汽壓力或出水溫度為主調(diào)量，通過調(diào)整爐排轉(zhuǎn)速使蒸汽壓力或出水溫度盡快達(dá)到給定值，同時配合風(fēng)-煤配比控制鼓風(fēng)量達(dá)到經(jīng)濟燃燒，爐膛負(fù)壓回路則將爐膛內(nèi)的壓力保持在微負(fù)壓。
熱水爐的出水溫度設(shè)定值跟隨室外溫度的變化自動修正，使用戶室內(nèi)的溫度保持恒定，同時實現(xiàn)經(jīng)濟供熱。溫度設(shè)定曲線可根據(jù)不同供熱時期有所變化改變。
鍋爐水位控制回路使鍋爐水位保持恒定，由于鍋爐水位受蒸汽負(fù)荷的影響較大，容易產(chǎn)生假水位，因此給水控制回路引入蒸汽流量及給水流量前饋控制的三沖量控制方案，以消除假水位的影響。(圖/文http://www.jnjrl.com/)
鍋爐系統(tǒng)工作在高溫高壓條件，有一定的危險性，對控制系統(tǒng)的可靠性要求高，因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，采用集散型控制系統(tǒng)的方案。系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制層、車間監(jiān)控層和企業(yè)管理層三個層次構(gòu)成?，F(xiàn)場控制站與操作站之間采用RS485總線，MODBUS協(xié)議通訊、操作站、工程師站及服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)連接。整個系統(tǒng)可靠性高，同時又具有的控制與管理功能，而其成本較采用進口DCS低一倍以上，因此是類似系統(tǒng)的方案。
2.系統(tǒng)功能設(shè)計
(1)車間監(jiān)控層及管理層
監(jiān)控層設(shè)置兩臺(或多臺)操作員站、一臺工程師站，一臺服務(wù)器。操作員站采用工業(yè)控制微機，主要用于鍋爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及進行控制操作。
操作員站的主要功能是提供給鍋爐系統(tǒng)操作人員一個直觀方便的人機界面。系統(tǒng)可具有兩個或兩個以上的操作員站，他們具有同樣的功能并互為備用。操作員站設(shè)置有如下顯示畫面。
流程畫面：將現(xiàn)場控制站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)顯示在流程圖的相應(yīng)位置上，通過動畫直觀的顯示鍋爐運行狀態(tài)及各種實時數(shù)據(jù)。操作人員可根據(jù)此畫面了解整個鍋爐系統(tǒng)的運行情況
工藝參數(shù)畫面：以數(shù)據(jù)表格的形式實時顯示各工藝參數(shù)與對應(yīng)的名稱，單位，同時可顯示對鍋爐耗煤量，產(chǎn)汽(供熱)量，用水量等的計算和累積結(jié)果。
調(diào)節(jié)畫面：將系統(tǒng)各控制回路的運行狀態(tài)和有關(guān)參數(shù)以調(diào)節(jié)棒圖的形式顯示出來?？梢燥@示回路的手自動狀態(tài)。操作人員利用鍵盤或鼠標(biāo)方便的對各控制回路，的控制參數(shù)進行再線修正。
報警畫面：用于記錄何時何地有何報警，以便有關(guān)人員查詢，同時實現(xiàn)安全連鎖控制
歷史趨勢畫面：用于記錄系統(tǒng)主要工藝參數(shù)的長期歷史趨勢數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示出來，可為分析系統(tǒng)運行情況及效率，查找故障等提供依據(jù)。
工程師站除具有操作站的全部功能外，還具有參數(shù)設(shè)定與修改，系統(tǒng)維護等功能?？稍O(shè)定系統(tǒng)的各模擬量測量點的標(biāo)度變換系數(shù)、熱電阻、熱電偶的線性化參數(shù)、孔板流量計算參數(shù)、給煤量計算參數(shù)、鍋爐及供熱熱效率參數(shù)、各控制回路組態(tài)參數(shù)、及PID參數(shù)等。工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)的打印任務(wù)，可打印即時報警，歷史報警記錄以及鍋爐運行日志和歷史數(shù)據(jù)表格等。
系統(tǒng)通過Web服務(wù)器將鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)送至校園網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，使有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可從內(nèi)部網(wǎng)上看到鍋爐系統(tǒng)的運行狀況，并可實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和維護。
(2)系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)的操作站軟件采用MCGS設(shè)計，MCGS是全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，使生成的系統(tǒng)圖文并貌，運行穩(wěn)定可靠。
系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站的軟件采用Turbo C 3.0設(shè)計，軟件采用模塊化的設(shè)計方法，它以實時數(shù)據(jù)庫為核心，各種數(shù)據(jù)采集、處理、運算以及控制功能都設(shè)計成功能塊的形式，系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)以及各功能塊參數(shù)都存于實時數(shù)據(jù)庫中，各功能塊通過實時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)。
(3)鍋爐系統(tǒng)控制回路
鍋爐是一個復(fù)雜的控制對象，其控制回路非線性嚴(yán)重，同時控制回路之間有耦合，因此系統(tǒng)采用智能變形PID算法，配和前饋等控制方法實現(xiàn)對鍋爐個回路的控制。
小型蒸汽鍋爐的控制回路主要包括蒸汽壓力、汽包水位、爐膛負(fù)壓和鼓風(fēng)控制回路；熱水鍋爐則包括出水溫度、爐膛負(fù)壓和鼓風(fēng)控制回路。
鍋爐的蒸汽壓力(或出水溫度)以及爐膛負(fù)壓、鼓風(fēng)控制回路構(gòu)成鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)其控制方案是采用蒸汽壓力或出水溫度為主調(diào)量，通過調(diào)整爐排轉(zhuǎn)速使蒸汽壓力或出水溫度盡快達(dá)到給定值，同時配合風(fēng)-煤配比控制鼓風(fēng)量達(dá)到經(jīng)濟燃燒，爐膛負(fù)壓回路則將爐膛內(nèi)的壓力保持在微負(fù)壓。
熱水爐的出水溫度設(shè)定值跟隨室外溫度的變化自動修正，使用戶室內(nèi)的溫度保持恒定，同時實現(xiàn)經(jīng)濟供熱。溫度設(shè)定曲線可根據(jù)不同供熱時期有所變化改變。
鍋爐水位控制回路使鍋爐水位保持恒定，由于鍋爐水位受蒸汽負(fù)荷的影響較大，容易產(chǎn)生假水位，因此給水控制回路引入蒸汽流量及給水流量前饋控制的三沖量控制方案，以消除假水位的影響。(圖/文http://www.jnjrl.com/)
