供暖锅炉监控系统设计.docx
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供暖锅炉监控系统设计.docx
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供暖锅炉监控系统设计
供暖锅炉监控系统设计
1引言
1.1锅炉研究的背景和意义
工业锅炉是采暖供热系统的核心设备,它的主要任务是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能,进而将热能传递给水,生产出满足需要的蒸汽或热水。
随着对生产自动化要求渐高的趋势,改变工业锅炉运行中传统的手动、半自动操作方式已势在必行尤其是近年来我国北方各大城市承受着持续低温天气和煤炭价格大幅度上涨的压力,还有要面对的供热标准。
工业供暖锅炉的安全运行显的越来越是重要,那么这就要我们用一些方法来监控锅炉的运行。
并且在出现异常的情况下能够马上显示出来,这样以便于我们进行整修。
所以为了供暖锅炉能够安全有效的运行,我们必须对它进行监控,这就是我们经常说的供暖锅炉监控控制系统。
本次课程设计主要是对通过力控组态软件(ForceControl6.1)做成的一套锅炉监控系统进行温度和压力信号的采集。
1.2力控组态软件简介
力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件,最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来劲系统集成,它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法,只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”,便可以非常容易地实现各完成监控成的各项功能,例如在分布式网络应用中,所有应用像趋势曲线、报警等,对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同,通过组态的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间,提高了集成效率。
力控监控组态软件能同时和国外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯,它还可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合,达到集中管理和监控的目的,同时还可以方便的向控制成和管理成提供软、硬件的全部接口,实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。
1.3力控软件的基本结构及特点
力控监控组态软件基本结构包括:
工程管理器、人机界面、实时数据库、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件,其中实时数据库就是系统的核心。
力控软件的开发环境方便、灵活,可以提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式(BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等)的图片,方便画面制作,大大降低了组态开发的工作量。
它具有高性能实时、历史数据库,快速访问接口在数据库4万点数据负荷时,访问吞吐量可达到20000次/秒;强大的分布式报警、事件处理,支持报警、事件网络数据断线存储,恢复功能;支持操作图元对象的多个图层,通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏;强大的ACTIVEX控件对象容器,定义了全新的容器接口集,增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能,通过脚本可调用对象的方法、属性;全新的、灵活的报表设计工具:
提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制,包括:
脚本调用和事件脚本,可以提供报表设计器,可以设计多套报表模板;提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案;支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据,支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯、支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。
1.4力控软件的功能
1.4.1强大的界面显示组态功能。
目前,工控组态软件大都运行于Windows环境下,充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点,可视化的风格界面、丰富的工具栏,操作人员可以直接进人开发状态,节省时间。
丰富的图形控件和工况图库,既提供所需的组件,又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具,可随心所欲地绘制出各种工业界面,并可任意编辑,从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来,丰富的动画连接方式,如隐含、闪烁、移动等等,使界面生动、直观。
1.4.2良好的开放性。
社会化的大生产,使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品,“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联,支持多种硬件设备。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信,向上能与管理层通信,实现上位机与下位机的双向通信。
1.4.3丰富的功能模块。
提供丰富的控潲功能库,满足用户的测控要求和现场需求。
利用各种功能模块,完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能,使系统具有良好的人机界面,易于操作,系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制,也可以是带远程遇信能力的远程测控系统。
1.4.4强大的数据库。
配有实时数据库,可存储各种数据,如模拟量、离散量、字符型等,实现与外部设备的数据交换。
1.4.5可编程的命令语言。
有可编程的命令语言,使用户可根据自己的需要编撰程序,增强图形界面。
1.4.6周密的系统安全防范。
对不同的操作者,赋予不同的操作权限,保证整个系统的安全可靠运行。
1.4.7仿真功能。
提供强大的仿真功能使系统并行设计,从而缩短开发周期。
2系统总体设计
2.1设计要求
(1)应用厦门宇电808P仪表对实验箱的压力、温度信号进行实时采集;
(2)利用力控组态软件设计上位机主界面,并要求显示实时曲线,历史曲线,专家报表,实时报警以及历史报警。
(3)信号采集数据在主界面显示,并能显示给定值和其他参数,可以通过智能仪表或上位机主界面改变给定值和其他参数值。
(4)可以观察实时曲线,能够查看历史曲线,并且能在改变参数时实现报警功能,查看报警记录,并将专家报表导出在指定的目录文件夹、能够打印。
2.2设计思想
锅炉设备是一个复杂的控制对象,主要的输入变量是锅炉给水、燃料量;主要的输出变量是出水温度、蒸汽压力。
因输入变量与输出变量相互关联,如果出水温度发生变化,必将会引起蒸汽压力、进水量、燃料量等变化,因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。
由于条件限制及能力有限,本控制系统将主要控制三个变量:
炉内温度、管道压力。
2.3软件设计
基于力控软件的设计与实现主要包括以下几个步骤:
画面创建、动画连接、I/O设备设置、创建实时数据库、数据连接。
2.4测控方案设计
锅炉供暖系统由给水泵、给水控制阀及循环管等组成。
在锅炉运行过程中,燃料和空气按一定比例送入炉膛燃烧,产生的热量传送给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽,然后再经过过热蒸汽,形成满足一定质量指标的过热蒸汽输出,供给用户。
锅炉设备是一个复杂的控制对象,其主要控制变量有燃料量、锅炉给水、减温水流量、送风量和引风量等;主要的被控量有热蒸汽温度、过热蒸汽压力等。
这些控制变量和被控变量之间相互关联。
例如燃料量的变化不仅影响蒸汽压力,同时还会影响过热蒸汽温度;给水量变化不仅影响汽包水位,而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度都有影响。
所有这些特性是由锅炉本身的物理特性决定的。
因此,理想的锅炉自动控制系统应该是多回路的调节系统。
这样当锅炉的运行状况发生变化或受到某一扰动后,系统会同时协调地动作,改变其调节量,使所有的被调量都具有一定的调节精度。
但这种调节十分复杂,实现起来相当困难。
所以根据本次课程设计要求,应设计简单、易行的锅炉单回路闭环控制系统。
锅炉控制系统需检测参数,包括锅炉出口水温、压力,燃料进料量。
其中大多数需要随时观察的参数要通过控制系统传到控制室操作台上显示。
以上就是该系统的总体设计。
3硬件设计
我们在该系统的设计中用的是厦门宇电AI-808P对试验箱的压力温度信号进行实时采集。
厦门宇电808P仪表具备手动/自动无扰动切换及手动自整定功能;具备30+20段程序控制功能,可实现任意斜率的升、降温控制,具有跳转(循环)、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令,并允许在程序的控制运行中随时修改程序;采用具备曲线拟合功能的AI人工智能调节算法,能获得光滑平顺的曲线控制效果;可在程序运行中编辑事件输出功能,配合控制外部设备动作;利用SV变送输出功能可以作为程序发生器使用;具备测量值启动功能、准备功能及五种停电/开机事件处理模式选择。
支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射(红外)温度计等,并具备扩充输入插座安装特殊输入规格,并可自定义特殊输入的非线性校正表格,可外接Cu50铜电阻作为热电偶冷端补偿,0.1级(V8.0版)测量精度,温漂小于50PPm/℃。
高精度测量与控制温度、压力、流量等,尽可能减少能源浪费,并提供长达十年的免费保修,实现客户与社会效益最大化。
除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能,可组成串级或比值调节器等复杂调节系统。
模块化输出支持SSR电压、线性电流(电压)、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出即位置比例输出(直接驱动阀门电机正/反转)等,控制周期0.24~60秒宇电AI-808P型温控仪/调节仪具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式,具有自整定、自学习功能,无超调及无欠调的优良控制特性,亦可使用位式控制(ON-OFF)功能。
先进的AIBUS通讯协议:
支持RS485或RS232C通讯接口,配合快速通讯技术能方便组建数千点规模的大、中型计算机控制系统或连接AI系列真彩人机界面触摸屏/分体式无纸记录仪。
支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能,并可自由定义4个报警输出端口,支持多个报警信号从同一位置输出。
具备上电免除报警等功能,避免上电报警误动作。
可将测量值(PV)或给定值(SV)变送为标准电流信号输出,能提供14位高分辩率、0.2级输出精度及优于100ppm/℃温度漂移性能的电流输出。
宇电AI-808P型温控仪/调节仪可定义参数查看及修改的权限,及允许用户自定义密码,量身定制最符合自己操作习惯的仪表。
4供暖锅炉监控系统设计
4.1系统功能介绍
1)当温度小于75℃时,打开供应燃气的阀门100%加热,当温度大于90℃时,打开给水的阀门100%供水,当温度小于75℃或大于90℃时的运行状态发生报警。
2)当管道压力大于1.5KPa时,打开放气阀门100%,当压力小于1.2KPa时,关闭放气阀门,当压力小于1.2KPa或大于1.5KPa时,系统发生报警。
3)当温度大于75℃或90℃时小于90℃时,压力大于1.2KPa或小于1.5KPa时,系统正常运行。
4.2主控台的建立
利用力控组态软件的各种工具(如图库等)创建供暖锅炉的主控台界面,对锅炉的温度和压力进行控制。
建成主控界面如图2-1所示:
图4-1供暖锅炉主控台界面
4.3压力、温度信号的监控
利用力控组态软件设计上位机主界面,并显示实时曲线,历史曲线,专家报表,报警界面以及报警记录。
应用厦门宇电808P仪表对实验箱的压力、温度信号进行实时采集:
利用宇电仪表、温度传感器、压力测试板、虚拟仪表箱以及端口与上位机相连。
采集压力信号时,设置宇电仪表参数,VS(地)接电源插座,VO2接宇电仪表的17,18脚。
采集温度信号时,设置宇电仪表参数,仪表的17(+),18(-)与VO接。
利用热电偶传感器采集信号。
与上位机的接法如下图所示。
I/O设备组态——智能仪表——宇电仪表——调节器AI518/708/808
图4-2宇电仪表连接上位机
5运行结果
5.1采集压力信号
5.1.1连接宇电仪表
图5-1压力信号连接
5.1.2采集压力信号运行结果
显示实时曲线,历史曲线,专家报表,报警界面以及报警记录。
图5-2采集压力主控界面
压力曲线经过多次验证和调试,在不断修改的情况下,实时曲线与设定曲线走势基本相同,如下所示:
图5-3历史曲线图5-4实时曲线
压力没有达到设定范围之内时,报表界面会发出报警声。
图5-5报警界面图5-6报警记录
经过多次实践和调试报表界面可以显示实时压力,而且报表还有记录功能,能够查询以前的记录,同时若压力没有达到设定范围之内时,报表界面还会发出报警声。
查询:
#Report.SetTimepar(-1);
导出:
#Report.ExportExcelFile(0,1,"D:
\baa.xls");
打印:
#Report.PrintSheet(-1,1);
图5-7专家报表
5.2采集温度信号
5.2.1连接宇电仪表
图5-8温度信号连接
5.2.2采集温度信号运行结果
显示实时曲线,历史曲线,专家报表,报警界面以及报警记录。
图5-9采集温度主控界面
温度曲线经过多次验证和调试,在不断修改的情况下,实时曲线与设定曲线走势基本相同,如下所示:
图5-10历史曲线图5-11实时曲线
温度没有达到设定范围之内时,报表界面还发出报警声。
图5-12报警界面图5-13报警记录
经过多次实践和调试报表界面可以显示实时温度,而且报表还有记录功能,能够查询以前的记录。
查询:
#Report.SetTimepar(-1);
导出:
#Report.ExportExcelFile(0,1,"D:
\baa.xls");
打印:
#Report.PrintSheet(-1,1);
图5-14专家报表
经过不断地调试和运行,该系统在我们能力所及范围内基本达到完美,当然系统还有一些问题的存在,例如报警界限的确定。
在我们现有的条件及能力下,还无法使其进一步完善,如果能再有充足的时间,让我们将该系统与工厂实物联系起来,上述问题有可能会得到解决。
现在该系统能实现锅炉温度与压力的实时监测,还可以查询温度与压力的历史数据。
6分析体会
通过本周的课程设计,我们完善了本学期对于力控软件的学习。
在本学期,我们学习了力控组态软件ForceControl6.1,并对它的使用进行了一次考核。
但在考核时没有与实际信号相连接,而是使用仿真的方法。
在这次的课程设计中我了解到了用实际线路检测与上位机相连以监控系统。
在监控的调试过程中,我遇到了一些问题,并通过看书与查资料的方式解决。
例如,在生成专家报表时只能显示实时数据不能进行查表,在解决这个问题的途中,我首先检查了查表的脚本程序是正确的,我就对专家报表生成的每一步进行检查,在报表向导的报表类型里选择自定义报表,根据所测的温度,压力信号的具体时间来确定填充时间,于是专家报表就生成成功了。
再有,在产生历史曲线的时候,历史曲线和实时曲线一样,众所周知,历史曲线是一段时间,实时曲线是当前时间,它们的趋势有可能相同,但是不可能一模一样,经过与同学们的讨论,知道历史曲线要用图库里的趋势曲线模板1才能显示正确,当我换了模板后,历史曲线显示成功,我就又解决了一个问题。
课程设计对于我们来说,是提供我们把书本知识用于实际操作的一个重要的课程,在课程设计过程中,对书本知识的应用十分灵活,使我深深地感觉到对书本知识的掌握并没有自己想象的那么牢固,再出现错误的时候总是需要翻书,更甚者翻书也解决不了问题。
这为我敲响了警钟,在以后的学习中,要注意理论与实际相结合,只有这样才能在以后的工作中取得成绩。
总之,课程设计是对我们大学生的一种锻炼,一定要慎重对待,也希望以后能多一些实际操作的机会!
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