基于力控軟件的鍋爐控制系統(tǒng)

1、基于力控軟件的鍋爐控制系統(tǒng)作者:日期:電氣工程師技能大賽-基于力控軟件的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)專業(yè)名稱：農(nóng)業(yè)電氣化與自動小組成員：王強(qiáng)、郝悅含 學(xué)號：、 設(shè)計時間：2 015. 5.5隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高和計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種要求。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好的解決 傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。目前世界上組態(tài)軟件品種繁多，國外產(chǎn)品有美國

2、Wonderwae公司的hToudh美國In t ellut i on公司的i F IX等，國內(nèi)產(chǎn)品有三維力控、組態(tài)王、MCG S等。一般的組態(tài)軟件都由下列組件構(gòu)成：圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三 方程序接口組件、控制功能組件。力控組態(tài)軟件主要解決的問題：如何與采樣、控制設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機(jī)圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來；處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警；存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)查詢； 各類報表的生成和打印輸出；為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求；最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。本文以鍋爐對象為例，利用三維力控P

3、CAut 0組態(tài)軟件開發(fā)了一個小型的監(jiān)控系 統(tǒng)。1力控組態(tài)軟件PCAu toi. 1軟件的認(rèn)識1. 1軟件的認(rèn)識力控監(jiān)控組態(tài)軟件PCAut 0是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用 軟件,是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺，它能同時和國內(nèi)外各種工業(yè)控 制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便 可以達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便地向控制層和管理層提供軟、 硬件的全部接口，來實(shí)現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行集成。力控監(jiān)控組態(tài)軟件PC Auto最大的特點(diǎn)是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實(shí)踐方法，用戶只要將其

4、預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān) 控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大地提高了集成效 率。力控的應(yīng)用范圍廣泛、可用于開發(fā)石油、化工、半導(dǎo)體、汽車、電力、機(jī)械、 冶金、交通樓宇自動化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動化、過 程控制、管理監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)測 /遠(yuǎn)程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統(tǒng)。P CAuto組態(tài)軟件具有功能強(qiáng)大的圖形開發(fā)環(huán)境 Draw采用面向?qū)ο蟮膱D形技術(shù)，創(chuàng)建動畫式人-機(jī)界面系統(tǒng)及高可靠性快速的圖形界面運(yùn)行系統(tǒng)Vie W, 用來運(yùn)行Dra w創(chuàng)建圖形窗口。先進(jìn)的分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫 DB是整個應(yīng)用系統(tǒng)的核心

5、模塊，負(fù)責(zé)整個力控應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理、 歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù) 處理、報警信息處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理及完成與過程的雙向通信。1 .2軟件的使用在組態(tài)軟件中填寫一些事先設(shè)計的表格，再利用圖形功能把被控對象（溫度 計、壓力計、鍋爐、趨勢曲線、報表、溫控曲線等 ）形象的畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與I/O設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接。當(dāng)由組態(tài)軟件 生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行后，與被控對象相連的I/O設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化會直接帶 動被控對象的屬性變化。2 .系統(tǒng)功能概述基于力控組態(tài)軟件的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要是充分利用軟件的優(yōu)勢，通過對鍋爐系統(tǒng)中的三個主要參數(shù)，即鍋爐水位、爐膛壓力、鍋爐內(nèi)溫度的

6、控制來實(shí) 現(xiàn)對鍋爐系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。具體的控制原則為：當(dāng)鍋爐液位“ lev el”的值高于90時,系統(tǒng)產(chǎn)生報警，對應(yīng)的液位報警燈閃爍紅色，同時發(fā)出報警聲音；當(dāng)爐膛 壓力“pr es s”的值高于8 90時，系統(tǒng)也會報警，對應(yīng)的壓力報警燈閃爍紅色,同時發(fā)出報警聲音；同樣，當(dāng)鍋爐內(nèi)溫度“ tern P”的值高于90時，系統(tǒng)也產(chǎn)生報警信息，對應(yīng)的溫度報警燈閃爍紅色，同時發(fā)出報警聲音。其中鍋爐水位由仿 真PLC的常量寄存器控制，爐膛壓力和鍋爐內(nèi)溫度也分別由仿真 PLC的常量寄存器控制，由于無法準(zhǔn)確地建立鍋爐水位、爐膛壓力、鍋爐內(nèi)溫度三者之間的函數(shù) 關(guān)系，在設(shè)計時人為設(shè)定爐膛壓力和鍋爐內(nèi)溫度分別隨鍋爐水位

7、增減情況的不同而有不同的增減量變化。系統(tǒng)的啟停則由仿真PL C的狀態(tài)寄存器，即點(diǎn)“run”進(jìn)行控制，當(dāng)啟動按鈕“ ru n”顯示綠色時，系統(tǒng)開始運(yùn)行;當(dāng)顯示紅色時，鍋爐液 位、爐膛壓力和鍋爐溫度復(fù)位到初始設(shè)定值。系統(tǒng)報警時，對應(yīng)的報警燈會 閃爍紅色。溫度過高時，加熱設(shè)備停止加熱，其中是否加熱有動畫連接實(shí)現(xiàn)，加熱 時加熱設(shè)備一直閃爍，否則停止閃爍。3.系統(tǒng)設(shè)計 3.1設(shè)計思想鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，主要的輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料 量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等；主要的輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓、過?？諝獾?。因輸入變量與輸出變量相互關(guān)聯(lián)，如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、

8、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等變化,因此鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對象。鍋爐對象簡圖，如圖1所示。由于條件限制及能力有限， 本控制系統(tǒng)將主要控制三個變量：鍋爐水位、爐內(nèi)溫度、爐膛壓力。在本控制系統(tǒng)的圖形界面上具備報警通知及確認(rèn)、報表組態(tài)及打印、歷史數(shù)據(jù)查詢與顯示等功能。各種報警、報表、趨勢都是動畫連接的對象，其數(shù)據(jù)源都可以通過組態(tài)來指定。每個畫面的內(nèi)容可以根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)計。圖1鍋爐對象簡圖3.2軟件組態(tài)設(shè)計基于力控P CAut o組態(tài)軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個步驟：畫面創(chuàng)建、動畫連接、1/O設(shè)備設(shè)置、創(chuàng)建實(shí)時數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)連接。畫面創(chuàng)建 根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計了鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)主界

9、面，數(shù)據(jù)的采集、保存及查詢界面, 報警信息,溫控曲線四個界面。主界面如圖2所示,主要包括了系統(tǒng)開關(guān)，鍋爐精靈, 壓力、溫度的精靈，報警燈，加熱設(shè)備和一些控制閥門。圖2鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)主界面數(shù)據(jù)的采集、保存及查詢界面如圖3所示，說明了系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，及相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的查詢。主要包含趨勢曲線和歷史報表?！皻v史報表”工具可以方便的實(shí)現(xiàn)報表打印功能圖3數(shù)據(jù)的采集、保存及查詢界面 報警信息界面如圖4所示，由報警組態(tài)及相關(guān)報警設(shè)置來完成系統(tǒng)的報警任務(wù)。圖4報警信息界面溫控曲線界面如圖5所示，主要有溫控曲線組件完成，便于更好的實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)溫 度的控制與觀測。圖5溫控曲線界面 動畫連接動畫連接是指畫面中圖形對象與

10、變量或表達(dá)式的對應(yīng)關(guān)系。建立了連接后，在監(jiān) 控系統(tǒng)運(yùn)行時，根據(jù)變量或表達(dá)式的數(shù)據(jù)變化，圖形對象改變顏色，大小等外觀, 文本會進(jìn)行動態(tài)刷新。這樣就將現(xiàn)場真實(shí)的數(shù)據(jù)放映到計算機(jī)的監(jiān)控畫面中，從 而達(dá)到監(jiān)控的目的。此控制系統(tǒng)中分別對開關(guān)精靈、報警燈、界面切換、加熱設(shè)備等進(jìn)行了相關(guān)的動 畫連接。從而可以動態(tài)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良好控制。具體實(shí)現(xiàn)方法如圖6中各圖所示。圖8相關(guān)點(diǎn)參數(shù)的設(shè)置3.3系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的腳本程序 調(diào)出程序腳本串口，編寫程序如下：（1）進(jìn)入程序腳 本中程序：(2)程序運(yùn)行周期執(zhí)行中程序：圖9腳本程序3.4系統(tǒng)相關(guān)功能連接與實(shí)現(xiàn)3. 4.1查詢歷史報表要連續(xù)查詢歷史報表的數(shù)據(jù)，需要給報表加入按鈕

11、控制對象,給按鈕賦予相應(yīng)動作。其實(shí)現(xiàn)步驟與方法:同時選中所需按鈕和歷史報表，用工具箱中“打成單元”工具,將按鈕和歷史報表打成單元；雙擊按鈕出現(xiàn)動畫連接對話框，選中“觸敏動作/左鍵動作”,在彈出的腳本編輯器中輸入腳本程序，點(diǎn)擊“確認(rèn)”和“返回”按鈕。按鈕功能與其相應(yīng)的腳本程序：“查詢”：#HisRepo rt. SetTimeSpan(#Tm eS pan 17.GetTime( ),#Tim e Span .GetTime ();#Hi sReport SetTimeEx(#Da teT ime.GetTime()“當(dāng)前時間” ：# H i sRepo rt.NowTime()“前一天” :#

12、Hi sReport.OffDay(-1)“后一天” ：#Hi sRe po rt .OffDay(1)“打印” ：#H isR ep or t. Print ()342報表打印報表打印是對各個參數(shù)在一天或幾天之內(nèi)， 以一定間隔時間為準(zhǔn)，把這些值以一定格式打印出來。這樣既減少了操作人員用筆填寫報表，又方便準(zhǔn)確。還可以對報表打印進(jìn)行定時間打印。圖10溫控曲線打印3. 4.3事件的記錄和顯示事件記錄可以作為事故追憶、歷史信息查詢的重要手段,在事件記錄窗口中當(dāng)指定查詢事件記錄的日期和時間后，單擊“開始定位”按鈕，事件記錄窗口自動顯示查詢到的所有事件記錄信息。力控提供了一個腳本函數(shù)Eve ntDisp

13、()用來調(diào)出事件記錄。4.結(jié)束語利用力控PCAut o組態(tài)軟件所設(shè)計的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)，可以很好的對鍋爐溫度、壓力和液位進(jìn)行監(jiān)控。但此次設(shè)計只是實(shí)現(xiàn)簡單的監(jiān)控功能，對于現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)的采集和科學(xué)的控制策略沒有實(shí)現(xiàn)。不過通過此次設(shè)計了解到力控PCAuto組態(tài)軟件畫面制作簡單，動畫連接方便;利用一些簡單的控制語句可以很方便的實(shí)現(xiàn)控制組態(tài)，而且自帶實(shí)時數(shù)據(jù)庫是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式實(shí)時數(shù)據(jù)庫?？傊?，組態(tài)軟件具有實(shí)時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。監(jiān)控組態(tài)軟件投入運(yùn)行后，操作人員可以在它的支持下完成多項任務(wù):1 .看生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)及流程畫面;

14、2 .打印各種實(shí)時/歷史生產(chǎn)報表;3自由瀏覽各個實(shí)時/歷史趨勢畫面;4及時得到并處理各種過程報警和系統(tǒng)報警;5. 在需要時,人為的干預(yù)生產(chǎn)過程，修改生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài);6 .與管理部門的計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)。5.設(shè)計心得體會通過將近兩周的課程設(shè)計，我們在搜集大量資料和觀看一系列力控軟件教學(xué) 視頻的基礎(chǔ)上，很好的完成了本次鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，掌握了軟件工程這 門課理論與實(shí)際間的聯(lián)系，也熟練了數(shù)據(jù)庫的建立，數(shù)據(jù)采集的創(chuàng)建，報警的運(yùn)用 等等，通過繁瑣的動畫連接和實(shí)時數(shù)據(jù)庫中各種變量的建立， 找到了一定的規(guī)律。通過簡單的控制語句的編程，發(fā)現(xiàn)了其中很多控制變量間的編程規(guī)律，很好的實(shí)現(xiàn) 了組態(tài)功能。設(shè)計的過程中遇到過不少問題，軟件的安裝也嘗試了好幾個版本 或者是程序的編寫問題，或者是變量的創(chuàng)建不合適，再或者是動畫的關(guān)聯(lián)，等等,通 過大家一起探討，一起研究，解決了一系列的困難 ，最終能夠在一臺電腦上將實(shí)驗中的各種現(xiàn)象完美的展現(xiàn)出來，但是還是有的地方?jīng)]有弄太明白，不過最終仍 舊根據(jù)課設(shè)要求圓滿地完成了設(shè)計的任務(wù)，在困難的陪同下體驗了一下成功的喜 悅，增強(qiáng)了以后學(xué)習(xí)和解決困難、問題的信心，體會到了團(tuán)隊合作的重要性