集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 前言計(jì)算機(jī)限制技術(shù)在通信、遙感、無(wú)損檢測(cè)、智能儀器、工業(yè)自動(dòng)限制等工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)時(shí)，程序設(shè)計(jì)是很多技術(shù)人員要面臨的問(wèn)題。在高校和科研院所，有眾多的探討人員在運(yùn)用各種計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)，他們都迫切須要相關(guān)的書(shū)籍來(lái)學(xué)習(xí)相關(guān)的編程技術(shù)。組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、商品化的通用工控開(kāi)發(fā)軟件，只需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的軟件組態(tài)和簡(jiǎn)潔的編程，就可以設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、通用性強(qiáng)、牢靠性高的上位機(jī)人機(jī)界面工控程序，且工作量較小，開(kāi)發(fā)調(diào)試周期短，對(duì)程序設(shè)計(jì)員要求低，因此，組態(tài)軟件是性能優(yōu)良的軟件產(chǎn)品，成為開(kāi)發(fā)上位機(jī)工控程序的主流開(kāi)發(fā)工具。近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，組態(tài)軟件技術(shù)的

2、發(fā)展也特別快速，可以說(shuō)是到了令人目不暇接的地步，特殊是圖形界面技術(shù)、面對(duì)對(duì)象編程技術(shù)，組件技術(shù)的出現(xiàn)，使原來(lái)單調(diào)、呆板、操作麻煩的人機(jī)界面變得耳目一新，因此，除了一些小型的工控系統(tǒng)須要開(kāi)發(fā)者自己編寫(xiě)應(yīng)用程序，凡屬于大中型的工控系統(tǒng)，最明智的方法應(yīng)當(dāng)是選擇一個(gè)合格的組態(tài)軟件。然而，集散限制系統(tǒng)則是一個(gè)很好的選擇。分布式集散限制系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別限制生產(chǎn)過(guò)程中多個(gè)限制回路，同時(shí)又可集中獲得數(shù)據(jù)集中管理和集中限制的自動(dòng)限制系統(tǒng)。 分布式集散限制系統(tǒng)采納微處理機(jī)分別限制各個(gè)回路，而用中小型工業(yè)限制計(jì)算機(jī)或高性能的微處理機(jī)實(shí)施上一級(jí)的限制，各回路之間和上下級(jí)之間通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道交換信息。分布式集散限

3、制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)獲得干脆，數(shù)字限制人機(jī)交互以及監(jiān)控和管理等功能。分布式集散限制系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)監(jiān)督限制系統(tǒng)干脆數(shù)字限制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)多級(jí)限制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是生產(chǎn)過(guò)程的一種比較完善的限制和管理系統(tǒng)。在分布式集散限制系統(tǒng)中，按地區(qū)把微處理機(jī)安裝在測(cè)量裝置和限制執(zhí)行機(jī)構(gòu)旁邊，將限制功能盡可能分散，管理功能相對(duì)集中。這種分散化的限制方式能改善限制的牢靠性不會(huì)由于計(jì)算機(jī)的故障而使整個(gè)系統(tǒng)失去限制，當(dāng)管理級(jí)發(fā)生故障時(shí)過(guò)程限制級(jí)限制回路仍具有獨(dú)立限制實(shí)力，個(gè)別限制回路發(fā)生故障時(shí)也不致影響全局和計(jì)算機(jī)多級(jí)限制系統(tǒng)。相比，分布式限制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加敏捷，布局更為合理和成本更低。因此，以后的發(fā)展用途將會(huì)更廣泛

4、。一、鍋爐概述鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過(guò)煤、油或自然氣等燃料的燃燒釋放出化學(xué)能，并通過(guò)傳熱過(guò)程把能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變成蒸汽，蒸汽干脆供應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中所需的熱能，或通過(guò)蒸汽動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能。因此，近代鍋爐亦稱作蒸汽發(fā)生器。鍋爐除了和全部動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)品一樣，必需不斷降低成本并提高效率和質(zhì)量以外，由于鍋爐本身的特性，它還具有以下特點(diǎn)。、牢靠性要求高。鍋爐一旦事故停爐，將使電廠臨時(shí)對(duì)外供電，影響甚廣，其干脆、間接損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鍋爐本身的價(jià)值。、綜合性強(qiáng)。鍋爐和汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)同為電廠三大主機(jī)，但鍋爐除了一

5、般性的產(chǎn)品內(nèi)在沖突外，還要能適應(yīng)燃料性質(zhì)，使整個(gè)電廠得到平安經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，因而多了一個(gè)外在沖突。此外，鍋爐還和其他工業(yè)部門的發(fā)展有著特別親密的關(guān)系，如石油化工企業(yè)中的廢熱鍋爐，蒸汽燃?xì)饴?lián)合動(dòng)力裝置中的壓力燃燒鍋爐及核反應(yīng)堆工程中的蒸汽發(fā)生器等等。、金屬耗量和體積大。以一臺(tái)配30萬(wàn)千瓦機(jī)組的電站鍋爐為例，金屬耗量達(dá)四千多頓，體積達(dá)二萬(wàn)多立方米。、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。一臺(tái)大容量鍋爐從設(shè)計(jì)、制造、安裝到投入運(yùn)行，目前一般需時(shí)二到三年，今后即使采納設(shè)計(jì)新技術(shù)及制造安裝新工藝，提高自動(dòng)化水平，要想把上述全過(guò)程在更短時(shí)間內(nèi)完成，還是比較困難的。、鍋爐產(chǎn)品不能在制造廠內(nèi)整裝試運(yùn)。除小容量工業(yè)鍋爐外，不行能把鍋爐在制造

6、廠內(nèi)全部組裝好并投入試運(yùn)行，這給鑒定和提高產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)不少困難。二、系統(tǒng)性能要求2.1、蒸汽鍋爐的主要技術(shù)指標(biāo)及功能1、保證鍋爐汽包水位維持在巧一30nnIl范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。2、保證鍋爐實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)燃燒,運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)冒黑煙現(xiàn)象。3、維持蒸汽壓力在1.2一1.3Mpa,保證某集團(tuán)的用汽需求,并且在運(yùn)行過(guò)程中,爐排調(diào)整平緩,防止?fàn)t鏈因突然加速而斷裂。4、應(yīng)用軟件應(yīng)具有報(bào)警功能。5、應(yīng)用軟件應(yīng)具有報(bào)表功能2.2、鍋爐自動(dòng)運(yùn)行的主要任務(wù)1、保持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。2、限制蒸汽壓力的穩(wěn)定。3、限制爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。4、維持經(jīng)濟(jì)燃燒。2.3、系統(tǒng)的模擬量輸入點(diǎn)和模擬量輸出點(diǎn)模擬量輸入點(diǎn)：（1）給

7、水泵變頻器輸入；（2）鼓風(fēng)機(jī)變頻器輸入；（3）引風(fēng)機(jī)變頻器輸入；（4）爐前溫度；（5）爐膛溫度；（6）爐后溫度；（7）主蒸汽溫度；（8）省煤器出口水溫；（9）給水流量；（10）蒸汽流量；（11）爐膛負(fù)壓；（12）主蒸汽壓力；（13）汽包水位；（14）給煤機(jī)轉(zhuǎn)速；（15）爐排轉(zhuǎn)速；（16）汽包壓力。模擬量輸出點(diǎn)：（1）給水泵變頻器輸出；（2）鼓風(fēng)機(jī)變頻器輸出；（3）引風(fēng)機(jī)變頻器輸出；（4）給煤機(jī)轉(zhuǎn)速輸出；（5）爐排轉(zhuǎn)速輸出。如圖2所示：是各個(gè)輸入量、輸出量量程范圍及通道 圖2：輸入輸出變量表三、組態(tài)設(shè)計(jì)分析3.1、鏈條鍋爐工藝簡(jiǎn)介本次試驗(yàn)主要是設(shè)計(jì)工業(yè)鏈條鍋爐DCS系統(tǒng)，鏈條鍋爐是火床燃燒爐的一

8、種,煤在水平運(yùn)動(dòng)的爐排上燃燒,空氣經(jīng)預(yù)熱器從爐排下方自下而上引入。煤從煤斗落到爐排上,經(jīng)過(guò)爐閘門時(shí)被刮成肯定厚度 后進(jìn)入爐膛,煤在爐排上分段燃燒成渣,爐渣隨著爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)排出。爐膛中燃燒的煤所釋放的熱量,被爐膛四周的水壁汲取進(jìn)而在汽包中達(dá)到汽水分別，高溫高壓蒸汽進(jìn)入分汽缸通過(guò)換熱站供用戶。燃燒產(chǎn)生的煙氣被引風(fēng)機(jī)帶動(dòng)經(jīng)過(guò)省煤器、空氣預(yù)熱器換熱后再經(jīng)過(guò)除塵排入大氣。如圖3.1是鏈條鍋爐的工藝流程圖： 圖3.1：鏈條鍋爐的工藝流程圖如圖3.1.1工業(yè)鍋爐DCS系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置圖：3.2、組態(tài)工控系統(tǒng)的組建過(guò)程（1）、工程項(xiàng)目系統(tǒng)分析（2）、設(shè)計(jì)用戶操作菜單（3）、畫(huà)面設(shè)計(jì)和編輯（4）、編寫(xiě)程序進(jìn)行調(diào)試

9、（5）、連接設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（6）、綜合調(diào)試3.3、工業(yè)鍋爐的工作原理鍋爐通過(guò)燃煤燃燒釋放熱量，使水變成蒸汽，以供生產(chǎn)須要。該鍋爐通過(guò)鏈條爐排把煤送入爐膛中燃燒，鍋爐的蒸發(fā)受熱面都在爐子內(nèi)壁上，組成水冷壁，充分利用爐膛中的高溫?zé)煔廨椛涑龅臒崃?，使燃燒產(chǎn)物在進(jìn)入以后的對(duì)流受熱面時(shí)，可以達(dá)到必需的冷卻，同時(shí)也起到了愛(ài)護(hù)爐墻的作用。后墻水冷壁（在水平煙道前方）拉稀成數(shù)列凝渣管束。拉稀的作用是防止結(jié)渣，同時(shí)對(duì)其后方的過(guò)熱器也起了愛(ài)護(hù)的作用。給水在除氧器被高溫蒸汽除氧并加熱，由給水管道將水送至省煤器，在其中被加熱到某一溫度后，進(jìn)入鍋筒，然后沿下降管下行至水冷壁進(jìn)口集箱。水在水冷壁內(nèi)汲取爐膛內(nèi)的輻射熱而形成汽

10、水混合物上升到鍋筒中，蒸汽經(jīng)過(guò)汽水分別裝置，由鍋筒上部離開(kāi)，流到過(guò)熱器中。在過(guò)熱器內(nèi)，飽和蒸汽接著吸熱成為過(guò)熱蒸汽，然后經(jīng)汽水分別器送往儲(chǔ)氣罐。煤經(jīng)鏈條爐排，進(jìn)而入爐膛，在爐膛燃燒放出大量的熱量。燃燒后的熱煙氣上升，經(jīng)過(guò)凝流管束、過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)除塵裝置清除其中的飛灰，最終才由風(fēng)機(jī)送往煙囪排往大氣。如下圖3.3就是工業(yè)鍋爐的構(gòu)成圖： 圖3.3：工業(yè)鍋爐構(gòu)成圖 四、軟件組態(tài)王的設(shè)計(jì)4.1：工業(yè)鍋爐燃燒的主畫(huà)面在設(shè)計(jì)主畫(huà)面時(shí)，要找到畫(huà)面所須要的各種物品，假如沒(méi)有的，須要自己畫(huà)出來(lái)，然后把這些圖片放在相應(yīng)的地方后，就須要進(jìn)行畫(huà)面連接啦。例如：對(duì)送沒(méi)煤車進(jìn)行畫(huà)面連接時(shí)，須要雙擊畫(huà)面，

11、進(jìn)行向右平移的設(shè)定，還有設(shè)定好移動(dòng)的距離，對(duì)供應(yīng)水和蒸汽流淌的設(shè)置也是如此。在對(duì)引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等進(jìn)行設(shè)置時(shí)，只要選擇旋轉(zhuǎn)的按鈕即可。最終，對(duì)于火焰的設(shè)定，須要5張圖片，然后設(shè)定相應(yīng)的閃耀時(shí)間t=05秒，這樣就可以望見(jiàn)火焰的燃燒啦。還有系統(tǒng)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)只要把模擬值輸出和相對(duì)應(yīng)的變量關(guān)聯(lián)就可以啦。4.2：循環(huán)泵水壓、爐壓限制系統(tǒng)對(duì)于循環(huán)泵水壓、爐壓限制系統(tǒng)的建立，我們須要建立時(shí)間，以及監(jiān)測(cè)各個(gè)變量的值的游標(biāo)，使游標(biāo)的值和各個(gè)變量相對(duì)應(yīng)，以免在手動(dòng)調(diào)整時(shí)，變量之間的值發(fā)生混亂，還有限制閥的開(kāi)度也是須要特殊留意的。我們還須要建立一個(gè)實(shí)時(shí)曲線報(bào)表，用來(lái)檢測(cè)變量的值的波動(dòng)，其中，所監(jiān)測(cè)的變量有紅色曲線代表的

12、循環(huán)水壓變量、綠色曲線代表的爐膛負(fù)壓變量以及黃色曲線代表的補(bǔ)水箱的水位，當(dāng)手動(dòng)調(diào)整變量時(shí)，曲線會(huì)隨著游標(biāo)的改變而改變。最終，還要建立可以轉(zhuǎn)換到其他畫(huà)面的按鈕，并把它們和畫(huà)面連接起來(lái)。4.3燃燒限制系統(tǒng)燃燒限制系統(tǒng)的建立和上一個(gè)畫(huà)面循環(huán)泵水壓、爐壓限制系統(tǒng)的建立過(guò)程大致相同，不過(guò)要把要連接的變量改成所須要的變量，而且實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線的連接變量應(yīng)改為紅色曲線的爐膛溫度變量和綠色曲線的出口水溫變量，其中變量的大少也應(yīng)當(dāng)連接起來(lái)。4.4、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表在建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表的過(guò)程中，我們須要對(duì)爐膛出口壓力、爐膛出口溫度、出水壓力、出水溫度、補(bǔ)水箱水位等變量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，看到這些變量怎么改變的，我們還須要把日期注明以

13、及把各個(gè)時(shí)間段改變值檢測(cè)出來(lái)。4.5、歷史數(shù)據(jù)曲線歷史數(shù)據(jù)曲線的建立是用來(lái)回看各個(gè)變量在不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)值，它的建立是在工具中的歷史報(bào)表，該報(bào)表須要獨(dú)自建立一個(gè)歷史數(shù)據(jù)查詢按鈕，然后對(duì)所須要監(jiān)測(cè)的變量進(jìn)行添加，然后在運(yùn)行后設(shè)置須要查詢的時(shí)間范圍以剛好間間隔，點(diǎn)擊確定后就會(huì)在報(bào)表中顯示。4.6、報(bào)警窗口報(bào)警窗口是用以反映變量的不正常改變，自動(dòng)對(duì)須要的變量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生異樣時(shí)，要在報(bào)警窗口中顯示出來(lái)。報(bào)警窗口分為實(shí)時(shí)報(bào)警窗口和歷史報(bào)警窗口，實(shí)時(shí)報(bào)警窗口只顯示當(dāng)前的報(bào)警事務(wù)，要查閱歷史報(bào)警事務(wù)只能通過(guò)歷史報(bào)警窗口。本系統(tǒng)中對(duì)汽包液位、蒸汽壓力、爐排轉(zhuǎn)速等重要的影響鍋爐平安的熱工變量均設(shè)置了報(bào)警上、下

14、限，擋在進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)操作過(guò)程中，這些變量超限時(shí)，采納聲音提示報(bào)警，并在報(bào)警窗口以紅色字體顯示變量名和報(bào)警狀態(tài)。五、運(yùn)行結(jié)果和分析試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果： 圖5.1：主畫(huà)面 圖5.2：循環(huán)泵水壓、爐壓限制系統(tǒng) 圖5.3：燃燒限制系統(tǒng) 圖5.4：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表 圖5.5：歷史數(shù)據(jù)曲線 圖5.6：報(bào)警窗口六、調(diào)試步驟、修改過(guò)程6.1、組態(tài)軟件的運(yùn)用步驟（1）、依據(jù)工藝過(guò)程繪制、設(shè)計(jì)畫(huà)面結(jié)構(gòu)和畫(huà)面草圖。（2）、建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。（3）、在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量和I/O點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。（4）、依據(jù)第（1）步的畫(huà)面結(jié)構(gòu)和畫(huà)面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫(huà)面。（5）、將操作

15、畫(huà)面中的圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變量建立動(dòng)畫(huà)連接關(guān)系，規(guī)定動(dòng)畫(huà)屬性和幅度。（6）、對(duì)組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行分段和總體調(diào)試。（7）、系統(tǒng)投入運(yùn)行。6.2、調(diào)試修改過(guò)程在本次的試驗(yàn)中，按如圖所示的器件擺放好后，就可以進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接啦，把全部的器件和各自的變量連接后，就可以切換到view畫(huà)面，然后就可以看到所設(shè)置的動(dòng)畫(huà)效果，就可以切換到所需的畫(huà)面中，也可以調(diào)試錯(cuò)誤和不志向的地方。在本次試驗(yàn)勝利之前，經(jīng)驗(yàn)了很多次的修改，例如：在設(shè)置主畫(huà)面的過(guò)程中，看到送煤車還沒(méi)達(dá)到指定的地點(diǎn)，就已經(jīng)重新起先了，這時(shí)，就須要修改送煤車的移動(dòng)距離，在經(jīng)過(guò)幾次修改后，最終達(dá)到志向的效果，還有在循環(huán)泵水壓、爐壓限制系統(tǒng)和燃燒限制系統(tǒng)時(shí)，實(shí)時(shí)

16、趨勢(shì)曲線中沒(méi)有線條或者是線條靠在最上面或最下面，在詢問(wèn)老師和在和同學(xué)的溝通中知道，須要在數(shù)據(jù)詞典中定義變量的時(shí)候，須要把記錄的那項(xiàng)選中或者是把它的最大值調(diào)小或者調(diào)大一些，使曲線在方框的中間，能夠看清曲線的改變。還有在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表中，如何在報(bào)表中和數(shù)據(jù)詞典中變量相關(guān)聯(lián)，在歷史數(shù)據(jù)報(bào)表中，如何把變量放到報(bào)表中顯示出來(lái)以及在報(bào)警窗口中，要把多少值設(shè)為報(bào)警值，都須要試驗(yàn)很多遍，找到一個(gè)合適的報(bào)警值。以上的這些問(wèn)題都是在試驗(yàn)過(guò)程中遇到的大問(wèn)題，還有很多的問(wèn)題也不一一排列出來(lái)啦。 七、總結(jié)通過(guò)本次工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)使我深刻地了解到理論學(xué)問(wèn)和實(shí)踐學(xué)問(wèn)的差別，在學(xué)習(xí)中學(xué)到的很多學(xué)問(wèn)，只有在實(shí)際運(yùn)用后，才能夠真正地被自己所用，并深刻的體會(huì)到自動(dòng)化在工業(yè)限制中的重要性和有效性。通過(guò)把以往學(xué)到的學(xué)問(wèn)應(yīng)用到實(shí)際工作中，讓自己對(duì)已學(xué)學(xué)問(wèn)增加了更多的理性相識(shí)，對(duì)學(xué)問(wèn)的相識(shí)已經(jīng)不僅僅停留在理論的水平上，而是真正運(yùn)用到實(shí)際的工作中去，學(xué)會(huì)了理論聯(lián)系實(shí)際，這才是學(xué)習(xí)的最終目的。經(jīng)過(guò)了這次的鍋爐設(shè)計(jì)，讓我看到了自己很多方面的不足，也讓我意識(shí)到實(shí)際動(dòng)手實(shí)力的缺乏。比如：專業(yè)學(xué)問(wèn)方面不夠扎實(shí)，單獨(dú)解決問(wèn)題的實(shí)力不強(qiáng)，想問(wèn)題方面不夠全面，實(shí)踐實(shí)力較弱等。這讓我意識(shí)到，無(wú)論在學(xué)習(xí)、工作中，都應(yīng)當(dāng)增加自身各方面的實(shí)力，改正自己的缺點(diǎn)，完善自己