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基于工控机及专用锅炉控制器的小型DCS系统设计

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   摘要:论文设计了一种小型锅炉分布式系统,系统以工控机作为上位机实现人机界面、数据管理、系统控制、故障跟踪、网络通信功能,以专用锅炉控制器作为下位机,实现对锅炉的温度、压力、水位等数据采集及加热控制等,具有结构简单、使用方便、成本较低的特点。
   关键词:工控机;锅炉控制器;DCS
   中图分类号:TP273.5 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2011) 08-0000-02
   Small DCS System Design Based on IPC and Dedicated Boiler Controller
   Zhang Daode,Hu Xinyu,Xu Cheng,Pan Yurong
   (School of Mechanical Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan430068,China)
   Abstract:A small boiler in distributed system is designed.Industrial computer is taken as superior PC to realize human-machine interface,data management,and system control,fault tracing,network communication function,with special boiler controller as slave machine to realize the boiler temperature control,pressure and water data acquisition and heating control.The system structure is simple and easy to use with low cost.
   Keywords:IPC;Boiler Controller;DCS
  
  
   一、概述
  
   锅炉是工厂重要的动力设备,它必须根据生产工艺要求提供合格的蒸汽,并使锅炉产汽量及压力适应负荷的需要。因此,生产过程的各个主要参数必须严格控制。本文介绍了一种基于工控机、专用锅炉控制器的小型锅炉DCS控制系统。DCS又称集散控制系统或分布式控制系统(Distributed Cotroll System),集计算机技术、控制技术、通信网络技术为一体,在结构上将管理监控、实时控制、数据采集等功能分散到不同的计算机中,每台计算机均采用高可靠的工业计算机,必要时采用冗余技术,从而保证了系统的高度可靠性。利用计算机软件和图形化技术,可以方便地实现系统功能的模块化组态,以适应不同工业过程的控制要求和算法,便于系统的调试和投运,又可以实时记载过程数据,并通过网络将这些数据自动传送到生产管理计算机系统,实现计算机集成化的管理与控制。
  
   二、系统总体设计
  
   本DCS系统应用于某酒店锅炉房,管理三个锅炉。系统分为三层:第一层为现场传感器、执行器等;第二层为现场控制层,现场控制层采用现有锅炉控制系统的IPC作为控制核心,配合二次仪表,根据集中控制台的指令、规定的工艺要求、各种逻辑连锁关系的要求、现场状态保护的要求,对现场实时控制);第三层为集中控制台(上位机),上位机选用工业控制计算机。上位机加入modbus通讯协议,可将锅炉工况上传至楼宇集中控制系统。
  
  
   图1.控制系统拓扑结构图
   DCS集散式控制系统,是当今锅炉自动控制领域的主流。其下位机可以在现场控制对象进行独立控制,当上位机或其他下位机出现故障时,不会影响本机的正常工作。同时上位机也可以对每个下位机进行管理和系统监控。因此,DCS集散式控制系统具有很高的可靠性,系统下位机采用南京仁泰公司的锅炉电脑控制器。
  
   三、上位工业控制计算机功能介绍
  
   工业控制计算机软件平台采用Labview,该软件平台使得系统具有合理的配置和丰富的人机对话功能。以此为平台的锅炉控制软件,具有各种曲线、图表、动画画面、立体画面和动态画面显示功能,具有强大的数据记录和处理功能。动态画面和实时数据相结合,使系统控制性能得到进一步提高。中央控制台主要有工业控制计算机LCD显示器、操作台、强电元件等。工业控制计算机是锅炉组的控制中心。系统具有以下功能和特点:
   (一)系统安全分级
   系统具有分级安全管理功能,非法用户不能对系统进行修改和操作,以保证系统的运行安全。
   (二)图形化显示
   系统采用动画、图形动态反映系统的运行,对各种数据和参数做出动态分析,生成动态运行曲线显示在屏幕上。
   (三)自动数据采集、处理
   系统执行操作人员的指令,并且收集来自下位机的所有状态,分析生成动态运行数据,自动存入数据库,据此系统进行各类情况的分析,使锅炉处于最佳的运行状态。
   (四)人机界面友好
   工作人员仅需通过鼠标操作,就可以控制、查询各个设备的状态,计算机响应工作人员操作、进入新的画面和设备改变工作状态时,就有相应的信息提示,当有故障报警时,系统会发出相应的报警信息,操作简单。
   (五)故障跟踪监控
   对从下位机送来的有关锅炉运行信息进行故障跟踪监控,一旦锅炉出现不正常的情况,立即显示发生故障的锅炉画面,显示出故障的性质和部位,并将故障的具体数据通过打印机打印出故障报表。同时,计算机也将所有的故障信息自动存挡,作为重要的历史数据以供随时查询。
   (六)报表以及数据打印
   系统能够很方便地产生各类报表,查询以及维护数据库。配备数据打印机,可以打印锅炉在运行中产生的实时数据记录、历史数据记录和故障报表。打印有两种形式:及时打印和定时打印。
   (七)负荷调节
   上位机除随时对单台锅炉的运行状态进行全面跟踪显示外,还根据系统的需求,对下位机及多台锅炉进行投运和停止控制,以实现系统的负荷调节,在满足系统供热工艺要求的同时,最大限度地节能。
   (八)系统通讯网络
   因为RS-4.85接口具有抗干扰性强及传输距离远的特点,上、下位机采用RS-485接口,通过下位机控制柜将锅炉的运行工况、重要参数、重要数据和报警记录等上传至上位机,方便管理人员实现对锅炉操作系统的实时监测、集中控制,实现现代化的管理。
  
   四、下位机及其接线方法
  
   系统下位机采用南京仁泰锅炉自控设备有限公司YLZK-WQ2210/1型电脑锅炉控制器。该控制器采用μPSD3200型CPU作为电脑控制器系统的核心。以该型单片机为核心的控制器是国内锅炉电脑控制器中最先进的产品之一,具有锅炉压力控制、缺水保护、炉壁温度检测、超压保护、定时控制、实时时钟等自动控制功能。参照该型号锅炉控制器的使用说明书,其接线分输入信号及输出信号两种。
   (一)输入信号
   1.温度传感器。炉壁温度传感器热电阻分度号:Pt100,测温范围:0~400℃,R(0)=100.00Ω。该传感器在温度每变化1℃时其电阻变化仅0.39Ω左右。故应特别注意接线质量,尽量减小导线接头处的接触电阻,以免影响测温精度。
   2.水位电极(水位电接点)。当水电极两端的电阻低于50K时,控制器即认为水面已高于电极,当水电极两端电阻升至200K以上时,控制器即认为水面已低于电极。请注意电极两端的绝缘。
   3.燃烧器故障。可将燃烧器故障灯并联接入控制器,控制器检测并做出报警,提示用户处理。此信号为220伏交流强电信号。
   4.压力信号。可将压力控制器、压力开关等传感器信号接入控制器,控制器检测器通断状态显示并做出报警。
   (二)输出信号
   控制继电器触点容量为10A/220VAC,使用时负载应小于0.5KVA。
   1.燃烧器控制。控制器提供一组独立的小火(启停控制)触点(J10),一组独立的大火(大小火转换)控制触点(J11)。可配接各种进口、国产燃烧器。小火控制继电器既可接燃烧器的小火控制端,也可直接控制燃烧器的电源。
   2.泵(或阀)控制。控制器可配接各种泵或阀。使用功率小于0.5KVA的单相泵(或阀)时,可直接将控制器的泵控制输出串入水泵(或阀)的供电回路。如泵功率较大或为三相水泵则应配接适当功率的接触器。
  
   五、结束语
  
   本文设计的锅炉DCS系统具有较好的人机操作界面、结构简单,因为采用专门的锅炉控制器作为下位机,具有低成本、使用方便的特点,系统具有较好的应用价值。
   参考文献:
   [1]于海兴.基于PLC和WINCC的锅炉控制系统[J].青岛远洋船员学院学报,2006,2:P14-17
  [2]刘莹.小型集散系统在锅炉控制中的应用[J]测控技术,1999,7:P48-50
   [3]南京仁泰锅炉自控设备有限公司.YLZK-WQ2210/1型锅炉电脑控制器使用说明书.2010
  
  “本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”

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