集散控制系统设计

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1、 前言计算机控制技术在通信、遥感、无损检测、智能仪器、工业自动控制等工程领域有着广泛的应用。在开发计算机控制系统时，程序设计是很多技术人员要面临的问题。在高校和科研院所，有众多的研究人员在使用各种计算机控制系统，他们都迫切需要相关的书籍来学习相关的编程技术。组态软件是标准化、规模化、商品化的通用工控开发软件，只需进行标准功能模块的软件组态和简单的编程，就可以设计出标准化、专业化、通用性强、可靠性高的上位机人机界面工控程序，且工作量较小，开发调试周期短，对程序设计员要求低，因此，组态软件是性能优良的软件产品，成为开发上位机工控程序的主流开发工具。近几年来，随着计算机软件技术的发展，组态软件技术的

2、发展也非常迅速，可以说是到了令人目不暇接的地步，特别是图形界面技术、面向对象编程技术，组件技术的出现，使原来单调、呆板、操作麻烦的人机界面变得耳目一新，因此，除了一些小型的工控系统需要开发者自己编写应用程序，凡属于大中型的工控系统，最明智的办法应该是选择一个合格的组态软件。然而，集散控制系统则是一个很好的选择。分布式集散控制系统是由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据集中管理和集中控制的自动控制系统。 分布式集散控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制，各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。分布式集散控

3、制系统具有数据获取直接，数字控制人机交互以及监控和管理等功能。分布式集散控制系统是在计算机监督控制系统直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。在分布式集散控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制，当管理级发生故障时过程控制级控制回路仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局与计算机多级控制系统。相比，分布式控制系统在结构上更加灵活，布局更为合理和成本更低。因此，以后的发展用途将会更广泛

4、。一、锅炉概述锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或天然气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程把能量传递给水，使水转变成蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机械转换为机械能，或通过汽轮发电机转换为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转换为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称作蒸汽发生器。锅炉除了和所有动力机械产品一样，必须不断降低成本并提高效率和质量以外，由于锅炉本身的特性，它还具有以下特点。、可靠性要求高。锅炉一旦事故停炉，将使电厂临时对外供电，影响甚广，其直接、间接损失远远超过锅炉本身的价值。、综合性强。锅炉与汽轮机、发电机同为电厂三大主机，但锅炉除了一

5、般性的产品内在矛盾外，还要能适应燃料性质，使整个电厂得到安全经济的运行，因而多了一个外在矛盾。此外，锅炉还和其他工业部门的发展有着十分密切的关系，如石油化工企业中的废热锅炉，蒸汽燃气联合动力装置中的压力燃烧锅炉及核反应堆工程中的蒸汽发生器等等。、金属耗量和体积大。以一台配30万千瓦机组的电站锅炉为例，金属耗量达四千多顿，体积达二万多立方米。、生产周期长。一台大容量锅炉从设计、制造、安装到投入运行，目前一般需时二到三年，今后即使采用设计新技术及制造安装新工艺，提高自动化水平，要想把上述全过程在更短时间内完成，还是比较困难的。、锅炉产品不能在制造厂内整装试运。除小容量工业锅炉外，不可能把锅炉在制造

6、厂内全部组装好并投入试运行，这给鉴定和提高产品质量带来不少困难。二、系统性能要求2.1、蒸汽锅炉的主要技术指标及功能1、保证锅炉汽包水位维持在巧一30nnIl范围内稳定运行。2、保证锅炉实现经济燃烧,运行过程中不出现冒黑烟现象。3、维持蒸汽压力在1.2一1.3Mpa,保证某集团的用汽需求,并且在运行过程中,炉排调节平缓,防止炉链因突然加速而断裂。4、应用软件应具有报警功能。5、应用软件应具有报表功能2.2、锅炉自动运行的主要任务1、保持汽包水位在规定的范围内。2、控制蒸汽压力的稳定。3、控制炉膛负压在规定的范围内。4、维持经济燃烧。2.3、系统的模拟量输入点和模拟量输出点模拟量输入点：（1）给

7、水泵变频器输入；（2）鼓风机变频器输入；（3）引风机变频器输入；（4）炉前温度；（5）炉膛温度；（6）炉后温度；（7）主蒸汽温度；（8）省煤器出口水温；（9）给水流量；（10）蒸汽流量；（11）炉膛负压；（12）主蒸汽压力；（13）汽包水位；（14）给煤机转速；（15）炉排转速；（16）汽包压力。模拟量输出点：（1）给水泵变频器输出；（2）鼓风机变频器输出；（3）引风机变频器输出；（4）给煤机转速输出；（5）炉排转速输出。如图2所示：是各个输入量、输出量量程范围及通道 图2：输入输出变量表三、组态设计分析3.1、链条锅炉工艺简介本次实验主要是设计工业链条锅炉DCS系统，链条锅炉是火床燃烧炉的一

8、种,煤在水平运动的炉排上燃烧,空气经预热器从炉排下方自下而上引入。煤从煤斗落到炉排上,经过炉闸门时被刮成一定厚度 后进入炉膛,煤在炉排上分段燃烧成渣,炉渣随着炉排的转动排出。炉膛中燃烧的煤所释放的热量,被炉膛周围的水壁吸收进而在汽包中达到汽水分离，高温高压蒸汽进入分汽缸通过换热站供用户。燃烧产生的烟气被引风机带动经过省煤器、空气预热器换热后再经过除尘排入大气。如图3.1是链条锅炉的工艺流程图： 图3.1：链条锅炉的工艺流程图如图3.1.1工业锅炉DCS系统硬件系统配置图：3.2、组态工控系统的组建过程（1）、工程项目系统分析（2）、设计用户操作菜单（3）、画面设计与编辑（4）、编写程序进行调试

9、（5）、连接设备驱动程序（6）、综合调试3.3、工业锅炉的工作原理锅炉通过燃煤燃烧释放热量，使水变成蒸汽，以供生产需要。该锅炉通过链条炉排把煤送入炉膛中燃烧，锅炉的蒸发受热面都在炉子内壁上，组成水冷壁，充分利用炉膛中的高温烟气辐射出的热量，使燃烧产物在进入以后的对流受热面时，可以达到必须的冷却，同时也起到了保护炉墙的作用。后墙水冷壁（在水平烟道前方）拉稀成数列凝渣管束。拉稀的作用是防止结渣，同时对其后方的过热器也起了保护的作用。给水在除氧器被高温蒸汽除氧并加热，由给水管道将水送至省煤器，在其中被加热到某一温度后，进入锅筒，然后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁内吸收炉膛内的辐射热而形成汽

10、水混合物上升到锅筒中，蒸汽经过汽水分离装置，由锅筒上部离开，流到过热器中。在过热器内，饱和蒸汽继续吸热成为过热蒸汽，然后经汽水分离器送往储气罐。煤经链条炉排，进而入炉膛，在炉膛燃烧放出大量的热量。燃烧后的热烟气上升，经过凝流管束、过热器、省煤器和空气预热器后，再经除尘装置清除其中的飞灰，最后才由风机送往烟囱排往大气。如下图3.3就是工业锅炉的构成图： 图3.3：工业锅炉构成图 四、软件组态王的设计4.1：工业锅炉燃烧的主画面在设计主画面时，要找到画面所需要的各种物品，如果没有的，需要自己画出来，然后把这些图片放在相应的地方后，就需要进行画面连接啦。例如：对送没煤车进行画面连接时，需要双击画面，

11、进行向右平移的设定，还有设定好移动的距离，对供应水和蒸汽流动的设置也是如此。在对引风机和鼓风机等进行设置时，只要选择旋转的按钮即可。最后，对于火焰的设定，需要5张图片，然后设定相应的闪烁时间t=05秒，这样就可以看见火焰的燃烧啦。还有系统各个监测点只要把模拟值输出与相对应的变量关联就可以啦。4.2：循环泵水压、炉压控制系统对于循环泵水压、炉压控制系统的建立，我们需要建立时间，以及监测各个变量的值的游标，使游标的值与各个变量相对应，以免在手动调节时，变量之间的值发生混乱，还有控制阀的开度也是需要特别注意的。我们还需要建立一个实时曲线报表，用来检测变量的值的波动，其中，所监测的变量有红色曲线代表的

12、循环水压变量、绿色曲线代表的炉膛负压变量以及黄色曲线代表的补水箱的水位，当手动调节变量时，曲线会随着游标的变化而变化。最后，还要建立可以转换到其他画面的按钮，并把它们与画面连接起来。4.3燃烧控制系统燃烧控制系统的建立与上一个画面循环泵水压、炉压控制系统的建立过程大致相同，不过要把要连接的变量改成所需要的变量，而且实时趋势曲线的连接变量应改为红色曲线的炉膛温度变量和绿色曲线的出口水温变量，其中变量的大少也应该连接起来。4.4、实时数据报表在建立实时数据报表的过程中，我们需要对炉膛出口压力、炉膛出口温度、出水压力、出水温度、补水箱水位等变量进行监测，看到这些变量怎么变化的，我们还需要把日期注明以

13、及把各个时间段变化值检测出来。4.5、历史数据曲线历史数据曲线的建立是用来回看各个变量在不同时间点的数值，它的建立是在工具中的历史报表，该报表需要独自建立一个历史数据查询按钮，然后对所需要监测的变量进行添加，然后在运行后设置需要查询的时间范围以及时间间隔，点击确定后就会在报表中显示。4.6、报警窗口报警窗口是用以反映变量的不正常变化，自动对需要的变量进行监测，当发生异常时，要在报警窗口中显示出来。报警窗口分为实时报警窗口和历史报警窗口，实时报警窗口只显示当前的报警事件，要查阅历史报警事件只能通过历史报警窗口。本系统中对汽包液位、蒸汽压力、炉排转速等重要的影响锅炉安全的热工变量均设置了报警上、下

14、限，挡在进行手动、自动操作过程中，这些变量超限时，采用声音提示报警，并在报警窗口以红色字体显示变量名和报警状态。五、运行结果与分析实验运行结果： 图5.1：主画面 图5.2：循环泵水压、炉压控制系统 图5.3：燃烧控制系统 图5.4：实时数据报表 图5.5：历史数据曲线 图5.6：报警窗口六、调试步骤、修改过程6.1、组态软件的使用步骤（1）、根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。（2）、建立实时数据库，正确组态各种变量参数。（3）、在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。（4）、根据第（1）步的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面。（5）、将操作

15、画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度。（6）、对组态内容进行分段和总体调试。（7）、系统投入运行。6.2、调试修改过程在本次的实验中，按如图所示的器件摆放好后，就可以进行动画连接啦，把所有的器件与各自的变量连接后，就可以切换到view画面，然后就可以看到所设置的动画效果，就可以切换到所需的画面中，也可以调试错误和不理想的地方。在本次实验成功之前，经历了许多次的修改，例如：在设置主画面的过程中，看到送煤车还没达到指定的地点，就已经重新开始了，这时，就需要修改送煤车的移动距离，在经过几次修改后，终于达到理想的效果，还有在循环泵水压、炉压控制系统和燃烧控制系统时，实时

16、趋势曲线中没有线条或者是线条靠在最上面或最下面，在询问老师和在与同学的交流中知道，需要在数据词典中定义变量的时候，需要把记录的那项选中或者是把它的最大值调小或者调大一些，使曲线在方框的中间，能够看清曲线的变化。还有在实时数据报表中，如何在报表中与数据词典中变量相关联，在历史数据报表中，如何把变量放到报表中显示出来以及在报警窗口中，要把多少值设为报警值，都需要试验许多遍，找到一个合适的报警值。以上的这些问题都是在实验过程中遇到的大问题，还有许多的问题也不一一罗列出来啦。 七、总结通过本次工业锅炉设计使我深刻地了解到理论知识与实践知识的差别，在学习中学到的许多知识，只有在实际运用后，才能够真正地被

17、自己所用，并深刻的体会到自动化在工业控制中的重要性和有效性。通过把以往学到的知识应用到实际工作中，让自己对已学知识增加了更多的理性认识，对知识的认识已经不仅仅停留在理论的水平上，而是真正运用到实际的工作中去，学会了理论联系实际，这才是学习的最终目的。经过了这次的锅炉设计，让我看到了自己很多方面的不足，也让我意识到实际动手能力的缺乏。比如：专业知识方面不够扎实，单独解决问题的能力不强，想问题方面不够全面，实践能力较弱等。这让我意识到，无论在学习、工作中，都应该增强自身各方面的实力，改正自己的缺点，完善自己的不足。完成这门课程后，我不仅学会了组态软件，而且锻炼了自己独立思考问题的能力和实际操作的能力，也学会了许多新方面的知识，拓宽了我的知识层面。总之，这次的锅炉设计使我受益匪浅。让我明白了以后工作中所需要的能力，让我锻炼现在能力的不足，让我对本专业的认识上升了一个层面。它充分体现了大学四年教育的寓意，就是能够将自己所学到的理论知识转化为实践动手的能力，也使我认识到自己比其他专业的优势，让我对未来充满了激情与希望！附件李江全、王玉巍等组态软件典型控制应用电子工业出版社2011年百度文库-工业燃煤锅炉DCS控制系统设计