锅炉计算机自动化控制系统系统方案
发布时间：2012-04-16
来源：中国自动化网
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自动化控制系统
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一．计算机自控系统方案介绍 1. 系统概述 本系统为是一套比较完善的双机热备锅炉计算机控制系统，以提高锅炉控制系统的安全性能和控制水平。2. 系统功能介绍 a. 系统结构 系统分为以太网数据链...
一．计算机自控系统方案介绍
1. 系统概述
本系统为是一套比较完善的双机热备锅炉计算机控制系统，以提高锅炉控制系统的安全性能和控制水平。
2. 系统功能介绍
a. 系统结构
系统分为以太网数据链路和RS485数据链路两大部分。I/O采集控制模块和流量积算仪由RS485S数据链路通过一台串口设备服务器进如上位以太网数据链路并通过以太网将数据送至各台监控计算机。两套计控系统的监控计算机和串口设备服务器共同构成一个100M的以太网路数据链路。该方案的优点是：
◇实现了信号采集、控制输出通计算机监控的分网结构，确保了上位监控计算机互为热备功能的完全实现，大大提高了系统的安全性能。
◇便于系统的扩展并提供了通工厂管理层联接的接口，方便了系统的扩展和升级。
★ 数据信号的采集和控制输出：
系统采用了RM 4000系列远端数据采集与控制模块，通过RS485串口数据通讯模式与串口设备服务器相连，并通过以太网将数据送至各台监控计算机。根据现场的实际工艺情况，由于两套锅炉系统总共需要大约四十多块RM400系列采集控制模块和流量积算仪表，且系统除了完成一般的数据采集任务还需实现锅炉实时控制输出。所以根据我公司工程经验，并鉴于RM采控模块和流量积算仪本身需分网联接，我们将这些模块和仪表分成四部分，分别为＃1锅炉热工信号、＃2锅炉热工信号、＃1、2锅炉调节信号和＃1、2锅炉流量积算信号，以确保快速的信号采集和控制输出速度。
★ 上位监控计算机：
两台上位监控计算机和串口设备服务器共同构成了一个100M的以太网网络数据链路。这两台上位监控计算机通过以太网络稳定快速地采集到由串口设备服务器发来的两套锅炉热控信号并相互之间交换数据。通时每台监控计算机分别是所辖锅炉的主控制机，同时也是另一台锅炉的从控制机。
b. 双机冗余热备
在单主机系统中，当计算机出现检修或故障时，整个系统都将停止运行，这将给生产造成损失和麻烦。为了克服这种局限，我们利用盐化厂将新建的和已有的两套锅炉计算机控制系统实现两机的相互冗余热备，构造一种比较可靠的控制系统。
★ 双机冗余构造思想：
主机和从机通过HUB集线器实现以太网网络连接，正常情况下主机处于工作状态,从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的控制功能，当主机修复, 重新启动后，从机检测到了主机的恢复，会自动将主机丢失的数据拷贝给主机，同时从机将重新处于监视状态。这样即使是发生了事故,系统也能保存一个相对完整的数据库、报警信息和历史数据等。
★ 实时数据的冗余实现：
正常工作时,主机和从机分别由以太网络，通过串口设备服务器采集的各模块和流量计算仪的数据信号。两台监控计算机有相同的实时数据库但从机不参与控制。从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式，从机以一定的时间间隔向主机发出请求，主机应答表示工作正常，主机如果没有作出应答，从机将切断主机的控制数据传输，改由从机完成。通过这种方式实现了实时数据的热备。
★ 历史数据的冗余实现：
图二、历史数据的冗余实现
双机冗余时主机从机分别保存历史数据，当主机失效时，从机代替主机进行数据采集，同时继续保存从下位机上传的数据。当主机重新恢复，从机监测到主机的存在，首先从机停止下位机采集数据，并通过网络数据流从主机获取数据；然后从机通过比较主机与从机的历史数据库，向主机的数据库拷贝其丢失的数据，从而实现了历史数据库之间的热备。结构示意见图二。
c. 计算机控制系统实现的主要功能
1， 实现整个锅炉系统信号采集；
2， 采用先进的计算机控制理论，实现锅炉系统自动化控制；
3， 自动监测报警事件；
4， 手自动双向无扰动切换；
5， 在线修改控制参数；
6， 全汉化人性的操作员画面；
7， 系统声光报警；
8， 双机冗余热备；
3. 实现的主要技术指标
1） 水位控制误差 < ±10mm ；
2） 汽包压力误差 < ±0.05Mpa;
3） 蒸汽流量 < 20%;
4） 主蒸汽温度控制< ±10 ℃；
5） 给水压力控制<±0.1Mpa
4. 主要控制和采集过程参数：
★ 除氧器蒸汽调节阀前压力指示；补给水管压力指示；生产返回水管压力指示；减温水流量指示；烟气含氧量指示。
★ 主蒸汽管流量积算；给水流量积算；蒸汽管流量记录、积算。
★ 除氧器压力指示、调节、报警（高限）；汽包水位记录、调节、报警；鼓风机引风机风门控制；除氧器水箱液位指示调节；煤量计量控制。
5. 控制回路的方案介绍：
a.汽包水位调节：
采用针对锅炉的先进控制方案，建立相应的数学模型，使控制达到最优化。系统由计算机实现了三冲量控制，这是一个前馈－反馈调节系统。它对蒸汽流量和给水流量进行了前馈调节，从而更加稳定了汽包水位。
b.过热蒸汽系统调节：
通过控制减温水流量来保证过热器出口温度在允许的范围之内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。
c.运用计算机PID控制技术，实现保证除氧器水位和压力的稳定。
6. 系统主要设备介绍：
a.上位监控计算机
选用研华原装IPC-610工业控制计算机，具有如下特点。
◇Socket370 架构支持的PⅢ866主频CPU。
◇ISA驱动能力高大64mA，方便今后机箱内板卡扩展。
◇板上带充裕的I/O口，具体如下：
2个RS232口，16C650兼容UARTS,可达115.2Kbps；
1个SPP/EPP/ECP 并口；
2个FDD接口；
2个USB接口；
1个PS/2口；
◇ 带看门狗定时器 可编程 63级，以防主机死机。
b.工业级串口设备服务器：
下位采集模块和流量积算仪通过该设备服务器联到上位以太网上，以实现上 位主从监控计算机数据采集和控制输出。本系统选用台湾MOXA（摩莎）公司DE-332/230V产品，具有如下特点：
◇一块卡带四个RS-485接口和一个以太网接口，满足本系统需要。
◇带光电隔离保护（高达2KV）,保证系统安全；
◇具有根据数据流向自动控制功能，在硬件上就实现了控制RS-485数据半双工流向；
◇ 内置终端电阻，无阻抗匹配问题；
c.远端数据采集和控制模块：
采用了RM4000系列模块，特点如下：
◇内置微处理器，进行信号的处理和转换；
◇提供各种AIO/DIO的选择类型；
◇具备RS485通信功能，布线方便，传输距离远，信号稳定。
◇ 宽温工作（0－70℃），具有导轨、面板、堆叠多种安装方式选择，方便现场就地安装。
7．控制组态软件介绍：
该项目我们选用的是力控® pLerine监控组态软件。力控®pLerine组态软件在锅炉计控系统中已获成功运行。软件特点如下：
力控® pLerine组态软件是一个通用的工业监控组态软件，具有高度应变能力和可伸缩结构的管控一体化数据平台，力控®采用了分布式实时数据库和分布式结构，保证了软件的稳定性和可靠性，使软件在整体上达到了世界先进水平。
★ 系统安全性
力控®吸收了DCS控制软件的思想精华，并经历了大量复杂工程应用的严峻考验，提供了完备的安全保护机制和报警、事件记录功能。彻底解决了许多组态软件存在的不稳定或死机问题，为用户解除了后顾之忧。
★ 实时性
力控®实时数据库引擎内部处理周期为1ms，I/O通信最小周期为1ms，HMI内部处理周期为1ms，完全达到工程的实际需要。
★ 开放性
力控®为开发式体系结构，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL等标准。以OLE、COM/DCOM、动态链接库等多种形式提供外部访问接口，便于用户利用各种工具进行二次开发。
★ 控制策略生成器
控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控®的其它程序组件可以无缝连接。
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