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35噸鍋爐計算機控制方案 鍋爐計算機自動化控制系統(tǒng) 系統(tǒng)方案介紹 一．計算機自控系統(tǒng)方案介紹 1.系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)為是一套比較完善的雙機熱備鍋爐計算機控制系統(tǒng)，以提高鍋爐控制系統(tǒng)的安全性能和控制水平。 2.系統(tǒng)功能介紹 a.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)分為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路和RS485數(shù)據(jù)鏈路兩大部分。I/O采集控制模塊和流量積算儀由RS485S數(shù)據(jù)鏈路通過一臺串口設(shè)備服務(wù)器進(jìn)如上位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送至各臺監(jiān)控計算機。兩套計控系統(tǒng)的監(jiān)控計算機和串口設(shè)備服務(wù)器共同構(gòu)成一個100M的以太網(wǎng)路數(shù)據(jù)鏈路。該方案的優(yōu)點是： ◇實現(xiàn)了信號采集、控制輸出通計算機監(jiān)控的分網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保了上位監(jiān)控計算機互為熱備功能的完全實現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的安全性能。 ◇便于系統(tǒng)的擴展并提供了通工廠管理層聯(lián)接的接口，方便了系統(tǒng)的擴展和升級。 ★數(shù)據(jù)信號的采集和控制輸出： 系統(tǒng)采用了RM4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊，通過RS485串口數(shù)據(jù)通訊模式與串口設(shè)備服務(wù)器相連，并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送至各臺監(jiān)控計算機。根據(jù)現(xiàn)場的實際工藝情況，由于兩套鍋爐系統(tǒng)總共需要大約四十多塊RM400系列采集控制模塊和流量積算儀表，且系統(tǒng)除了完成一般的數(shù)據(jù)采集任務(wù)還需實現(xiàn)鍋爐實時控制輸出。所以根據(jù)我公司工程經(jīng)驗，并鑒于RM采控模塊和流量積算儀本身需分網(wǎng)聯(lián)接，我們將這些模塊和儀表分成四部分，分別為＃1鍋爐熱工信號、＃2鍋爐熱工信號、＃1、2鍋爐調(diào)節(jié)信號和＃1、2鍋爐流量積算信號，以確保快速的信號采集和控制輸出速度。 ★上位監(jiān)控計算機： 兩臺上位監(jiān)控計算機和串口設(shè)備服務(wù)器共同構(gòu)成了一個100M的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路。這兩臺上位監(jiān)控計算機通過以太網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定快速地采集到由串口設(shè)備服務(wù)器發(fā)來的兩套鍋爐熱控信號并相互之間交換數(shù)據(jù)。通時每臺監(jiān)控計算機分別是所轄鍋爐的主控制機，同時也是另一臺鍋爐的從控制機。 b.雙機冗余熱備 在單主機系統(tǒng)中，當(dāng)計算機出現(xiàn)檢修或故障時，整個系統(tǒng)都將停止運行，這將給生產(chǎn)造成損失和麻煩。為了克服這種局限，我們利用鹽化廠將新建的和已有的兩套鍋爐計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)兩機的相互冗余熱備，構(gòu)造一種比較可靠的控制系統(tǒng)。 ★雙機冗余構(gòu)造思想： 主機和從機通過HUB集線器實現(xiàn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機處于工作狀態(tài),從機處于監(jiān)視狀態(tài)，一旦從機發(fā)現(xiàn)主機異常，從機將會在很短的時間之內(nèi)代替主機，完全實現(xiàn)主機的控制功能，當(dāng)主機修復(fù),重新啟動后，從機檢測到了主機的恢復(fù)，會自動將主機丟失的數(shù)據(jù)拷貝給主機，同時從機將重新處于監(jiān)視狀態(tài)。這樣即使是發(fā)生了事故,系統(tǒng)也能保存一個相對完整的數(shù)據(jù)庫、報警信息和歷史數(shù)據(jù)等。 ★實時數(shù)據(jù)的冗余實現(xiàn)： 正常工作時,主機和從機分別由以太網(wǎng)絡(luò)，通過串口設(shè)備服務(wù)器采集的各模塊和流量計算儀的數(shù)據(jù)信號。兩臺監(jiān)控計算機有相同的實時數(shù)據(jù)庫但從機不參與控制。從機與主機之間的監(jiān)聽采取請求與應(yīng)答的方式，從機以一定的時間間隔向主機發(fā)出請求，主機應(yīng)答表示工作正常，主機如果沒有作出應(yīng)答，從機將切斷主機的控制數(shù)據(jù)傳輸，改由從機完成。通過這種方式實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的熱備。 ★歷史數(shù)據(jù)的冗余實現(xiàn)： 雙機冗余時主機從機分別保存歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)主機失效時，從機代替主機進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時繼續(xù)保存從下位機上傳的數(shù)據(jù)。當(dāng)主機重新恢復(fù)，從機監(jiān)測到主機的存在，首先從機停止下位機采集數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流從主機獲取數(shù)據(jù)；然后從機通過比較主機與從機的歷史數(shù)據(jù)庫，向主機的數(shù)據(jù)庫拷貝其丟失的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)庫之間的熱備。結(jié)構(gòu)示意見圖二。 c.計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能 1，實現(xiàn)整個鍋爐系統(tǒng)信號采集； 2，采用先進(jìn)的計算機控制理論，實現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)自動化控制； 3，自動監(jiān)測報警事件； 4，手自動雙向無擾動切換； 5，在線修改控制參數(shù)； 6，全漢化人性的操作員畫面； 7，系統(tǒng)聲光報警； 8，雙機冗余熱備； 3.實現(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo) 1）水位控制誤差<10mm； 2）汽包壓力誤差<0.05Mpa; 3）蒸汽流量<20%; 4）主蒸汽溫度控制<10℃； 5）給水壓力控制<0.1Mpa 4.主要控制和采集過程參數(shù)： ★除氧器蒸汽調(diào)節(jié)閥前壓力指示；補給水管壓力指示；生產(chǎn)返回水管壓力指示；減溫水流量指示；煙氣含氧量指示。 ★主蒸汽管流量積算；給水流量積算；蒸汽管流量記錄、積算。 ★除氧器壓力指示、調(diào)節(jié)、報警(高限)；汽包水位記錄、調(diào)節(jié)、報警；鼓風(fēng)機引風(fēng)機風(fēng)門控制；除氧器水箱液位指示調(diào)節(jié)；煤量計量控制。 5.控制回路的方案介紹： a.汽包水位調(diào)節(jié)： 采用針對鍋爐的先進(jìn)控制方案，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，使控制達(dá)到最優(yōu)化。系統(tǒng)由計算機實現(xiàn)了三沖量控制，這是一個前饋－反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它對蒸汽流量和給水流量進(jìn)行了前饋調(diào)節(jié)，從而更加穩(wěn)定了汽包水位。 b.過熱蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)： 通過控制減溫水流量來保證過熱器出口溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。 c.運用計算機PID控制技術(shù)，實現(xiàn)保證除氧器水位和壓力的穩(wěn)定。 6.系統(tǒng)主要設(shè)備介紹： a.上位監(jiān)控計算機 選用研華原裝IPC-610工業(yè)控制計算機，具有如下特點。 ◇Socket370架構(gòu)支持的PⅢ866主頻CPU。 ◇ISA驅(qū)動能力高大64mA，方便今后機箱內(nèi)板卡擴展。 ◇板上帶充裕的I/O口，具體如下： 2個RS232口，16C650兼容UARTS,可達(dá)115.2Kbps； 1個SPP/EPP/ECP并口； 2個FDD接口； 2個USB接口； 1個PS/2口； ◇帶看門狗定時器可編程63級，以防主機死機。 b.工業(yè)級串口設(shè)備服務(wù)器： 下位采集模塊和流量積算儀通過該設(shè)備服務(wù)器聯(lián)到上位以太網(wǎng)上，以實現(xiàn)上位主從監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)采集和控制輸出。本系統(tǒng)選用臺灣MOXA(摩莎)公司DE-332/230V產(chǎn)品，具有如下特點： ◇一塊卡帶四個RS-485接口和一個以太網(wǎng)接口，滿足本系統(tǒng)需要。 ◇帶光電隔離保護(hù)（高達(dá)2KV）,保證系統(tǒng)安全； ◇具有根據(jù)數(shù)據(jù)流向自動控制功能，在硬件上就實現(xiàn)了控制RS-485數(shù)據(jù)半雙工流向； ◇內(nèi)置終端電阻，無阻抗匹配問題； c.遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集和控制模塊： 采用了RM4000系列模塊，特點如下： ◇內(nèi)置微處理器，進(jìn)行信號的處理和轉(zhuǎn)換； ◇提供各種AIO/DIO的選擇類型； ◇具備RS485通信功能，布線方便，傳輸距離遠(yuǎn)，信號穩(wěn)定。 ◇寬溫工作（0－70℃），具有導(dǎo)軌、面板、堆疊多種安裝方式選擇，方便現(xiàn)場就地安裝。 7．控制組態(tài)軟件介紹： 該項目我們選用的是力控pLerine監(jiān)控組態(tài)軟件。力控pLerine組態(tài)軟件在鍋爐計控系統(tǒng)中已獲成功運行。軟件特點如下： 力控pLerine組態(tài)軟件是一個通用的工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件，具有高度應(yīng)變能力和可伸縮結(jié)構(gòu)的管控一體化數(shù)據(jù)平臺，力控采用了分布式實時數(shù)據(jù)庫和分布式結(jié)構(gòu)，保證了軟件的穩(wěn)定性和可靠性，使軟件在整體上達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 ★系統(tǒng)安全性 力控吸收了DCS控制軟件的思想精華，并經(jīng)歷了大量復(fù)雜工程應(yīng)用的嚴(yán)峻考驗，提供了完備的安全保護(hù)機制和報警、事件記錄功能。徹底解決了許多組態(tài)軟件存在的不穩(wěn)定或死機問題，為用戶解除了后顧之憂。 ★實時性 力控實時數(shù)據(jù)庫引擎內(nèi)部處理周期為1ms，I/O通信最小周期為1ms，HMI內(nèi)部處理周期為1ms，完全達(dá)到工程的實際需要。 ★開放性 力控為開發(fā)式體系結(jié)構(gòu)，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL等標(biāo)準(zhǔn)。以O(shè)LE、COM/DCOM、動態(tài)鏈接庫等多種形式提供外部訪問接口，便于用戶利用各種工具進(jìn)行二次開發(fā)。 ★控制策略生成器 控制策略生成器是面向控制的新一代軟件邏輯自動化控制軟件，采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形化編程方式，提供包括：變量、數(shù)學(xué)運算、邏輯功能、程序控制、常規(guī)功能、控制回路、數(shù)字點處理等在內(nèi)的十幾類基本運算塊，內(nèi)置常規(guī)PID、比值控制、開關(guān)控制、斜坡控制等豐富的控制算法。同時提供開放的算法接口，可以嵌入用戶自己的控制程序?？刂撇呗陨善髋c力控的其它程序組件可以無縫連接。