锅炉控制系统的组态设计

1济南铁道职业技术学院电气工程系毕业设计指导书课题名称：锅炉控制系统的组态设计专业电气自动化班级电气0831姓名cmy设计日期2011.1至2011.3指导教师ly2010、112济南铁道职业技术学院电气工程系毕业设计指导书2010、11一、设计课题:锅炉控制系统的组态设计锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王6.5组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。二、设计目的：通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。三、设计内容：掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王6.5”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。四、设计要求及方法步骤：1．设计要求：（1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。（2）各控制画面要有手/自动切换。（3）掌握PID控制算法。2．运用的相关知识3（1）组态控制技术。（2）过程控制技术。3．设计步骤：（1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。（2）设计各分系统的控制方案。（3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。（4）编写设计论文。五、设计时间的安排：熟悉题目、准备资料1周锅炉控制系统的工艺了解1周监控画面的设计2周控制算法的编制和系统调试3周论文的编写2周准备毕业设计答辩1周六、成绩的考核在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。4济南铁道职业技术学院毕业设计（论文）任务书班级学生姓名指导教师设计（论文）题目锅炉控制系统的组态设计主要研究内容锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，本课题要求学生首先掌握锅炉系统的生产工艺，了解影响各个参数的因素，掌握控制系统的硬件配置、软件设计要点，掌握各个控制系统的设计方法、PID调节参数的方法。主要技术指标或研究目标1、查阅资料，真正掌握锅炉生产的工艺和各单元系统的控制要求，及参数要求。2、能利用组态王软件制作出监控画面，掌握“组态王6.50”的PID控件的用法。基本要求(1)掌握锅炉设备的生产工艺要求；（2）了解利用“组态王6.5软件”设计系统的一般步骤；（3）掌握控制各分系统的实现手段；（4）应用“组态王”软件设计出监控软件；（5）掌握PID参数调整的方法。主要参考资料及文献1．《过程控制》金以慧等清华大学出版社。2．《AE2000A系统说明书》。3．《组态控制技术》袁秀英编电子工业出版社。4．《电站锅炉安全优化运行及标准规程应用手册》陆青云科大电子出版社。5目录摘要................................................................2第一章组态技术简介.................................................31.1组态技术概述................................................31.2组态软件概述................................................3第二章锅炉简介.....................................................42.1锅炉工艺流程................................................42.2锅炉设备的控制..............................................52.2.1锅炉汽包水位的控制......................................52.2.2锅炉燃烧系统的控制......................................72.2.3锅炉过热蒸汽温度的控制..................................7第三章锅炉控制系统的设计...........................................93.1系统硬件配置................................................93.2监控系统的软件设计及实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．103.2.1设备定义................................................103.2.2变量的定义..............................................113.2.3各控制画面的设计........................................123.2.4应用程序语言的设计......................................133.2.4结束语..................................................14第四章总结........................................................15致谢...............................................................16参考文献...........................................................176摘要为提高控制系统的性能,使显示与控制在同一台工控机上实现,获得简单、经济的锅炉控制系统.自动控制系统硬件采用通用的工控机,同时配备必要的基本板卡;软件系统选用国产的组态王软件,利用其自带的命令语言,使用先进的控制算法实现了PID控制功能,使锅炉控制系统运行状态稳定.结果控制系统可靠性较高,成本较低,便于维护,兼容性好,运行效果良好.该系统对建立小型的锅炉控制系统,特别是对旧系统的改造,具有很强的适用性,性能可靠且可大大降低成本.本文主要介绍锅炉过程控制、组态王软件及其基于组态王开发的锅炉监控系统。详述该系统的硬件组成、控制方法、组态过程、组态软件的运行环境。该系统具有界面友好、参数在线整定方便、扩展性强等优点。关键词:锅炉组态王自动控制系统7第一章组态技术简介1.1组态技术概述组态技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控技术在结构上没有本质区别，它们都是由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构几部分组成，如图1.1所示。图1.1一般计算机控制系统的结构组成计算机控制系统按照设计方法的不同分为以单片机为核心的计算机测控系统、以plc(可编程控制器)为核心的计算机测控系统和以IPC（工业PC机或称工业控制计算机）核心的计算机测控系统。利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的。组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业pc机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工控专用软件进行系统设计，软件周期大大缩短了。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程技术，就能很好地完成一个复杂工程所需要的所有功能。一般来说，只要采用IPC，选择通用接口部件和组态软件，这样构成的系统都是基于组态控制系统的。国内外许多自动化设备生产厂家生产了许多基于这种技术的DCS计算机系统，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等。这些系统提供各种工业PC机、I/O板卡、模块和专门针对自己系统的组态软件，供自动化系统设计人员组态选择。与各系统专用组态软件相对的是各种通用组态软件，常用的国产通用组态软件有微控可视组态、MCGS、Kingview（组态王）等。组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。1.2组态软件概述组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工8作。在过程控制实验装置中，要实现锅炉液位控制，以往采用仪表作为调节器，该仪表通过仪表面板的按键来改变参数值，没有实时数据输出曲线，故参数调节不方便，且系统的控制精度低。为了改变这种状况，利用组态王软件开发了锅炉液位监控系统，采用计算机采集、处理数据。根据组态王的锅炉液位实时曲线输出，用滑动输入块改变参数的值，使系统输出稳定到设定值，从而提高了工作效率。组态王软件是一套基于Windows95/98/NT/XP操作系统，可用来快速生成上位机监控系统的组态软件包，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制、趋势曲线、报表输出等功能，是帮助用户解决工程实际问题的完整方案和操作工具。该软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，提供丰富的设备驱动构件、动画构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。组态王软件系统包括开发环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。运行系统按照开发环境中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。目前，组态王软件已经在石油、化工、电力等多种工程领域获得成功的应用。第二章锅炉简介锅炉是石油化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的蒸汽不仅能够为工业生产的蒸馏、干燥、蒸发、化学反应等过程提供热源，而且还可以为压缩机、泵、涡轮机等提供动力源。锅炉是应用广泛的工业和民用设备，我国目前运行的多数锅炉由于控制水平不高，其效率普遍低于国家标准，大多数锅炉仍处于能耗高、环境污染严重的生产状态，每年因为热效率低而多消耗的标准煤近2000万吨。传统的手工仪表监控系统已不适应节能降耗的要求，当今大多数企业采用自动控制系统实现对锅炉的控制。2.1锅炉工艺流程锅炉的种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油等为燃料的锅炉。所有这些锅炉，虽然其燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备主要工艺流程如图2.1所示：9图2.1锅炉设备主要工艺流程图由图可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，生成饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。锅炉设备是重要的动力设备，对其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉产汽量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。2.2锅炉设备的控制2.2.1锅炉汽包水位的控制汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过低或过高，都会给锅炉及蒸汽用户的