鍋爐計算機自動化控制系統方案

　　一.計算機自控系統方案介紹

　　1. 系統概述

　　本系統為是一套比較完善的雙機熱備鍋爐計算機控制系統，以提高鍋爐控制系統的安全性能和控制水平。

　　2. 系統功能介紹

　　a. 系統結構

　　系統分為以太網數據鏈路和RS485數據鏈路兩大部分。I/O采集控制模塊和流量積算儀由RS485S數據鏈路通過一臺串口設備服務器進如上位以太網數據鏈路并通過以太網將數據送至各臺監控計算機。兩套計控系統的監控計算機和串口設備服務器共同構成一個100M的以太網路數據鏈路。該方案的優點是：

　　◇實現了信號采集、控制輸出通計算機監控的分網結構，確保了上位監控計算機互為熱備功能的完全實現，大大提高了系統的安全性能。

　　◇便于系統的擴展并提供了通工廠管理層聯接的接口，方便了系統的擴展和升級。

　　★數據信號的采集和控制輸出：

　　系統采用了RM 4000系列遠端數據采集與控制模塊，通過RS485串口數據通訊模式與串口設備服務器相連，并通過以太網將數據送至各臺監控計算機。根據現場的實際工藝情況，由于兩套鍋爐系統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，且系統除了完成一般的數據采集任務還需實現鍋爐實時控制輸出。所以根據我公司工程經驗，并鑒于RM采控模塊和流量積算儀本身需分網聯接，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鍋爐調節信號和#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。

　　★上位監控計算機：

　　兩臺上位監控計算機和串口設備服務器共同構成了一個100M的以太網網絡數據鏈路。這兩臺上位監控計算機通過以太網絡穩定快速地采集到由串口設備服務器發來的兩套鍋爐熱控信號并相互之間交換數據。通時每臺監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

　　在單主機系統中，當計算機出現檢修或故障時，整個系統都將停止運行，這將給生產造成損失和麻煩。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實現兩機的相互冗余熱備，構造一種比較可靠的控制系統。

　　★雙機冗余構造思想：

　　主機和從機通過HUB集線器實現以太網網絡連接，正常情況下主機處于工作狀態,從機處于監視狀態，一旦從機發現主機異常，從機將會在很短的時間之內代替主機，完全實現主機的控制功能，當主機修復, 重新啟動后，從機檢測到了主機的恢復，會自動將主機丟失的數據拷貝給主機，同時從機將重新處于監視狀態。這樣即使是發生了事故,系統也能保存一個相對完整的數據庫、報警信息和歷史數據等。

　　★實時數據的冗余實現：

　　正常工作時,主機和從機分別由以太網絡，通過串口設備服務器采集的各模塊和流量計算儀的數據信號。兩臺監控計算機有相同的實時數據庫但從機不參與控制。從機與主機之間的監聽采取請求與應答的方式，從機以一定的時間間隔向主機發出請求，主機應答表示工作正常，主機如果沒有作出應答，從機將切斷主機的控制數據傳輸，改由從機完成。通過這種方式實現了實時數據的熱備。

　　★ 歷史數據的冗余實現：

　　圖二、歷史數據的冗余實現

　　雙機冗余時主機從機分別保存歷史數據，當主機失效時，從機代替主機進行數據采集，同時繼續保存從下位機上傳的數據。當主機重新恢復，從機監測到主機的存在，首先從機停止下位機采集數據，并通過網絡數據流從主機獲取數據;然后從機通過比較主機與從機的歷史數據庫，向主機的數據庫拷貝其丟失的數據，從而實現了歷史數據庫之間的熱備。結構示意見圖二。

　　c. 計算機控制系統實現的主要功能

　　1， 實現整個鍋爐系統信號采集;

　　2， 采用先進的計算機控制理論，實現鍋爐系統自動化控制;

　　3， 自動監測報警事件;

　　4， 手自動雙向無擾動切換;

　　5， 在線修改控制參數;

　　6， 全漢化人性的操作員畫面;

　　7， 系統聲光報警;

　　8， 雙機冗余熱備;

　　3. 實現的主要技術指標

　　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：

　　★除氧器蒸汽調節閥前壓力指示;補給水管壓力指示;生產返回水管壓力指示;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、調節、報警(高限);汽包水位記錄、調節、報警;鼓風機引風機風門控制;除氧器水箱液位指示調節;煤量計量控制。

　　5. 控制回路的方案介紹：

　　a.汽包水位調節：

　　采用針對鍋爐的先進控制方案，建立相應的數學模型，使控制達到ZUI優化。系統由計算機實現了三沖量控制，這是一個前饋-反饋調節系統。它對蒸汽流量和給水流量進行了前饋調節，從而更加穩定了汽包水位。

　　b.過熱蒸汽系統調節：

　　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，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，實現保證除氧器水位和壓力的穩定。

　　6. 系統主要設備介紹：

　　a.上位監控計算機

　　選用研華原裝IPC-610工業控制計算機，具有如下特點。

　　◇Socket370 架構支持的PⅢ866主頻CPU。

　　◇ISA驅動能力高大64mA，方便今后機箱內板卡擴展。

　　◇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.工業級串口設備服務器：

　　下位采集模塊和流量積算儀通過該設備服務器聯到上位以太網上，以實現上位主從監控計算機數據采集和控制輸出。本系統選用蘇州MOXA(摩莎)公司DE-332/230V產品，具有如下特點：

　　◇一塊卡帶四個RS-485接口和一個以太網接口，滿足本系統需要。

　　◇帶光電隔離保護(高達2KV),保證系統安全;

　　◇具有根據數據流向自動控制功能，在硬件上就實現了控制RS-485數據半雙工流向;

　　◇ 內置終端電阻，無阻抗匹配問題;

　　c.遠端數據采集和控制模塊：

　　采用了RM4000系列模塊，特點如下：

　　◇內置微處理器，進行信號的處理和轉換;

　　◇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，信號穩定。

　　◇ 寬溫工作(0-70℃)，具有導軌、面板、堆疊多種安裝方式選擇，方便現場就地安裝。

　　7.控制組態軟件介紹：

　　該項目我們選用的是力控® pLerine監控組態軟件。力控®pLerine組態軟件在鍋爐計控系統中已獲成功運行。軟件特點如下：

　　力控® pLerine組態軟件是一個通用的工業監控組態軟件，具有高度應變能力和可伸縮結構的管控一體化數據平臺，力控®采用了分布式實時數據庫和分布式結構，保證了軟件的穩定性和可靠性，使軟件在整體上達到了world先進水平。

　　★ 系統安全性

　　力控®吸收了DCS控制軟件的思想精華，并經歷了大量復雜工程應用的嚴峻考驗，提供了完備的安全保護機制和報警、事件記錄功能。徹底解決了許多組態軟件存在的不穩定或死機問題，為用戶解除了后顧之憂。

　　★ 實時性

　　力控®實時數據庫引擎內部處理周期為1ms，I/O通信ZUI小周期為1ms，HMI內部處理周期為1ms，完全達到工程的實際需要。

　　★ 開放性

　　力控®為開發式體系結構，全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL等標準。以OLE、COM/DCOM、動態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行二次開發。

　　★ 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標準的圖形化編程方式，提供包括：變量、數學運算、邏輯功能、程序控制、常規功能、控制回路、數字點處理等在內的十幾類基本運算塊，內置常規PID、比值控制、開關控制、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。控制策略生成器與力控®的其它程序組件可以無縫連接。