1、基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）I基于组态软件的锅炉监控系统摘 要本次设计以力控组态软件实时监控锅炉控制系统为背景，主要内容是熟悉北京三维力控科技公司的全中文工控组态软件 ForceControl6.1 设计锅炉温度监控系统，在提高仿真水平的同时，也对锅炉控制实物进行了学习。本文首先说明了自己对锅炉的认识并对锅炉的控制系统做了简单的介绍，其中重点阐述了力控组态软件的仿真步骤,然后又对 ADAM-5000/TCP 锅炉集散控制系统和西门子 S7-200 PLC 做了简单介绍。本次毕业设计全是本组成员摸索而成，靠我们自己的能力完成。介绍了为什么选择 ForceControl
2、6.1 组态软件，如何绘制组态图和动画的连接，然后又对锅炉控制对象工艺流程做了说明，其中包括了锅炉液位流量控制，温度控制等系统原理等。将组态软件和 ADAM-5000/TCP 锅炉集散控制系统或 PLC连接来实现锅炉温度检测的步骤做了简单的说明。关键词：锅炉控制， ForceControl6.1，ADAM-5000/TCP，PLC基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）IIBoiler monitoring system based on configuration softwareABSTRACTThe design of force control configuratio
3、n software real-time monitoring of boiler control system as the background , the main content that is familiar with Beijing three-dimensional power-control technology companies in the whole Chinese industrial control configuration software ForceControl6.1 design of boiler temperature control system
4、, in improving the simulation level at the same , also on the boiler control object of study .This paper first explains his own understanding of boiler and boiler control system are briefly introduced in the paper ,which focuses on force control configuration software in the simulation steps , and t
5、hen on the ADAM5000/TCP boiler distributed control system and Siemens S7-200PLC was briefly introduced . This graduation design is a member of this group to explore and become, on our own ability to complete. Describes why choose ForceControl6.1 configuration software, how to draw the configuration
6、graph and animation connection, and then on the boiler control object processes is described, including the boiler liquid level control, temperature control system principle. The configuration software and ADAM-5000/TCP boiler distributed control system or PLC connection to achieve the boiler temper
7、ature testing steps to do a simple explanation.KEY WORDS: boiler control, ForceControl6.1 ADAM-5000/TCP, PLC基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第 1 章 基于 DCS 的锅炉监控系统 .21.1 DCS 介绍 .21.2 锅炉概述及其监控.41.2.1 锅炉概述 .41.2.2 锅炉监控 .41.2.3 仪器仪表简介 .61.3 组态软件的选择.11第 2 章 ForceControl6.1.122.1 力控介绍.122.1.1 组态软件的概
8、念 .122.1.2 力控的特点 .12第 3 章 锅炉组态界面的设计 .153.1 组态画面的绘制.153.1.1 力控集成环境 .153.1.2 力控组态 .163.2 定义外设 I/O 连接 .183.3 定义数据库点及数据连接.193.4 动画连接.223.5 系统程序清单.243.6 系统程序调试.28第 4 章 力控与锅炉连接的尝试 .324.1 力控和 ADAM-5000/TCP 的通讯.324.1.1 信号表 .324.2 力控和 ADAM 的连接.344.3 自由口通讯.374.3.1 通讯协议 .374.3.2 PLC 程序执行 .38基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学
9、院毕业设计（论文）IV4.4 力控和 S7-200 的通讯 .394.5 串口调试.39第 5 章 设计存在的问题 .415.1 做的不是实物.415.2 报警没有设置好声音.415.3 没有进行推广.41结 论 .42谢 辞 .43参考文献 .44外文资料翻译 .45基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）1前 言随着我国工业的发展，组态软件是实现人机界面的好途径。我国有三维力控、组态王、通用组态等。力控监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是三维力控全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要
10、定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。力控组态软件在秉承力控早期产品成熟技术的基础上，对历史数据库、人机界面、I/O 驱动调度等主要核心部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的核心构件，力控 6.1 面向 NET 开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法：“测试驱动开发”，产品品质将得到充分保证。与力控早期产品相比，力控 6.1 产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 基于 DCS 的锅炉监控系统1.1 DCS 介绍系统介绍 DCS 是分散控制系统(Distributed
11、 Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。DCS 具有以下特点：(1)高可靠性 由于 DCS 将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。(2)开放性 DCS 采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 (3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程
12、应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。(4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。 (5)协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。 (6)控制功能齐全 控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入
13、所需的特殊控制算法。ADAM-5000/TCP 是一款以以太网为基础的 I/O 系统。没有转发器，ADAM-5000/TCP 能够覆盖超过 100m 的通信距离。它允许远距离结构，通过以太网和 PC来同时存储数据。ADAM-5000/TCP 是舒适的结构和有效的管理的解决方案，为建筑体系网络自动化提供了经济而有效的理想解决方案。先进控制系统控制对象主要是液位系统和压力系统。在控制系统设计中，实现 DCS 信号调理板即 FBM 与一次仪表即：液位变送器、流量变送器、压力变送器、调节阀等各套设备的连接与调试，根据控制板的连线和控制方案的需要，可以实现 30 多个回路、多种控制方案如（单回路串级比值
14、前馈等） 。为此在 DCS 控制系统上进行了 30 多个控制方案的控制组态、流程图组态 30 多幅流程图和相应的报警组态及历史组态等，实现报警画面和报警键盘上的报警灯、报警键的双向调度及查看历史数据等，构成了完整的 DCS 控制平台。在此平台上我们用不同的控制方案同时控制各套实验装置，并进行操作，领会 DCS 系统分散控制的特点；另外，通过流程图、相关参数趋势、历史记录等集中显示、管理、调用，领会 DCS 系统基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）3集中管理的优点；这样就能真正理解 DCS 控制系统集中管理、分散控制的理论到实践的认识过程。一个自动控制系统要能很好地完成任务，
15、要满足系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。很明显，自动控制系统总希望在稳定工作状态下，具有较高的控制质量，我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度，就要求系统有很高的放大系数，然而放大系数一高，又会造成系统不稳定，甚至系统产生振荡。反之，只考虑调节过程的稳定性，又无法满足精度要求。因此，调节过程中，系统稳定性与精度之间产生了矛盾。如何解决这个矛盾，可以根据控制系统设计要求和实际情况，在控制系统中插入“校正网络” ，矛盾就可以得到较好解决。这种“校正网络” ，有很多方法完成，其中就有 PID 方法。PID 调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器，动态时，放大系数较低，是为
16、了防止系统出现超调与振荡。静态时，放大系数较高，可以蒱捉到小误差信号，提高控制精度。PID 控制实验于上面水箱的液体液位控制， 可以改变PB（引起比例部分增益的变化） 、积分时间（或恢复时间，决定恢复动作的积分环节） 、以及微分作用（决定微分作用） 。控制作用的微分部分，能使控制器识别快速变化的误差，并且采用额外的作用来解决。通过采取并非简单直接地与误差成正比的控制作用，系统的响应得到改进。此时有一种控制作用的要素与误差的变化率成正比新的组成部分在某些条件下时非常重要，例如由于在某处的缺陷导致一个水箱大量进水，可能导致溢出，这时通过采用一个非常大的控制动作，产生过补偿，减少逆转系统响应趋势所需
17、要的时间，直至终止这个趋势。 但是微分作用不仅仅提供过补偿，当系统测量值接近给定值时，误差的变化率将下降（若比例作用较小） ，误差变化率的下降。误差变化率的下降将产生来自积分环节的负面的控制作用，更加降低控制作用，它强加一个控制动作，并降低超调的可能。 微分作用可以产生大的控制动作，将系统拉回正常状态，并防止超调，增大稳定时间。其原理如 1-1 示图 1-1 DCS 原理图基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）41.2 锅炉概述及其监控1.2.1 锅炉概述锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能
18、的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。锅炉是由锅和炉组成的，上面的盛水部件为锅，下面的加热部分为炉，锅和炉的一体化设计称为锅炉。 特种设备安全监察条例所定义的锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并对外输出热能的设备。其范围规定
19、为最高安全水位时存水容积大于或者等于 30L 的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或者等于 0.1MPa（表压 )，且额定功率大于或者等于 0.1Mw 的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。1.2.2 锅炉监控过程控制系统是由被控对象(被控制的生产过程或机械设备)和自动控制装置(测量变送器,控制器,控制阀)组成.方框图能够清楚的表明系统的结构和环节的信号传送.系统是以锅炉为主要控制对象，并对高位水箱、供水槽进行液位,压力.流量和其它参数的控制。该系统主要是采用计算机为主的集散控制。则系统原理总图 1-2 如下：基于组态软件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）5自来水溢水槽高 位 水 箱# 4 0 0
20、 * 3 0 0 3 8 升压 力 传 感 器计 量 水 槽Q S 1Q S 2流 量 传 感 器流 量 传 感 器变 频 器自 来 水上排水计量水槽出 水 压 力 变 送溢流到水槽玻璃液位计V 5 5V 3 9V 4 4V 4 3V 3 7V 3 8V 2 5V 2 4 V 3 5V 2 7V 2 8 V 2 6下 排 水压 力 传 感 器V 3 4V 5 4V 4 0V 3 6V 3 2V 2 1压力传感器V 5 3V 5 1V 5 2V 3 0V D 1 1V 3 2V 3 1V D 1 2 V 2 3V 4 1V 4 2V 2 9V 3 3锅炉液位槽供 水 槽锅 炉 温 度 变 送夹套
21、夹套温度变送进水压力变送图 1-2 总原理图水从高位水箱流出，通过电磁阀 M1 调节到锅炉，在通过电磁阀 M2 到计量水槽，最后通过水泵抽到高位水箱，形成一个闭环。在对锅炉的工艺分析的过程中，我们发现可以从对锅炉液位，高位水箱液位，水槽液位，锅炉温度以及总体控制等方面对进行试验控制。在对锅炉液位进行控制时，我们可以通过控制变频器控制水泵直接向锅炉送水的速度，也可以在保持高位水箱恒压供水的情况通过控制进水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制锅炉进水的速度，锅炉出水可以通过控制出水电动调节阀和电磁阀来控制。在对高位水箱的液位进行控制时，我们是通过控制变频器来控制水泵抽水的速度，从而达到对高位水箱送水
22、的速度控制的控制。通过控制出水电动调节阀的开度和电磁阀的开关控制高位水箱出水的速度。在控制水槽的液位时我们是通过控制变频器来改变水泵从水槽抽出水的速度通过调节出水电动调节阀控制水槽进水的速度，在控制锅炉温度时通过控制晶闸管SCR 移相调控器来控制锅炉温度。在对锅炉液位，高位水箱，水槽这三者的控制回路分析时我们分别从静态和动态两个角度去考虑，由于静态分析较简单所以我们是先从静态控制着手的，随着对锅炉控制工艺的熟悉我再慢慢步入到控制的动态分析，而且通过对现场控制对象的观察，发现其实控制回路有几十种。锅炉控制系统的组成：锅炉系统由锅炉、高位水箱、供水槽、抽水电机、QS 智能调节阀、电磁阀、基于组态软
23、件的锅炉监控系统 洛阳理工学院毕业设计（论文）6压力传感器、流量传感器、温度变送器、压力表、管道、开关等部分组成。在组态软件监控锅炉的正常运行下，维持汽温和汽压正常，均匀给水使锅炉保持正常水位，保持蒸汽品质合格，保证锅炉出口烟温在正常温度。在工业现场有仪器仪表可以实时的查看锅炉的工作状态，在中央控制室内用组态软件也可以实时的查看锅炉的工作状态。现场和中央控制室的双重监控可以确保锅炉安全可靠的运行。保证了工业生产的稳定、可靠、安全。1.2.3 仪器仪表简介1. 传感器它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输
24、、处理、存储、显示、记录和控制等要求。工作原理: 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为 T，称为工作端或热端，另一端温度为 TO，称为自由端(也称参考端)或冷端，则回温度传感器。温度传感器：温度计通过传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。一般测量精度较高。在一定的测温范围内，温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差，常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。
25、在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量 120K 以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量 1.6300K 范围内的温度。 传感器的作用：人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，
