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工控机在工业锅炉温度检测控制系统中的应用
jiang_0514 发表于 2009/2/23 12:49:05 669 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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所谓工控机，通常是指工业用个人计算机IPC（INDUSTRIAL PC），即能够用于工业或极其相关场合下的工业级的PC机。与一般计算机应用场合相比，使用工控机的场合，具有一定的特殊性，首先，环境通常比较恶劣，如工业现场比较容易存在粉尘、高温、潮湿、噪声、冲击、振动、各种电磁信号干扰、辐射、腐蚀、野外作业条件以等环境因素；其次，要求计算机必须能长期、无故障地连续运行，如果计算机发生问题，可能会带来比较严重的后果；第三，在一旦发生故障时，能较快地修复。这种使用要求，决定了工控机完全不同于普通的商用PC 机。在本文的检测控制系统中我们采用的是华北工控（NORCO）生产的可上架19英寸工业级计算机RACKMOUNT PC—500来替代商业用PC机。它能够适应多种工业恶劣环境，抗振动、抗高温、防灰尘，防电磁辐射。其全钢机箱坚固耐用，达到EIA RS-310C 19英寸可上架型IPC工业级标准。
RACKMOUNT PC—500配备有一个460W RS/2电源，一个风扇，一个可移动的推拉式防尘过滤窗，以保持机箱内部清洁和冷却。同时，机箱特别设计了可锁的门，以保护驱动器和电源开关免受外部高温和灰尘的影响。RACK MOUNT PC—500设计了能同时安装软驱、光驱、硬盘的万能架。机箱的可抽拉式结构使更换和维修变得更加容易和简单。本机可安装双系统，可以安装不同类型的14槽ISA和PICMG（PCI/ISA）面板。能够安装ATX和BABY-ATX母板形成有效的组合。
二 工业锅炉温度检测控制系统
工业锅炉是重要的动力设备，它把燃料的化学能转化成热能，使进入锅炉的给水加热而产生一定压力和温度的热水或蒸汽。工业锅炉实现自动控制可提高燃烧效率、节约能源、减少烟气对大气的污染、确保工业锅炉安全可靠运行。工业锅炉自控系统可分为两大部分。
1、检测报警
指压力、温度、水位、流量及烟气成分分析等参数的检测与报警。例如，测量蒸汽压力、炉膛负压、送风风压及上水压力等；温度测量有过热蒸汽温度、炉膛出口温度、省煤器进出口水温及烟气温度等；蒸汽流量、给水流量有瞬时指示和积算。对于蒸汽压力、汽包水位直接影响安全操作参数，应有越限报警，或将这些信号接入连锁保护系统。
2、控制调节
指汽包水位自动控制、燃烧系统自动控制、炉膛负压自动控制及过热蒸汽自动控制等。另外，还有电气动力控制，即鼓风机、炉排电机、水泵等的启动、联锁、保护；各风门的遥控；电气部分的顺序控制等。整个检测控制系统方块图参见下面三图：
从图中我们可以清楚的看到，整个系统可以分为两个小的系统，即锅炉燃烧检测控制系统和集中供热检测控制系统。其中，集中供热检测控制系统的任务简单地说就是检测热负荷的变化量（用户所需的温度值），进而调整锅炉的水温，或调整供水电机的转速和水管控制阀门的开关量，控制至用户的热水/热气的流量。而锅炉燃烧检测控制系统则比较复杂，一要根据用户的需求调整温度值（可以设定），二要根据出水流量的变化，实时调整入水流速，调整燃气流量、燃煤进入速度、炉排开关量等以达到整个系统的最优化运转。两个分系统都属于闭环控制系统。
我们着重说一下锅炉燃烧检测控制系统。整个系统是一个多输入和多输出的多变量系统。由于单一的传感器检测很难达到目的，因此在实际应用中我们采用多传感器的信息融合。其系统结构图如下所示：
检测数据通过数据融合中心（变送器）之后，由32位A/D转换器转换成DATA，经数据总线进入CPU，CPU对数据进行一系列处理，再经过8 位D/A 转换器转换输出。其方框图如下示：
其中，32位A/D转换器采用LEO—A812PG卡，8位D/A转换器采用PCI—6208V板卡，32位I/O卡采用PCI—7248 48兼容DPTO—22 DIO板卡。
三 VB实现工控软件人机界面的开发
作为面向对象程序设计的一种开发工具，VB 用于界面开发非常实用和简洁。我们根据温度检测控制系统的流程和功能做一个模拟界面。
1、工控软件的组成
以颜色的变换表示信号的实时变换。设定两个FORM，FORM1和FORM2，一个DIALOGE。在FORM1中设定两个FRAME（主要是为了美观），一个PICTUREBOX，一个OPTIONBUTTON和三个COMMANDBUTTON——RUN、QUIT 和EDIT。FORM2 设定一个FRAME、一个OLE和一个COMMANDBUTTON。DIALOGE则包括一个TEXTBOX 和三个COMMAND——确定、重设和取消。
2、运行结果
本次工作所采用的软件是自行开发的，本界面中所用到的PICTURE就是经过多次修改才完成的，此软件应用效果用户较为满意。显示数据、波形与实际基本相符。但是随着检测系统性能指标要求的提高，此软件将进一步完善。程序将作一定的修改。
3、问题与建议
为了安全起见，建议使用时最好在FORM1—LOAD（）过程中，加入一个窗体——PASSWORD检测窗体，只有当输入密码时，系统才能真正启动。只需将程序少做改动就可以。
工程开发后，虽然可执行文件运行情况基本达到预期效果。但如果对检测精度、抗扰能力的要求进一步提高，此应用软件并不完善。当然，无论是什么界面或工程的开发都不是简单的，都需要我们不尽的学习、探索和完善。至于程序的修改则更是需要多次的调试。
四 结束语
我国是以煤作为主要内能源的国家，其中工业锅炉的耗煤量占很大比例。目前，这些工业锅炉大多效率都很低，不但白白地浪费了能源，而且污染了环境。过去工业锅炉大多用人工结合常规仪表监控，一般较难达到满意的结果，原因是工业锅炉的燃烧系统是一个多变量输入的复杂系统，影响燃烧的因素十分复杂，较正确的数学模型不易建立，以经典的PID 为基础的常规仪表控制，已很难达到最佳状态。而计算机提供了诸如数字滤波，积分分离PID，选择性PID，参数自整定、自寻优PID 等各种灵活算法，以及“模糊判断”功能，是常规仪表和人力难以实现或无法实现的。在工业锅炉温度检测控制系统中 采用控机工可大大改善了对锅炉的监控品质，提高了平均热效率，从而节省了能源和减少了污染。