中泰研創(chuàng)鍋爐計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)方案
中泰研創(chuàng)
一.計(jì)算機(jī)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(jī)熱備鍋爐計(jì)算機(jī)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(guò)一臺(tái)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(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送至各臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。兩套計(jì)控系統(tǒng)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)和串口設(shè)備服務(wù)器共同構(gòu)成一個(gè)100M的以太網(wǎng)路數(shù)據(jù)鏈路。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：
◇實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集、控制輸出通計(jì)算機(jī)監(jiān)控的分網(wǎng)結(jié)構(gòu)，確保了上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)互為熱備功能的完全實(shí)現(xiàn)，大大提高了系統(tǒng)的安全性能。
◇便于系統(tǒng)的擴(kuò)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(kuò)展和升級(jí)。
★ 數(shù)據(jù)信號(hào)的采集和控制輸出：
系統(tǒng)采用了RM 4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊，通過(guò)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(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送至各臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(shí)現(xiàn)鍋爐實(shí)時(shí)控制輸出。所以根據(jù)我公司工程經(jīng)驗(yàn)，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(hào)、#2鍋爐熱工信號(hào)、#1、2鍋爐調(diào)節(jié)信號(hào)和#1、2鍋爐流量積算信號(hào)，以確保快速的信號(hào)采集和控制輸出速度。
★ 上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)：
兩臺(tái)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和串口設(shè)備服務(wù)器共同構(gòu)成了一個(gè)100M的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路。這兩臺(tái)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)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(lái)的兩套鍋爐熱控信號(hào)并相互之間交換數(shù)據(jù)。通時(shí)每臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)分別是所轄鍋爐的主控制機(jī)，同時(shí)也是另一臺(tái)鍋爐的從控制機(jī)。
b.雙機(jī)冗余熱備
在單主機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)檢修或故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)都將停止運(yùn)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩機(jī)的相互冗余熱備，構(gòu)造一種比較可靠的控制系統(tǒng)。
★ 雙機(jī)冗余構(gòu)造思想：
主機(jī)和從機(jī)通過(guò)HUB集線器實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機(jī)處于工作狀態(tài)，從機(jī)處于監(jiān)視狀態(tài)，一旦從機(jī)發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，從機(jī)將會(huì)在很短的時(shí)間之內(nèi)代替主機(jī)，完全實(shí)現(xiàn)主機(jī)的控制功能，當(dāng)主機(jī)修復(fù)， 重新啟動(dòng)后，從機(jī)檢測(cè)到了主機(jī)的恢復(fù)，會(huì)自動(dòng)將主機(jī)丟失的數(shù)據(jù)拷貝給主機(jī)，同時(shí)從機(jī)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(gè)相對(duì)完整的數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)警信息和歷史數(shù)據(jù)等。
★ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的冗余實(shí)現(xiàn)：
正常工作時(shí)，主機(jī)和從機(jī)分別由以太網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)串口設(shè)備服務(wù)器采集的各模塊和流量計(jì)算儀的數(shù)據(jù)信號(hào)。兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)有相同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)但從機(jī)不參與控制。從機(jī)與主機(jī)之間的監(jiān)聽(tīng)采取請(qǐng)求與應(yīng)答的方式，從機(jī)以一定的時(shí)間間隔向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，主機(jī)應(yīng)答表示工作正常，主機(jī)如果沒(méi)有作出應(yīng)答，從機(jī)將切斷主機(jī)的控制數(shù)據(jù)傳輸，改由從機(jī)完成。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的熱備。
★ 歷史數(shù)據(jù)的冗余實(shí)現(xiàn)：
雙機(jī)冗余時(shí)主機(jī)從機(jī)分別保存歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)主機(jī)失效時(shí)，從機(jī)代替主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)繼續(xù)保存從下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)。當(dāng)主機(jī)重新恢復(fù)，從機(jī)監(jiān)測(cè)到主機(jī)的存在，首先從機(jī)停止下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流從主機(jī)獲取數(shù)據(jù);然后從機(jī)通過(guò)比較主機(jī)與從機(jī)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，向主機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)拷貝其丟失的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)庫(kù)之間的熱備。
c.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能
1.實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)信號(hào)采集;
2.采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制理論，實(shí)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)自動(dòng)化控制;
3.自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警事件;
4.手自動(dòng)雙向無(wú)擾動(dòng)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(bào)警;
8.雙機(jī)冗余熱備;
3.實(shí)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 < ±
3)蒸汽流量
4)主蒸汽溫度控制< ±10 ℃;
5)給水壓力控制<±
4.主要控制和采集過(guò)程參數(shù)：
★ 除氧器蒸汽調(diào)節(jié)閥前壓力指示;補(bǔ)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(bào)警(高限);汽包水位記錄、調(diào)節(jié)、報(bào)警;鼓風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門控制;除氧器水箱液位指示調(diào)節(jié);煤量計(jì)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(duì)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了三沖量控制，這是一個(gè)前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它對(duì)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(guò)熱蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)：
通過(guò)控制減溫水流量來(lái)保證過(guò)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(guò)允許的工作溫度。
c.運(yùn)用計(jì)算機(jī)PID控制技術(shù)，實(shí)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(jì)算機(jī)
選用研華原裝IPC-610工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有如下特點(diǎn)。
◇Socket370 架構(gòu)支持的PⅢ866主頻CPU。
◇ISA驅(qū)動(dòng)能力高大64mA，方便今后機(jī)箱內(nèi)板卡擴(kuò)展。
◇板上帶充裕的I/O口，具體如下：
2個(gè)RS232口，16C650兼容UARTS，可達(dá)115。2Kbps;
1個(gè)SPP/EPP/ECP 并口;
2個(gè)FDD接口;
2個(gè)USB接口;
1個(gè)PS/2口;
◇ 帶看門狗定時(shí)器 可編程 63級(jí)，以防主機(jī)死機(jī)。
b.工業(yè)級(jí)串口設(shè)備服務(wù)器：
下位采集模塊和流量積算儀通過(guò)該設(shè)備服務(wù)器聯(lián)到上位以太網(wǎng)上，以實(shí)現(xiàn)上位主從監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制輸出。本系統(tǒng)選用臺(tái)灣MOXA(摩莎)公司DE-332/230V產(chǎn)品，具有如下特點(diǎn)：
◇一塊卡帶四個(gè)RS-485接口和一個(gè)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(dòng)控制功能，在硬件上就實(shí)現(xiàn)了控制RS-485數(shù)據(jù)半雙工流向;
◇ 內(nèi)置終端電阻，無(wú)阻抗匹配問(wèn)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(diǎn)如下：
◇內(nèi)置微處理器，進(jìn)行信號(hào)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(hào)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(chǎng)就地安裝。
7.控制組態(tài)軟件介紹：
該項(xiàng)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(jì)控系統(tǒng)中已獲成功運(yùn)行。軟件特點(diǎn)如下：
力控? pLerine組態(tài)軟件是一個(gè)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(tái)，力控?采用了分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(yàn)，提供了完備的安全保護(hù)機(jī)制和報(bào)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(jī)問(wèn)題，為用戶解除了后顧之憂。
★實(shí)時(shí)性
力控?實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)際需要。
★開(kāi)放性
力控?為開(kāi)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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等多種形式提供外部訪問(wèn)接口，便于用戶利用各種工具進(jìn)行二次開(kāi)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(dòng)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(yùn)算、邏輯功能、程序控制、常規(guī)功能、控制回路、數(shù)字點(diǎn)處理等在內(nèi)的十幾類基本運(yùn)算塊，內(nèi)置常規(guī)PID、比值控制、開(kāi)關(guān)控制、斜坡控制等豐富的控制算法。同時(shí)提供開(kāi)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(wú)縫連接。
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