一、概述

鍋爐是目前城市的主要空氣污染源，尤其是在北方城市，煙筒林立的現(xiàn)象仍然存在。改善這種情況的方案之一是拆除那些設(shè)備陳舊、效率低、污染大的小鍋爐房，合并成大鍋爐房實行集中供熱，并采用計算機控制、變頻器等先進技術(shù)，從而有效地減少污染，提高效率，節(jié)約能源，同時也可以提高供暖質(zhì)量，目前很多城市在實施這一方案。

某高校原有四臺個小鍋爐房，現(xiàn)改造合并成一座大鍋爐房，新建四臺鍋爐，其中一臺15噸蒸汽鍋爐，三臺20噸熱水爐，負責(zé)全校教學(xué)區(qū)，宿舍區(qū)，家屬區(qū)的供暖任務(wù)，以及食堂，浴池等的供汽任務(wù)。我們結(jié)合多年設(shè)計鍋爐控制系統(tǒng)的經(jīng)驗，為新鍋爐系統(tǒng)設(shè)計了熱工控制部分，鍋爐的鼓風(fēng)，引風(fēng)，爐排，以及供暖循環(huán)泵等都采用變頻調(diào)速控制，鍋爐系統(tǒng)則采用自行設(shè)計的計算機集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了供暖鍋爐的現(xiàn)代化控制與管理。本文介紹此集散控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

鍋爐系統(tǒng)工作在高溫高壓條件，有一定的危險性，對控制系統(tǒng)的可靠性要求高，因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，我們采用了集散型控制系統(tǒng)的方案。系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制層、車間監(jiān)控層和企業(yè)管理層三個層次構(gòu)成。選擇研華Adam5511軟PLC做現(xiàn)場控制單元，每臺5511完成一臺鍋爐的控制任務(wù);監(jiān)控層采用奔騰III工業(yè)控制機做上位機操作站，顯示實時數(shù)據(jù)以及操作畫面;系統(tǒng)設(shè)置有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及WEB服務(wù)器，管理人員可以通過internet瀏覽鍋爐的實時和歷史數(shù)據(jù)，并據(jù)此進行系統(tǒng)的運行優(yōu)化等工作，構(gòu)成了系統(tǒng)的管理層?，F(xiàn)場控制站與操作站之間采用RS485總線，MODBUS協(xié)議通訊;操作站、工程師站及服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)連接。整個系統(tǒng)可靠性高，同時又具有先進的控制與管理功能，而其成本較采用進口DCS低一倍以上，因此是類似系統(tǒng)的首選方案。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計

1、車間監(jiān)控層及管理層

監(jiān)控層設(shè)置兩臺(或多臺)操作員站、一臺工程師站，一臺服務(wù)器。操作員站采用研華奔騰III工業(yè)控制微機，主要用于鍋爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及進行控制操作，工程師站采用高檔奔騰IV微機，用于進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及系統(tǒng)維護。

操作員站的主要功能是提供給鍋爐系統(tǒng)操作人員一個直觀方便的人機界面。系統(tǒng)可具有兩個或兩個以上的操作員站，他們具有同樣的功能并互為備用。操作員站設(shè)置有如下顯示畫面。

流程畫面：將現(xiàn)場控制站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)顯示在流程圖的相應(yīng)位置上，通過動畫直觀的顯示鍋爐運行狀態(tài)及各種實時數(shù)據(jù)。操作人員可根據(jù)此畫面了解整個鍋爐系統(tǒng)的運行情況

工藝參數(shù)畫面：以數(shù)據(jù)表格的形式實時顯示各工藝參數(shù)與對應(yīng)的名稱，單位，同時可顯示對鍋爐耗煤量，產(chǎn)汽(供熱)量，用水量等的計算和累積結(jié)果。

調(diào)節(jié)畫面：將系統(tǒng)各控制回路的運行狀態(tài)和有關(guān)參數(shù)以調(diào)節(jié)棒圖的形式顯示出來?？梢燥@示回路的手自動狀態(tài)。操作人員利用鍵盤或鼠標方便的對各控制回路，的控制參數(shù)進行再線修正。

報警畫面：用于記錄何時何地有何報警，以便有關(guān)人員查詢，同時實現(xiàn)安全連鎖控制

歷史趨勢畫面：用于記錄系統(tǒng)主要工藝參數(shù)的長期歷史趨勢數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示出來，可為分析系統(tǒng)運行情況及效率，查找故障等提供依據(jù)。

工程師站除具有操作站的全部功能外，還具有參數(shù)設(shè)定與修改，系統(tǒng)維護等功能?？稍O(shè)定系統(tǒng)的各模擬量測量點的標度變換系數(shù)、熱電阻、熱電偶的線性化參數(shù)、孔板流量計算參數(shù)、給煤量計算參數(shù)、鍋爐及供熱熱效率參數(shù)、各控制回路組態(tài)參數(shù)、及PID參數(shù)等。工程師站負責(zé)系統(tǒng)的打印任務(wù)，可打印即時報警，歷史報警記錄以及鍋爐運行日志和歷史數(shù)據(jù)表格等。

系統(tǒng)通過Web服務(wù)器將鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)送至校園網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，使有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可從內(nèi)部網(wǎng)上看到鍋爐系統(tǒng)的運行狀況，并可實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程診斷和維護。

管理層實現(xiàn)更高級的管理功能，位于企業(yè)廠長經(jīng)理室，可通過internet 瀏覽系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對系統(tǒng)的運行進行計算統(tǒng)計和優(yōu)化等。工程技術(shù)人員或企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)無論出差何地，都可查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)，甚至進行系統(tǒng)維護。

2、現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層采用研華公司的產(chǎn)品，稱為軟PLC的 Adam5511. 這是一種模塊化的工業(yè)控制機，固化有dos操作系統(tǒng)，支持C語言編程，支持Modbus通訊協(xié)議，每臺鍋爐由一臺Adam5511負責(zé)對其進行數(shù)據(jù)采集及控制，另有一臺Adam5511負責(zé)系統(tǒng)公共部分的數(shù)據(jù)采集及控制。

每臺Adam5511配置16點模擬量輸入，4點模擬量輸出，16點開關(guān)量輸入輸出。可采集16點鍋爐運行現(xiàn)場數(shù)據(jù)，組成4個閉環(huán)控制回路。分別控制蒸汽鍋爐的水位、汽壓、爐膛負壓，鼓風(fēng)四個回路或熱水鍋爐的出水溫度、爐膛負壓及鼓風(fēng)三個回路。

四、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的操作站軟件采用了中文工控組態(tài)軟件MCGS設(shè)計，MCGS是全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于Windows95/98/NT操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，使生成的系統(tǒng)圖文并貌，運行穩(wěn)定可靠。