锅炉温度监控系统设计报告.docx
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锅炉温度监控系统设计报告
摘要
本课程设计利用智能仪表控制系统，结合组态王监控软件设计人机对话界面，实现锅炉过热蒸汽控制系统设计。
本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。
此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。
实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。
实时报警界面可以随时进行提醒。
帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。
登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。
该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录通过对现场系统数据的采集处理，在组态王中实现动画显示、报警处理、流程控制等功能。
同时利用智能仪表控制系统，在所设计的组态王监控界面中，进行相关仪表调校和控制器参数整定。
最后向用户提供锅炉过热蒸汽控制系统的动态运行结果。
设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等。
关键词：
数据库、报警、PID、组态软件
具体要求：
1.了解温度控制系统的组成、功能和特点；
2.掌握微机与温度控制器、电加热器的接口电路；
3..对现场系统数据的采集处理，在组态王中实现动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线和报表输出等功能。
4. 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量；
5.实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示；
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。
电热锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。
加上目前人们的环保意识的提高，电热锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。
电热锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。
主要是控制水的温度，保证恒温供水。
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。
本文从理论上说明了一个被测物体（锅炉），组态软件及计算机之间的连接，为今后走向工作岗位打。
一、总体方案设计
料量、减温锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃水、送风和引风等；主要的输出变量是汽包水位、炉膛负压、过剩空气等。
因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等变化，因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。
锅炉对象简图，如图1-1所示。
由于条件限制及能力有限，本控制系统将主要控制三个变量：
锅炉水位、炉内温度。
图1-1锅炉对象简图
图1-2系统结构框图
图1-3系统流程图
日期
内存字符串
时间
内存字符串
用户名
内存字符串
水库
I/O实型
水泵
I/O实型
加热炉温度
I/O实型
设定值
I/O实型
加热输出指示
I/O实型
采样时间
I/O实型
启动历史记录
内存离散
启动报警记录
内存离散
启动后台命令语言
内存离散
新报警
内存离散
加热炉水位
内存实型
液位开关上
I/O离散
二、硬件的设计和实现
整个炉温控制系统应由两大部分组成：
一部分由计算机和A/D&D/A转换器组成，主要完成温度采集、PID运算。
另外一部分由传感器、信号放大等组成。
1）AI/AO模板包括A/D板和D/A板及信号调理电路等。
我们选择的AI模板输入信号是：
0~10mA，以及热电偶，热电阻和各种变送器的输出信号。
2）AO模板输出信号：
0~5V。
3）DI/DO模板很多，我们选择的是继电器板
4）变送器：
DDZ-Ⅱ型，输出是DC0~10mA。
5）执行机构：
电动执行机构，能直接接受来自工控机的输出信号0~10mA，实现控制作用，还可以选用电磁阀。
本系统中，执行器是系统的执行机构，是按照调节器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节燃料流量的装置。
1.执行器的结构形式：
执行器在结构上分为执行机构和调节机构。
其中执行机构包括气动、电动和液动三大类，而液动执行机构使用甚少，同时气动执行机构中使用最广泛的是气动薄膜执行机构，因此执行机构的选择主要是指对气动薄膜执行机构和电动执行机构的选择，由于气动执行机构的工作温度范围较大，防爆性能较好，故本系统选择气动薄膜执行机构并配上电/气阀门定位器。
调节阀的开、关形式需要考虑到以下几种因素：
①生产安全角度：
当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的安全，不至发生事故；
②保证产品质量：
当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低；
③尽可能的降低原料、产品、动力损耗；
④从介质的特点考虑。
综合以上各种因素，在加热炉温度控制系统中，执行器的调节阀选择气开阀：
执行机构采用正作用方式，调节机构正装以实现气开的气动薄膜调节蝶阀。
变送器选用
名称
型号
用途
执行范围
输入信号范围
温度变送器
PT100
经过稳压、放大、非线性、
-25～+225℃；
-60℃~175℃
投入式液位变送器
DT-SYB
可广泛用于水厂、污水处理厂、城市供水、高楼水池、水井、地热井、矿井、工业水池、油池、水文地质、水库、河道、海洋等场合。
电流型≤600Ω（不带显示）≤300Ω（带显示）电压型≥3KΩ
输出形式：
4～20mA,0～5VDC,0～10VDC供电电源：
24VDC（±10%）,12VDC
热电偶温度变送器
（DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型
带传感器的变送器通常由两部分组成:
传感器和信号转换器。
传感器主要是热电偶或热电阻;信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能
:
-50~240℃
0mA~10mA和4mA~20mA
智能型温度变送器
NPWD-C
;适用于高温高压、强腐蚀等介质的液位测量
-10℃~50℃，20%~90%
4-20ma
2.2传感器：
主要利用其本身特性来对锅炉内外的变化产生信号，信号的传输从而达到PC对锅炉温度的监控，以及实时的水温变化。
当选用热电偶测温时，必须注意正确使用补偿导线的类型及其与热电偶的配套连线和极性。
同时一定要进行冷端温度补偿。
若选用热电阻测量时，则必须注意三线制接法。
.温度传感器选型
本次设计我们采用的是接触式测温方法。
选用的是热电阻Pt100传感器。
为上海维连电子科技有限公司生产的T-2系列温度传感器。
该产品为德国进口芯片，精度高，固定螺纹安装，互换型好。
型号为T-2Pt100AGS，所代表的含义是：
T-2:
基本型号；
Pt100：
分度号；
A：
精度等级；
G:
温度范围（0～850℃）；S：
三线制接法。
2.3液位计、温度计
主要显示实时的数据信息，对此来做出相应调整
2.4泵、阀
与锅炉相连接通过相应的控制而对水量做出调整
1.调节阀的流量特性：
调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性、抛物线特性和快开特性四种，在本系统中执行器的调节阀的流量特性选择等百分比特性。
2.调节阀的口径：
调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。
为了保证系统有较好的流通能力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。
2.5温度变送器：
型号：
DBW-4230，环境温度:
0~50℃,环境湿度:
90%RH,供电电源:
220AC、220VAC（开关电源）
功耗:
≤6W,分度号：
热电阻Pt100，测量范围：
0~500℃，输入信号：
1-5V，输出信号：
4-20mA，精度等级：
0.5级
三、软件设计
3.1锅炉的监控界面
步聚
（1）系统方案的确定
a.系统的总体架构；
b.硬件方案的确定；
c.软件方案的确定
（2）硬件系统设计
a.控制电路设计：
键盘输入、A/D及D/A接口电路等
（3）软件系统设计
a.主控程序模块
b.温度采集、状态检测、控制模块
图3锅炉监控系统主界面
3.2组态硬件设备和实时数据库
利用力控进行的组态画面需要有PLC的相连来实现组态的硬件，首先我们应建立一个新的工程项目，之后我们才能建立实时的数据库连接如图3-1。
如图3-1
如图3-2
3.3设计动画连接
创建动画连接首先需要择连接对象，如线、填充图形、文本、按钮、子图等的动画然后先选中图形对象，然后在属性设置导航栏中，点击按钮切换到动画页，选择相应的动画功能。
在进行后会弹出“动画连接”对话框。
然后对组态画面的中的按键的动画连接设置。
如图3-3所示
如图3-3
3.4设计报警及应答
对于报警系统主要由传感器，及小型的单片机构成，在超过温度的界限的话会进行报警在该设计系统中报警装置仍作为底层设备连接，由PC将信息处理后报警装置作出相应的应答，运行报警时间记录是监控软件必不可少的功能，“组态王”提供了强有力的支持和简单的控制运行报警和时间记录方法。
组态王中的报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登陆事件和工作站事件。
通过这些报警和事件，用户可以方便地记录和查看系统的报警、操作和各个工作站的运行情况。
当报警和事件发生时，在报警窗中会按照设置的过滤条件实时的显示出来。
a.定义报警组
b.建立相关的组态画面显示图如图3-4所示
如图3-4
3.5PID参数整定
在进行这方面是我们需要用到力控的仿真驱动程序（Simulator），因此对于前个阶段的数据采集非常重要，我们所得到锅炉水温、水流量数据进行数据报表然后对其进行仿真；对于该阶段的报表和仿真如图3-5、3-6；另外仿真驱动程序（Simulator），并不是真实的硬件，因此，为了实现锅炉的控制逻辑，在“应用程序动作”中实现，以达到逻辑控制仿真的效果。
双击“工程项目导航栏”中“动作”下的“应用程序动作”，弹出脚本编辑器对话框，填写相应的程序详见附录。
如图3-5
如图3-6
程序
If（\\本站点\液位开关2==1）u本站点\加热炉水位=40;
If（\\本站点\液位开关2==1）
{\\本站点\加热炉水位=u本站点\加热炉水位+5;
\\本站点\水库液位=\\本站点\水库液位-5;} If（\\本站点\液位开关3==1）
{\\本站点\加热炉水位=\\本站点\加热炉水位-5;
\\本站点\水库液位=\\本站点\水库液位+5;} \\本站点\温度=20;
If（\\本站点\加热==1）
\\本站点\温度=u本站点\温度+0; If（\\本站点\降温==1）
\\本站点\温度=u本站点\温度-0;
四，体会
这次课程设计让我对使用专业知识、专业技能来分析和解决实际问题有了比较全面系统的锻炼。
相信以后在使用组态软件设计能够更全面，设计出更方便的实现监控和控制的功能，同时让我在使用编程技巧的熟悉度向前迈了一大步。
在课程设计的期间，我学到了很多课本上学不到的知识，拓展了自己的视野和拓宽了自己的知识面。
通过此次毕业设计，不仅仅使我学到了宝贵的专业知识，更重要的是使我学到了怎样去独立思考问题，解决问题，大大提高了我自己的动手能力和操作能力，为我今后的工作奠定坚实的基础。
本设通过本次实训使我应用组态王做设计的能力大幅度的提高。
在这次实训中学到了许多细节上的问题，比如，参数配置，模块功能参数还有组态王对字节的操作和对位的操作都是平时不怎么注意的问题。
还有定义变量的细节问题，如对频率和计数定义为整形还是实型模糊不清。
但是通过实训老师的指导我们把这问题都解决了，收获很大。
还有就是通过这次实训使我解决问题的能力得到了很大的提高。
知道解决问题要从多方面去考虑，不能死钻一点去分析问题，思考问题。
还要结合实际情况，技术手册等多种情况来解决。
分析问题时可以换一个角度来考虑。
还可以去咨询他人，三人行必有我师，集体的力量是很大的，我们可以从他人身上找到答案，获得收获，这样不仅能让自己的疑惑的到解决，而且还能让自己的思维更加宽阔，吸取别人好的思维习惯，使自己的思维得到提高。
让自己养成一个良好的思维习惯。
在做工程时，我们应该懂得团结的力量，不要只靠自己一人的力量去解决很多问题，这样既会耗费自己的能量也会浪费时间。
要有团队意识，分工合作，每个人充分发挥自己的长处，为整个集体做最大的贡献。
只有这样才能提高工程的效率和质量。
计是在我的指导老师的悉心指导下完成的。
在此期间，老师对工作的认真态度，广博的学识，丰富的科研经验，以及忘我的工作热情都给我留下了，深深的印象，使我受益非浅。
在此谨向老师表达我深深的感激与由衷的敬意。
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