基于组态软件的锅炉温度与液位检测系统.docx
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基于组态软件的锅炉温度与液位检测系统
基于组态软件的锅炉温度与液位检测系统
摘要
本次设计以力控组态软件实时检测锅炉温度与液位控制系统为背景，主要内容利用北京三维力控科技公司的全中文工控组态软件ForceControl6.1设计锅炉温度与液位监控系统,在上位机上显示每个控制系统的结果,并可以对比实时温度与液位曲线和设定曲线。
本文首先说明了自己对锅炉等元器件的认识并对锅炉的控制系统做了简单的介绍，然后又对整个系统做了介绍。
其中重点阐述了ForceControl6.1组态软件,以及各个元器件的作用，整个系统各个模块的功能与作用。
同时对组态软件做了详细说明，介绍了如何绘制组态图和动画的连接，然后又对该系统做了仿真演练,用仿真来实现锅炉温度与液位的检测功能，经过多次实践和不断的改善从而完成了整个毕业设计。
关键词：
锅炉温度检测，锅炉液位检测，组态软件。
Basedonconfigurationsoftwareboilertemperatureandliquidleveldetectionsystem
summary
Thedesignfortheforcecontrolconfigurationsoftwareforreal-timedetectionofboilertemperatureandlevelcontrolsystemforbackground,themaincontentofBeijing3dforcecontroltechnologycompanyallChineseindustrialcontrolconfigurationsoftwareForceControl6.1designboilertemperatureandliquidlevelcontrolsystem,intheuppermachineshowseachcontrolsystemoftheresults,andcancomparewithliquidlevelcurveandreal-timetemperaturesetcurve.Thispaperfirstexplainstotheboilerofcomponentstoknowandtotheboilercontrolsystemsimplyintroduced,andthentheandofthewholesystemareintroduced.OnefocusesonForceControl6.1configurationsoftware,andthevariouscomponentsofthefunction,thefunctionofeachmoduleofthewholesystemandfunction.Atthesametimeforconfigurationsoftwaretodoadetailedexplanation,thispaperintroduceshowtodrawconfigurationdiagramandtheconnectionofanimation,andthentothesystemdidsimulationpractice,usethesimulationtorealizetheboilertemperatureandtheliquidleveldetectionfunction,aftermanypracticeandcontinuousimprovementandhascompletedthegraduationdesign.
Keywords:
boilertemperaturedetection,boilerliquidleveldetection,configurationsoftware.
目 录
绪论1
第1章部分元器件的介绍2
1.1锅炉2
1.2传感器4
1.3水泵6
1.4阀门7
1.5报警器9
第2章整体系统简析10
2.1系统流程10
2.2进水模块12
2.3温度与液位模块13
2.4出水模块14
第3章组态软件16
3.1组态软件的基础16
3.1.1组态软件的定义16
3.1.2组态软件的特点16
3.1.3组态王软件仿真的基本方法17
3.2组态软件的功能17
第4章组态画面的绘制和动画连接19
4.1组态画面的绘制19
4.1.1力控集成环境19
4.1.2力控组态19
4.2PID指令向导24
4.4定义数据库点及数据连接34
4.5动画连接35
结 语37
致谢38
参考文献39
附 录一程序40
附录二外文资料翻译43
绪论
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下基础。
第1章部分元器件的介绍
1.1锅炉
锅炉是一种能量转换设备，是利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备。
是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。
它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。
锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。
在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。
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。
如下图锅炉对象。
锅炉注意事项:
1．锅炉出厂时应当附有“安全技术规范要求的设计文件、产品质量合格证明、安全及使用维修说明、监督检验证明（安全性能监督检验证书）。
2．锅炉的具体操作请按产品使用手册进行，以确保操作人员及设备的安全，开机前检查电源、电压、水源是否有异常情况，关闭排污阀开启供水阀、检查水泵是否卡死，若水泵卡死，拆下风叶后盖，转动电机轴至灵活状态即可开机，当您检修锅炉或者更换配件时，请切断电源以免带电工作造成危险。
3．锅炉安装、维修、改造的验收。
施工完毕后施工单位要向质量技术监督局特种设备检验所申报锅炉的水压试验和安装监检。
合格后由质量技术监督局、特种设备检验所、县质量技术监督局参与整体验收。
4．锅炉的注册登记。
锅炉验收后，使用单位必须按照《特种设备注册登记与使用管理规则》的规定，填写《锅炉（普查）注册登记表》，到质量技术监督局注册，并申领《特种设备安全使用登记证》。
5．锅炉的运行。
锅炉运行必须由经培训合格，取得《特种设备作业人员证》的持证人员操作，使用中必须严格遵守操作规程和八项制度、六项记录。
6．锅炉的检验。
锅炉每年进行一次定期检验，未经安全定期检验的锅炉不得使用。
锅炉的安全阀应定期进行灵活性检验,每个月最少一次快速拉动安全阀的拉杆以检查它的起跳和回座的灵活性.安全阀每年应定期到当地的技监局进行校验。
7．严禁将常压锅炉安装为承压锅炉使用。
严禁使用水位计、安全阀、压力表三大安全附件不全的锅炉。
1.2传感器
传感器是一种检测装置，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、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。
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1.6～300K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，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：
例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
如下图
温度传感器
液位传感器
1.3水泵
水泵是输送液体或使液体增压的机械。
它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
衡量水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。
容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。
具体用途：
水泵具有不同的用途，不同的输送液体介质，不同的流量、扬程的范围，因此，它的结构形式当然也不一样，材料也不同，概括起来，大致可以分为：
1、城市供水2、污水系统3、土木、建筑系统4、农业水利系统5、电站系统6、化工系统7、石油工业系统等。
如图
1.4阀门
阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。
用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。
阀门可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。
阀门根据材质还分为铸铁阀门，铸钢阀门，不锈钢阀门，铬钼钢阀门，铬钼钒钢阀门，双相钢阀门，塑料阀门，非标订制等阀门材质。
阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。
用于流体控制的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格繁多，阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。
阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体地流动，阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa的超高压，工作温度从-269℃的超低温到1430℃的高温。
阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、涡轮、电磁动、电磁液动、电液动、气液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。
如图
1.5报警器
报警器（alarm），是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。
随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。
第2章整体系统简析
2.1系统流程
该系统的功能是实现锅炉温度与液位的实时检测，该系统不仅可以形象直观的查看温度与液位的实时曲线，还可以将实时曲线与设定曲线进行鲜明的对比。
该系统还具有查询温度与液位的历史记录的功能。
同时该系统还可以控制锅炉液位与温度的控制，将锅炉温度与液位分别限制在一定的范围内，如果锅炉的温度与液位没有达到设定的范围，系统将会自动报警。
若锅炉的温度达到设定范围后，液位超过设定值，则进水阀门关闭，出水阀门打开，将锅炉能的水释放出一部分，使其重新恢复到设定的范围之内。
同时该系统还可以检测进水管道的瞬时进水量的值，和瞬时出水量的值。
如下系统流程图
2.2进水模块
系统上电以后，启动系统，打开水泵，水泵从进水罐中通过管道将水抽上来，水泵将水抽上来以后，打开进水阀门，开始向锅炉中注水，同时进水流量检测器开始检测流量，同时，锅炉温度和液位没有达到设定值，开始报警，直到达到设定值，报警消失。
如下图
2.3温度与液位模块
锅炉水温控制该系统集成自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能装置。
该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，比值控制等多种控制形式。
温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。
温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。
因此对系统进行一些改进，就可以很好的实现锅炉水温的控制。
锅炉汽包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。
尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。
因此，在锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的
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。
如下图
2.4出水模块
锅炉液位达到设定值之后，有液位检测器检测液位是否超出给定值得范围，若超出给定值的上限，则系统会自动关闭进水阀门，并打开出水阀门，将锅炉内的水释放出去一部分，使锅炉内的液位恢复到设定值范围内，同时继续加热。
在出水阀门打开时，出水流量检测器启动，检测释放水时的流量，并显示出来。
释放出去的水经过管道排到地下。
如下图
第3章组态软件
3.1组态软件的基础
3.1.1组态软件的定义
组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
组态软件是有专业性的，一种组态软件只能适合某种领域的应用。
组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如DCS（集散控制系统）组态，PLC梯形图组态。
人机界面生成软件就叫工控组态软件。
工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。
从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。
在当今工控领域，一些常用的大型组态软件主要有：
ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，组态王，力控，易控，MCGS等。
本设计采用亚控的组态王软件进行组态的设计
3.1.2组态软件的特点
方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；
高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；全新的、灵活的报表设计工具：
提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：
脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板；提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯、支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。
3.1.3组态王软件仿真的基本方法
（1）图形界面的设计
图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。
（2）构造数据库
数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。
（3）建立动画连接
连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。
（4）运行和调试
3.2组态软件的功能
（1）强大的界面显示组态功能。
目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。
丰富的图形控件和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。
（2）良好的开放性。
社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬仵不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。
（3）丰富的功能模块。
提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现场需求。
利用各种功能模块，完成实时监控产生功能报表业示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统．（4）强大的数据库。
配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
（5）可编程的命令语言。
有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序，增强图形界面（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。
（7）仿真功能．提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期
第4章组态画面的绘制和动画连接
4.1组态画面的绘制
4.1.1力控集成环境
开发系统（Draw）：
是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。
界面运行系统（View）：
界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面。
实时数据库（DB）：
是数据处理的核心，构建分布式应用系统的基础。
它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。
I/O驱动程序：
I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。
它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。
网络通信程序（NetClient/NetServer）：
网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用I
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