摘要
为提高控制系统的性能,使显示与控制在同一台工控机上实现,获得简单、经济的锅炉控制系统.自动控制系统硬件采用通用的工控机,同时配备必要的基本板卡;软件系统选用国产的组态王软件,利用其自带的命令语言,使用先进的控制算法实现了PID控制功能,使锅炉控制系统运行状态稳定.结果控制系统可靠性较高,成本较低,便于维护,兼容性好,运行效果良好.该系统对建立小型的锅炉控制系统,特别是对旧系统的改造,具有很强的适用性,性能可靠且可大大降低成本.
本文主要介绍锅炉过程控制、组态王软件及其基于组态王开发的锅炉监控系统。详述该系统的硬件组成、控制方法、组态过程、组态软件的运行环境。该系统具有界面友好、参数在线整定方便、扩展性强等优点。
关键词: 锅炉 组态王 自动控制系统
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第一章 组态技术简介
1.1 组态技术概述
组态技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控技术在结构上没有本质区别，它们都是由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 一般计算机控制系统的结构组成
计算机控制系统按照设计方法的不同分为以单片机为核心的计算机测控系统、以plc(可编程控制器)为核心的计算机测控系统和以IPC（工业PC机或称工业控制计算机）核心的计算机测控系统。利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的。组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业pc机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工控专用软件进行系统设计，软件周期大大缩短了。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程技术，就能很好地完成一个复杂工程所需要的所有功能。
一般来说，只要采用IPC，选择通用接口部件和组态软件，这样构成的系统都是基于组态控制系统的。国内外许多自动化设备生产厂家生产了许多基于这种技术的DCS计算机系统，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等。这些系统提供各种工业PC机、I/O板卡、模块和专门针对自己系统的组态软件，供自动化系统设计人员组态选择。与各系统专用组态软件相对的是各种通用组态软件，常用的国产通用组态软件有微控可视组态、MCGS、Kingview（组态王）等。
组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。
1.2 组态软件概述
组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工
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作。在过程控制实验装置中，要实现锅炉液位控制，以往采用仪表作为调节器，该仪表通过仪表面板的按键来改变参数值，没有实时数据输出曲线，故参数调节不方便，且系统的控制精度低。为了改变这种状况，利用组态王软件开发了锅炉液位监控系统，采用计算机采集、处理数据。根据组态王的锅炉液位实时曲线输出，用滑动输入块改变参数的值，使系统输出稳定到设定值，从而提高了工作效率。
组态王软件是一套基于Windows95/98/NT/XP操作系统，可用来快速生成上位机监控系统的组态软件包，它能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制、趋势曲线、报表输出等功能，是帮助用户解决工程实际问题的完整方案和操作工具。该软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，提供丰富的设备驱动构件、动画构件，用户可随时方便地扩充系统的功能。
组态王软件系统包括开发环境和运行环境两大部分，用户所有的组态配置过程都是在组态环境中进行的。运行系统按照开发环境中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。目前，组态王软件已经在石油、化工、电力等多种工程领域获得成功的应用。
第二章 锅炉简介
锅炉是石油化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的蒸汽不仅能够为工业生产的蒸馏、干燥、蒸发、化学反应等过程提供热源，而且还可以为压缩机、泵、涡轮机等提供动力源。锅炉是应用广泛的工业和民用设备，我国目前运行的多数锅炉由于控制水平不高，其效率普遍低于国家标准，大多数锅炉仍处于能耗高、环境污染严重的生产状态，每年因为热效率低而多消耗的标准煤近2000万吨。传统的手工仪表监控系统已不适应节能降耗的要求，当今大多数企业采用自动控制系统实现对锅炉的控制。
2.1 锅炉工艺流程
锅炉的种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、燃气锅炉，还有利用残渣、残油等为燃料的锅炉。所有这些锅炉，虽然其燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。常见的锅炉设备主要工艺流程如图2.1所示：
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图2.1 锅炉设备主要工艺流程图
由图可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，生成饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉设备是重要的动力设备，对其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉产汽量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。
2.2 锅炉设备的控制
2.2.1锅炉汽包水位的控制
汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过低或过高，都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。如果水位过低，则因汽包内的水量加速减少，水位迅速下降，如果不及时控制，会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉的水冷壁烧坏，甚至引起爆炸；水位过高会影响汽包内的汽水分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢而损坏。由此可见，水位过低或过高时所产生的后果都是极为严重的，所以汽包水位
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操作的平稳显得尤为重要，必须严加控制。
图2.1 三冲量控制方案系统框图
采用三冲量调节，即根据给水流量、汽包液位和蒸汽流量调节主给水阀，保证锅炉汽包水位的稳定，是前馈—反馈串级调节回路，如图2.1：锅炉给水系统中，由锅炉提供两个给水调节阀，其中DN150调节阀是主调节阀，在正常负荷和高负荷运行时使用；旁通管设一个DN100的调节阀，在低负荷时使用，同时也作为主调节阀的备用阀。在自动给水状态下，只允许其中之一自动调节给水，此时，另一调节阀可画面手动给水;在程序投入之前，操作人员需要事先选定哪一个调
节阀自动投入。如果此次未能设定，将按照上一次的设定执行。
图2.2 汽包水位控制系统的结构图、
其中：
SP——汽包液位设定点
PID1——汽包液位调节，为主调，反作用
PID2——给水量调节，为副调 PV1——汽包液位测量值 PV2——给水流量测量值 Σ——加法器，其公式如下： X0＝X2＋2×（X1－50%）
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