秀的控制理论相继出现。例如，模糊控制理论和智能控制理论目前已经很好地应用在锅炉控制系统上。
综观上述，从锅炉控制的发展过程来看，仅靠人工加常规仪表，不仅难以做到平稳操作，安全生产也没有确定的保证，工人的劳动强度大，生产条件差,而且运行热效率低，浪费能源，污染环境。为此，世界上许多国家利用计算机的快速性、可靠性、准确性和多种特殊功能，以改善锅炉的监控品质，提高锅炉的热效率，节省能源，减少污染，具有广阔的应用前景。目前，我国还主要采用PLC控制技术对锅炉进行过程控制，已经成为使锅炉能长期、稳定、经济地运行的主要控制手段。本次工程训练中，利用PLC技术同时结合触摸屏技术对锅炉实行全面控制，具有监控全面，系统稳定，和人机结合、实时操作性强的特点。 1.3 本课题研究背景及意义
1.3.1 基于PLC锅炉控制系统的背景
自二十世纪六十年代美国推出PLC取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，国内外对锅炉的监控也逐渐从传统的继电器控制系统转移到以PLC为核心的控制系统上来。特别是近些年来，随着信息技术在全球范围内的研究与普及，工业信息化在自动化方面也得到了广泛的应用，要求在工业的生产、管理、经营过程中，通过信息基础设施，在集成平台上，实现信息的采集(传感器及仪器仪表)、信息的传输(通信)、信息的处理(计算机)以及信息的综合应用(自动化、管理、经营等功能)等，这也对锅炉的监控提出了新的要求。经过多年的研究与应用，目前，我国在锅炉监控方面的技术、产业和应用都有了很大的发展，而且正在向智能化、网络化、信息化和集成化方向发展。国内研究锅炉控制比较成熟的企业有上海杜比公司、南京仁泰公司，广州迪森公司，杭钢集团等。此外，还有一些科研院校联合企业也开发各种智能锅炉控制系统。
1.3.2 本课题研究意义
随着科学技术的迅猛发展，计算机控制系统的发展也达到了前所未有的高度，多项新技术己经广泛应用到了关系国计民生的各行各业。当然，计算机技术在锅炉行业的应用也不能例外，锅炉监控技术必须要求跟上现代技术发展的步伐。目前，在锅炉行业中，不论是立式贯，还是卧式的内燃锅炉，它们的控制结构均采用按钮和继电器或程序控制器来实现，这种控制方式智能化程度低，只能简单地对锅炉的燃烧状态和水位进行即时控制，无法对锅炉工作时的运行参数、启动时间及校正时间进行灵活地设置和修改，不能动态地反映出锅炉的当前工作状态，也无法对锅炉以前发生的故障和总点火次数、风机运行时间及燃烧器运行时间进行准确地累积记录，影响锅炉的管
理和维护。此外，现有锅炉如需多台联网控制，则需增加控制台，加大成本，设备结构也更趋复杂。
本次在富尔顿公司工程训练的目的就是为了解决上述问题，研究一种自动化和智能化程度高，功能齐全的采用触摸屏控制的智能锅炉方案。
本方案我们是基于西门子PLC锅炉触摸屏控制技术，它包括有锅炉本体，本体上设的控制柜，其特征在于在控制柜内设有可编程序控制器西门子PLC，在控制柜表面设有触摸屏，PL C的通讯端口通过通讯电缆与触摸屏的通讯端口相连，PLC的多路输入端分别与设置在锅炉本体的各水位开关、温度开关、电导率开关、压力开关、火焰检测探头及过载开关的输出相连，PLC的多路输出端口分别接锅炉本体的各对应电磁阁及对应控制器。
本方案的优点在于采用触摸屏作为人机界面，可实时动感地显示风机、水泵、油泵等的运行状况及火焰的变化状态，本方案一方面具有火焰自动调节、炉膛自动吹扫和火焰、风压、回油压自动检测功能。另外，蒸汽锅炉还具有连续给水、表面排污的自动控制及水位低限、高限的自动检测功能:热水锅炉还具有漏水、断水自动检测功能。可真正实现无人操作全自动运行。另一方面具有自动启停设置、时间校正等功能，能自动记录以前故障发生的时间和原因及累计记录总点火次数、风机运行时间、燃烧器运行时间，以便于管理和维护。本方案可应用于各种锅炉，如立式或卧式燃油或燃气的蒸汽锅炉以及立式或卧式燃油或燃气的热水锅炉。其具有很高的可靠性，可在触摸屏画面上显示出各种故障现象，如油泵、水泵、风机过载，点火失败、异常熄火、风机无风、燃气检漏失败、燃气泄漏、燃气压力过低及燃气压力、出烟温度、回油压力过高等故障。本方案还能方便地实现多台锅炉联网使用，无须设置主控制台即可自动选择锅炉运行台数和分配每台锅炉的负荷，其触摸屏具有远程监控功能。本实用新型可方便的与楼宇自动化网络及工厂自动化控制网络互联，具有很大的社会效益和经济效益。
1.3.3本章小结
本章通过介绍国内外锅炉及其控制系统的发展，分析了传统锅炉控制存在的问题，利用经计算机进行控制的优点，介绍了课题的来源，提出了课题的研究内容，并阐述了课题的现实意义。
第二章 关键技术介绍
2.1 PLC分布式监控系统技术
2.1.1 PLC概述
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的、数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC作为一种工业控制装置，其组成主要由中央处理单元CPU、存储器、输入输出(I/0)单元、电源、外部接口和各种功能模块组成。典型的PLC结构如图2-1所示：
图2-1 典型的PLC结构
上述结构的机型通常称作“一体机”，随着PLC技术的发展，近年来随着各行各业生产规模的不断扩大，这种硬件资源有限的“一体机”机型逐渐被分体式的PLC机型所取代。分体式的PLC采用模块化的硬件结构，把电源、中央处理单元、输入输出单元、接口和通讯单元等从原来的“一体机”中分离出来，做成单独的模块单元，使用时采用积木式的拼装方式或者采用现场总线进行连接，把被分离出来的中央处理单元通常称作CPU，它仍然是PLC的核心单元。PLC一般采用循环扫描的工作方式。PLC上电后，执行系统程序规定的任务、周而复始地扫描并执行用户程序。完成一次扫描所用的时间称为扫描周期。一次循环过程可归纳为五个阶段，依次为:公共处理—﹥执行用户程序—﹥扫描周期计算—﹥输入输出刷新—﹥外设端口服务。完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始地进行扫描。
2.1.2 PLC监控技术
所谓PLC监控技术，就是利用PLC及其功能模块将工业现场中被监控对象的实际运行状态(如运行、停止、报警等)和物理参量(如温度、压力、流量、液位等)进行采集，并将物理参量转换为标准的电压或电流信号，然后将这些表示状态的开关量以及代表实际物理参量的模拟量输入控制器，在用户程序中将这些信号处理以后，通过现场通讯总线传送到上位机中，并且在上位机中以数字、图形、指示灯或曲线的方式显示出来。如果出现异常情况，则及时用声光报警，提醒有关工作人员注意，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。如果需要对被监控对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量和状态量的变化情况进行分析判断，然后在输出装置中输出相应的电信号并且推动执行装置(如调节阀、电动机等)动作从而完成相应的控制任务。
2.1.3 PLC监控系统的结构
从整个发展过程来看，硬件结构从集中式向分布式发展。集中式结构是指由单一的PLC单元完成控制系统的所有功能以及对被控对象实施统一控制的一种系统结构。而分布式结构是相对于集中式结构而言的一种新型PLC控制系统，由于采用了现场总线技术，所以更适用于控制对象多而复杂的大型系统，现在己成为计算机监控系统的主流结构。
(一) 集中式结构
集中式结构比较简单，通常在下位机中采用一个PLC单元将过程数据或状态进行采集和处理，当CPU本体中的1/0点数不够用时，采用该系列PLC的扩展模块进行扩展，系统中的CPU本体及其所有扩展模块紧凑连接，并且都放在一个控制柜内，但扩展能力随PLC的不同有异，扩展能力有限。PLC集中式监控系统的结构如图2-2所示:
图2-2 PLC集中式监控系统的结构
(二) 分布式结构
虽然不同的PLC分布式监控系统存在着许多差异，但其核心结构基本上是一致的，它们都是分布式控制系统(DCS: Distributed Control System)的范畴。PLC分布式系统一般由系统网络、CPU本体、现场1/0控制站、操作员站和工程师站等部分组成。在PLC分布式系统中，各现场1/0控制站都是相对独立的，这些完成特定功能的1/0站点称为“节点”。PLC分布式监控系统中CPU本体的主要功能是:
1.收集各1/0站点采集到的现场模拟量和状态量; 2.执行用户程序; 3.与上位机进行数据通信; 4.向各1/0站点输出控制信号。
PLC分布式监控系统的结构如图2-3所示。
图2-3 PLC分布式监控系统的结构
目前除了少数系统因监控对象少，位置又相对集中，采用集中式结构外，许 多PLC监控系统为适应现代化规模较大的监控对象，都采用分布式结构。特别是当监控对象数目较多，位置相对分散，距离主控室较远时，分布式系统就更能体现出其较高的性价比和优越性。
2.1.4 PLC监控系统的功能组成
PLC分布式监控系统可以用在不同的行业和企业生产过程中，虽然监控的对象有所不同，但其一般都包括以下几个功能组成部分。
1. 数据采集部分
PLC分布式监控系统具有数据采集和变换的部件，用来采集现场的实时数据，如温度、流量、压力、液位、电压、电流、功率等需要监测的运行参数，还包括一些表示现场设备运行状态的开关量。通常把这些采集到的模拟量或开关量，实时地变换成计算机能够处理的代码形式。