基于三維力控自動化監(jiān)控組態(tài)軟件在鍋爐控制系統(tǒng)中的應用研究

一、 引言：

眾所周知，工業(yè)過程控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、準確性和經(jīng)濟性是企業(yè)考慮的重中之重，是衡量系統(tǒng)是否可行的重要指標。隨著工業(yè)自動化整體技術水平的提高，方案的選擇范圍增多，但據(jù)不同的要求和不同的側重點，最優(yōu)方案始終是我們的首選。其中以三維力控自動化監(jiān)控組態(tài)軟件為上位機的控制系統(tǒng)中，在保證系統(tǒng)的安全性、準確性和穩(wěn)定性的同時，也保證了項目投資成本的最小化。

二、力控組態(tài)軟件簡介

力控是運行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。使用力控，用戶可以方便、快速地構造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O設備，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。

力控控制策略是應用工程運行中的進程之一，與力控實時數(shù)據(jù)庫、IO采集一起構成了整個控制系統(tǒng)，完成采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)及控制輸出。

三、系統(tǒng)特點

在鍋爐控制系統(tǒng)中，鍋爐汽包水位的控制、過熱蒸汽的溫度控制、燃料量流量的控制和送風流量的控制是控制重點，下面就汽包水位控制過程進行分析，明確控制對象、操作量和被調量等參數(shù)，用類似方法可分析其它的控制過程。

鍋爐汽包水位控制：汽包水位調節(jié)系統(tǒng)的主要任務是使給水量與鍋爐蒸發(fā)量保持平衡，并維持汽包水位在工藝規(guī)定的范圍內。由此分析出鍋爐的受控變量為汽包水位，操縱變量是給水流量。汽包水位是鍋爐運行的主要指標，水位過高或過低都會帶來比較嚴重的后果。所以通常采用三沖量控制方案，即分別對給水流量、蒸汽流量和水位進行控制，控制系統(tǒng)結構如圖一示：

圖一 汽包三沖量控制圖

三沖量控制實際上是前饋蒸汽流量和串級控制組成的復合控制系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖二所示，

圖二 系統(tǒng)圖

四、方案設計

明確整個控制流程和控制對像，就可以開始設計方案了。在早的控制系統(tǒng)中多由模擬PID調節(jié)器、PLC和智能儀表等完成PID控制；隨著工業(yè)自動化軟件的發(fā)展兼各種智能設備、通訊附件功能的完善，充分利用計算機的能力，使本來由硬件完成的功能慢慢轉移到計算機處理中，尤其表現(xiàn)在大量數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)中。目前，以力控控制策略為上位機的控制系統(tǒng)已成功運行，系統(tǒng)的結構如下圖示：

力控控制策略編輯器采用了算法塊圖的形式，設計簡單、操作方便、無需編寫腳本，根據(jù)系統(tǒng)控制流程就可快速地完成。

五、軟件實現(xiàn)三沖量PID調節(jié)

具體步驟如下：

圖四 控制策略編輯窗口

說明：

1． 左邊是個樹型列表

（1）“工具”下是分類的算法塊

（2）“策略管理”下是策略窗口

2．右邊是當前策略編輯窗口

1．建立數(shù)據(jù)庫變量：運行力控開發(fā)系統(tǒng)或者實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)系統(tǒng)，進入數(shù)據(jù)庫組態(tài)環(huán)境DbManage，如圖所示：

圖五 建立數(shù)據(jù)庫IO點

說明：（1）．主要功能是將點與設備IO點建立一對一的關系、點參數(shù)設置、參數(shù)保存方式及其它處理方法；（2）．數(shù)據(jù)庫點可分區(qū)域、分單元及分組顯示，一方面方便自己區(qū)分、快速瀏覽；另一方面方便報警記錄查詢、總貌瀏覽和歷史曲線查詢。

2．建立PID控制回路：進入控制策略編輯窗口，將PID控制器拉至右邊策略窗口，或者先點擊PID控制器，再點擊策略窗口欲繪制算法塊的位置。如圖六所示：

圖六 添加PID控制器

3．設置PID算法塊屬性及參數(shù)，PID算法塊的主要屬性列表如圖七所示：

4．PID控制器的信號輸入和輸出的連接，具體步驟如下：

4.1繪制PID功能模塊一樣，繪制數(shù)據(jù)庫輸入變量和數(shù)據(jù)庫輸出變量，也可以繪制“變量”下的其它的變量塊，方法類同，這里僅以數(shù)據(jù)庫變量為例，如圖十三所示：

圖十三 繪制數(shù)據(jù)庫輸入輸出塊

4.2 正確選擇數(shù)據(jù)庫輸入輸出變量及參數(shù)，這些變量都是在數(shù)據(jù)庫中已定義的點，點有很多的參數(shù)，變量就是點的某一參數(shù)值，選擇方法如圖十四所示：

圖十四 選擇數(shù)據(jù)庫變量

4.3 各算法塊的連接方法：將鼠標放在算法塊端子處，稍停片刻，若為輸入端子，則鼠標變成in，若為輸出端子，則鼠標變成out，此時，雙擊鼠標一次，再將鼠標轉致另外算法塊的端子，雙擊鼠標，若成功，則兩端子間出現(xiàn)白色虛線，將鼠標移致別處，則算法塊間出現(xiàn)一條白色實線。如圖十五所示：

圖十五 已建立連接的算法塊

注意：

連完線后，檢查是否有虛接現(xiàn)象

4.4 簡單的單PID控制回路已經(jīng)完成，保存，編譯。

5．界面組態(tài)

控制策略完成后，數(shù)據(jù)庫組態(tài)“DBManage”中發(fā)生了如下變化：

說明：增加了以算法塊為變量點的控制策略區(qū)域

5.1 雙擊PID點，可以查看PID點參數(shù)：

圖九 PID0點的基本參數(shù)屬性頁

5.2 PID點的參數(shù)與PID控制器的屬性的對應關系，如表一：

表一 PID點主要參數(shù)表

5.3 為方便PID回路的調節(jié)，畫面設計如下：

參數(shù)詳細說明見圖七及表一

6．編譯、運行。

六、結束語

力控控制策略在成本、開放性、靈活性、功能和界面等方面給企業(yè)用戶提供了最佳的控制系統(tǒng)解決方案。我們通過采用力控組態(tài)軟件建立了裝置的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設計中實時數(shù)據(jù)庫和控制策略間是交互的，它們之間存在著如何建立連接的問題，即控制策略算法塊需要以實時數(shù)據(jù)庫為輸入輸出，同時實時數(shù)據(jù)庫也需要取得算法塊的參數(shù)，方便運行中動態(tài)修改，這樣才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定地運行。

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