2008级专业课程设计任务书

1、热能与动力工程专业课程设计任务书2008级热工自动化方向一、课题：基于工业以太网过热器汽温监测系统设计二、内容与要求：1. 系统硬件设计：（注：这一部分，要求各人独立完成！）1） 结合电站生产过程的工程实际背景，基于工业以太网，设计300MW或600MW机 组过热器汽温监测系统。2） 对设计中所要采用的温度传感器（热电偶或热电阻）、温度变送器、数据采集与转换、数据传输、结果显示与存储、网络配件等设备及器件进行选型（新型产品/设备）。3） 了解并掌握所选设备及器件的应用性能，如信号类型、数据传送方式等，实现设计。2. 系统软件设计：（注：这一部分，要求每2人为一组来完成！）1）本地监测：结合系统

2、硬件设计平台，完成本地监测系统的人机交互操作界面设计， 并实现过热器汽温的现场信号的实时检测与显示、越限报警、数据（汽温、报警） 的记录/保存、历史数据的显示等功能设计。（注：系统软件调试时，现场信号的数 据来源采用随机数模拟，发送至本地监测程序的入口！）2）远程监测：定义本地与远程计算机间的通讯方式、传输协议等，使本地监测的现场 信号数据通过网络等设备传送到远程监测计算机，实现远程监测和本地监测的同 步、及现场信号历史数据的调用/查询与显示等功能。3. 撰写设计报告：（注：每人一份！）报告内容含工程背景、系统方案选择、系统硬件设计（含监测系统实现的组网图、 原理图、电气接线图一一Micros

3、oft Visio ）、系统软件设计、工程预算和监测系统的调 试、运行结果等部分，并在程序演示及答辩时提交报告和程序。四、时间安排：序号内容时间（完成节点）地点1下达课程设计任务书804教研室2查阅资料、总体设计图书馆、教室3硬件设计教室、机房4软件设计、程序调试机房5提交报告、程序演示、答辩2012.01.04 1.06机房、教室五、参考资料：1）张栾英，孙万云火电厂过程控制北京：中国电力出版社，20002）韩璞，等.火电厂计算机监控与监测北京：中国水利水电出版社，20053）李江全，等.计算机测控系统设计与编程实现北京：电子工业出版社，20064）徐学峰.传感器变送器测控仪表大全.北京：机

4、械工业出版社，19985）田涛.过程计算机控制及先进控制策略的实现.北京：机械工业出版社，20066）卞志强.Visual Basic 网络程序设计.北京：人民邮电出版社，2003摘要：文章主要介绍了基于工业以太网过热器汽温监测系统的硬件选型及原理和软件的编辑和运行结果。硬件设计主要通过 HUB集线器，7188模块，7018模块，以及温度变送器组成系统，介绍了这几个 模块的原理以及使用方法和信号类型。软件设计通过编程完成一个远程控制程序，实现远程和现场的同 步监测和历史数据调用等功能。过热器作为锅炉中的重要部件，其作用是在锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气。其性能如寿命

5、等与温度有着密不可分的关系，电站中的鱼锅炉相关的整个系统由于受到外 界环境或内在影响，各个部件内的温度不可能保持恒定不变，但是与锅炉相关的各个部件在设计以及安 装好后，设计的工矿不仅有流速，功率等，更重要的还有一个设计好的温度界限。对于过热器来说，尤 其是当温度超过其温度界限并且积累到一定的次数后，容易产生爆管事故。对整个系统的运行产生影响， 严重的甚至会影响整个电站的运行，对电站产生影响。故在过热器的运行过程中，对过热器的温度进行 实时监控十分重要，可以保证整个系统的正常运行一、硬件设计硬件设计主要包括系统的总体组网设计、硬件的选型及其介绍、硬件之间的接线方式三部分构成。1. 系统的总体组网

6、设计以实验室已有的热点偶作为温度传感器，测量过热器内的气温，将热电偶产生的电压信号，通过导线将电压信号传入 7018连接，完成信号的采集过程。 7018输出的信号通过485总线与7188模块连接, 处理后通过HUB集线器与多个客户端计算机相连， 完成信号传输的路径的组网，实现温度信号的远程传 送。其组网图如下：PCPC PCHUB集线器2. 硬件的选型及其介绍2.1 HUB集线器HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以 HUB在局域网中得到了广泛的应用。HUB集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的智能记忆”能力

7、和学习”能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直 接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。2.2 7188 模块7188控件的主要有 AMD 80188 微处理器、SRAM、Flash ROM、EEPROM、实时时钟（RTC ）、4 个串行通讯口（2个RS232 串口（ COM3 和COM4）,1 个RS485 串（COM2）,1 个RS232/RS485 串口（COM1 ） 组成，在处理模块中含有操作系统（ROM-DOS），ROM-DOS功能等同于MS-DOS，一个标

8、准的DOS运行的程序同样可在 ROM-DOS中运行，用户可以通过 COM4上传或下载程序。7188模块中80188微处理器结构图这次选取的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-7188E5控制模块。其特点及其规格如下:特点： CPU: 80188-40或兼容芯片 10BASE-T NE2000 兼容 Ethernet控制器 I-7188E5/E5D 有4个 RS-232 通讯口和 1 个 RS-485 通讯口 D/I: 3.5V30V D/O: 100mA/30V操作温度：-25 C +75 C存储温度：-40 C +80 C电源：非稳压1030 VDC，带有反接保护。2.3 7018 模块I

9、-7018数据采集卡由数据采集模块和数模转换模块组成，分别如图1所示，A为数据采集模块，D为数据转换模块。图1所示的温度采集系统中，模块均是板卡式I/ O板，采用RS-485网络在板卡之间进行数据交换。RS-485网络具有适合工业需要的下述特点：低噪音、远程通讯、用线量少。卡式I/ 0板在不占用计算机原有硬件资源的前提下，扩展计算机的I/ C能力。1-7018模块在使用前需要对通讯端口地址、输入、波特率等有关参数进行设置。在整个系统正式工作前，首先设定好热电偶的室温基准。然后，根据需要电顧进行相应的程序设计，再进行具体的应用。RSY 越图1本次设计选用的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-7

10、0188通道模拟输入量模块。模块自带双看门狗，内部有3000 VD（隔离，更具有高过压保护高开关量电压输入等性能，可以非常容易的和常见的 SCADA/HMI以及PLC软件进行通讯仅需要两根通讯信号线就可以建立起一个多点的分布式RS-485网络。其特性如下：类型：mV, V, mA （接125 Q外电阻器）热电偶:类型 J, K, T, E, R, S, B, N, C通道：8路差动或6路差动+2路单端（跳线选择）电压范围 ：15mV, ±50mV , ±00mV, ±00mV, ±1V, ±.5V电流范围：±0mA采样速率：10次/秒

11、带宽：15.7 Hz精度：±.5%零点漂移：±5ppm/C满量程漂移：25ppm/C过电压保护：±5V隔离：3000VDC电源：输入：1030VDC 功耗：1.0W对于热电偶的要求如下表:类型JKTERSBNC量 程-210-270-270-270000-2700(C)+760+13+40+10+176+ 176+18213023207200088003、硬件及其之间的连线方式3.1 1-7018模块的接线方式信号从热点偶出来后是电压信号， 为模拟信号，用导线连接至7018模块，转变为数字信号，使用RS485 总线，传送大7188模块中。图2,为7018模块的连接

12、简3.2 I-7188E5模块和HU集线器的接线方式由7018模块送出的数字信号通过RS485总线传递到7188处理模块中，处理后通过网线与HU集线器相连，通过HUB!线器与客户端连接。图 3和图4分别表示了 7188模块和HUB!线器的接线方式。7188-裁于图3 7188接线方式网域:1HUB信号图4 HUB接线方式7018图2 7018接线方式二、软件设计2.1设计目的及内容：1、 设计系统人机交互操作界面，采用随机数模拟汽温数据（随机产生460C560C的数据，假设超过540C时越限报警），实现实时变化显示、越限报警、数据记录/保存、历史数据显示等功能。2、设计远程端程序，运用 Win

13、 Sock控件使现场监测信息通过网络传输到远程监测计算机，实现远程 和现场的同步监测、历史数据调用和查询功能。2.2程序设计说明（程序说明及流程图）2.2.1 现场监测程序中：1、随机产生汽温数据，运用“温度计”的模式实时显示数据。使用红色颜色示警，当温度超过数据 范围时，在软件界面上，显示红色示警灯，正常范围内为绿色，并在汽温曲线图上画出数据点。此外， 提供实时的具体数据查询以及历史数据的查询。2、保存数据时，用此时的时刻作为文档名，同时把文档名保存在“历史数据文档名记录”中，便于 以后显示用。3、显示历史数据时，弹出对话框，选择文档读取历史数据。2.2.2 远程端程序中：1、单击“连接主机

14、”，判断若主机正在监测数据，则向主机发送字符串“L”，主机接收到后，立即将目前的时间和温度以字符串形式发送给远程计算机，远程计算机接收读取出时间和温度，并做实时显示及汽温曲线图。若主机还没有在监测数据，远程端只能读取主机中的历史数据。2、在远程端读取主机中的历史数据时，发送数据后先是接收的主机中历史数据文档名称，此时单击 List框中的文档名，读取其中的数据。这些数据传输都是通过Win Sock实现的。现场端程序流程图如下: % 主机Je-J:显示实时数据读啟历史数据扌扌祈T4-L;'厂远程端程序流程图如下:现场与远程端的连接如下:PCHUB-害一 PC现场端1T远程端三、实验结果（程

15、序的运行结果与分析）3.1运行结果图：软件界面如下：下图为现场检测端软件运行界面，主要功能如下：汽温变化的实时显示坐标，报警提示 功能，实时数据的具体数值显示，历史数据查询窗口，具体时间点温度值的显示。过热器汽温监测系统幄警捉亍尿轿移到的点的时间現J® mi- m 下干s 鬥-叮亡 ».i_i7遍度：552.0 rV1审 H *贰温査化雾时尿示gnjL-Qi2Dni-CN2ai-oa 整ii心Kii-OiLEJl2H1I-CM:'»ZDJL-O12911-CMFIE旳站3=1径頁列为滞3.K怖頁荒曲总怖22盏卑/盟皆辺“刃2ZKS2$ h £ T

16、 W古-U弘 I *=* 3 “ .y :QH-r4-.=J.!-.-=-4J!KI!i53当別；时河：2dll-jl-10 22l25i3S2、如上图，过热器汽温监测系统可实时监测其汽温，并提示报警，保存汽温时，同时保存了其文档名，便于在远程监测系统中查询历史数据。四、实验中遇到的问题及解决方法1、由于不同电脑读取时间时，显示格式不尽相同，因此保存在文档中的时间字符串不等长，易造成 错误。用 Format 语句使其格式保证相同。2、程序在刚开始加载时，汽温曲线时间轴只有60 秒，超过 60 秒就难以观察到曲线图形。可以在其Timer 事件中添加一段比较时间与最大横坐标的程序，当前者大时，自动

17、改变横坐标，使得曲线得以继续 在图形中显现。3、远程端读取现场端的实时数据时，由于时间的迟延，读出的第一行数据不正确。可在第一次传输 数据时，适当延迟赋值给 List 的数据。4、在远程端读现场的历史数据时，不清楚原历史数据文档名，不易读取。因此在现场端同时保存了 历史文档名，只需在远程端读文档名，即可读取其在现场的历史数据。5、若在一文档中的历史数据过多，运用远程查询时，由于其时间的延迟过多，易造成错误。可在读 取时稍有延时，保证下个数据能够及时传送。四、 实验体会本实验是一次组建过热器汽温监测系统的过程。在硬件方面，通过查找资料对系统中采用的温度传感器等设备及器件进行选型，进一步了解了工业

18、 600MW 机组过热器的原理，与工程实际相结合，更让我们了解到设备器件的价格等，同时还学会了使用 Microsoft Visio 等软件。在软件方面，我们使用远程监控系统进行计算机直接的通信，学会了应用 Winsock 控件，在编写程 序的过程中，不仅提高了 VB 的编程水平，加深了知识的掌握，同时在考虑问题方面也更全面，把细节 做得更好。虽然编写程序与调试花了不少时间，但在这期间，在独立思考中调试效果更好。五、参考文献1）张栾英，孙万云 .火电厂过程控制 .北京：中国电力出版社， 20002）韩璞，等 .火电厂计算机监控与监测 .北京：中国水利水电出版社， 20053）李江全，等 .计算机

19、测控系统设计与编程实现 .北京：电子工业出版社， 20064）金华雄 等 . 基于涨格 7188 和 7018 模块的温度采集传输系统 ;5）郑春生 等 . 计算机连续实时温度采集系统的研究 ; 上海交通大学材料科学与工程学院6）叶志军 等 . 智能控制模块 I 一 7188 深圳威达通电子有限公司 （518028）7）王孟浩 等. 过热器再热器炉外壁温测点结构和报警温度设定值的探讨; 上海望特能源科技有限公司摘要： 文章主要介绍了基于工业以太网过热器汽温监测系统的硬件选型及原理和软件的编辑和运行 结果。硬件设计主要通过 HUB 集线器， 7188模块， 7018 模块，以及热电偶组成系统，介

20、绍了这几个模 块的原理以及使用方法和信号类型。软件设计通过编程完成现场及远程端程序，实现远程和现场的同步 监测和历史数据调用等功能。关键词： 过热器汽温；硬件选型 ；连接方式；实时监测；远程监控、硬件设计硬件设计主要包括系统的总体组网设计、硬件的选型及其介绍、硬件之间的接线方式三部分构成。1. 系统的总体组网设计以实验室已有的热点偶测量过热器内的气温，然后将热电偶的电压信号通过485总线将数值信号传入7018连接，完成信号的采集过程。7018输出的信号通过 485总线与7188模块连接，处理后通过 HUB集线器与多个客户端计算机相连，完成信号传输的路径的组网，实现温度信号的远程传送。其组网图如

21、测系统m网图下：1 rPC护| HUB臺线器 7】貂模块2. 硬件的选型及其介绍2.1 HUB集线器HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。所以 HUB在局域网中得到了广泛的应用。HUB集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的“智能记忆”能力和“学习”能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时， 不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。2.2 7188 模块7188控件的主要有 AMD 80188

22、 微处理器、SRAM、Flash ROM、EEPROM、实时时钟（RTC ）、4 个串行通讯口（2 个 RS232 串口（ COM3 和 COM4）， 1 个 RS485 串（COM2），1 个 RS232/RS485 串 口（ COM1）组成，在处理模块中含有操作系统（ ROM-DOS），ROM-DOS 功能等同于 MS-DOS， 个标准的DOS运行的程序同样可在 ROM-DOS中运行，用户可以通过 COM4上传或下载程序。COM l4 VVt2MIKnKTranvliamriuhJL2k* SRAM5 2256C0M11讯宅尉睛右訂阳企时冑COM4电IK鞫龙*7-宫雀CfPROMI7188

23、模块中80188微处理器结构图这次选取的是深圳市鹏控有限公式生产的泓格牛顿I-7188E5控制模块。其特点及其规格如下：CPU:80188-40或兼容芯片；内建独有的64位硬件序列号；I-7188E5/E5D 有4个RS-232通讯口和1个RS-485 通讯口； I-7188EnD(n=1,2,3,4,5,8) 7段 LED 显示；Flash Memory: 512K bytes ，擦除单位是一个扇区(64K bytes) ，100,000 次擦写寿命。其 D/I: 3.5V30V, D/O: 100mA/30V，操作温度：-25 C +75 C，存储温度：-40 C +80 C ,电源：非稳

24、压1030 VDC，带有反接保护。2.3 7018 模块I-7018数据采集卡由数据采集模块和数模转换模块组成，分别如图1所示，A为数据采集模块，D为数据转换模块。图 1所示的温度采集系统中，模块均是板卡式I/ O 板，采用RS-485网络在板卡之间进行数据交换。RS-485网络具有适合工业需要的下述特点：低噪音、远程通讯、用线量少。卡式I/ O板在不占用计算机原有硬件资源的前提下，扩展计算机的I/ O能力。1-7018模块在使用前需要对通讯端口地址、输入、波特率等有关参数进行设置。在整个系统正式工作前，首先设定好热电偶的室温基准。然 后，根据需要进行相应的程序设计，再进行具体的应用。图1本次

25、设计选用的是深圳市宏立方科技有限公司生产的TDAM7018昆合输入型采集模块， 其特性如下：输入类型：土 100mV ± 500mV ± 1V ± 5V ± 10V ± 20mA 4-20mA ； J K T E R S B等类型，使用场合更广泛。RS485通信：过压过流保护，TVS管保护，全方位保护通信芯片。采用PT1000作为冷端补偿，冷端补偿温度精度更高，性能更稳定，模块内置测温元件，自动完成热电偶冷端温度补偿。标准工业通信接口 ：支持DCOF和Modbus RTU协议，停止位和波特率随意设置，是PLC控制系统扩展模拟量或热电偶采集的最佳

26、选择。3. 硬件及其之间的连线方式3.1 1-7018模块的接线方式信号从温度变送器出来后是4-20mA的电流信号，为模拟信号，用导线连接至7018模块，转变为数字信号，使用RS485总线，传送大7188模块中。图2,为7018模块的连接简图。图2 7018模块接线方式信号7188数字信号W佶号HUB图3 7188模块接线图图4 HUB集线器接线图3.2 I-7188E5 模块和HUB集线器的接线方式由7018模块送出的数字信号通过RS485总线传递到7188处理模块中，处理后通过网线与HUB集线器相连，通过HUE集线器与客户端连接。图3和图4分别表示了 7188模块和HUB集线器的接线方式。

27、网线I _ RS4K4二、软件设计Win sock软件设计包括现场监测和远程端程序。现场端实现过热器汽温的实时检测；远程端则利用 控件，能够实现过热器汽温的远程监控。现场与远程端的连接如下:I1 nII I=HUB集线器 三现场远程1. 现场端设计1.1 主要内容设计系统人机交互操作界面，采用随机数模拟汽温数据（随机产生533 C547 C的数据，假设低于535 C或超过545C时越限报警），实现实时变化显示、越限报警、数据记录 /保存、历史数据显示等功能。 1.2程序设计说明采用两个时间控件。一个用于显示系统时间；另一个用于产生随机汽温数据，同时运用“温度计” 的模式实时显示，温度报警，自动

28、保存这些数据，并在汽温曲线图上画出数据点，通过鼠标的移动可实 时读出所需汽温的数据。自动保存数据时，用开始的时刻作为文档名，同时把文档名保存在“历史数据文档名记录”中，便于以后显示用。显示历史数据时，用 Comm on Dialog控件弹出对话框，选择文档在另一个列表框中读取历史数据，而 不影响实时数据的显示。2.2程序设计说明单击“连接主机”，判断若主机正在监测数据，则向主机发送字符串“L”，主机接收到后，立即将目前的时间和温度以字符串形式发送给远程计算机，远程计算机接收读取出时 间和温度，并做实时显示及汽温曲线图。若主机还没有在监测数据，远程端只能读取主机中的历史数据。在远程端读取主机中的

29、历史数据时，发送数据后先是接收的主机中历史数据文档名称，此时单击List框中的文档名，读取其中的数据。这些数据传输都是通过Win Sock实现的。远程端程序流程图如下：3. 设计的运行结果与分析1、现场运行图:M：.r -M/CW'T；LltTMT2、远程端运行图:阿“上 it JiU 4E- 3BJSII!1-OL-：D 21 帕 «3B il «4 .MEI-Cll-：O E? <? «= flii:ii-di-：D 丰1 nA If.(V1-10- # V E土 .史袞是査询ElJLI .u tMm-Qi-iDr3n-0i-：i 粒MdPLrD

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