《锅炉监测系统》设计报告

前言PAGE《锅炉监测系统》设计报告姓名：学号： 152219602103 班级：15电气1班 专业： 电气工程及其自动化学院： 电气与信息工程学院2018年6月

目录23325_WPSOffice_Level1前言 12088_WPSOffice_Level1一锅炉温度与液位检测系统的软件简析 217426_WPSOffice_Level21.1力控软件产品概述 218355_WPSOffice_Level21.2力控软件的基本结构 313796_WPSOffice_Level21.3力控软件的特点 518422_WPSOffice_Level21.4力控软件的功能 617951_WPSOffice_Level1二锅炉温度与液位检测系统的设计 710550_WPSOffice_Level12.1建立实时趋势曲线 732501_WPSOffice_Level12.2数据库点类型及点参数 925934_WPSOffice_Level1三锅炉温度与液位检测系统简析 1116148_WPSOffice_Level23.1系统流程 1127022_WPSOffice_Level23.2进水模块 1319482_WPSOffice_Level23.3温度与液位模块 1416833_WPSOffice_Level23.4出水模块 165544_WPSOffice_Level1四系统的调试与运行 1922751_WPSOffice_Level24.1力控集成环境 1925233_WPSOffice_Level24.2系统界面的调试 1911722_WPSOffice_Level1总结 2414583_WPSOffice_Level1参考文献 259877_WPSOffice_Level1附录 26前言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。第1章标题一锅炉温度与液位检测系统的软件简析1.1力控软件产品概述典型的计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构，构成了一个分布式的工业网络控制系统，其中设备层负责将物理信号转换成数字信号或标准的模拟信号，控制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，以完成监控生产运行过程的目的，管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负贵对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现各完成监控成的各项功能，例如在分布式网络应用中，所有应用像趋势曲线、报警等，对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过组态的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。力控监控组态软件能同时和国外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制成和管理成提供软、硬件的全部接口，实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。如图1-1所示。图1-1分布式网络控制图1.2力控软件的基本结构力控监控组态软件基本结构包括：工程管理器、人机界面、实时数据库、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库就是系统的核心，图1-2是力控软件的软件结构。图1-2软件结构图主要各种组件说明：(1)工程管理器:工程管理器用于工程管理包括用于创建、删除、备份、恢复、选择工程等。(2)开发系统:开发系统是一个集成环境，可以完成创建工程画面、配置各种系统参数、脚本、动画、启动力控等其它程序组件功能。(3)界面运行系统:界面运行系统用来运行有开发系统Draw创建的画面，脚本、动画连接等工程，操作人员通过它来实现实时监控。(4)实时数据库:实时数据库是力控组态软件的系统的数据处理核心，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。(5)I/O驱动程序:I/O驱动程序负责利空与设备的通信，它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的实时数据库，最后界面运行系统会在画面上动态显示。(6)网络通信程序:网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络节点上力控○R之间的数据通信，可以实现力控软件的高效率通信。(7)远程通讯服务程序（PortServer）:该通信程序支持串口、以太网、移动网络等多种通信方式，通过力控○R在两台计算机之间实现通信，使用RS232C接口，可实现一对一（1：1方式）的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机（1：N方式）的通信，同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。(8)Web服务器程序（WebServer）:Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。(9)控制策略生成器（StrategyBuilder）:控制策略生成器是面向控制的新一代软逻辑自动化控制软件，采用符合IEC61131-3标准的图形化编程方式，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。1.3力控软件的特点方便、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。1.4力控软件的功能（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REF_Ref168484390\r\h错误！未找到引用源。REF_Ref168484424\h错误！未找到引用源。PAGE6二锅炉温度与液位检测系统的设计2.1建立实时趋势曲线（1）创建实时趋势曲线图。双击工程项目导航栏中的“复合组件”-“曲线”，如图2-1所示，然后双击趋势曲线，实时曲线图马上出现在画面的左上角，可以拖动曲线图的位置以及调整其大小。图2-1实时趋势曲线图（2）设置曲线的显示属性。在曲线上单击右键选择对象属性或者双击曲线，将弹出曲线属性设置对话框界面，点击属性“显示”标签，显示参数设置如图2-2所示： 图2-2曲线图显示参数设置（3）设置曲线基本参数.在开发系统中，双击曲线，将弹出曲线属性设置对话界面，点击属性“曲线”标签，曲线的基本参数设置如图2-3所示：图2-3曲线基本参数设置2.2数据库点类型及点参数点类型是实时数据库DB对具有相同特征的一类点的抽象。DB预定义了一些标准点类型，利用这些标准点类型创建的点能够满足各种常规的需要。对于较为特殊的应用，可以创建用户自定义点类型。实时数据库DB提供的标准点类型有：模拟I/O点、数字I/O点、累计点、控制点、运算点等。不同的点类型完成的功能不同。比如，模拟I/O点的输入和输出量为模拟量，可完成输入信号量程变换、小信号切除、报警检查，输出限值等功能。数字I/O点输入值为离散量，可对输入信号进行状态检查。点是一组数据值（称为参数）的集合。在数据库中，用户操纵的对象是点（TAG），系统也以点为单位存放各种信息。点存放在实时数据库的点名字典中。实时数据库根据点名字典决定数据库的结构，分配数据库的存储空间。用户在点类型组态时决定点的结构，在点组态时定义点名字典中的点。点参数是含有一个值（整型、实型、字符串型等）的数据项的名称。例如：PV、DESC等。在点名字典中，每个点都包含若干参数。力控数据库系统提供了一些系统预先定义的标准点参数，如：NAME、DESC、PV等；用户也可以创建自定义点参数。对一个点的访问实际上是对该点的具体某一参数的访问；对一个参数值进行访问时也必须明确指定其所属点的名称。采用“点名.参数名”的形式访问点及参数，如“TAG1.PV”表示点TAG1的PV参数。因为PV参数代表过程测量值，经常被访问，因此在力控系统中，当访问某一点而不指定具体参数名时，均表示访问的是PV参数。如：访问“TAG1”即表示访问“TAG1.PV”。一个点可以包含任意个用户自定义参数，也可以只包含标准点参数而没有用户自定义参数。如图2-4、2-5所示。根据以上步骤，可以设置其它参数。图2-4参数设定图2-5参数属性设置三锅炉温度与液位检测系统简析3.1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，还可以控制锅炉液位与温度以及监测蒸汽压强，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。如下系统流程图图3-1所示。结束结束开始进水阀打开进水流量检测锅炉液位检测结束结束开始进水阀打开进水流量检测锅炉液位检测是否为10锅炉开始加热锅炉温度检测锅炉液位检测水处理否是显示一分钟显示一分钟出水流量检测液位检测图3-1系统流程图3.2进水模块系统上电以后，启动系统，系统自动向锅炉中注水，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。如下图图3-2所示。开始开始水泵水泵进水阀进水阀进水流量监测进水流量监测锅炉液位锅炉液位否设定值否设定值是是结束结束图3-2进水流程图进水程序块：IFlevel.pv<86||level.pv>90THEN//系统液位未达到设定值时报警

flag_alert.PV=1;ELSE

flag_alert.PV=0;//报警灯不报警ENDIFIFlevel.pv<=86THEN//液位小于设定最小值时，泵和进水阀打开，

in_value.pv=1;

beng_pv.PV=1;

out_value.pv=0;//出水阀关闭ENDIFIFin_value.pv==1&&out_value.pv==0&&inflow.PV<0.5THEN

inflow.PV=inflow.PV+0.05;//进水阀打开进水流量检测器启动ENDIF

IFin_value.PV==0THEN

inflow.PV=0;//进水阀关闭时，进水流量检测器关闭

ENDIF3.3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。如下图图3-3所示。温度模块程序：IFlevel.pv>=10&&level.pv<=90THEN

hot.pv=1;//液位大于10时与小于设定最大值时，系统开始加热

ENDIF

IFtemp.PV>40THEN

hot.pv=0;//温度达到设定最大值时，停止加热

ENDIF

IFhot.pv==1THEN

temp.pv=temp.pv+0.5;//系统启动过程中温度以0.5变化

ENDIF

IFhot.pv==0&&level.pv>=10THEN

temp.pv=temp.pv-0.5;

ENDIF

液位模块：IFlevel.pv<86||level.pv>90THEN

flag_alert.PV=1;//液位未达到设定值时，液位报警器报警

ELSE

flag_alert.PV=0;//报警器不报警

ENDIF

IFin_value.pv==1&&out_value.pv==0THEN

level.pv=level.pv+2;//进水阀打开，出水阀关闭时，液位以2增加

ENDIF

进水模块开始进水模块开始锅炉液位锅炉液位否10否10是是开始加热开始加热温度监测液位监测温度监测液位监测显示显示显示显示结束结束结束结束图3-3温度与液位流程图3.4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。如下图图3-4所示。图3-4出水流程图出水程序块：IFlevel.pv>=90THEN

in_value.pv=0;//液位超过设定最大值时，出水阀打开，泵和进水阀关闭

beng_pv.PV=0;

out_value.pv=1;

ENDIFIFin_value.pv==0&&out_value.pv==1THEN

level.pv=level.pv-2;//进水阀关闭，出水阀打开时，液位以2减少

ENDIF

IFin_value.pv==0&&out_value.pv==1&&outflow.PV<0.5THEN

outflow.PV=outflow.PV+0.1;//出水阀打开时，出水流量检测器以0.1变化

ENDIF

IFout_value.PV==0THEN

outflow.PV=0;//出水阀关闭时，出水流量检测器关闭

ENDIF结论四系统的调试与运行4.1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Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。开发系统（Draw）、界面运行系统（View）和数据库系统（DB）都是组态软件的基本组成部分。Draw和View主要完成人机界面的组态和运行，DB主要完成过程实时数据的采集（通过I/O驱动程序）、实时数据的处理（包括：报警处理、统计处理等）、历史数据处理等串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）：两台计算机之间，使用RS232C/422/485接口，可实现一对一的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机的通信。Web服务器程序（WebServer）：Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。控制策略生成器（StrategyBuilder）：是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件。提供包括：变量、数学运算、逻辑功能和程序控制处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。4.2系统界面的调试在上述基础上，组态主界面设计完成以后，在工程项目中找到动作文本，在动作文本下找到应用程序动作，将应用程序打开之后，在其对话框之中编写程序，对各个变量进行定义和赋值，在多次调试之后等到如下图4-1、4-2、4-3、4-4所示能力所能达到的主界面。图4-1主界面调试图4-2主界面调试图4-3组态主界面调试图4-4主界面调试经过多次实践和调试报表界面可以显示实时液位与温度，如图4-5所示。图4-5报表调试温度与液位曲线经过多次验证和调试，实时曲线如图4-6所示。图4-6温度与液位曲线调试报警画面如图4-7所示：图4-7报警画面按下确认键，系统将确认报警，如图4-8所示：图4-8报警画面系统实时监控画面如图4-9所示：图4-9实时监空画面经过不断地调试和运行，该系统在我们能力所及范围内基本达到完美，当然系统还有一些问题的存在，例如设定值无法在界面上直接修改，温度与液位曲线没办法保留历史记录。在我们现有的条件及能力下，还无法使其进一步完善，如果能再有充足的时间，让我们将该系统与工厂实物连接起来，上述问题有可能会得到解决。总结组态软件以其可靠性高、抗干扰能力强、界面简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。本次设计主要采用力控组态软件ForceControl6.1，简单介绍了力控组态软件的的基本功能和主要的使用用途，其中详细阐述了力控组态软件ForceControl6.1的创建工程、设计画面流程、动画连接。在力控组态软件的基础上，我们设计出了锅炉温度监控系统，该系统达到了快、准、稳的效果，也达到了预期目标，但是由于我们能力有限该系统还有一些不足的地方例如“未能在界面上直接更改设定值，不能查询曲线历史记录等”需要不断地改进，如果将系统和实物连接起来，再有充足时间的话，我们在实物的基础上在老师的帮助下进行不断的实践,做一些改进系统才会更加完美。整个系统操作简单、控制方便，大大提高了系统的自动化程度和实用性。该系统的检测部分用力控ForceControl6.1和人机界面来实现组态检测，把设计思路和设计步骤详细的描述出来，使用组态软件ForceControl6.1的组态画面功能和动画连接功能来实现的。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信温度控制系统必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。参考文献[1]姚福来,孙鹤旭,杨鹏.变频器、PLC及组态软件实用技术速成教程.北京:机械工业出版社,2010.3[2]西门子（中国）公司.SIMATICS7-200编程手册（2004年版）（中文）,2004[3]温照方.SIMATICS7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社出版,2002.9[4]西门子（中国）公司.SIMATICSTEP7程序设计编程手册,2002[5]ForceControl6.1快速入门.北京三维力控科技有限公司附录主程序temp.pv=0;//上电初始化

level.pv=0;

in_value.pv=0;

out_value.pv=0;

run.pv==0;

hot.pv=0;

flag_alert.pv=0;

inflow.PV=0;

out_value.PV=0;IFrun.pv==1THEN//按下启动键，run.pv==1系统开始启动IFlevel.pv<87||level.pv>90THEN//定义液位设定值范围

flag_alert.PV=1;//报警装置启动

ELSE

flag_alert.PV=0;//报警不启动

ENDIF

IFtemp.PV<39||temp.PV>41THEN

flag_alert2.PV=1;

ELSE

flag_alert2.PV=0;

ENDIFIFlevel.pv<=87THEN//若液位小于设定最小值开始进水

in_value.pv=1;//进水阀打开

beng_pv.PV=1;//水泵打开

out_value.pv=0;//出水阀关闭

ENDIF

IFlevel.pv>=90THEN//若液位大于设定最大值，则出水阀打开放水

in_value.pv=0;

beng_pv.PV=0;

out_value.pv=1;

ENDIF

IFlevel.pv>=10&&level.pv<=90THEN//锅炉内液位大于10时，系统开始加热

hot.pv=1;//加热装置启动

ENDIF

IFtemp.PV>40THEN

hot.pv=0;//当温度达到设定最大值是加热停止

ENDIF

IFhot.pv==1THEN

temp.pv=temp.pv+0.5;加热时温度一次加0.5

ENDIF

IFhot.pv==0&&level.pv>=10THEN

temp.pv=temp.pv-0.5;//不加热时温度一次减0.5

ENDIF

IFin_value.pv