專利名稱：工業(yè)鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是采用S-100總線的工業(yè)控制微機對工業(yè)鍋爐進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。
工業(yè)鍋爐是熱電廠的主要設(shè)備之一，通常對它的工作穩(wěn)定性和可靠性提出了很高的要求，并且控制器要設(shè)計成即使本身由于故障而停止工作時，也要防止使鍋爐停止運行。例如大連海運學院科研所設(shè)計的DMC-502型工業(yè)熱電站燃煤鍋爐微機監(jiān)控系統(tǒng)，它是采用22CPU板結(jié)構(gòu)，當某一CPU板有故障時，可轉(zhuǎn)到另一塊CPU板工作。然而它只能對單臺鍋爐進行監(jiān)控，且CRT顯示器是英文縮寫，操作人員覺得不直觀、不方便。GJK-805型工業(yè)鍋爐微機自控系統(tǒng)是北京自動化控制設(shè)備廠設(shè)計的。GJK-STD型工業(yè)鍋爐微機自控系統(tǒng)是北京工業(yè)大學微機應用研究所設(shè)計的。GJK-805沒有采用雙重化結(jié)構(gòu)，且顯示采用漢語拼音形式，操作人員不直觀不方便，也是只控制單臺爐。對于GJK-STD型采用漢字顯示，但也是控制單臺爐，并且成本高。對于雙板備份結(jié)構(gòu)成本高，沒有漢字顯示不直觀。一般熱電廠不只是一臺鍋爐工作，這樣的一機控制多臺爐，漢字顯示就直觀、成本低、優(yōu)越得多。
本發(fā)明的目的是提供一個采用漢字顯示、打印、便于操作、管理，且一機控制雙臺爐，并在微機出故障后能自啟動。一旦自啟動也失靈后還可轉(zhuǎn)手動，從而保證鍋爐不停止運行，便故障率減少到最低程度。
本發(fā)明是由CRT顯示器、打印機、A/D、D/A板、CPU板、通道隔離板、顯示打印板、I/O板濾波接口板、S-100總線等組成實現(xiàn)的。由A/D板采樣鍋爐的各種需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)，并由D/A板控制各個回路，保證鍋爐正常運行。


圖1為鍋爐運行流程圖。
圖2為一機控制雙臺爐結(jié)構(gòu)圖。
圖3控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖4控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)子圖。
圖5硬件框圖。
圖6軟件框圖。
下面結(jié)合各個附圖進行詳細說明。
圖1是鍋爐的一般工作原理，它反映了水汽及煤的熱交換過程。
圖2是一臺微機控制兩臺鍋爐的結(jié)構(gòu)圖，由于兩臺爐的結(jié)構(gòu)大致相同，控制原理相同，容量可能不一定一致，測量參數(shù)及控制回路要求可以不一樣，根據(jù)工藝要求配備適當?shù)慕涌诎寮纯?。配有兩個CRT顯示不同爐子的工作參數(shù)及工藝流程圖，可共有一臺打印機打印，作定時打印和隨機打印用。由于控制軟件是相互獨立的，故兩臺爐工作互互不干擾。
圖3表示鍋爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。被測量參數(shù)如主蒸汽流量、主蒸汽壓力、汽包水位等經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后，又經(jīng)數(shù)字濾波、非線性校正越限報警等處理后，再考慮與其它的控制回路的耦合處理，在控制運算回路中可能是PID控制算法，也可能是其它類型控制算法，根據(jù)需要選樣。本發(fā)明中共有10多種算法可供選擇?？刂七\算回路出來后也要考慮與其它回路的耦合問題，這種耦合見圖4。由于控制運算的結(jié)果可能超出正常范圍，這樣要對其限幅，根據(jù)需要還要進行線性化處理，由此信號去控制執(zhí)行機構(gòu)，完成閉環(huán)控制。由于各路有手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，這是為安全起見必須設(shè)置的，這樣要把各路的狀態(tài)通知計算機，I/O輸入起到了這個作用。I/O輸出主要是完成各個報警需要的信號，如聲報警及光報警。
圖4表示了該控制系統(tǒng)的一個完整子過程，一共有12個調(diào)節(jié)回路，其中4個回路(除氧壓力、除氧水箱水位、凝結(jié)水箱水位、凝結(jié)水箱溫度)是鍋爐的輔助設(shè)備。對于20T-30T的鍋爐來說這些控制回路可以滿足要求了。其中除了上述4個回路沒考慮耦合因素外，其它8個回路都考慮了耦合。由于鍋爐在運行中各個回路都互相影響、互相依賴，只有把它們的耦合因素考慮進去后，才能有良好的控制效果。另外，這里的耦合系數(shù)不僅僅是比例關(guān)系，通過調(diào)試也可置為其它的積分、微分等關(guān)系，這樣將更有普遍意義。
圖5是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖，采用S-100總線的微機系統(tǒng)，以Z-80為CPU，時鐘頻率為4MHZ，從而運算速度將大大提高，為一機控制兩臺爐的典型硬件結(jié)構(gòu)。由于是模塊化結(jié)構(gòu)，這樣每塊板在機箱內(nèi)可任意插，其功能不受影響，給維修帶來了方便。可直接尋址64K，RAM16K，ROM48K，一般20T-30T鍋爐用5～6塊模板即可完成任務，當測點增加時，再加接口模板即可，這樣靈活方便，對不同的鍋爐，不同的要求都可實現(xiàn)。由于在CPU板上有硬件再啟動電路，當微機一旦發(fā)生故障時，它可使微機強行重新啟動，而不會因偶然的因素使軟件失靈而造成停機，提高了可靠性。另外還有硬件及軟件聯(lián)合保證程序限界運行，這樣不會使程序在干擾狀態(tài)下丟失造成事故。為了更進一步地提高抗干擾能力，采用了通道隔離板及電磁隔離板，從而保證即使在某一路發(fā)生了不可修復的故障時，也不會影響其它回路的工作，使故障惡化縮小到不擴大的程度，這在有強干憂的鍋爐控制環(huán)境中是非常必要的。另外，I/O板采用光耦合隔離器件，也是為了提高抗干擾能力的。為了使電源波動較小，電源采用雙級穩(wěn)壓，這樣即使電源上有瞬間擾動也不會影響微機的正常工作。為了防止在瞬間掉電，而后又馬上來電的情況下，不使微機出故障，配上了不停電電源(UPS)，從而大大提高微機的可靠性。
圖6是本發(fā)明的軟件框圖，這個軟件中詳細地考慮了20T～30T鍋爐的各種情況，使之用的時候只要把測點按順序接止即可，程序會自動判斷哪些量該鍋爐有或者沒有，打印顯示隨該量有否而增減。軟件中能否定時地修改各回路的參數(shù)，并在CRT上顯示，從而給現(xiàn)場調(diào)試帶來了極大方便。軟件中提供了多種控制規(guī)律可供現(xiàn)場調(diào)試時選擇，以期達到較好的控制效果。采用CRT顯示6～10畫面，顯示測量的工作參數(shù)，實時監(jiān)視其值的變化，為操作者更好地掌握鍋爐的運行情況提供了可靠準確的數(shù)據(jù)。另外還有工藝流程圖，使操作者監(jiān)視更加直觀。報警記錄表提示操作者在固定時間報警了多少次，并且目前狀態(tài)下都有哪些重報警，并且告訴你報警的狀態(tài)是什么。閥位表將指導操作者在某一路開環(huán)控制要過渡到閉環(huán)控制時，實現(xiàn)無擾動切換，使鍋爐運行達到最佳的平穩(wěn)。全部軟件使用匯編語言編寫48K，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊方式，并采用了軟件濾波的技術(shù)。由軟件控制的不間斷日歷鐘，還有星期顯示的功能。

圖1A-熱交換、B-煙氣、C-燃料、D-空氣、E-燃燒、F-蒸汽、G-汽輪機、H-給水、I-除氧、J-凝結(jié)器。
圖2K-主機、G1-鍋爐1、G2-鍋爐2、L-打印機、CRT1-顯示器1、CRT2-顯示器2。
圖3M-其它控制回路、N-控制給定、O-采樣濾波非非線性校正越限報警、P-控制運算前處理、S-控制運算回路、R-控制運算后處理、T-上下限幅線性處理、Q-I/O板。
圖4WFWL-給水流量的前饋系數(shù)、X1-蒸汽流量與給水水位的耦合系數(shù)、X2-蒸汽流量的前饋系數(shù)、STSP-蒸汽溫度與蒸汽壓力耦合系數(shù)、BTSP-減溫前水溫與蒸汽壓力耦合系數(shù)KZ1、KZ2、KZ3、KZ4、KZ5、KZ6、KZ7-控制算法、BTST-減溫前水溫與減溫水閥位的耦合系數(shù)、CFO2-氧量與給煤的耦合系數(shù)、DTWZ-蒸汽溫度與二次風檔板開得比例系數(shù)、WINP-一次風與引風之間耦合系數(shù)、WZNP-二次風與引風耦合系數(shù)、CFEX-給煤機與爐排機轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)、DTWV-減溫水閥位與給水分配閥位的比例系數(shù)、WZO2-二次風與氧量的耦合系數(shù)。
圖5JS-計時器、BJ-保警、TG-通道隔離板、U-鍵盤、S-100BUS-總線。
圖6T1-屏幕初使化、T2-設(shè)定參數(shù)及修改參數(shù)、T3-設(shè)定量程工程量換數(shù)系數(shù)、T4-設(shè)定非線性校正系數(shù)、T5-設(shè)定打印顯示時間、T6-設(shè)定秒中斷并允許中斷、T7-對80個通道的A/D轉(zhuǎn)換值進行采樣、T8-對各路采樣值進行濾波、T9-鍋爐參數(shù)顯示及工藝流程圖顯示、T10-各回路的聲光報警、T11-各回路的控制運算、T12-綜合運算處理各路D/A轉(zhuǎn)換、T13-不停機置數(shù)改進查數(shù)、T14-定時隨機打印運行日志報警記錄、ZF-中斷服務、ZH-中斷返回。
權(quán)利要求
1.一個用于工業(yè)鍋爐監(jiān)視和控制系統(tǒng)，它是由采樣濾波、非線性性校正、越限板警、控制給定、控制運算前處理、其它控制回路、控制運算回路、I/O、控制運算后處理、上下限幅線性處理系統(tǒng)組成，其特征在于一個用來接收工業(yè)鍋爐數(shù)據(jù)的控制運算回路，這個控制運算回路和其它控制回路一起對工業(yè)鍋爐所需要的水流量、水位、蒸汽流量、蒸汽壓力、減溫前水溫、蒸汽溫度、氧量、一次風、二次風、負壓、除氧壓力、除氧水位進行控制運算并將這些數(shù)據(jù)經(jīng)上下限幅線性處理后送給執(zhí)行機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一個用于工業(yè)鍋爐監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，其特征在于控制運算回路經(jīng)I/O給出聲、光報警信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一個用于工業(yè)鍋爐監(jiān)視和控制系統(tǒng)其特征在于，執(zhí)行機構(gòu)為給水閥、給煤機、爐排電機、一次風擋板、二次風檔板、減溫水閥、給水分配閥、引風檔板、除氧蒸汽閥、除氧水閥、凝結(jié)水閥、凝結(jié)蒸汽閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一個用于工業(yè)鍋爐監(jiān)視和控制系統(tǒng)其特征在于使用S-100總線連接CPU、RAM、ROM、CRT、L(打印機)、I/O、D/A、A/D、JS(計時器)、BJ(報警)、TG(通道隔離板)。
全文摘要
一個采用S-100總線的工業(yè)控制微機對工業(yè)鍋爐進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實現(xiàn)一機多爐、漢字顯示直觀比國內(nèi)現(xiàn)有的成本低、可定時修改工作參數(shù)、可代替部分變送器的功能，可顯示年、月、日、時、分、秒、星期的內(nèi)容，可抗共模500V電壓，抗干擾能力較強，軟件可對大系數(shù)過程控制。并在微機出故障后能自啟動，一旦失靈還可轉(zhuǎn)手動，從而保證鍋爐不停止運行，使故障率減少到最低限度。
文檔編號F22B35/18GK1040425SQ88106069
公開日1990年3月14日 申請日期1988年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月13日
發(fā)明者胡廣生, 曲軍, 李寶泉, 王亞珍, 高鴻雁 申請人:哈爾濱專利技術(shù)開發(fā)公司