基于組態(tài)軟件的供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于組態(tài)軟件的供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效 地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或熱水。 本文主要介紹的是通過組態(tài)軟件（MCGS）做成的一套鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。大家都知道我們可以把鍋爐分為三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)去控制：燃燒系統(tǒng)的控制，汽包液位的控制，過熱蒸汽溫度的控制。本文也采用了這樣的分環(huán)節(jié)控制的方法。首先，用爐膛內(nèi)的壓力與飽和蒸汽的壓力組成串級(jí)控制系統(tǒng)去控制燃料的供給量，繼而控制了燃燒系統(tǒng)。當(dāng)然為了安全起見我們還必須用一個(gè)壓力傳感器去測量爐膛內(nèi)的壓力。其次，用飽和蒸汽的溫度和汽包的水位組成串級(jí)控制去控

2、制給水量，繼而控制汽包的水位。最后，用過了減溫器的蒸汽的溫度與過熱后的蒸汽的溫度組成串級(jí)控制去控制減溫水的供給量，繼而控制過熱蒸汽的溫度。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)控制，在線查詢等功能，同時(shí)能夠通過一些簡單的傳統(tǒng)控制（PID 控制）對(duì)其進(jìn)行相對(duì)穩(wěn)定的控制。本文針對(duì)過路系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié)中的每個(gè)環(huán)節(jié)的單獨(dú)控制（燃燒系統(tǒng)控制，汽包液位控制，過熱蒸汽溫度控制），得到了比較穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)，同時(shí)又對(duì)其進(jìn)行了較為良好的監(jiān)控。關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；鍋爐；串級(jí)控制；安全目錄第1章 引 言 . 11.1 鍋爐研究的背景和意義 .1 1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問題. 第 2 章 MCGS 組態(tài)軟件介紹.4 2.1 MCGS

3、 簡介 . 4 2.2 MCGS 的功能和特點(diǎn) . 5 2.3 MCGS 的構(gòu)成 . 7 2.4 MCGS 的工作方式 . 7 2.5 MCGS 的操作方式 . 9 2.6 組建工程的一般過程.11 第 3 章 鍋爐工藝流程 . 3.1 鍋爐工藝流程簡介 .14 3.2 鍋爐控制中的控制參數(shù) .15 3.2.1 鍋爐中的主要控制參數(shù) .15 3.2.2 鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系 . 15 3.3 鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng) .16 3.3.1 鍋爐汽包水位控制 . 163.3.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 .16 3.3.3 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制 . 17 3.4 相關(guān)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 .18 3.4.1 汽包水

4、位的動(dòng)態(tài)特性 . 18 3.4.2 壓力的動(dòng)態(tài)特性 . 20 第 4 章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) .23 4.1 設(shè)計(jì)方案 . 23 4.1.1 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .23 4.1.2 燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 24 4.1.3 過熱蒸汽溫度控制 .25 4.2 工程的組態(tài) .26 4.2.1 基于 MCGS 組態(tài)軟件的人機(jī)界面圖 .26 4.2.2 組態(tài)過程 .28 4.3 腳本程序說明 .31 4.4 系統(tǒng)簡介 .32 4.4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能 .32 4.4.2 實(shí)施方式 .34 第5章 MCGS 環(huán)境下系統(tǒng)的模擬運(yùn)行結(jié)果. 36第 6 章 儀表選型、清單及概算 .40 6.1 儀表選型 .

5、40 6.1.1 執(zhí)行器 .406.1.2 溫度測量儀表的選型 . 40 6.1.3 壓力測量儀表的選型 .41 6.1.4 液位測量儀表的選型 .41 6.2 儀表清單 .43 6.3 工程概算 . 43 第7章 結(jié)束語 . 44參考文獻(xiàn) . 45 致 謝 . 47第1章 引 言1.1 鍋爐研究的背景和意義 工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效 地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或 熱水。 我國目前在役運(yùn)行的工業(yè)鍋爐共約有 52 萬臺(tái)，多為燃煤鏈條爐，它們的 特點(diǎn)是應(yīng)用廣，容量小(絕大多數(shù)都是 10 t/h 以下的分散鍋爐)，設(shè)

6、備陳舊，耗煤 (或油、氣)量大(年耗煤量占全國總耗煤量的三分之一)，效率低(平均約為 60%)， 自動(dòng)化程度不高。另外由燃料燃燒產(chǎn)生的煙塵、SOX,NOX 等對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。 隨著對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化要求漸高的趨勢(shì)，改變工業(yè)鍋爐運(yùn)行中傳統(tǒng)的手動(dòng)、半自動(dòng)操 作方式已勢(shì)在必行尤其是近年來我國北方各大城市承受著持續(xù)低溫天氣和煤炭價(jià) 格大幅度上漲的壓力，還要面對(duì)供熱標(biāo)準(zhǔn)。 工業(yè)供暖鍋爐的安全運(yùn)行顯的越來越是重要，那么這就要我們用一些方法來 監(jiān)控鍋爐的運(yùn)行。并且在出現(xiàn)異常的情況下能夠馬上顯示出來，這樣以便于我們 進(jìn)行整修。所以為了供暖鍋爐能夠安全有效的運(yùn)行，我們必須對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控，這 就是我們經(jīng)常說的供暖鍋

7、爐監(jiān)控控制系統(tǒng)1。1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問題隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育中的重要組成部分遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲得了 越來越多的關(guān)注。作為控制類學(xué)科的典型實(shí)驗(yàn)對(duì)象鍋爐控制系統(tǒng)也成了遠(yuǎn)程 實(shí)驗(yàn)研究的焦點(diǎn)?，F(xiàn)在，絕大多數(shù)高校都是購買現(xiàn)成的工控機(jī)和成套的實(shí)驗(yàn)控制 對(duì)象以及相應(yīng)的控制軟件(多為組態(tài)軟件)，成本很高，而且產(chǎn)品功能也不十分完 善，靈活性差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。例如：學(xué)生們做 PID 鍋爐水位定值調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能設(shè)定 P、I、D 的參數(shù)值，然后看下實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行結(jié)果就行了，這樣學(xué)生們就不 容易深刻理解實(shí)驗(yàn)背后較深的控制理論知識(shí)，不利于專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，也不能適 應(yīng)現(xiàn)代高?？刂祁愊嚓P(guān)專業(yè)的教學(xué)需要和實(shí)驗(yàn)教

8、學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，開發(fā)一種 功能完善 、靈活性好，且能夠進(jìn)行自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件就很有必 要。我們選用組態(tài)軟件（MCGS）作為鍋爐控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件的開發(fā)工具。 鍋爐微計(jì)算機(jī)控制，是近年來開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件自動(dòng) 控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐 30 多萬臺(tái)， 每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、 環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件 具有深遠(yuǎn)意義的工作2 。 作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕 操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用

9、微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行過程的自動(dòng)檢測、自動(dòng) 控制等多項(xiàng)功能。 鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微 機(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的 溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)，手自動(dòng)切換 操作部分，手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)以及閥等，自動(dòng) 時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān) 測、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全， 在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表 及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力

10、有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，以免鍋爐發(fā)生重大事故3。隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，國外發(fā)達(dá)國家的工業(yè)鍋爐已經(jīng)應(yīng)用了成 熟的 DCS 或 FCS 產(chǎn)品，如霍尼威爾 9000、西門子 Teleperm-D、SMAR Sytem302 等 系統(tǒng),并取得了良好的效果。我國工業(yè)鍋爐平均單機(jī)容量只有 2.4t/h，遠(yuǎn)低于國外 水平（日本為 5t/h，美國為 14t/h)，容量還不足以大到使用國外成套昂貴設(shè)備的 程度。近十年來，國內(nèi)中小型工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多采用兩級(jí)方式，即監(jiān)管 級(jí)和控制級(jí)，監(jiān)管級(jí)進(jìn)行監(jiān)視和管理，控制級(jí)完成數(shù)據(jù)采集和控制功能4。第 2 章 MCGS 組態(tài)軟件介紹2.1MCG

11、S 簡介計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的發(fā)展空間， 用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、 雙機(jī)設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面，MCGS 工控組態(tài)軟件將為 您提供強(qiáng)有力的軟件支持。 MCGS 全中文工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件（以下簡稱 MCGS 工控組態(tài)軟件或 MCGS） 為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案。MCGS 工控組態(tài)軟件是一 套 32 位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運(yùn)行于 Windows95/98/NT 操作系統(tǒng)，集動(dòng)畫顯示、 流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)設(shè)備、工程報(bào)表、 數(shù)據(jù)與曲線等諸

12、多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣 泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材 料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn) 室等多種工程領(lǐng)域。 MCGSWW 服務(wù)器版本，集工業(yè)現(xiàn)場的集散控制和各類歷史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及相關(guān)曲 線的 WWW 發(fā)布于一體，可以解決整個(gè)企業(yè)的 Internet/Intranet 方案，也可以非 常方便的與您已有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)相銜接，讓您從具體的技術(shù)環(huán)節(jié)和繁雜的數(shù)據(jù)堆中 脫身，隨時(shí)隨地掌握工業(yè)現(xiàn)場與企業(yè)運(yùn)營狀態(tài)，了解所需的各項(xiàng)信息，大幅度提 高工作效率，實(shí)現(xiàn)成功決策。MCGS 組態(tài)軟件幫助系統(tǒng)能夠幫助

13、您掌握 MCGS 工控組態(tài)軟件的基本操作與用 法，并協(xié)助您圓滿完成工作。2.2 MCGS 的功能和特點(diǎn)MCGS 即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為 Monitor and Control Generated System。MCGS 是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具 有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。它的特點(diǎn)可以歸結(jié) 成以下幾點(diǎn)： （1） 概念簡單，易于理解和使用。 普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正 確掌握、快速完成多數(shù)簡單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用 戶可避開發(fā)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問 題，按

14、照系統(tǒng)的規(guī)定，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。（2） 利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。 以圖像、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行 中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息。變化大小、改變顏色、明暗 閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。圖元、圖符 對(duì)象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。同時(shí)，MCGS 為用戶提 供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件， 模擬工程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測作業(yè)中常用的物理器 件的動(dòng)作和功能。每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫功能。如：實(shí) 時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。 （3） 引入“運(yùn)行策

15、略”的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)， 運(yùn)行流程都是多分支的。 用傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯(cuò)。MCGS 開辟了“策略窗 口”，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件”，圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、精確地控制運(yùn)行 流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或 關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，也可以由用戶創(chuàng)建新的 策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。 （4） MCGS 系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來構(gòu)造。 不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件 （設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了 MCGS 系統(tǒng)三大部分（設(shè) 備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)

16、畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要， 定制特定類型構(gòu)件， MCGS 系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。 使 這種充分利用 “面 向?qū)ο蟆钡募夹g(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。 （5） 支持 OLE Automation 技術(shù)。 MCGS 允許用戶在 Visual Basic 中操作 MCGS 中的對(duì)象， 提供了一套開放的可擴(kuò)充接口， 用戶可根據(jù)自己的需 要用 VB 編制特定的功能構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。（6） MCGS 中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理一切。 組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象、報(bào) 警信息的存儲(chǔ)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處

17、理數(shù)據(jù)， 提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直 接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)。 （7） 設(shè)立“對(duì)象元件庫”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。 所謂 對(duì)象元件庫，實(shí)際上是分類存儲(chǔ)各種組態(tài)對(duì)象的圖庫。組態(tài)時(shí)，可把 制作完好的對(duì)象（包括圖形對(duì)象，窗口對(duì)象，策略對(duì)象，以至位圖文件等等） 以元件的形式存入圖庫中， 也可把元件庫中的各種對(duì)象取出， 直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對(duì)象元件庫將日益擴(kuò)大和 豐富，組態(tài)工作將會(huì)變得越來越簡單方便。 （8） 提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持。 考慮到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢(shì)， MCGS 充分運(yùn)用 現(xiàn)今發(fā)展的 DCCW(Distributed Compu

18、ter Cooperator Work)技術(shù)，即分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式， 來使分散在不同現(xiàn)場之間的采集系統(tǒng)和 工作站之間協(xié)同工作。通過 MCGS， 不同的工作站之間可以實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。2.3 MCGS 的構(gòu)成MCGS 組態(tài)軟件（以下簡稱 MCGS）由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS 運(yùn)行環(huán)境” 兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。 MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 McgsSet.exe 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng) 畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打

19、印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成 擴(kuò)展名為.mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起， 構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境， 由可執(zhí)行程McgsRun.exe 支持， 其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。2.4 MCGS 的工作方式（1）MCGS 與設(shè)備的通信 MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由 VB 程序設(shè)計(jì)語言編寫的 DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）文件，設(shè)備 驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的

20、特征數(shù)據(jù) 采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS 負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù) 傳送到工程中各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程， 達(dá)到互不干擾的目的。 （2）MCGS 如何產(chǎn)生動(dòng)畫 MCGS 為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長方形的動(dòng)畫 屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效 果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀 態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn) 行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果呢？方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè) 定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與

21、圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中， 以此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MCGS 稱之為動(dòng)畫連接。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場中測控對(duì)象的狀態(tài) （如：儲(chǔ)油罐的液面高度等）發(fā)生變化時(shí)，通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集 到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的變量中，該變量是與動(dòng)畫屬性相關(guān)的變量，數(shù)值的變化，使圖形 的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變化（如大小變化） ?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)是連續(xù)被采集進(jìn)來的，這樣就 會(huì)產(chǎn)生逼真的動(dòng)畫效果（如儲(chǔ)油罐的液面的升高和降低） 。用戶也可編寫程序來控 制動(dòng)畫界面，以達(dá)到滿意的效果。 （3）MCGS 如何對(duì)工程運(yùn)行實(shí)施有效控制 MCGS 開辟了專用的“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS 提供了豐富 的功能構(gòu)件，供用戶選用

22、，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ） 庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有 的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。2.5 MCGS 的操作方式（1）系統(tǒng)工作臺(tái)面 它是 MCGS 組態(tài)操作的總工作臺(tái)。鼠標(biāo)雙擊 Windows95/98/NT 工作臺(tái)面上的 “MCGS 組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，或執(zhí)行“開始”菜單中的“MCGS 組態(tài)環(huán)境”菜單項(xiàng)，彈 出的窗口即為 MCGS 的工作臺(tái)窗口，設(shè)有： 標(biāo)題欄：顯示“MCGS 組態(tài)環(huán)境-工作臺(tái)”標(biāo)題、工程文件名稱和所在目錄。 菜單條

23、：設(shè)置 MCGS 的菜單系統(tǒng)。參見“MCGS 組態(tài)軟件用戶指南”附錄所MCGS 菜單及快捷鍵列表。 工具條：設(shè)有對(duì)象編輯和組態(tài)用的工具按鈕。 工作臺(tái)面：進(jìn)行組態(tài)操作和屬性設(shè)置。上部設(shè)有五個(gè)窗口標(biāo)簽，分別對(duì)應(yīng)主 控窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口、運(yùn)行策略和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫五大窗口。鼠標(biāo)單擊標(biāo)簽 按鈕，即可將相應(yīng)的窗口激活，進(jìn)行組態(tài)操作；工作臺(tái)右側(cè)還設(shè)有創(chuàng)建對(duì)象和對(duì) 象組態(tài)用的功能按鈕。 （2）組態(tài)工作窗口 它是創(chuàng)建和配置圖形對(duì)象、數(shù)據(jù)對(duì)象和各種構(gòu)件的工作環(huán)境，又稱為對(duì)象的編 輯窗口。主要包括組成工程框架的五大窗口，即：主控窗口，用戶窗口，設(shè)備窗 口，運(yùn)行策略窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口。分別完成工程命名和屬性設(shè)置、

24、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、 設(shè)備連接、編寫控制流程、定義數(shù)據(jù)變量等項(xiàng)組態(tài)操作。（3）屬性設(shè)置窗口它是是設(shè)置對(duì)象各種特征參數(shù)的工作環(huán)境，又稱屬性設(shè)置對(duì)話框。對(duì)象不同， 屬性窗口的內(nèi)容各異，但結(jié)構(gòu)形式大體相同。主要由下列幾部分組成： 窗口標(biāo)題：位于窗口頂部，顯示“××屬性設(shè)置”字樣的標(biāo)題。 窗口標(biāo)簽：不同屬性的窗口分頁排列，窗口標(biāo)簽作為分頁的標(biāo)記，各類窗口 分頁排列，鼠標(biāo)單擊窗口標(biāo)簽， 即可將相應(yīng)的窗口頁激活，進(jìn)行屬性設(shè)置。 輸 入 框：設(shè)置屬性的輸入框，左側(cè)標(biāo)有屬性注釋文字，框內(nèi)輸入屬性內(nèi)容。 為了便于用戶操作，許多輸入框的右側(cè)帶有“？”“”“” 等標(biāo)志符號(hào)的選 、 、 項(xiàng)按鈕，鼠標(biāo)單擊此按

25、鈕，彈出一系列表框，鼠標(biāo)雙擊所需要的項(xiàng)目，即可將其 設(shè)置于輸入框內(nèi)。 選 項(xiàng) 鈕：帶有“”標(biāo)記的屬性設(shè)定器件。同一設(shè)置欄內(nèi)有多個(gè)選項(xiàng)鈕時(shí)， 只能選擇其一。 復(fù) 選 框：帶有“”標(biāo)記的屬性設(shè)定器件。同一設(shè)置欄內(nèi)有多個(gè)選項(xiàng)框時(shí)， 可以設(shè)置多個(gè)。 功能按鈕：一般設(shè)有“檢查C” “確認(rèn)Y” “取消N”“幫助H”四種 、 、 、 按鈕： “檢查C”按鈕用于檢查當(dāng)前屬性設(shè)置內(nèi)容是否正確； “確認(rèn)Y”按鈕用于屬性設(shè)置完畢，返回組態(tài)窗口； “取消N”按鈕用于取消當(dāng)前的設(shè)置，返回組態(tài)窗口； “幫助H”按鈕用于查閱在線幫助文件。 （4）圖形工具箱 系統(tǒng)圖形工具箱：進(jìn)入用戶窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”按鈕，打

26、 開圖形工具箱，其中設(shè)有各種圖元、圖符、組合圖形及動(dòng)畫構(gòu)件的位圖圖符。利 用這些最基本的圖形元素，可以制作出任何復(fù)雜的圖形。參見“MCGS 組態(tài)軟件用 戶指南” 。 設(shè)備構(gòu)件工具箱：進(jìn)入設(shè)備窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”按鈕，打 開設(shè)備構(gòu)件工具箱窗口，其中設(shè)有與工控系統(tǒng)經(jīng)常選用的測控設(shè)備相匹配的各種 設(shè)備構(gòu)件。選用所需的構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，經(jīng)過屬性設(shè)置和通道連接后， 該構(gòu)件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。 策略構(gòu)件工具箱：進(jìn)入運(yùn)行策略組態(tài)窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱” 按鈕，打開策略構(gòu)件工具箱，工具箱內(nèi)包括所有策略功能構(gòu)件。選用所需的構(gòu)件， 生成用戶策略模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的有

27、效控制。 對(duì)象元件庫：對(duì)象元件庫是存放組態(tài)完好并具有通用價(jià)值動(dòng)畫圖形的圖形庫 便于對(duì)組態(tài)成果的重復(fù)利用。進(jìn)入用戶窗口的組態(tài)窗口，執(zhí)行“工具”菜單中的 “對(duì)象元件庫管理”菜單命令，或者打開系統(tǒng)圖形工具箱，選擇“插入元件”圖 標(biāo)，可打開對(duì)象元件庫管理窗口，進(jìn)行存放圖形的操作。2.6 組建工程的一般過程（1）工程項(xiàng)目系統(tǒng)分析：分析工程項(xiàng)目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程， 弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對(duì)象的特征，明確監(jiān)控要求和動(dòng)畫顯示方式，分析工 程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量 是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動(dòng)畫顯示的。 （2）工程立項(xiàng)搭建框架

28、：MCGS 稱為建立新工程。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動(dòng)窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定 存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動(dòng)畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作， 即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。封面窗口和啟動(dòng)窗 口也可等到建立了用戶窗口后，再行建立。 （3）設(shè)計(jì)菜單基本體系：為了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效地調(diào)度 和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建 菜單的框架，第二步再對(duì)各級(jí)菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實(shí) 際需要，隨時(shí)對(duì)菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。 （4）制作

29、動(dòng)畫顯示畫面：動(dòng)畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)屬性設(shè)置兩個(gè)過 程。前一部分類似于“畫畫” ，用戶通過 MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及 動(dòng)畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復(fù)雜的畫面。后一部分則設(shè)置圖形的 動(dòng)畫屬性，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動(dòng)畫圖形的 驅(qū)動(dòng)源。 （5）編寫控制流程程序：在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功 能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊） ，由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操 作。MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件（稱之為“腳本程序”功能構(gòu)件） ，使 用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。 （6）完善菜單按鈕功能：包括對(duì)菜單命令

30、、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)； 實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警信息輸出等功能；建立工 程安全機(jī)制等。 （7）編寫程序調(diào)試工程：利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動(dòng)畫顯示和控制流程是否正確。 （8）連接設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確 定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。此項(xiàng)操作在設(shè)備窗口內(nèi)進(jìn)行。 （9）工程完工綜合測試：最后測試工程各部分的工作情況，完成整個(gè)工程的 組態(tài)工作，實(shí)施工程交接。第 3 章 鍋爐工藝流程3.1 鍋爐工藝流程簡介鍋爐是化工，煉油，發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)工程中必不可少的動(dòng)力設(shè)備。常見的鍋 爐設(shè)備的主要工藝流程如圖 3.1 所示

31、。燃料和空氣按照一定的比例送入燃燒室燃 燒，生產(chǎn)的熱量送給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過過熱器，形成一定 氣溫的過熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制 供給負(fù)荷設(shè)備用，與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸 汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪， 排入大氣 3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖3.2 鍋爐控制中的控制參數(shù)3.2.1 鍋爐中的主要控制參數(shù) 鍋爐是全廠的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng) 負(fù)荷的需要。為此，生產(chǎn)過程的各個(gè)主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制5。鍋爐設(shè)備是

32、一 個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷，鍋爐給水，減溫水，送風(fēng)和引風(fēng)等。 主要的輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度，爐膛負(fù)壓，過?？諝獾取?鍋爐對(duì)象簡圖如圖 3.2 所示：3.2.2 鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系 鍋爐的這些輸入變量和輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會(huì)引起汽包水位，蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化。燃料量的變化不僅影響 蒸汽壓力，同時(shí)還會(huì)影響汽包水位，過熱蒸汽溫度，過熱空氣和爐膛負(fù)壓；給水 量的變化不僅影響汽包水位，而且對(duì)蒸汽壓力，過熱蒸汽溫度也有影響；減溫水 的變化會(huì)導(dǎo)致過熱蒸汽溫度，蒸汽壓力，汽包水位等的變化。所以鍋爐設(shè)備是一 個(gè)多輸入多輸出且相互關(guān)聯(lián)的被

33、控對(duì)象6。3.3 鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)由于鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入，多輸出的且相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象，目前工程處 理上做了一些假設(shè)后，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干控制系統(tǒng)，主要的控制系統(tǒng)可分 為鍋爐汽包水位控制，鍋爐燃燒系統(tǒng)控制，過熱蒸汽溫度的控制。 3.3.1 鍋爐汽包水位控制 被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。它主要考慮的是汽包內(nèi)部的物料 平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。維持汽 包水位在給定范圍內(nèi)室保證鍋爐安全運(yùn)行的重要條件之一，是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。 如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而且負(fù)荷卻很大，水的汽化速度 又快，如不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致

34、鍋爐燒壞和爆炸；水位 過高會(huì)影響汽包汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞， 同時(shí)過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力的話，還會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過高過低的后果極為嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)格加以控制。 3.3.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制的目的是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要 (常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證經(jīng)濟(jì) 燃燒（常以煙氣成分為被控變量），提高鍋爐的燃燒效率；要讓引風(fēng)量和送風(fēng)量相 適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。為了達(dá)到上述三個(gè)控制目的，控制手段也有三個(gè)，即燃料量，送風(fēng)量和引風(fēng)量。 鍋

35、爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)鍋爐的需要， 同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。燃燒控制的具體內(nèi)容及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)因燃料 種類，制粉系統(tǒng)，燃燒設(shè)備以及鍋爐的運(yùn)行方式不同而有所區(qū)別，但是大體上看 來都要完成以下幾個(gè)方面的任務(wù): （1） 主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的 程度。為此必須設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過控制燃料量 使蒸汽壓力穩(wěn)定。 （2） 當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地控制送風(fēng)量，以保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性（3） 爐膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。燃燒控制系統(tǒng)必須要讓引風(fēng) 量（煙氣量）與送風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力為一定值。 3.3

36、.3 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制 維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。 被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫水的噴水量。現(xiàn)代鍋爐的過熱器在高溫高壓條件下工作。過熱器出口溫度是全廠工質(zhì)溫度 的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高點(diǎn)，在過熱器正常運(yùn)行時(shí)已接近材料允許的最高 溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易燒壞過熱器，也會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部零件過熱，影響安全運(yùn)行；溫度過低則會(huì)降低全廠的熱效率，所以電廠鍋爐一般要求過熱蒸 汽溫度偏差保持在 ± 5 C 以內(nèi)。過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是鍋爐控制中的難點(diǎn)。目前，很多實(shí)際系統(tǒng)并沒 有達(dá)到控制指標(biāo)的要求。其主要原因有下述的兩個(gè)方面：

37、（1） 擾動(dòng)因素多變化大。各種擾動(dòng)因素對(duì)過熱蒸汽溫度的靜態(tài)影響的關(guān)系我們 要弄清楚。（2） 控制通道滯后大?？刂七^熱蒸汽溫度的手段是調(diào)節(jié)減溫水量?？刂仆ǖ赖?動(dòng)態(tài)特性與減溫器的安裝位置有關(guān)。假若能將減溫器安裝在過熱器的出口， 顯然控制通道的滯后小的多。但是這樣的工藝流程安排對(duì)過熱器的安全是 不利的。為了保證過熱器不超溫，工藝上總是將減溫器安裝在過熱器的入 口，這將帶來控制對(duì)象較大的滯后7。3.4 相關(guān)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性3.4.1 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性（1）蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性 在燃料不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時(shí)必然導(dǎo)致汽包壓力下降，汽 包內(nèi)的沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加

38、，將整個(gè)水位抬高，形成虛假的水位上 升現(xiàn)象即所謂的假水位現(xiàn)象。 在蒸汽量的擾動(dòng)下，水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖 3.3 所示。當(dāng)蒸汽流量突 然增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，在開始階段水位不僅不會(huì)下降反而會(huì)上升，而后下 降（反之，當(dāng)蒸汽流量突然減小時(shí)，則水位先下降后上升） 。蒸汽突然增加時(shí)，實(shí) 際的水位變化 H，是不考慮水面下氣泡容積變化時(shí)的水位變化 H1，與只考慮水面圖 3.3 水位變化的階躍響應(yīng)曲線 下氣泡容積變化所引起水位變化 H2 的疊加，即H = H1 + H2(3.1)假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)，例如一般 100-300t/h 的中 高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷突然變化 10%時(shí)，假

39、水位可達(dá) 30-40mm。對(duì)于這種假水位現(xiàn)象， 在設(shè)-*計(jì)方案時(shí)必須注意8。 （2） 給水量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性 在給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)如圖 3.4 所示。把汽包和給水看作單容 自衡對(duì)象，水位響應(yīng)曲線如圖 3.4 中的 H1 線。但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水 的溫度低，所以給水量變化后，使汽包中的氣泡減少，導(dǎo)致水位下降。因此使勁 的響應(yīng)曲線是圖 3.4 中的 H 線，即當(dāng)突然加大給水量后，汽包水位不是立即增加， 而是要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。圖 3.4 給水流量作用下水位的階躍響應(yīng)曲線 3.4.2 壓力的動(dòng)態(tài)特性 （1）氣壓的動(dòng)態(tài)特性 氣壓對(duì)象由一系列裝置組成，它包括給

40、煤機(jī)，爐膛，汽水系統(tǒng)，過熱器，汽輪 機(jī)進(jìn)氣閥和汽輪機(jī)。在燃料量和風(fēng)量同時(shí)變化時(shí)對(duì)發(fā)氣量基本上是一個(gè)純滯后環(huán) 節(jié)。汽包的壓力對(duì)象，反映過熱器的過熱蒸汽壓力對(duì)象都是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。其它 的都可以看做是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。但是需要指出的是氣壓的動(dòng)態(tài)特性是與汽輪機(jī)調(diào) 速運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行情況有關(guān)的。當(dāng)然主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量 和汽輪機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的程度，為此我們要設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)，這也 是有氣壓的動(dòng)態(tài)特性決定的。這里所指的氣壓是燃料量擾動(dòng)下的氣壓和負(fù)荷擾動(dòng) 下的氣壓9。 （2）爐膛壓力對(duì)象特性 為了保證爐膛安全，一般要求爐膛壓力略小于大氣壓力，所以爐膛壓力一般 稱之為爐膛負(fù)壓。爐膛負(fù)壓放

41、映了引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)送風(fēng)量或引風(fēng)量單獨(dú)改變時(shí)，爐膛負(fù)壓慣性變化很小，故可以將爐膛負(fù)壓對(duì)象近似看成是 一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。 （3）關(guān)于經(jīng)濟(jì)燃燒 眾所周知，對(duì)于燃燒過程應(yīng)保持燃料量與空氣量成比例。但是假若配置的是 燃料量與空氣量固定的比值控制系統(tǒng)，卻因?yàn)橐韵略?，并不能保證在整個(gè)生產(chǎn) 過程中始終保持經(jīng)濟(jì)燃燒。因?yàn)槠湟?，在不同的?fù)荷下，兩流量的最優(yōu)比值是不 相同的；其二，燃料成分（如含水分，灰分的量）有可能變化；其三，流量測量 的不準(zhǔn)確。這些因素都不同程度的影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量，造成 爐子熱效率下降。為了改進(jìn)這一情況，最好有一個(gè)指標(biāo)來閉環(huán)修正兩流量的比值。

42、目前常用的是煙氣中的含氧量。 煙氣中的各種成分，如 O2,CO2,CO 和未燃燒烴的含量，基本可以反映燃料燃燒 的情況，最簡便的方法是用煙氣中的氧量 A0 來表示。根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式，可以 計(jì)算出使燃料完全燃燒時(shí)所需要的氧量，從而可以得到所需的空氣量，稱為理想 空氣 QT。但是實(shí)際上完全燃燒所需的空氣量 QP，要超過理論計(jì)算的量，即要有一 定的過剩空氣量。由于煙氣的熱損失占鍋爐熱損失的絕大部分，當(dāng)過剩空氣增多 時(shí)，一方面使?fàn)t膛溫度降低；另一方面使煙氣熱損失增多。因此過?？諝饬繉?duì)不 同的燃料都有一個(gè)最優(yōu)值，以滿足經(jīng)濟(jì)燃燒的要求10。 過?？諝饬砍Ｓ眠^剩空氣系數(shù) 來表示，即實(shí)際空氣量 QP 與理論

43、空氣量 QT 之 比為： = QP/QT (3.2)因此， 是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。保證鍋爐熱效率最高的 值稱為最佳 值，最佳 值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，一般 在 1.2-1.4 之間。 很難直接測量，但是可用煙氣氧含量百分?jǐn)?shù) A0 來衡量。在完全燃燒情況下，存在以下近似式 = 21/(21-A0)當(dāng) =1.2-1.4 時(shí)，相應(yīng) A0 為 3.5-6（O2%）.最佳的氧量值與負(fù)荷關(guān)系為 (3.3) A0 = 6-D/50式中，D 為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。第 4 章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)方案由于鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，所以我們要想對(duì)其進(jìn)行全面的監(jiān)控是很難 做到的，在前面我們也都講過鍋爐可以分成為若干個(gè)

44、控制環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，所以我 們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候也要這么考慮。在本文中我們是將鍋爐控制分為三個(gè)環(huán)節(jié)，但是這 三個(gè)環(huán)節(jié)并不是孤立的，它們之間也是相互關(guān)聯(lián)的。下面我們就將三個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè) 計(jì)方案一一介紹。 4.1.1 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面我們已經(jīng)說過液位對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的重要性，這里我們就不做敘述了。汽 包水位的控制手段主要是控制給水量，基于這一原理我們可以用汽包的液位去控 制給水量，這樣構(gòu)成的是單回路控制系統(tǒng)。但是由于這樣控制下，控制效果并不 理想，所以我們可以再引入飽和蒸汽溫度這個(gè)量，蒸汽的溫度越高說明爐膛內(nèi)的 壓力越大，這樣產(chǎn)生的熱量就越多，所以自然而然需要的水量就要增加，所以我 們可以用汽包液位與飽和蒸

45、汽溫度組成串級(jí)控制系統(tǒng)這樣可以滿足汽包液位在一 定的穩(wěn)定狀態(tài)下。如圖 4.1 所示：圖 4.1 汽包水位控制簡圖 4.1.2 燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 現(xiàn)代鍋爐中可以分為燃油鍋爐和燃煤鍋爐。本文所采用的是燃油鍋爐。對(duì)于 現(xiàn)代大型的燃油鍋爐，多采用微正壓燃燒。這樣可以減少漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒， 從而防止鍋爐受熱面積的腐蝕和污染等。由于低氧燃燒時(shí)過?？諝庀禂?shù)很小，在 符合變動(dòng)時(shí)更應(yīng)該注意燃料量與空氣量的配合恰當(dāng)，否則會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒，引 起爐膛爆炸，受熱面污染，尾部再燃等事故。因此燃燒系統(tǒng)對(duì)于壓力的穩(wěn)定要求 很高，所以我們可以考慮用壓力去控制燃燒，在本文中我們采用的是爐膛負(fù)壓與 飽和蒸汽壓力組成串級(jí)控制去

46、控制燃燒系統(tǒng)。前面我們也介紹過主蒸汽（飽和蒸 汽）和爐膛壓力對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)的重要性這里就不做敘述。但是用這兩個(gè)量去控 制燃燒系統(tǒng)安全是沒有問題，但是要做到經(jīng)濟(jì)燃燒卻是很難?；谶@一點(diǎn)我們還要控制送風(fēng)量，在這里我們選用主蒸汽（飽和蒸汽）的壓力去控制送風(fēng)量。如圖 4.2 所示是鍋爐燃燒控制的簡圖。圖 4.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)簡圖 4.1.3 過熱蒸汽溫度控制 過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工 藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之 內(nèi)。需要指出的是，由于不同的工藝情況，過熱蒸汽溫度被控過程的控制難度具 有極大的差異，假若減溫器采用混合器

47、，而且在減溫器出口有允許安裝測溫元件， 對(duì)于這種情況我們就采用如圖 4.3 的控制方案，這樣能得到滿意的控制效果。這 個(gè)方案是兩個(gè)溫度的串級(jí)控制，但是該方案設(shè)計(jì)的前提是減溫器到過熱器之間有預(yù)留孔，允許安裝測溫元件去測量溫度11。圖 4.3過熱蒸汽溫度控制簡圖4.2 工程的組態(tài)4.2.1 基于 MCGS 組態(tài)軟件的人機(jī)界面圖 前面我們已經(jīng)一一介紹了鍋爐控制系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)的控制設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在我 們就這些方案在 MCGS 中組態(tài)出來。結(jié)果如下面的圖 4.4，圖 4.5 所示。 （這里所獲 得的圖是在 MCGS 環(huán)境下的）圖 4.4 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)與燃燒控制系統(tǒng) （MCGS 組態(tài)畫面）圖

48、4.5 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) （MCGS 組態(tài)畫面）4.2.2 組態(tài)過程我們打開 MCGS 組態(tài)軟件， 在工作臺(tái)上的用戶窗口新建若干窗口分別對(duì)其命名， 如圖 4.6 所示。各個(gè)窗口下的畫面是對(duì)應(yīng)一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)所需的畫面，在各個(gè)畫面 下也有其相應(yīng)的組態(tài)信息。當(dāng)然我們用到的每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象都要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里面 定義，如圖 4.7 所示。圖 4.6 用戶窗口圖 4.7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 這樣數(shù)據(jù)與圖都有了，但是從前面我們介紹的 MCGS 相關(guān)知識(shí)可知我們還必須要 0 一定的腳本程序才能使監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行起來，現(xiàn)在我們就把在組態(tài)軟件 MCGS 環(huán) 境下的腳本程序輸入到相應(yīng)的模塊，如圖 4.8，圖 4.9

49、 所示。圖 4.8 腳本程序輸入框 圖 4.8 所對(duì)應(yīng)的是圖 4.4 中的鍋爐監(jiān)控窗口的屬性中的循環(huán)腳本中的程序。 圖 4.9 是對(duì)應(yīng)鍋爐監(jiān)控續(xù)窗口的屬性中的腳本程序。需要指出的是這些腳本程序 都是 MCGS 內(nèi)部提供的一些僅供試驗(yàn)用的。這樣也可以測試設(shè)計(jì)的是否合理12。30圖 4.9 腳本程序輸入框4.3 腳本程序說明一般的控制都是通過把控制器輸出的信號(hào)傳遞給執(zhí)行器（一般都為控制閥） ， 執(zhí)行器處理這些信號(hào)然后達(dá)到控制的目的。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是由于條件限制， 本文的這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)只能通過 MCGS 一些內(nèi)部功能進(jìn)行一些演示和測試。也就是說 本文沒有涉及到通訊的功能。 本文腳本程序可以這樣描述，

50、系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉是通過點(diǎn)火和熄火來實(shí)現(xiàn)的。 至于 PID 參數(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過在設(shè)備窗口建立了六個(gè)虛擬的 PID 控制軟設(shè)備，如圖314.10 所示。每個(gè)軟設(shè)備對(duì)應(yīng)一個(gè)控制器的 PID 的關(guān)聯(lián)與設(shè)定。在關(guān)聯(lián)中都指出了 PV 值對(duì)象，SV 值對(duì)象，OP 值對(duì)象，控制器的正反作用等。如圖 4.11 所示。這就 不難看出腳本程序中的 OP1 到 OP6 就是各個(gè)控制器的輸出信號(hào)。設(shè)定值自己能夠在界面中的輸入框輸入，PID 等參數(shù)都能在相應(yīng)的模塊輸入。圖 4.10 虛擬設(shè)備窗口4.4 系統(tǒng)簡介4.4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能32圖 4.11 PID 控制參數(shù)框圖 實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測鍋爐的運(yùn)行參數(shù)：為全面掌握整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)

51、行工況，監(jiān)控系統(tǒng) 將實(shí)時(shí)監(jiān)測并采集鍋爐有關(guān)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。系 統(tǒng)具有豐富的圖形庫，通過組態(tài)可將鍋爐的設(shè)備圖形連同相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)顯示在 畫面上；除此之外，還能將參數(shù)以列表或分組等形式顯示出來。 綜合分析及時(shí)發(fā)出控制指令：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照設(shè) 定好的控制策略，發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，從而保證鍋爐高效、 可靠運(yùn)行。 診斷故障與報(bào)警管理：主控中心可以顯示、管理、傳送鍋爐運(yùn)行的各種報(bào)警信號(hào)，從而使鍋爐的安全防爆、安全運(yùn)行等級(jí)大大的提高。同時(shí)，對(duì)報(bào)警的檔案 管理可使業(yè)主對(duì)于鍋爐運(yùn)行的各種問題、 弱點(diǎn)等了如指掌。 為保證 鍋爐系統(tǒng)安全、 可靠地運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù)進(jìn)行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控 系統(tǒng)將及時(shí)在操作員屏幕上顯示報(bào)警點(diǎn)。報(bào)警相關(guān)