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

一、 引言：

眾所周知，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)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(biāo)。隨著工業(yè)自動(dòng)化整體技術(shù)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(cè)重點(diǎn)，最優(yōu)方案始終是我們的首選。其中以三維力控自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件為上位機(jī)的控制系統(tǒng)中，在保證系統(tǒng)的安全性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的同時(shí)，也保證了項(xiàng)目投資成本的最小化。

二、力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介

力控是運(yùn)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(gòu)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(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和I/O設(shè)備，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

力控控制策略是應(yīng)用工程運(yùn)行中的進(jìn)程之一，與力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、IO采集一起構(gòu)成了整個(gè)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(diǎn)

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

鍋爐汽包水位控制：汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主要任務(wù)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(nèi)。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(yùn)行的主要指標(biāo)，水位過(guò)高或過(guò)低都會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的后果。所以通常采用三沖量控制方案，即分別對(duì)給水流量、蒸汽流量和水位進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一示：

圖一 汽包三沖量控制圖

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

圖二 系統(tǒng)圖

四、方案設(shè)計(jì)

明確整個(gè)控制流程和控制對(duì)像，就可以開(kāi)始設(shè)計(jì)方案了。在早的控制系統(tǒng)中多由模擬PID調(diào)節(jié)器、PLC和智能儀表等完成PID控制；隨著工業(yè)自動(dòng)化軟件的發(fā)展兼各種智能設(shè)備、通訊附件功能的完善，充分利用計(jì)算機(jī)的能力，使本來(lái)由硬件完成的功能慢慢轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)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(jī)的控制系統(tǒng)已成功運(yùn)行，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖示：

力控控制策略編輯器采用了算法塊圖的形式，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)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(shí)現(xiàn)三沖量PID調(diào)節(jié)

具體步驟如下：

圖四 控制策略編輯窗口

說(shuō)明：

1． 左邊是個(gè)樹(shù)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(dāng)前策略編輯窗口

1．建立數(shù)據(jù)庫(kù)變量：運(yùn)行力控開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或者實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)環(huán)境DbManage，如圖所示：

圖五 建立數(shù)據(jù)庫(kù)IO點(diǎn)

說(shuō)明：（1）．主要功能是將點(diǎn)與設(shè)備IO點(diǎn)建立一對(duì)一的關(guān)系、點(diǎn)參數(shù)設(shè)置、參數(shù)保存方式及其它處理方法；（2）．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)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(bào)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(jìn)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(diǎn)擊PID控制器，再點(diǎn)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(shè)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(hào)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(kù)輸入變量和數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)變量為例，如圖十三所示：

圖十三 繪制數(shù)據(jù)庫(kù)輸入輸出塊

4.2 正確選擇數(shù)據(jù)庫(kù)輸入輸出變量及參數(shù)，這些變量都是在數(shù)據(jù)庫(kù)中已定義的點(diǎn)，點(diǎn)有很多的參數(shù)，變量就是點(diǎn)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(kù)變量

4.3 各算法塊的連接方法：將鼠標(biāo)放在算法塊端子處，稍停片刻，若為輸入端子，則鼠標(biāo)變成in，若為輸出端子，則鼠標(biāo)變成out，此時(shí)，雙擊鼠標(biāo)一次，再將鼠標(biāo)轉(zhuǎn)致另外算法塊的端子，雙擊鼠標(biāo)，若成功，則兩端子間出現(xiàn)白色虛線，將鼠標(biāo)移致別處，則算法塊間出現(xiàn)一條白色實(shí)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(jiǎn)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(kù)組態(tài)“DBManage”中發(fā)生了如下變化：

說(shuō)明：增加了以算法塊為變量點(diǎn)的控制策略區(qū)域

5.1 雙擊PID點(diǎn)，可以查看PID點(diǎn)參數(shù)：

圖九 PID0點(diǎn)的基本參數(shù)屬性頁(yè)

5.2 PID點(diǎn)的參數(shù)與PID控制器的屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表一：

表一 PID點(diǎn)主要參數(shù)表

5.3 為方便PID回路的調(diào)節(jié)，畫面設(shè)計(jì)如下：

參數(shù)詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)圖七及表一

6．編譯、運(yùn)行。

六、結(jié)束語(yǔ)

力控控制策略在成本、開(kāi)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(guò)采用力控組態(tài)軟件建立了裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(wèn)題，即控制策略算法塊需要以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為輸入輸出，同時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)也需要取得算法塊的參數(shù)，方便運(yùn)行中動(dòng)態(tài)修改，這樣才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行。

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