基于can总线的锅炉测控系统的设计与实现.pdf

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编号:20181110221912561220    类型:共享资源    大小:215.59KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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《工韭控制计算机))2009年22卷第10期 基于CAN总线的锅炉测控系统的设计与实现 Design and Realization of Boiler Detect and Control System Based on CANbus 高 明 王长友 (大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028) 摘 要 针对大连龙海集团三台35∥h蒸汽锅炉和三台40t/h热水锅炉,提出了一套CAN(Controller Area Net)现场总线控 制系统方案,论证了CAN现场总线控制系统在锅炉控制中应用的可行性和优越性;提出了一种在线动态自寻优方案,解决 了锅炉燃烧系统资源浪费和环境污染等问题;控制系统全部控削功能由分散在锅炉附近的现场测控仪表完成。 关键词:CAN现场总线,锅炉控制,iFIX,远程控制 Abstract Aiming to three 35Vh steam boilers and 40t/h hot water boilers of Dalian Longhai Group,this paper puts forward the Field Bus control system based on CAN(Controller Area Net)scheme,and demonstrates the feasibility and the advantage of Field Bus control system based 01-1 CAN that is used in boiler control;also applies a kind of on—line dynamic adaptive scheme,which resolves the resource wasting and the circumstance pollution in the boiler burning system,and SO on.In this control system the whole control function is finished by the field detect and control instruments that are dispersed about the boiler。which materializes well the development current of control full—disperse. Keywords:CAN FieldBus,boiler control,FIX,remote control 目前我国民用锅炉的控制系统,多采用常规仪表控制,控制 效果不理想,能源利用率低,工作人员劳动强度大,自动化程度 较低。锅炉现场总线控制系统具有很大的应用前景和市场潜力, 同时亦含有很大的经济价值。 1 锅炉现场总线控制系统的总体结构 锅炉现场总线控制系统采用四层体系结构(如图1所示), 即由SHCAN智能测控组件(现场控制单元)、CAN总线网络、 上位机操作站和远程操作站组成。 图1 锅炉现场总线控制系统总体结构 现场控制单元采用自行开发的可组态的SHCAN6XXX系 列CAN总线智能测控组件,不但具有PLC逻辑/顺序控制,还 具备回路调节器模拟量和数字量果集、处理、控制等完整功能。 锅炉运行时的各项热工参数包括汽包水位、蒸汽压力等参数通 过智能测控组件采集后经CAN总线上传至工业PC机。 上位机操作站由研华工控机和SHCAN智能网卡组成。其 中,一台工控机中安装了视频采集卡,作为三台汽炉的水位监视 器,两台工控机分别作为三台40-r/h水炉的操作站和三台35T/ h汽炉的操作站,还有一台工控机同时能监控三台汽炉和水炉, 实现了双机冗余;网卡的功能是完成RS一232C与CAN总线之 间的协议转换。在这一级,操作员可以监视现场运行情况并根据 现场具体情况进行相应的操作。 本系统由四条CAN总线(水炉一条、汽炉一条、换热站两 条)组成,换热站CAN总线的通信距离达到了3.6km,可直接在 控制室操作远程换热站的循环泵。 系统实现了远程技术支持功能,即:通过远程监控软件和端 口映射软件使本机作为服务器,公司领导通过Internet可以访问 到该PC机,了解锅炉运行的情况;如系统出现问题,系统开发者 亦能够通过Internet网远程访问该机器,进行必要的技术支持。 2锅炉现场总线控制系统控制方案 2.1水位控制系统 汽包水位控制系统(如图2所示),在保证给水压力大于汽 包压力即保证锅炉能上水条件下(通过变频调速系统调节给水 泵),采用单、三冲量无扰切换控制给水调节阀,从而控制汽包水 位,其技术特点如下: 水 图2汽包水位控制系统 ④采用三个智能PID调节模块,实现单、三冲量无扰切换, 解决了“假水位”和水位的等效纯滞后对系统控制带来的影响。 ②当检测到水位变送器信号HPV异常时,除发出故障报警开关 量外,由原运行方式自行转向“手动”控制,并可根据用户的设置 或者保持故障前的阀位开度不变,或者输出一个手动预置值。⑧ 当锅炉负荷D0,7-,+广I0 则表示已搜索到最佳工作点K。④停步等待:当系统运行在最佳 风煤比工作点时,系统记录当前的风煤比,并把结果输入到下位 机RAM(风煤比曲线是由下位机RAM中的一些点描绘出来的) 当中,在线修改风煤比曲线。⑤为避免过于频繁的设备控制动 作,在一段时间内不进行寻优,按当前的寻优结果进行控制。这 段时间可视具体工况灵活确定。 采用基于人工智能的模糊自寻优控制可减少搜索时间,步 长的改变用模糊逻辑判断来实现,在每个采样周期测量炉温增 量△T,根据△T和上一周期寻优步长决定本次寻优步长。按照模 糊控制器的设计方法,把相邻两步的温度增量△T和送风摄动 量△V分别分为8个和6个模糊子集,即:AT={NB、NM、NS、 NO、PO、PS、PM、PB},△V={NB、NM、NS、PS、PM、PB},△T和△V 的论域分别规定为13和12个等级。这样,自寻优的搜索过程可 用人工经验描述:如果上步步长增量△V。为负小(NS)而温度 增量△T为正大(PB),则下步步长增量△V;为负大(NB);如果 上步步长增量△V。为负大(NB)而温度增量△T为正小(PS), 则下步步长增量AV;为负小(NB)等。 3锅炉控制系统的软件实现 3.1下位机(智能测控组件)软件组态实现 软件组件集成技术是基于“组件模块加组态序列构成软件 解空间”的思想,即通过组态序列将模块库中的模块按系统的控 制要求组织起来完成一定的功能。整个软件系统(自行开发)由 四个层次组成:④实时多任务操作系统,②实时监控程序和任务 级组态软件,③组件模块库和实时数据库,④应用软件的组态序 列,是组件模块的选择和按前后顺序方式实现的组织形式,组态 序列是本软件系统用户接口的最终形式。 组态软件的中心是组态序列和实时数据库。当某一功能模 块响应组态序列呼叫为应用任务服务时,首先从功能模块库中 调用该模块,然后按该模块定义的数据接口从实时数据库中获 取数据,在模块内部完成相应的操作、运算等处理后,再将其结 果按定义的数据接口送回到实时数据库中去。本模块库编写了 如智能PID、模糊控制器、A/D、D/A、数字量I/O、数据运算等模 块,可完成本系统的全部需要。 3.2上位机iFIX监控软件组态实现 iFIX组态软件必须通过I/O驱动程序软件接口从现场的过 程硬件或智能仪表中获取数据,存入DIT驱动程序映象表中(驱 动程序映象表在系统运行时实际上是一块内存区),iFIX的内部 数据库通过SAC程序从DIT表中获取它所需的数据,应用软件 (如iFIX的画面运行程序、报表生成程序等)都通过内部数据库 访问软件从iFIX内部数据库中获取来自过程硬件或智能仪表的 信息,这样就可以实现在工业流程画面上动态地显示现场各过 程硬件的运行状态,数据也可以按相反的顺序发送到现场过程 硬件,执行控制操作。 3.3远程监控功能的实现 本系统采用的是Symantec(赛门铁克公司)开发的远程计 算机监控软件pcAnywhere,它采用C/S模式,使用简单、安全。 只要双方分别建立了主控端和被控端,通过因特网就可以实现 两台机器连接,主控端可以如同本地机器一样控制被控端,浏览 锅炉现场的运行情况或提供参数设置、组态下载等技术支持。 4结束语 本文设计的锅炉现场总线控制系统已经在大连龙海集团供 热工程中得到了成功的应用,系统功能强大、控制效果好,证明 本文提出的锅炉现场总线控制方案设计合理,切实可行。 参考文献 [1]宋海勇,董永卿.锅炉自动控制系统的改进[J].化工自动化及仪表, 2004(1) ‘ [2]曹军义,曹秉刚.基于CAN总线的智能仪表组网技术[J].化工自动 化及仪表,2004(3) [3]王常力,罗安.集散型控制系统选型与应用[M].北京:清华大学出版 社.1996(6) [收稿日期:2009.5 22] 万方数据
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