一、概述

鍋爐是目前城市的主要空氣污染源，尤其是在北方城市，煙筒林立的現(xiàn)象仍然存在。改善這種情況的方案之一是拆除那些設(shè)備陳舊、效率低、污染大的小鍋爐房，合并成大鍋爐房實(shí)行集中供熱，并采用計(jì)算機(jī)控制、變頻器等先進(jìn)技術(shù)，從而有效地減少污染，提高效率，節(jié)約能源，同時(shí)也可以提高供暖質(zhì)量，目前很多城市在實(shí)施這一方案。

某高校原有四臺(tái)個(gè)小鍋爐房，現(xiàn)改造合并成一座大鍋爐房，新建四臺(tái)鍋爐，其中一臺(tái)15噸蒸汽鍋爐，三臺(tái)20噸熱水爐，負(fù)責(zé)全校教學(xué)區(qū)，宿舍區(qū)，家屬區(qū)的供暖任務(wù)，以及食堂，浴池等的供汽任務(wù)。我們結(jié)合多年設(shè)計(jì)鍋爐控制系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，為新鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)了熱工控制部分，鍋爐的鼓風(fēng)，引風(fēng)，爐排，以及供暖循環(huán)泵等都采用變頻調(diào)速控制，鍋爐系統(tǒng)則采用自行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了供暖鍋爐的現(xiàn)代化控制與管理。本文介紹此集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

二、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

鍋爐系統(tǒng)工作在高溫高壓條件，有一定的危險(xiǎn)性，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求高，因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，我們采用了集散型控制系統(tǒng)的方案。系統(tǒng)主要由現(xiàn)場控制層、車間監(jiān)控層和企業(yè)管理層三個(gè)層次構(gòu)成。選擇研華Adam5511軟PLC做現(xiàn)場控制單元，每臺(tái)5511完成一臺(tái)鍋爐的控制任務(wù);監(jiān)控層采用奔騰III工業(yè)控制機(jī)做上位機(jī)操作站，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及操作畫面;系統(tǒng)設(shè)置有數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及WEB服務(wù)器，管理人員可以通過internet瀏覽鍋爐的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，并據(jù)此進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化等工作，構(gòu)成了系統(tǒng)的管理層?，F(xiàn)場控制站與操作站之間采用RS485總線，MODBUS協(xié)議通訊;操作站、工程師站及服務(wù)器之間采用以太網(wǎng)連接。整個(gè)系統(tǒng)可靠性高，同時(shí)又具有先進(jìn)的控制與管理功能，而其成本較采用進(jìn)口DCS低一倍以上，因此是類似系統(tǒng)的首選方案。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1、車間監(jiān)控層及管理層

監(jiān)控層設(shè)置兩臺(tái)(或多臺(tái))操作員站、一臺(tái)工程師站，一臺(tái)服務(wù)器。操作員站采用研華奔騰III工業(yè)控制微機(jī)，主要用于鍋爐系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及進(jìn)行控制操作，工程師站采用高檔奔騰IV微機(jī)，用于進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及系統(tǒng)維護(hù)。

操作員站的主要功能是提供給鍋爐系統(tǒng)操作人員一個(gè)直觀方便的人機(jī)界面。系統(tǒng)可具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的操作員站，他們具有同樣的功能并互為備用。操作員站設(shè)置有如下顯示畫面。

流程畫面：將現(xiàn)場控制站采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)顯示在流程圖的相應(yīng)位置上，通過動(dòng)畫直觀的顯示鍋爐運(yùn)行狀態(tài)及各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。操作人員可根據(jù)此畫面了解整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行情況

工藝參數(shù)畫面：以數(shù)據(jù)表格的形式實(shí)時(shí)顯示各工藝參數(shù)與對(duì)應(yīng)的名稱，單位，同時(shí)可顯示對(duì)鍋爐耗煤量，產(chǎn)汽(供熱)量，用水量等的計(jì)算和累積結(jié)果。

調(diào)節(jié)畫面：將系統(tǒng)各控制回路的運(yùn)行狀態(tài)和有關(guān)參數(shù)以調(diào)節(jié)棒圖的形式顯示出來?？梢燥@示回路的手自動(dòng)狀態(tài)。操作人員利用鍵盤或鼠標(biāo)方便的對(duì)各控制回路，的控制參數(shù)進(jìn)行再線修正。

報(bào)警畫面：用于記錄何時(shí)何地有何報(bào)警，以便有關(guān)人員查詢，同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全連鎖控制

歷史趨勢(shì)畫面：用于記錄系統(tǒng)主要工藝參數(shù)的長期歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)，以曲線的形式顯示出來，可為分析系統(tǒng)運(yùn)行情況及效率，查找故障等提供依據(jù)。

工程師站除具有操作站的全部功能外，還具有參數(shù)設(shè)定與修改，系統(tǒng)維護(hù)等功能?？稍O(shè)定系統(tǒng)的各模擬量測量點(diǎn)的標(biāo)度變換系數(shù)、熱電阻、熱電偶的線性化參數(shù)、孔板流量計(jì)算參數(shù)、給煤量計(jì)算參數(shù)、鍋爐及供熱熱效率參數(shù)、各控制回路組態(tài)參數(shù)、及PID參數(shù)等。工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)的打印任務(wù)，可打印即時(shí)報(bào)警，歷史報(bào)警記錄以及鍋爐運(yùn)行日志和歷史數(shù)據(jù)表格等。

系統(tǒng)通過Web服務(wù)器將鍋爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)送至校園網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，使有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)可從內(nèi)部網(wǎng)上看到鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。

管理層實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的管理功能，位于企業(yè)廠長經(jīng)理室，可通過internet 瀏覽系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化等。工程技術(shù)人員或企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)無論出差何地，都可查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)，甚至進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。

2、現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層采用研華公司的產(chǎn)品，稱為軟PLC的 Adam5511. 這是一種模塊化的工業(yè)控制機(jī)，固化有dos操作系統(tǒng)，支持C語言編程，支持Modbus通訊協(xié)議，每臺(tái)鍋爐由一臺(tái)Adam5511負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，另有一臺(tái)Adam5511負(fù)責(zé)系統(tǒng)公共部分的數(shù)據(jù)采集及控制。

每臺(tái)Adam5511配置16點(diǎn)模擬量輸入，4點(diǎn)模擬量輸出，16點(diǎn)開關(guān)量輸入輸出?？刹杉?6點(diǎn)鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)，組成4個(gè)閉環(huán)控制回路。分別控制蒸汽鍋爐的水位、汽壓、爐膛負(fù)壓，鼓風(fēng)四個(gè)回路或熱水鍋爐的出水溫度、爐膛負(fù)壓及鼓風(fēng)三個(gè)回路。

四、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的操作站軟件采用了中文工控組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)，MCGS是全中文工業(yè)自動(dòng)化控制組態(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)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，使生成的系統(tǒng)圖文并貌，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。