一種蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，是一種基于PLC和GPRS模塊的蒸汽鍋爐遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，由PLC、GPRS通信模塊、數(shù)據(jù)處理終端、現(xiàn)場控制設(shè)備及儀表構(gòu)成，數(shù)據(jù)處理終端能將數(shù)據(jù)的顯示和輸入結(jié)合在一起，達(dá)到遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控蒸汽鍋爐的作用；控制硬件開關(guān)量，采集調(diào)節(jié)模擬信號的任務(wù)主要交給下位機(jī)PLC，而數(shù)據(jù)處理終端主要負(fù)責(zé)修改和設(shè)定控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、在線監(jiān)視鍋爐的運(yùn)作狀態(tài)、存儲和查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。通過PLC和數(shù)據(jù)處理終端的連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和操作人員的交互。
【專利說明】
一種蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于蒸汽鍋爐領(lǐng)域，特別涉及一種基于PLC和GPRS通信的蒸汽鍋爐遠(yuǎn)程控 制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍋爐作為能量轉(zhuǎn)換裝置，其供應(yīng)動力的能力依然在當(dāng)代社會得到青睞。在各行各 業(yè)起著不可或缺的作用成。雖然有大部分蒸汽鍋爐采取了較為先進(jìn)控制方法和設(shè)計(jì)理念， 可是依舊有很多小型蒸汽鍋爐的構(gòu)造比較簡單，類似于靠繼電器控制的鍋爐系統(tǒng)。由于其 需要的人力資源頗多、工作人員的勞動強(qiáng)度過高，鍋爐的產(chǎn)能效率低、資源浪費(fèi)環(huán)境惡劣等 原因致使在應(yīng)用時受到很大限制。所以我們有必要設(shè)計(jì)一套先進(jìn)的蒸汽鍋爐遠(yuǎn)程控制系 統(tǒng)，改善鍋爐控制系統(tǒng)的運(yùn)作水平，提高產(chǎn)能效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提出了一種基于PLC和GPRS通信 技術(shù)的蒸汽鍋爐遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，可以方便的對現(xiàn)有蒸汽鍋爐進(jìn)行升級。
[0004] -種蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，包括用于采集鍋爐信號的采集模塊、PLC模塊、 GPRS通信模塊、終端數(shù)據(jù)處理模塊。采集模塊通過PLC模塊與GPRS模塊連接，GPRS通信模塊 和終端數(shù)據(jù)處理模塊可通過GPRS、短信、電話三種方法通訊。
[0005] 信號采集模塊包括壓力變送器、熱電阻、電磁流量計(jì)、雙法蘭液位變送器、玻璃板 液位測量表。壓力變送器測量蒸汽壓力、供水壓力和爐膛壓力;熱電阻測量進(jìn)口爐膛溫度和 蒸汽溫度；電磁流量計(jì)測量蒸汽流量和給水流量;雙法蘭液位變送器測量鍋爐汽包液位;玻 璃板液位測量表測量現(xiàn)場液位。信號采集模塊的壓力變送器、電磁流量計(jì)、雙法蘭液位變 送器、玻璃板液位測量表采集的模擬信號和數(shù)字信號經(jīng)模擬量端子排和數(shù)字量端子排分別 與PLC模塊的模擬量輸入模塊和數(shù)字量輸入模塊連接，熱電阻測量的溫度信號經(jīng)溫度端子 排與PLC模塊的熱電阻模塊連接。
[0006] 本發(fā)明采用西門子S7-200型PLC，EM223系列的DI/D0模塊，EM235系列AI/A0模塊、 EM231RTD模塊(4路熱電阻輸入)和EM232模塊(2路模擬量輸出）。
[0007] PLC模塊包括：電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入/輸出模塊、熱電阻模塊。GPRS通信 模塊通過RS485串口與PLC模塊連接，GPRS通信模塊采用GPRS和短信電話三重通訊相結(jié)合的 方式。終端數(shù)據(jù)處理模塊可以是手機(jī)或者電腦，操作人員可發(fā)送手機(jī)短信或在電腦上控制 GPRS通信模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟停，參數(shù)設(shè)置，故障復(fù)位等。
[0008] 在本控制系統(tǒng)中，控制硬件開關(guān)量，采集調(diào)節(jié)模擬信號的任務(wù)主要交給下位機(jī) PLC，而數(shù)據(jù)處理終端主要負(fù)責(zé)修改和設(shè)定控制系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)、在線監(jiān)視鍋爐的運(yùn)作狀 態(tài)、存儲和查詢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。通過PLC和數(shù)據(jù)處理終端的連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和操作人員的交互。 [0009]數(shù)據(jù)處理終端包括:按鈕開關(guān)、數(shù)值輸入/顯示、報(bào)警顯示、圖表曲線、動畫位圖、儀 表、指示燈、圖形、自繪圖形及部件復(fù)制。數(shù)據(jù)處理終端能將數(shù)據(jù)的顯示和輸入完美的結(jié)合 在一起，可以達(dá)到操作和監(jiān)控蒸汽鍋爐自動控制的作用，使人機(jī)交互界面十分的簡單和友 好。
[0010] 控制部分分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)設(shè)計(jì)包括PID控制器模塊、汽包水位 調(diào)節(jié)模塊以及爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)模塊。
[0011] PID控制器模塊中的PID控制器，是在目前工程系統(tǒng)里使用較廣的閉環(huán)的控制器， 而在S7-200PLC中PID閉環(huán)的控制功能依靠模塊B41完成。選擇過程值輸入的格式為參數(shù) PVPER_0N，在PVPER_0N為Fa 1 se情況時，過程值從PV_IN輸入，其格式是百分?jǐn)?shù)?？刂葡到y(tǒng)先 是轉(zhuǎn)變PV_PER使其成為百分比PV_IN，再與設(shè)定值SP INT相減得出誤差，得到的誤差再通過 PID算法，經(jīng)過一些列的處理最后得到LMN或LMN PER輸出。
[0012] 汽包水位調(diào)節(jié)模塊選用了三沖量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了控制供水閥門的開度和降低 "虛假水位"對供水系統(tǒng)運(yùn)行造成的不利，并且讓汽包水位恒定在蒸汽鍋爐運(yùn)作要求的范 圍。汽包水位在整個鍋爐流程中是主要的沖量信號。
[0013] 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)模塊的相關(guān)參數(shù)在整個鍋爐工作流程中占有重要地位。所以應(yīng)用了 爐膛負(fù)壓的測定值調(diào)節(jié)和引風(fēng)機(jī)的參數(shù)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對蒸汽鍋爐的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)。同時為了確 保系統(tǒng)穩(wěn)定工作，需要控制引風(fēng)機(jī)來穩(wěn)定鍋爐內(nèi)部的壓力。對引風(fēng)機(jī)的管理環(huán)節(jié)可以近似 看做比例環(huán)節(jié)，由于引風(fēng)系統(tǒng)的工作慣性較小。送風(fēng)量和引風(fēng)量的合理比例可以使?fàn)t膛負(fù) 壓穩(wěn)定安全。為了經(jīng)濟(jì)的目的，對爐膛負(fù)壓的合理調(diào)節(jié)尤為重要，還可以提高控制質(zhì)量并且 對爐膛負(fù)壓的送風(fēng)量進(jìn)行前饋補(bǔ)償。
[0014] 上位機(jī)監(jiān)控軟件的任務(wù)是監(jiān)控整個自動控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其要求達(dá)到監(jiān)視數(shù) 據(jù)、控制設(shè)備、設(shè)定參數(shù)、記錄報(bào)警、記錄趨勢曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表等目的。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的操作 方法，先要確定I/O點(diǎn)和一些相關(guān)的I/O設(shè)備的大致情況之后，考慮到項(xiàng)目的現(xiàn)場狀況和監(jiān) 控系統(tǒng)的作用，再著手對監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面的制作。
[0015] 本發(fā)明的有益效果:采用手機(jī)或電腦作為上位機(jī)，可以直觀的顯示鍋爐的運(yùn)行狀 態(tài)，并可直接通過上位機(jī)對鍋爐進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，大大減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。如果出現(xiàn)壓 力過低或過高，溫度不穩(wěn)定，汽包水位過高或過低就進(jìn)行報(bào)警，并通過短信或電話通知操作 人員，記錄實(shí)時數(shù)據(jù)并進(jìn)行儲存，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析來預(yù)測鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，大大提高 鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明蒸汽鍋爐工藝流程圖。
[0017] 圖2為鍋爐輸入輸出關(guān)系示意圖。
[0018]圖3為遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖4到圖7為PLC接線示意圖。
[0020] 圖8為FB41的框圖。
[0021]圖9為三沖量液位控制系統(tǒng)框圖。
[0022]圖10為爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖。
[0023]圖中：10數(shù)據(jù)處理終端;20GPRS通信模塊;30PLC模塊;40現(xiàn)場控制設(shè)備及傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]蒸汽鍋爐控制系統(tǒng)主要采集的參數(shù)包括鍋爐的溫度和壓力、蒸汽的溫度、汽包水 位和供水量。操作員通過數(shù)據(jù)處理終端對氣閥的開度和引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，爐膛的溫度、給水的 壓力、蒸汽的流量和汽包水位的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)鍋爐遠(yuǎn)程控制。
[0025]本蒸汽鍋爐遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的儀表及執(zhí)行器件如下：1、壓力變送器測量蒸汽壓力、 供水壓力和爐膛壓力；2、熱電阻(RID)測量進(jìn)口爐膛溫度和蒸汽溫度;3、電磁流量計(jì)測量蒸 汽流量和給水流量;4、雙法蘭液位變送器測量鍋爐汽包液位;5、玻璃板液位測量表測量現(xiàn) 場液位。
[0026]蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中應(yīng)該包含以下性質(zhì)不同的I/O點(diǎn)：8個開關(guān)量輸入、16 個開關(guān)量輸出、17個模擬量輸入、7個模擬量輸出、4個熱電阻輸入。在本系統(tǒng)中，PLC的接口 功能如表1、表2、表3和表4所示。
[0027] 表1 PLC接口功能表


[0034]本系統(tǒng)PID控制功能的實(shí)現(xiàn)依靠 PLC中PID閉環(huán)的控制功能模塊FB41完成。單回路 閉環(huán)控制或多回路閉環(huán)控制依靠 FB41功能塊實(shí)現(xiàn)，該模塊的功能是恒值控制器、級聯(lián)控制 器和比例控制器。由于FB41的參數(shù)較廣，所以可以采取系統(tǒng)確定的相關(guān)參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蒸汽鍋爐的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，包括用于采集鍋爐信號的采集模塊、PLC模塊、GPRS 通信模塊、終端數(shù)據(jù)處理模塊;采集模塊通過PLC模塊與GPRS模塊連接，GPRS通信模塊和終 端數(shù)據(jù)處理模塊可通過GPRS、短信、電話三種方法通訊； 信號采集模塊包括壓力變送器、熱電阻、電磁流量計(jì)、雙法蘭液位變送器、玻璃板液位 測量表;壓力變送器測量蒸汽壓力、供水壓力和爐膛壓力;熱電阻測量進(jìn)口爐膛溫度和蒸汽 溫度;電磁流量計(jì)測量蒸汽流量和給水流量;雙法蘭液位變送器測量鍋爐汽包液位;玻璃板 液位測量表測量現(xiàn)場液位;信號采集模塊的壓力變送器、電磁流量計(jì)、雙法蘭液位變送器、 玻璃板液位測量表采集的模擬信號和數(shù)字信號經(jīng)模擬量端子排和數(shù)字量端子排分別與PLC 模塊的模擬量輸入模塊和數(shù)字量輸入模塊連接，熱電阻測量的溫度信號經(jīng)溫度端子排與 PLC模塊的熱電阻模塊連接； PLC模塊包括：電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入/輸出模塊、熱電阻模塊;GPRS通信模塊 通過RS485串口與PLC模塊連接，GPRS通信模塊采用GPRS和短信電話三重通訊相結(jié)合的方 式;終端數(shù)據(jù)處理模塊是手機(jī)或者電腦，操作人員發(fā)送手機(jī)短信或在電腦上控制GPRS通信 模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟停，參數(shù)設(shè)置，故障復(fù)位。
【文檔編號】G05B19/05GK105911950SQ201610256330
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】李英順, 陰楠, 陸濤, 王德彪, 李迎麗, 王紹鵬
【申請人】北京石油化工學(xué)院, 沈陽順義科技有限公司