专利名称：一种锅炉智能网络控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锅炉运行的智能网络控制系统。
本实用新型所述一种锅炉智能网络控制系统，它包括由完成现场实时数据采集，系统状态监控，大屏幕显示数据传送，不同锅炉的分类管理同步监控，历史资料的储存、统计、分析及对报警信息进行分类、分析、处理的工业控制专用计算机、远程网络通讯模块和远程监控操作系统组成上级控制中心；还包括通过RS-485总线与所述工业控制专用计算机相连接的数据模拟显示大屏幕、模拟量数据采集模块、开关量数据采集模块和控制执行机构；与模拟量数据采集模块16路模拟量输入端相连接的各路传感器和变送器；控制执行机构中的可编程控制器；其特征在于所述开关量数据采集模块包括一个并口扩展芯片、一个不带通讯口的普通单片机和一个485总线转换芯片；所述并口扩展芯片的各输入端口均通过各自的光电耦合电路接各自的隔离板隔离电路，完成对各采集点的开关量信号的采集，其中隔离板隔离电路可以是继电器隔离电路；所述开关量数据采集模块的输出经总线接到工业控制计算机的串口，并将所述开关数据量送至工业控制计算机中；所述热行机构中，还包括单片机控制器，该单片机控制器包括接总线的，并将总线信号转化为串行数据的接口转换电路、两个I/O口接收上述串行数据，并转换成8位数据，并送到寄存器进行处理的不带通讯口的普通单片机、与单片机I/O输出口相连接的光电耦合电路和触发端被所述光电耦合电路输出端控制的可控硅；所述单片机数据I/O输出高速脉冲，由控制脉冲宽度的变化，经过光耦的缓冲作用，变成电压的缓慢变化，来线性控制可控硅的触发电压，从而输出模拟控制量；所述控制执行机构中的单片机I/O输出口还可直接输出开关量控制信号。
本实用新型与传统的控制系统相比，具有如下优点；1.能有效消除干扰，特别是水泵电磁信号的干扰，为系统的控制可靠性、真实和准确性提供了技术保障。
2.提高了系统的工作安全性，有效防止开关量上一旦串入220V或380V电压而烧毁485总线上连接的各模块，甚至烧毁工业控制计算机而使整个系统瘫痪。
3.单片机组成的执行单元具有成本低，控制灵活和体积小等特点。
图2是本实用新型的开关量数据采集模块的电路原理图。
图3是本实用新型的开关量输入信号隔离板电路原理图。
图4是本实用新型的单片机控制器的电路原理图。
上级控制中心主要包括工控机、显示器、键盘、鼠标和打印机。工控机为本系统的核心，它主要完成现场实时数据采集，系统状态控制，数据远程通信，大屏幕显示数据传送，不同锅炉的分类管理同步监控，历史资料的储存，统计、分析以供随时调用或打印，对报警信号进行分类、分析、处理等功能，并可为将来系统的升级留出较大的空间。
数据采集、传输由于IPC的应用性较强，可以使采集数据容量成倍增加，本系统设为512个量，并可随时扩容。数据采集和数据变换是指对整个锅炉运行系统的各点、线、数据的实时采样并转换为标准的电信号进行传输。这些数据代表了系统运行的状态和表现，是现场控制和智能化管理的依据。在锅炉现场需要采集的模拟数据量有各点的温度、压力、水流量、蒸汽流量，各点的开关数据量有燃烧机状态、水位、泵工作状态和各监测点报警量等。对模拟量的处理，要先经过A/D模数转换模块RM416，再经485数据总线送到IPC的485串口。对于开关数据量，则要先送到隔离板，再送到开关量采集变换模块(由IC28255A、IC1单片机PIC16C57组成)输出至485总线，经总线送到IPC串口(见图2)。隔离板隔离电路(见图3)的作用是对各采集点的开关量信号用继电器进行隔离，一是为了有效消除干扰(特别是水泵电磁信号的干扰)，二是为了有效防止开关量上一旦串入220V或380V电压而烧毁485总线上的各模块，甚至烧毁IPC而使整个系统瘫痪。隔离板的电路虽然不复杂，但在应用中效果非常有效。
控制输出及执行机构执行机构是将计算机处理的信息指令反馈到现场，针对现场控制对象不同而分别采用PLC控制器和以单片机为主体的执行机构、中间继电器等。控制对象分别是燃烧机、电动调节阀、水泵、电磁阀门、报警和处理设施、中间继电器等。这里特别介绍以PIC单片机组成的执行单元，和PLC控制器相比，具有成本低，控制灵活，体积小等特点。本电路的突出特点是以不带通信口的普通单片机的I/O口来完成485总线的通信功能(在图2开关量传送电路中也用到此技术)。在硬件电路上表现为总线信号经485芯片先转化为串行数据，用PIC16C54单片机的两个通道I/O口进行接收并转换成8位数据送到寄存器进行处理。另外技术是用单片机的普通数据I/O口来线性控制可控硅的触发电压，从而达到控制电动调节阀的调节速度，其效果很好，这一点连PLC控制器都无法直接做到，它的基本原理是单片机输出的高速脉冲的脉宽变化，经过光耦的缓冲作用变成电压的缓慢变化，达到控制可控硅导通角的目的(见图4)。
大屏幕显示和网络远程通信大屏幕显示是本系统现场实时监控的重要特点。因一般的计算机显示器显示的系统图较为密集，部分数据需分页显示，数据的变化不够直观醒目，通过大屏幕形象逼真的显示，可以使现场值班人员随时轻松掌握整个锅炉系统的运行状态。大屏幕的所有数据都是通过485总线传送的，避免了大把连线的现象。
本系统设计了远程网络通信功能，可将现场的所有信息量传送到远程控制单元，亦可接收到远程控制单元发送来的控制信息。所有的控制信息与数据信息的传递都是由网络通信来完成的。由于数据是实时不间断传送的，因此要求网络既要有可靠的通信保证，又要适当考虑通信费用。本系统采用电信DPN专线方案，线路和终端设备由电信局提供，可靠性好，使用方便，具有租费较低，长期使用可明显降低成本。
权利要求1.一种锅炉智能网络控制系统，它包括工业控制专用计算机、远程网络通讯模块和远程监控操作系统组成上级控制中心；还包括通过RS-485总线与所述工业控制专用计算机相连接的数据模拟显示大屏幕、模拟量数据采集模块、开关量数据采集模块和控制执行机构；与模拟量数据采集模块16路模拟量输入端相连接的各路传感器和变送器；控制执行机构中的可编程控制器其特征在于所述开关量数据采集模块包括一个并口扩展芯片、一个不带通讯口的普通单片机和一个485总线转换芯片；所述并口扩展芯片的各输入端口均通过各自的光电耦合电路接各自的隔离板隔离电路，其中隔离板隔离电路可以是继电器隔离电路；所述开关量数据采集模块的输出经总线接到工业控制计算机的串口，所述执行机构中，还包括单片机控制器，该单片机控制器包括接总线的接口转换电路和具有两个I/O端口且不带通讯口的普通单片机；所述单片机I/O输出口为脉宽可调高速脉冲输出时，其I/O输出口通过光电耦合电路接线性控制可控硅的触发端，所述控制执行机构中的单片机I/O输出口为开关量输出时，可直接与开关量控制终端装置相连接。
专利摘要一种锅炉智能网络控制系统，它是由工控机、远程网络通讯模块和远程监控操作系统组成上级控制中心，它还包括通过总线与工控机连接的显示屏，模拟量数据采集模块、开关量数据采集模块和控制执行机构。其特征在于对于开关数据量，先经隔离电路，再送到开关量采集模块输出至总线，经总线送到工控机串口；总线信号经485芯片先转化为串行数据，用单片机的两个普通I/O口进行接收并转换成8位数据送到寄存器，用单片机的普通数据I/O口来输出脉宽可变化的高速脉冲，经光耦的缓冲作用变成电压的缓慢变化，达到控制可控硅导通角的目的。本装置具有抗干扰、安全性强，成本低和控制灵活等优点，可大大提高锅炉的运行效率。
文档编号F22B35/00GK2586887SQ0225332
公开日2003年11月19日 申请日期2002年9月10日 优先权日2002年9月10日
发明者王关健, 李继兵 申请人:王关健, 李继兵