专利名称：工业锅炉监控系统的制作方法
技术领域：
本发明是采用S-100总线的工业控制微机对工业锅炉进行监视和控制的系统。
工业锅炉是热电厂的主要设备之一，通常对它的工作稳定性和可靠性提出了很高的要求，并且控制器要设计成即使本身由于故障而停止工作时，也要防止使锅炉停止运行。例如大连海运学院科研所设计的DMC-502型工业热电站燃煤锅炉微机监控系统，它是采用22CPU板结构，当某一CPU板有故障时，可转到另一块CPU板工作。然而它只能对单台锅炉进行监控，且CRT显示器是英文缩写，操作人员觉得不直观、不方便。GJK-805型工业锅炉微机自控系统是北京自动化控制设备厂设计的。GJK-STD型工业锅炉微机自控系统是北京工业大学微机应用研究所设计的。GJK-805没有采用双重化结构，且显示采用汉语拼音形式，操作人员不直观不方便，也是只控制单台炉。对于GJK-STD型采用汉字显示，但也是控制单台炉，并且成本高。对于双板备份结构成本高，没有汉字显示不直观。一般热电厂不只是一台锅炉工作，这样的一机控制多台炉，汉字显示就直观、成本低、优越得多。
本发明的目的是提供一个采用汉字显示、打印、便于操作、管理，且一机控制双台炉，并在微机出故障后能自启动。一旦自启动也失灵后还可转手动，从而保证锅炉不停止运行，便故障率减少到最低程度。
本发明是由CRT显示器、打印机、A/D、D/A板、CPU板、通道隔离板、显示打印板、I/O板滤波接口板、S-100总线等组成实现的。由A/D板采样锅炉的各种需要监视的数据，并由D/A板控制各个回路，保证锅炉正常运行。
图1为锅炉运行流程图。
图2为一机控制双台炉结构图。
图3控制系统结构图。
图4控制系统结构子图。
图5硬件框图。
图6软件框图。
下面结合各个附图进行详细说明。
图1是锅炉的一般工作原理，它反映了水汽及煤的热交换过程。
图2是一台微机控制两台锅炉的结构图，由于两台炉的结构大致相同，控制原理相同，容量可能不一定一致，测量参数及控制回路要求可以不一样，根据工艺要求配备适当的接口板即可。配有两个CRT显示不同炉子的工作参数及工艺流程图，可共有一台打印机打印，作定时打印和随机打印用。由于控制软件是相互独立的，故两台炉工作互互不干扰。
图3表示锅炉控制系统结构图。被测量参数如主蒸汽流量、主蒸汽压力、汽包水位等经A/D转换器后，又经数字滤波、非线性校正越限报警等处理后，再考虑与其它的控制回路的耦合处理，在控制运算回路中可能是PID控制算法，也可能是其它类型控制算法，根据需要选样。本发明中共有10多种算法可供选择。控制运算回路出来后也要考虑与其它回路的耦合问题，这种耦合见图4。由于控制运算的结果可能超出正常范围，这样要对其限幅，根据需要还要进行线性化处理，由此信号去控制执行机构，完成闭环控制。由于各路有手/自动转换开关，这是为安全起见必须设置的，这样要把各路的状态通知计算机，I/O输入起到了这个作用。I/O输出主要是完成各个报警需要的信号，如声报警及光报警。
图4表示了该控制系统的一个完整子过程，一共有12个调节回路，其中4个回路(除氧压力、除氧水箱水位、凝结水箱水位、凝结水箱温度)是锅炉的辅助设备。对于20T-30T的锅炉来说这些控制回路可以满足要求了。其中除了上述4个回路没考虑耦合因素外，其它8个回路都考虑了耦合。由于锅炉在运行中各个回路都互相影响、互相依赖，只有把它们的耦合因素考虑进去后，才能有良好的控制效果。另外，这里的耦合系数不仅仅是比例关系，通过调试也可置为其它的积分、微分等关系，这样将更有普遍意义。
图5是本发明的硬件结构图，采用S-100总线的微机系统，以Z-80为CPU，时钟频率为4MHZ，从而运算速度将大大提高，为一机控制两台炉的典型硬件结构。由于是模块化结构，这样每块板在机箱内可任意插，其功能不受影响，给维修带来了方便。可直接寻址64K，RAM16K，ROM48K，一般20T-30T锅炉用5～6块模板即可完成任务，当测点增加时，再加接口模板即可，这样灵活方便，对不同的锅炉，不同的要求都可实现。由于在CPU板上有硬件再启动电路，当微机一旦发生故障时，它可使微机强行重新启动，而不会因偶然的因素使软件失灵而造成停机，提高了可靠性。另外还有硬件及软件联合保证程序限界运行，这样不会使程序在干扰状态下丢失造成事故。为了更进一步地提高抗干扰能力，采用了通道隔离板及电磁隔离板，从而保证即使在某一路发生了不可修复的故障时，也不会影响其它回路的工作，使故障恶化缩小到不扩大的程度，这在有强干忧的锅炉控制环境中是非常必要的。另外，I/O板采用光耦合隔离器件，也是为了提高抗干扰能力的。为了使电源波动较小，电源采用双级稳压，这样即使电源上有瞬间扰动也不会影响微机的正常工作。为了防止在瞬间掉电，而后又马上来电的情况下，不使微机出故障，配上了不停电电源(UPS)，从而大大提高微机的可靠性。
图6是本发明的软件框图，这个软件中详细地考虑了20T～30T锅炉的各种情况，使之用的时候只要把测点按顺序接止即可，程序会自动判断哪些量该锅炉有或者没有，打印显示随该量有否而增减。软件中能否定时地修改各回路的参数，并在CRT上显示，从而给现场调试带来了极大方便。软件中提供了多种控制规律可供现场调试时选择，以期达到较好的控制效果。采用CRT显示6～10画面，显示测量的工作参数，实时监视其值的变化，为操作者更好地掌握锅炉的运行情况提供了可靠准确的数据。另外还有工艺流程图，使操作者监视更加直观。报警记录表提示操作者在固定时间报警了多少次，并且目前状态下都有哪些重报警，并且告诉你报警的状态是什么。阀位表将指导操作者在某一路开环控制要过渡到闭环控制时，实现无扰动切换，使锅炉运行达到最佳的平稳。全部软件使用汇编语言编写48K，软件结构采用模块方式，并采用了软件滤波的技术。由软件控制的不间断日历钟，还有星期显示的功能。
图1A-热交换、B-烟气、C-燃料、D-空气、E-燃烧、F-蒸汽、G-汽轮机、H-给水、I-除氧、J-凝结器。
图2K-主机、G1-锅炉1、G2-锅炉2、L-打印机、CRT1-显示器1、CRT2-显示器2。
图3M-其它控制回路、N-控制给定、O-采样滤波非非线性校正越限报警、P-控制运算前处理、S-控制运算回路、R-控制运算后处理、T-上下限幅线性处理、Q-I/O板。
图4WFWL-给水流量的前馈系数、X1-蒸汽流量与给水水位的耦合系数、X2-蒸汽流量的前馈系数、STSP-蒸汽温度与蒸汽压力耦合系数、BTSP-减温前水温与蒸汽压力耦合系数KZ1、KZ2、KZ3、KZ4、KZ5、KZ6、KZ7-控制算法、BTST-减温前水温与减温水阀位的耦合系数、CFO2-氧量与给煤的耦合系数、DTWZ-蒸汽温度与二次风档板开得比例系数、WINP-一次风与引风之间耦合系数、WZNP-二次风与引风耦合系数、CFEX-给煤机与炉排机转速的比例系数、DTWV-减温水阀位与给水分配阀位的比例系数、WZO2-二次风与氧量的耦合系数。
图5JS-计时器、BJ-保警、TG-通道隔离板、U-键盘、S-100BUS-总线。
图6T1-屏幕初使化、T2-设定参数及修改参数、T3-设定量程工程量换数系数、T4-设定非线性校正系数、T5-设定打印显示时间、T6-设定秒中断并允许中断、T7-对80个通道的A/D转换值进行采样、T8-对各路采样值进行滤波、T9-锅炉参数显示及工艺流程图显示、T10-各回路的声光报警、T11-各回路的控制运算、T12-综合运算处理各路D/A转换、T13-不停机置数改进查数、T14-定时随机打印运行日志报警记录、ZF-中断服务、ZH-中断返回。
权利要求
1.一个用于工业锅炉监视和控制系统，它是由采样滤波、非线性性校正、越限板警、控制给定、控制运算前处理、其它控制回路、控制运算回路、I/O、控制运算后处理、上下限幅线性处理系统组成，其特征在于一个用来接收工业锅炉数据的控制运算回路，这个控制运算回路和其它控制回路一起对工业锅炉所需要的水流量、水位、蒸汽流量、蒸汽压力、减温前水温、蒸汽温度、氧量、一次风、二次风、负压、除氧压力、除氧水位进行控制运算并将这些数据经上下限幅线性处理后送给执行机构。
2.根据权利要求1所述一个用于工业锅炉监视和控制的系统，其特征在于控制运算回路经I/O给出声、光报警信号。
3.根据权利要求1所述一个用于工业锅炉监视和控制系统其特征在于，执行机构为给水阀、给煤机、炉排电机、一次风挡板、二次风档板、减温水阀、给水分配阀、引风档板、除氧蒸汽阀、除氧水阀、凝结水阀、凝结蒸汽阀。
4.根据权利要求1所述，一个用于工业锅炉监视和控制系统其特征在于使用S-100总线连接CPU、RAM、ROM、CRT、L(打印机)、I/O、D/A、A/D、JS(计时器)、BJ(报警)、TG(通道隔离板)。
全文摘要
一个采用S-100总线的工业控制微机对工业锅炉进行监视和控制的系统。本系统可实现一机多炉、汉字显示直观比国内现有的成本低、可定时修改工作参数、可代替部分变送器的功能，可显示年、月、日、时、分、秒、星期的内容，可抗共模500V电压，抗干扰能力较强，软件可对大系数过程控制。并在微机出故障后能自启动，一旦失灵还可转手动，从而保证锅炉不停止运行，使故障率减少到最低限度。
文档编号F22B35/18GK1040425SQ88106069
公开日1990年3月14日 申请日期1988年8月13日 优先权日1988年8月13日
发明者胡广生, 曲军, 李宝泉, 王亚珍, 高鸿雁 申请人:哈尔滨专利技术开发公司