一种蒸汽锅炉的远程控制系统的制作方法
【专利摘要】一种蒸汽锅炉的远程控制系统，是一种基于PLC和GPRS模块的蒸汽锅炉远程控制系统，由PLC、GPRS通信模块、数据处理终端、现场控制设备及仪表构成，数据处理终端能将数据的显示和输入结合在一起，达到远程操作和监控蒸汽锅炉的作用；控制硬件开关量，采集调节模拟信号的任务主要交给下位机PLC，而数据处理终端主要负责修改和设定控制系统的相关参数、在线监视锅炉的运作状态、存储和查询系统的数据。通过PLC和数据处理终端的连接，实现设备和操作人员的交互。
【专利说明】
-种蒸汽锅妒的远程控制系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于蒸汽锅炉领域，特别设及一种基于化C和GPRS通信的蒸汽锅炉远 程控制系统。
【背景技术】
[0002] 锅炉作为能量转换装置，其供应动力的能力依然在当代社会得到青睐。在各行各 业起着不可或缺的作用成。虽然有大部分蒸汽锅炉采取了较为先进控制方法和设计理念， 可是依旧有很多小型蒸汽锅炉的构造比较简单，类似于靠继电器控制的锅炉系统。由于其 需要的人力资源颇多、工作人员的劳动强度过高，锅炉的产能效率低、资源浪费环境恶劣等 原因致使在应用时受到很大限制。所W我们有必要设计一套先进的蒸汽锅炉远程控制系 统，改善锅炉控制系统的运作水平，提高产能效率。 【实用新型内容】
[0003] 为了克服现有蒸汽锅炉控制系统的不足，本实用新型提出了一种基于化C和GPRS 通信技术的蒸汽锅炉远程控制系统，采用模块化设计，可W方便的对现有蒸汽锅炉进行升 级。
[0004] -种蒸汽锅炉的远程控制系统，包括用于采集锅炉信号的采集模块、PLC模块、 GPRS通信模块、终端数据处理模块。采集模块通过化C模块与GPRS模块连接，GPRS通信模块 和终端数据处理模块可通过GPRS、短信、电话Ξ种方法通讯。
[0005] 信号采集模块包括压力变送器、热电阻、电磁流量计、双法兰液位变送器、玻璃板 液位测量表。压力变送器测量蒸汽压力、供水压力和炉膛压力;热电阻测量进口炉膛溫度和 蒸汽溫度；电磁流量计测量蒸汽流量和给水流量;双法兰液位变送器测量锅炉汽包液位;玻 璃板液位测量表测量现场液位。信号采集模块的压力变送器、电磁流量计、双法兰液位变 送器、玻璃板液位测量表采集的模拟信号和数字信号经模拟量端子排和数字量端子排分别 与化C模块的模拟量输入模块和数字量输入模块连接，热电阻测量的溫度信号经溫度端子 排与化C模块的热电阻模块连接。
[0006] 本实用新型采用西口子S7-200型化C，EM223系列的DI/D0模块，EM235系列AI/A0模 块、EM231RTD模块(4路热电阻输入)和EM232模块(2路模拟量输出）。
[0007] PLC模块包括：电源模块、CPU模块、模拟量输入/输出模块、热电阻模块。GPRS通信 模块通过RS485串口与化C模块连接，GPRS通信模块采用GPRS和短信电话Ξ重通讯相结合的 方式。终端数据处理模块可W是手机或者电脑，操作人员可发送手机短信或在电脑上控制 GPRS通信模块，实现设备启停，参数设置，故障复位等。
[000引在本控制系统中，控制硬件开关量，采集调节模拟信号的任务主要交给下位机 化C，而数据处理终端主要负责修改和设定控制系统的相关参数、在线监视锅炉的运作状 态、存储和查询系统的数据。通过化C和数据处理终端的连接，实现设备和操作人员的交互。
[0009]数据处理终端包括:按钮开关、数值输入/显示、报警显示、图表曲线、动画位图、仪 表、指示灯、图形、自绘图形及部件复制。数据处理终端能将数据的显示和输入完美的结合 在一起，可W达到操作和监控蒸汽锅炉自动控制的作用，使人机交互界面十分的简单和友 好。
[0010] 控制部分分为上位机和下位机两部分，下位机设计包括PID控制器模块、汽包水位 调节模块W及炉膛负压调节模块。
[0011] PID控制器模块中的PID控制器，是在目前工程系统里使用较广的闭环的控制器， 而在S7-200化C中PID闭环的控制功能依靠模块B41完成。选择过程值输入的格式为参数 PVPER_0N，在PV阳R_0N为化1 se情况时，过程值从PV_IN输入，其格式是百分数。控制系统先 是转变PV_PER使其成为百分比PV_IN，再与设定值SP INT相减得出误差，得到的误差再通过 PID算法，经过一些列的处理最后得到LMN或LMN P邸输出。
[0012] 汽包水位调节模块选用了 Ξ冲量串级调节系统。为了控制供水阀口的开度和降低 "虚假水位"对供水系统运行造成的不利，并且让汽包水位恒定在蒸汽锅炉运作要求的范 围。汽包水位在整个锅炉流程中是主要的冲量信号。
[0013] 炉膛负压调节模块的相关参数在整个锅炉工作流程中占有重要地位。所W应用了 炉膛负压的测定值调节和引风机的参数调节实现对蒸汽锅炉的炉膛负压调节。同时为了确 保系统稳定工作，需要控制引风机来稳定锅炉内部的压力。对引风机的管理环节可W近似 看做比例环节，由于引风系统的工作惯性较小。送风量和引风量的合理比例可W使炉膛负 压稳定安全。为了经济的目的，对炉膛负压的合理调节尤为重要，还可W提高控制质量并且 对炉膛负压的送风量进行前馈补偿。
[0014] 上位机监控软件的任务是监控整个自动控制系统的正常运行，其要求达到监视数 据、控制设备、设定参数、记录报警、记录趋势曲线和数据报表等目的。根据监控系统的操作 方法，先要确定I/O点和一些相关的I/O设备的大致情况之后，考虑到项目的现场状况和监 控系统的作用，再着手对监控系统图形界面的制作。
[0015] 本实用新型的有益效果：采用手机或电脑作为上位机，可W直观的显示锅炉的运 行状态，并可直接通过上位机对锅炉进行控制和调节，大大减轻了工作人员的负担。如果出 现压力过低或过高，溫度不稳定，汽包水位过高或过低就进行报警，并通过短信或电话通 知操作人员，记录实时数据并进行储存，通过对历史数据的分析来预测锅炉运行状态，大大 提高锅炉运行稳定性。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型蒸汽锅炉工艺流程图。
[0017] 图2为锅炉输入输出关系示意图。
[0018] 图3为远程控制系统结构图。
[0019] 图4到图7为化C接线示意图。
[0020] 图8为FB41的框图。
[0021 ]图9为Ξ冲量液位控制系统框图。
[0022] 图10为炉膛负压控制系统框图。
[0023] 图中：10数据处理终端;20GPRS通信模块;30P1X模块;40现场控制设备及传感器。
【具体实施方式】
[0024] 蒸汽锅炉控制系统主要采集的参数包括锅炉的溫度和压力、蒸汽的溫度、汽包水 位和供水量。操作员通过数据处理终端对气阀的开度和引风机的转速，炉膛的溫度、给水的 压力、蒸汽的流量和汽包水位的调节，实现锅炉远程控制。
[0025] 本蒸汽锅炉远程控制系统的仪表及执行器件如下：1、压力变送器测量蒸汽压力、 供水压力和炉膛压力;2、热电阻(RTD)测量进口炉膛溫度和蒸汽溫度;3、电磁流量计测量蒸 汽流量和给水流量;4、双法兰液位变送器测量锅炉汽包液位;5、玻璃板液位测量表测量现 场液位。
[0026] 蒸汽锅炉的远程控制系统中应该包含W下性质不同的I/O点：8个开关量输入、16 个开关量输出、17个模拟量输入、7个模拟量输出、4个热电阻输入。在本系统中，PLC的接口 功能如表1、表2和表3所示。
[0027] 表1PLC接口功能表
[002引
[0029] 表2PLC接口功能表
[0030]
[0032] 表3PLC接口功能表
[0033]
[0034] 本系统PID控制功能的实现依靠化C中PID闭环的控制功能模块FB41完成。单回路 闭环控制或多回路闭环控制依靠 FB41功能块实现，该模块的功能是恒值控制器、级联控制 器和比例控制器。由于FB41的参数较广，所W可W采取系统确定的相关参数。
【主权项】
1. 一种蒸汽锅炉的远程控制系统，包括用于采集锅炉信号的采集模块、PLC模块、GPRS 通信模块、终端数据处理模块;采集模块通过PLC模块与GPRS模块连接，GPRS通信模块和终 端数据处理模块可通过GPRS、短信、电话三种方法通讯； 信号采集模块包括压力变送器、热电阻、电磁流量计、双法兰液位变送器、玻璃板液位 测量表;压力变送器测量蒸汽压力、供水压力和炉膛压力;热电阻测量进口炉膛温度和蒸汽 温度;电磁流量计测量蒸汽流量和给水流量;双法兰液位变送器测量锅炉汽包液位;玻璃板 液位测量表测量现场液位;信号采集模块的压力变送器、电磁流量计、双法兰液位变送器、 玻璃板液位测量表采集的模拟信号和数字信号经模拟量端子排和数字量端子排分别与PLC 模块的模拟量输入模块和数字量输入模块连接，热电阻测量的温度信号经温度端子排与 PLC模块的热电阻模块连接； PLC模块包括：电源模块、CPU模块、模拟量输入/输出模块、热电阻模块;GPRS通信模块 通过RS485串口与PLC模块连接，GPRS通信模块采用GPRS和短信电话三重通讯相结合的方 式;终端数据处理模块是手机或者电脑，操作人员发送手机短信或在电脑上控制GPRS通信 模块，实现设备启停，参数设置，故障复位。
【文档编号】G05B19/05GK205620778SQ201620348041
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】李英顺, 阴楠, 王德彪, 秦旭东, 李迎丽, 张博程
【申请人】沈阳顺义科技有限公司