专利名称：锅炉微机控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对各种锅炉及其它工业过程作顺序控制或伺服控制的计算机系统的发明。
通常工业过程中，锅炉微机控制系统采用自制的单片机用汇编指令编制软件来实现的，缺点在于性能及可靠性较低，通用性和可扩性不强，生产和现场调试劳动强度大，具体应用操作复杂等，虽然在当时其在同类技术尚属先进，但很难在生产量及运行质量上进行质的突破和发展。利用国外原装的PLC和集散控制系统进行锅炉控制，成本太高，一般用户不能接收。如果这些问题不得到解决，很难适应国内经济形势和计算机技术及节能事业的发展和需要。
本发明的目的是利用现代工控PC计算机发展的优势，完善锅炉微机控制技术，既要创造良好的人机接口的界面环境，简化使用操作，编制适用于不同类型的锅炉和不同要求的用户的通用软件，又要提高系统控制效率和质量及运行速度和可靠性。
本发明的基本思想是一种CRT显示屏幕的锅炉控制器，包括输入键盘；用于实时采集和显示锅炉运行当中工作状况参数装置；用于实时控制工业锅炉运行装置；用于一定时间间隔打印记录锅炉运行历史状况装置。其特征是该锅炉控制装置还包括采用大容量硬盘历史数据记录设备，用于存贮长时间、短间隔的锅炉全部采样点的历史记录，报警记录和经济统计量，并能随时方便地进行查询装置；受键盘输入调节，对锅炉燃烧工作状况进行自动控制的装置；受键盘输入调节，对锅炉给水设备进行自动控制的装置；受键盘输入调节，对锅炉引风设备进行自动控制的装置；受键盘输入调节，对除氧器的压力，液位进行自动控制的装置；锅炉报警装置，该装置对锅炉运行异常情况，进行汉语语音报警。
一种CRT显示屏幕的锅炉控制装置的方法，利用PID控制原理，经过取样、运算、输出几个步骤对锅炉工业过程作伺服控制，其特征在于采用下列步骤将欲执行任务的锅炉伺服控制通用软件和配置数据存入该计算机系统的外部存贮器中；启动该计算机工作，首先装入操作系统和通用的锅炉控制软件，软件初始化时读入跟具体锅炉系统相对应的配置文件，从而构成与该锅炉系统相适应的自动控制系统；取样子系统，定时对锅炉工作状况的采样点进行循回取样，对仪表输出的信号进行A/D转换和一系列数据转换工作；显示子系统，定时显示所采集到的数据，显示方式采用字符串、柱状图趋势曲线、模拟指针式表头等多种形式，并根据是否报警等不同情况采用丰富的色彩表示；数据库子系统，自动以一定时间间隔用数据库文件形式记录各采样点数据，构成历史数据库，数据文件与常用的dBase系列软件相兼容，并支持历史数据库的查询和复制；自动控制子系统，定时针对不同类型的自动控制回路，调用特定的控制算法进行运算，计算出输出值并负责输出到执行机构进行动作；人机接口子系统，采用国际流行的图形用户界面技术，并采用全汉化的窗口式显示技术和在线帮助等方法来改善用户操作性能，提供在线修改采样点量程、控制回路参数等功能，支持下拉式菜单对活框等键盘输入方法；打印子系统，可以打印历史数据、趋势图，班组报表，采用假脱机打印技术，改善系统可靠性。
本发明锅炉微机控制装置是一个在线过程控制装置，它包括用于2t/h-60t/h的工业锅炉及其它工业过程的控制与检测。具有自动快速地进行数据采集、逻辑判断、精确计算等处理功能，从而实现锅炉运行等生产过程中所需的各种控制和运算处理，并可随时根据生产要求来修改调节参数以达到最佳的控制效果。锅炉微机控制装置采用双微机控制系统，主控制微机构成直接控制的闭环系统，而监控微机构成数据处理的开环系统以作为闭环系统的后备系统。根据锅炉实际运行的需要，可同时或分别投运这两个系统来控制锅炉的运行。
随着应用领域的不断扩大和用户的不同需求，锅炉微机控制器移植到工业PC控制计算机上，充分利用其内容量大，运算速度快，可靠性和可扩性强等优势，加以认真地开发应用，使控制系统有了进一步的深化和改进，并在图象及键盘应用上更为丰富并有了彻底改观，具有美观可视性、立体动感和模拟性强、操作丰富、使用简便等特点，更利于现场正确操作和锅炉及其它工业过程的安全、稳定、经济的运行。
图一是锅炉控制装置硬件配置框图；图二是锅炉控制装置硬件配置原理图；图三是锅炉控制装置软件具体操作流程图；图四是锅炉控制装置软件子目录使用图；图五是锅炉控制装置软件总结构流程框图；图六是锅炉控制装置软件功能组配原理图；图七是锅炉控制装置锅炉燃烧装置原理图。
下面结合附图
，作进一步详细说明参见图一和图二，硬件系统是原有技术与自己开发的技术相结合，结合现场需求，进行合理配制。由于特定项目要求不同，所以本发明(RTGW-10E)系统的硬件配制都有所不同。
系统通过A/D装置，将现场变送器信号转换成对应的数值码，经过计算机处理转换成实际工程量，然后将其中的一些重要信号作为常显示内容和另外一些根据键盘命令选择显示的内容输送至计算机屏幕；并将这些实际量进行定时存储并可随时打印制表。现场操作人员以此可对运行对象检测监控。
在以锅炉为运行对象的项目里，其在工业锅炉的结构示意图中，根据现场参数显示重要程度依不同的字符大小、颜色深浅一一显示，使显示较美观而一目了然，图中汽鼓水位界根据实际水平能相应变动，单台锅炉控制系统报警采用色块提示及报警状况文字瞬时记录显示的方式，参数一秒种可刷新一次。
对工业锅炉等运行对象的主要参数进行直接控制是本发明的主要功能之一。系统将采集的控制参量进入相应的控制回路，进行一系列运算处理后，产生相应的输出值，通过I/O或D/A转换装置输送到炉排、给水、送风、引风等诸类执行机构，从而达到改变锅炉等运行对象的生产运行的需要量，使运行对象处于最佳运行状态，以保证安全稳定进行生产。
另外通过键盘操作进行经济量、历史记录、趋势图等数据查询和管理，并显示在屏幕或打印出来，还可进行PID调节参数修改、改变自动控制值、执行软手操功能、查询系统所有数据输入输出情况等一系列键盘功能。键盘操作以弹出式菜单的方式，只简单用→、←、↑、↓、键及少量的功能键(Fn)即可完成操作，每个操作都有相应的屏幕提示，较一般司炉工所接受。锅炉参数值及经济量可根据用户的设定可按时、班、天进行打印。键盘操作见图三。
为保证当主控微机发生故障时，运行对象仍能正常进行，因此使用了另一套微机系统(此微机系统与上述主控微机系统电源和A/D均分开)，对运行对象八个或十二个重要参数进行LED数据显示，并具有自报警功能。锅炉操作工可以通过操作器对调节设备进行遥控操作，以保证锅炉等运行对象的正常运行。
参见图三①在查询图形状态下打印查询结果，如历史趋势曲线，报警历史记录，经济量积结果等。
②在历史趋势查询下选择打印该天的早、中、晚班报表。
③当打印机未打开或在进行别的打印任务时，将打印结果暂存于PRINT目录。本命令是将暂存于打印目录PRINT的结果文件删除。
④在打印参数菜单下修改上下班时间(即打印班报表时间)、计算用煤量的煤量测定系数、煤闸开度，定时打印设置等。
⑤查询某选择时期的产汽量、耗水量、耗煤量等经济量累积结果。
⑥查询某天某信号参数的24小时的变化曲线，并可进行放大、数据化显示处理。
⑦查询某天的报警记录。
⑧查询该项目的采样信号的硬件接线排列、采样情况。
⑨查询该项目的DA和I/O输出的硬件的接线排列和输出值情况。
本装置系统软件的硬件使用环境为工控PC286、PC386、PC486，也可通过在一般PC机上加能板在现场是使用。软件使用环境在一般西方DOS3.0以上的版本即可执行，不需用WINDOWS和其它任何中文DOS。
系统共分为一个主目录和四个了目录。执行程序和字库文件在主目录中，其子目录有存有所有系统软件的初始化数据文件INIT目录；存有系统软件的16色PCX格式的图像文件PCX目录；存有历史数据(*.DBF)、经济量数据(*.DBF)、及报警数据(*.ALM)的生成文件的DAT目录；存有打印过度临时文件，以使系统在具备打印条件后进行假脱机打印而用的PRINT目录。其使用原理图见图四。
系统显示界面采用仿WINDOWS的窗口显示系统的风格，在一般西文DOS下直接取汉字字库进行汉字显示和打印。这样在10E系统在运行速度较WINDOWS和中文DOS下运行要快得多，对硬件环境的要求也相对低。
系统画面主要由五个窗组成，以下3个窗为常显示窗即显示锅炉重要参数的控制窗、色块说明框、键盘提示框。另有根据键盘命令改变的动态窗。
系统显示图面分图像文件显示和系统作画两种方式，后者诸如弹出框、显示灯之类简单绘画；而前者比较复杂，而便作画便显示比较花时间，所以主要靠WINDOWS中文系统的“画笔”而生成PCX文件，通过10E系统软年的SHOW16程序显示而成的。
键盘命令采用菜单选择和快捷键相结合的方式，基本上每步都有相应提示，许多操作，比如控制回路自动切换、软手操等，都比较形象简单。
本软件程序全部用Borland C和C++语言编制。总体采用多任务高度及时间中断相结合的方式。在任务高度模块运用的共有1、数据刷新模块主要包括数据转换和存储，报警处理及控制回路计算。
2、显示模块刷新所有屏幕上的数据和图像显示。
3、统计模块经济量累积计算。
4、打印模块管理打印缓冲区，进行假脱机打印。
5、菜单输入模块包括处理菜单显示、选择，并对输入信息进行处理。
6、图形管理模块对图形的显示、切换进行管理，及在某幅图形下的键盘输入进行解释和处理。
这些任务的优先级依照以上顺序降低，高优先级任务可挂起低优先级任务优先运行。待该任务完成后，再将任务执行权交于原任务。每个任务可以在空闲、就绪、和运行状态之间切换。这些多任务的切换是由一段内核代码在本应用程序内部完成，而没有借助于操作系统，这是为了使本应用软件能适应DOS等单任务操作系统软件环境。
另外系统的A/D信号采集和D/A和I/O输出等重要工作是在时种中断内完成的，中断频率约一秒钟18次，保证系统运行的实时性。
参见图五
本装置系统软件的一个显著特点是具有较强的组合能力，产品通用化程度比较高。基本上对0-75t/h内的锅炉，只要修改相应的数据文件和图像文件，而勿需修改执行程序，即可生成适应于不同用户、不同的控制内容的锅炉控制系统软件系统。基本方法大致如下——系统根据不同功能分解为一些模块或称作部件，然后利用文本格式的数据文件汉字描述生成用户所需的特殊功能类的用户专利系统，图形文件也根据需要作相应的修改。具体步骤包括(一)系统所有用于显示、控制、打印、经济核算及其它名称在有关初始化文件进行描述，这些用于描述10E专用用户系统功能及模块组装的文件*.DAT都采用文本格式，存于子目录INIT中，一般被程序在系统启动和显示画面改变时调用。
(二)对自动控制模块进行组合。系统将控制回路根据不同的控制方法和要求分为不同的控制类型，并以此类型作为一个模块或部件，通过文本数据文件CIR.DAT中用定义其控制类型、回路名、被控模拟量名、输出模拟量名、投入条件(首先投入回路名、同时投投入回路名、串联前级回路名)，初始定值等相关内容，在系统运行时，自动装入该具有类型特性的具体控制回路。经过PID参数整定，在该回路投入后，通过不断调整相关输出模拟量(如阀位，电机转速)，将被控模拟量控制在用户所需的定值上。
(三)对欲显示的图形进行登记组配。系统在PICS.DAT文件登记了特写项目系统的所有组配的图像画面数目、类型、相应的图像文件名和数据文件名。形象地说，PICS.DAT提供了系统画面组配的部件，而每个部件的零件又在登记的相应数据文件中描述组配。
(四)根据A/D采样和D/A、I/O输入输出排列文件，系统软件自动寻找各参数数据采集等输入输出硬件端口。每个用户根据自己的实际使用情况，各项目要求的检测点和计算机控制输出点都不一样的。但只要通过INIT子目录下的ADLIST.DAT和OUTLIST.DAT数据文件，对相应该项目配制的硬件输入输出端口的各现场参数的接线情况加于描述，系统软件便将此描述作为约定，在某硬件接口上采集其它模拟量、开关量的输出即为约定的某一参数。这些参数名早已在模拟量描述文件中登记。系统软件在对所有现扬参数的数据交流也正是根据ADLIST.DAT和OUTLIST.DAT中的约定而进行的。
(五)另外，系统根据模拟量描述文件ANALOG.DAT和累积量描述文件STATIST.DAT的所指定的所有参数名，在程序开始运行时自动产生班报表打印格式，系统历史数据、经济累积量存贮内容格式也自动生成。还有，执行软件通过在ANALOG.DAT文件指定每个现场参数的仪表类型，程序将识别其换算类型(电信号换算为实际量的类型)，自动进行各相应的线型转换、线性拟合、流量开方补偿等工作。
RTGW-10E在DATA子目录的数据文件是以foxBase、foxPro数据库文件格式存贮的。具有数据的独立性，便于保存并可在foxBase和foxPro环境下进行制表、查询等数据管理等特点，而不用依赖本系统。
参见图七，根据锅炉燃烧运行需要具有汽压自动调节回路，蒸汽流量自动调节回路，氧量自动调节回路，以上各调节回路均采用开关量或模拟量信号输出，以直接控制相应的执行机构来自动调节各控制参量。
权利要求
1.一种CRT显示屏幕的锅炉控制装置，包括(1)输入键盘；(2)用于实时采集和显示锅炉运行当中工作状况参数装置；(3)用于实时控制工业锅炉运行装置；(4)用于一定时间间隔打印记录锅炉运行历史状况装置。其特征是该锅炉控制装置还包括(5)采用大容量硬盘历史数据记录设备，用于存贮长时间、短间隔的锅炉全部采样点的历史记录，报警记录和经济统计量，并能随时方便地进行查询装置；(6)受键盘输入调节，对锅炉燃烧工作状况进行自动控制的装置；(7)受键盘输入调节，对锅炉给水设备进行自动控制的装置；(8)受键盘输入调节，对锅炉引风设备进行自动控制的装置；(9)受键盘输入调节，对除氧器的压力，液位进行自动控制的装置；(10)锅炉报警装置，该装置对锅炉运行异常情况，进行汉语语音报警。
2.一种CRT显示屏幕的锅炉控制装置的方法，利用PID控制原理，经过取样、运算、输出几个步骤对锅炉工业过程作伺服控制，其特征在于采用下列步骤(1)将欲执行任务的锅炉伺服控制通用软件和配置数据存入该计算机系统的外部存贮器中；(2)启动该计算机工作，首先装入操作系统和通用的锅炉控制软件，软件初始化时读入跟具体锅炉系统相对应的配置文件，从而构成与该锅炉系统相适应的自动控制系统；(3)取样子系统，定时对锅炉工作状况的采样点进行循回取样，对仪表输出的信号进行A/D转换和一系列数据转换工作；(4)显示子系统，定时显示所采集到的数据，显示方式采用字符串、柱状图、趋势曲线、模拟指针式表头等多种形式，并根据是否报警等不同情况采用丰富的色彩表示；(5)数据库子系统，自动以一定时间间隔用数据库文件形式记录各采样点数据，构成历史数据库，数据文件与常用的dBase系列软件相兼容，并支持历史数据库的查询和复制；(6)自动控制子系统，定时针对不同类型的自动控制回路，调用特定的控制算法进行运算，计算出输出值并负责输出到执行机构进行动作；(7)人机接口子系统，采用国际流行的图形用户界面技术，并采用全汉化的窗口式显示技术和在线帮助等方法来改善用户操作性能，提供在线修改采样点量程、控制回路参数等功能，支持下拉式菜单对活框等键盘输入方法；(8)打印子系统，可以打印历史数据、趋势图，班组报表，采用假脱机打印技术，改善系统可靠性。
全文摘要
一种CRT显示屏幕的锅炉控制装置，包括输入键盘、用于实时采集和显示锅炉运行当中工作状况参数装置。其特点采用大容量硬盘历史数据记录设备，用于存贮长时间、短间隔的锅炉全部采样点的历史记录，报警记录和经济统计量，并能随时方便地进行查询装置。锅炉微机控制方法是利用PID控制原理，经过取样、运算、输出几个步骤对锅炉工业过程作伺服控制，并可根据生产要求修改调节参数以达最佳的控制效果。利于现场正确操作和锅炉及其它工业过程的安全、稳定、经济的运行。
文档编号F22B35/18GK1127863SQ9511174
公开日1996年7月31日 申请日期1995年9月4日 优先权日1995年9月4日
发明者王培云, 梁良 申请人:上海海通锅炉微机控制有限公司