锅炉内胆水温定值控制系统的设计

本实验采用MACS系统组态软件进行，由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度，是锅炉内胆保持给定值，运用在大型生产过程中采用手动和自动模式替换操作达到整个生产的能耗最低，效益最大化。被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆水温等于给定值。实验前先通过变频器、磁力泵支路给锅炉内胆打满水，然后关闭锅炉内胆的进水阀门 。待系统运行后，变频器－磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在内胆水为静态时，由于没有循环水进行热交换，而三相电加热管功率为4.5KW，从使内胆水温上升相对快速，散热过程又比较缓慢，而且调节的效果受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即超调大，调节时间长。改变为循环水系统后，有利于热交换，加快了散热能力，相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度、快速性方面有了很大地提高。系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。图2为锅炉内胆动态水温控制系统的结构示意图。 因可控硅调压模块是通过输入信号使电源电压变化，实验前，先用万用表测可控硅模块输入端的电压，再测输出端的电压看是否变化。当给锅炉加热时，应使输出端电压为 60V左右，而一旦超过设定值，可控硅的输出电压为最小。这样，电加热管停止加热，使温度超过设定值不会太高便于散热。本项目的任务就是设计一套方案，使锅炉内胆的水温保持在设定值。

图2：锅炉内胆动态水温控制系统的方框图

（二）工程描述

1．工程名称：GLND 2．硬件配置：

1）这是个简单的工程因此点比较少，所以操作员站OPS只需要一个，兼任工程师站，服务器SVR：采用单机结构； 2）现场控制站FCS：1个；

3）锅炉内胆水温定值控制系统需要一个输入测量信号，一个输出控制信号。因此需要一个模拟量热电阻输入模块FM143A和一个模拟量输出模块FM151。现场IO模块数量及地址分配如表3.1所示；

4）以太网结构：上层管理监控网和系统网公用，网段为128、129。

表3.1 IO模块 FM143A FM151

数量 1 1 地址 3 4 3

3．功能要求：

1）服务器算法：建立“服务器负荷率”计算方案页；

2）控制器策略：采用CFC语言，实现锅炉内胆水温定值控制功能。

二、系统组态分析

（一）建立工程

在数据库总控里建立一个工程名：GLND；将该工程分配到1号组0号域。

（二）编辑数据库

1．锅炉内胆水温定值控制系统需要一个输入测量信号，一个输出控制信号。因此需要一个模拟量热电阻输入模块FM143A和一个模拟量输出模块FM151。FM143A的通道1采集锅炉内胆温度TT1，控制输出信号由模拟量输出模块FM151的通道3送出，去控制调压模块输出AO2，通过改变电动调节阀的开度AO0，用来施加阶跃干扰作用。

2．在数据库总控里编辑数据库时，必须把表3.2和表3.3和表3.4三个表所示的通道数据和定义添加到工程锅炉内胆水温定值控制中。

表3.2 记录序号 1 1 通道号 采样 周期 1 3 锅炉内胆温度 设备号 点说明 量程 下限 0 量程上限 100 XXXXXX TT1 PT100_RTD 10 输出格式 点名 信号范围 站号 表3.3 记录 序号 1 0 1 当前值 通道号 采样 周期 1 4 电动调节阀输出 2 0 3 1 4 调压模块输出 0 100 XXXXXX AO2 10 设备号 点说明 量程下限 0 量程上限 100 XXXXXX AO0 10 输出格式 点名 站号 3．另外，为了保证“服务器负荷率”计算方案页编译成功，还必须在数据库总控里编辑数据库时，在“AM”类型数据库里添加“FUHE00”中间量点，并且“FUHE00”点在数据库里站号为“0”。

表3.4 记录序号 1 点名 FUHE00 点说明 服务器负荷率 站号 0 4

（三）设备组态

1．根据以上工程描述，该工程的系统图如图3所示。

图3

2．在设备组态时仍按照“标准工程”组态，由于该工程采用单以太网结构，因此需要手动配置服务器前两块网卡和操作站两块网卡的IP地址。具体配置如下：

1）、服务器配4块网卡：

其中前两块为上层管理监控网需要配置IP地址，需要手动配置IP。 A网IP地址：128.0.0.1 B网IP地址：129.0.0.1

后两块网卡为系统网，系统网不必配置IP地址。 2）、50操作站配2块网卡。需要手动配置IP

A网IP地址：128.0.0.50 B网IP地址：129.0.0.50

3）、完成工程 锅炉内胆水温定值控制 的设备组态。

（四）服务器算法组态

组态一个服务器算法页，算法也的内容为“服务器负荷率”计算，公式如图4所示。

图4

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（五）控制器算法组态

首先选择工程“锅炉内胆水温定值控制”的“10站”，完成PID模块的导入hasac.lib，资源的建立，模块的建立。

1．创建POU

在对象组织器中，选中POUs，新建一文件夹，重命名为“LHF”，然后选中文件夹，单击鼠标右键，选中“添加”，弹出创建POU窗口，新POU命名为“S03_LOOP”、POU类型选“程序”、POU语言选“CFC”。

2．声明变量

在资源——>全局变量中声明变量。注意：一条声明要写在一行中。 VAR_GLOBAL

SINGLE03:BOOL;

PID04:HSPID:=(SP:=0,CP:=0.5,DL:=100,MC:=0,RM:=0,PT:=100,TI:=30,KD:=10,OT:=100,OB:=0,PK:=0,OM:=0,AD:=1,ME:=1,AE:=1,CE:=0,PU:=100,PD:=0);

ENG_VAR

3．编写主程序 P_H_E(); P_H_RTD(); P_H_CT(); P_H_TC(); P_H_PI(); GetSysInfo(); GetDPDevState(); IF SINGLE03 THEN S03_LOOP(); END_IF P_E_H(); 4．编写子程序 子程序如图5所示。

图5

5．编译工程

编写好后选择“工程》全部再编译”，检查是否有错误。直至编译成功，保存工程，退出。

（六）流程图绘制

1．绘制静态图形

在工程“GLND”中，新建一个图形文件，利用绘图工具绘制如图6所示的锅炉内胆水温定值控制系统的静态图形。

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