锅炉及换热站远程监视 控制系统

概   况

随着互联网科技日益渗透到生活，生产的各个领域，各种工业组态软件及各种嵌入式硬件或PLC(可编程控制器)支持下，运用电脑进行工业过程自动化控制已然成为现实。

锅炉自动化控制及换热站远程监控是工业过程自动化中的体现。

操作者对锅炉自动控制及换热站远程监控系统有以下要求（控制指标）

1，            实时监测可视到：排烟温度，炉膛温度，炉膛压力，出水温度，出水压力，回水温度，回水压力，一次网供回水压力及温度，二次网回水温度及压力和二次网补水压力，及外加各种流量，压力，温度指标。

2，            实时控制监视鼓风，引风，炉排，循环泵的启停，二次网循环泵启停，运行的全部情况（如果使用变频器可看到变频器的输出频率，输出电流等指标）及二次网补水泵的启停。

锅炉管理者通过互联网（或局域网）对锅炉自动控制系统有以下要求（控制指标）

3，直观的看到锅炉现场及换热站的情况

4，实时监测可视到：排烟温度，炉膛温度，炉膛压力，出水温度，出水压力，回水温度，回水压力，一次网供回水压力及温度，二次网回水温度及压力和二次网补水压力及外加各种流量，压力，温度指标。

5，通过互联网（或局域网）及电话与操作者进行通讯。

控制系统根据客户要求提供实时报表，历史报表和报警窗等系统控制指端可进行报表打印，报表数据下载等。另外控制系统对操作者要进行用户身份验证，保证操作的安全性。

为实现以上各种要求，在控制系统中应用组态软件及与之相配套的电脑，扩展功能板，或PLC（可编程控制器），数模转换或模数转换，变送器，传感器。

整个监控系统共需处理的开关量输出点；开关量输入点；模拟量输入点和模拟量输出点若干（根据用户要求确定数量）。主要采用组态王控制系统以及PLC可编程控制器，换热站通过控制模块完成与SARO GPRS DTU的数据交互。PLC定时将数据发送给SARO GPRS DTU,同时PLC实时接收DTU发来的数据完成相应控制功能。SARO GPRS DTU在收到PLC发来的数据会立即转发到操作者操作的系统。

换热站监控系统共需处理：17个开关量输出点；15个开关量输入点；40个模拟量输入点和5个模拟量输出点。主要采用组态王控制系统以及匹配系列可编程控制器。通过控制模块完成与SARO GPRS DTU的数据交互。PLC定时将数据发送给SARO GPRS DTU,同时PLC实时接收DTU发来的数据完成相应控制功能。SARO GPRS DTU在收到PLC发来的数据会立即转发到操作者操作的系统。

系统方案

系统由三部分组成：锅炉房操作者现场控制部分，运程换热站控制部分、组太网GPRS数据传输部分。

控制部分

(1) 锅炉房操作系统由ADSL MODEM、网络服务器、防火墙、数据中心服务器、工作站组成。数据中心服务器通过ADSL Modem接收来自各换热站的数据,并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等,数据还传送到锅炉管理者的监控系统。

 (2) 远程换热站

PLC将各工艺参数实时采集后通过RS-232串口通信模块将数据送往SARO GPRS DTU通信模块;同时,还可通过该通信模块接收锅炉房操作者指令。

(3) GPRS数据传输部分在对SARO GPRS DTU通信模块进行配置时预先输入数据中心的固定IP地址。SARO GPRS DTU通信模块收到PLC发来的数据后,把这些数据送到前面设置的IP地址网络服务器中,通过端口映射转发到数据中心服务器。SARO GPRS DTU发送数据的过程为：数据送到中国移动GPRS网络中,然后再经过Internet,最后在数据中心通过ADSL进行接收。

系统网络

该系统主要是通过互联、DTU 和移动公司GPRS网络来完成。DTU主要完成PLC与调度中心数据传输转发的任务,同时也是与移动GPRS网络的工作接口。主要设置的参数如下：

(1) 本方案是通过Internet(CMNET)实现的,这样用户的实现成本比较低。如需要高可靠性数据传输。中国移动为这种应用提供了直接接入GPRS网络的方式。网络服务器通过专线方式直接接入GPRS移动基站,并获得一个固定的IP地址。热交换站点数据无需路由到Internet网络,监测点DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用这种方式组成点对多点网络具有实时性好、安全性高的特点,但接入费用相对较高。

(2) 数据发送目的地,即数据中心服务器或者路由器的IP地址或者域名。

(3) 与PLC的接口参数,包括波特率、停止位、奇偶校验、数据位、流控制。

(4) SARO GPRS DTU对于不同地区GPRS网络质量的一些参数配置。数据经DTU发送到动GPRS网络上的CGSN后,移动的GPRS网络与Internet有通道接口,因此,移动CGSN服务器可将数据经Internet再转发到数据中心服务器。

移动GPRS网络传输送来的各换热站数据经Internet,通过ADSL Modem信号解调经防火墙检测后送达网络服务器,再将数据包转发到指定的数据中心服务器上进行数据接收处理,与此同时数据中心服务器担负着向各换热站发送相应控制指令数据的任务。各工作站从数据中心服务器上取得数据在各自的人机界面软件上完成对各换热站的监视控制、报警、历史曲线等功能。此外,可以通过网络服务器与其他MIS

网络连接,负责把热网的各种运行参数送到MIS网上,供上一级相应MIS软件完成数据分析、数据挖掘等功能,大大提高热网运行的经济性。

系统工艺控制描述

该方案中,所采用PLC在锅炉房及换热站完成以下功能：现场温度、压力、流量、液位信号的采集;;现场电机、变频器的控制及运行监视。在换热站中,液晶显示屏简单易行的完机交互,控制各种设备稳定运行。对于现场各种电机的控制,设计了就地控制、触摸屏控制、远程调度中心控制三种方式。

系统功能与特点

功    能

该供暖监控系统（GPRS远程监控）主要完成对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析以及报表打印等任务。

工艺流程显示显示各换热站工艺流程,包括温度、压力、流量、液位等工艺参数、所有设备运行状态以及各控制回路的详细参数及报警等;

调节回路显示包括所有调节回路,可修改设定值、控制方式、调节参数等,并有实时趋势图便于进行PID回路整定;

设定值显示包括所有必需参数的设定值、控制方式、调节参数以及其它联锁值、报警值等;报表显示和打印采用了DDE技术,从而使用户能够直接使用Excel编制报表,借助Excel的强大功能,用户可以随心所欲地编制各种各样的报表;历史数据的存储与检索对重要的数据进行在线存储,数据的存储时间最长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据;

控    制

在监控计算机上可以对锅炉及换热站进行控制,使用鼠标、键盘控制PLC来启动和停止现场的设备;

安全管理

对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录,包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等,以利于进行管理及事故分析;

特    点

(1)先进性

本方案设计中不仅采用了先进的软、硬件,而且着眼于企业“管控一体化”的需求,贯彻了数字化、信息化环保的先进思想,使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。本系统采用先进智能的控制系统,用于热网的控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。

(2) 高可靠性

①与传统的无线电台传输相比,GPRS网的数据传输抗干扰能力更强,且通讯覆盖范围远远强于前者;

②现场控制站PLC对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响; 

③现场控制站的PLC能够在恶劣的环境中长期可靠运行,并且易配置、易接线、易维护、隔离性好,结构坚固、抗腐蚀、适应较宽的温度变化范围,平均无故障间隔时间（MTBF）15年。

(3) 强大的功能

①PLC的编程语言符合IEC61131-3标准,易学、易懂、易用; 

②CPU内置软PID,并提供了丰富的指令集及函数库,用户直接调用;

③组态软件图库丰富,网络功能强大,报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。

(4) 优良的开放性

①TCP/IP协议是目前开放性最好的协议,可以轻松进行系统扩展;

②组态软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL,且提供丰富的API编程接口,方便接入全厂MIS系统;

结束语

该方案实现了对换热站运行参数的集中监视、控制,与老系统相比,可以大量的减少维护人员,换热站实现了无人值守,提高企业的经济效益。