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1 概述
我厂锅炉房有3台锅炉,系统采用PCC- 2005 控制装置,它既有逻辑控制、计时、计数、分支程序、子程序等顺序控制功能,又有数据处理,模拟量调节,操作显示,联网通信等功能的控制系统。本课题尝试把系统硬件高可靠性与软件功能的完善性相结合,使系统长期可靠运行成为可能。
2 系统结构及功能
系统采用IBMPCPAT 工业控制机和PCC- 2005 模块,整个系统由上位管理和下位控制机构成,系统构成如图1 所示。
用于锅炉本体数据采集及燃烧控制的PCC - 2005IPO 模块有:
模拟量输入模块3AI755.6
模拟量输出模块3AO775.6
热电阻输入模块3AT350
热电偶输入模块3AT652.6
接口模块3IF060.6
应用程序模块3ME963.90–1
电源模块3PS792.9
智能控制模块4C220 - 110
LCD 显示模块4D1164.00 - 090。
上位机主要完成过程的监控,通过3IF接口模块与各个炉台进行通信。
系统的功能:
（1） 锅炉水位三冲量控制,高低水位报警,极限低水位、高水位报警。
（2） 炉堂负压自动调节。
（3） 燃烧自动调节,通过热效率自动寻优实现佳风煤比。
（4） 手动、自动无扰切换。
（5） 蒸汽压力自动调节,超气压报警,并自动按顺序压火。
（6） CRT 画面显示。
a. 流程图 显示实时显示开关量,模拟量,报警器状态,根据状态改变颜色及动态显示；
b. 参数图 按报表方式在CRT上显示设定值,过程值,累计值热效率等技术参数；
c. 棒状图 根据过程参量在CRT上显示,同时显示过程量值；
d. 设定图 按回路的棒状图在CRT上显示回路设定值、过程值、输出值。在此状态下可对回路参数进行设定；
e. 定时或随机打印报表；
f . 完善的系统自诊断功能,可诊断浮球水位计、水位变送器、温度变送器、压力变送器的错误,并根据结果改变控制方式及报警。
3 控制原理
3. 1 锅炉汽包水位自动控制
给水调节系统的任务是与锅炉蒸发量相平衡,并维持汽包水位在工艺规定的范围,给水系统采用三冲量自动调节。水位控制流程如图2 所示。
冲量控制的主反馈信号为水位差压变送器的输出,辅助反馈信号为蒸汽liuliang,给水liuliang。水位调节采用自整定变型PID 控制算法,在大偏差时自动分离积分作用。并在水位越限前施行安全限控制。三冲量控制特点是:控制阀门阀位维持水位的恒定,水位平稳克服虚假水位的影响。
3. 2 燃烧控制系统
锅炉燃烧系统控制关键是风P煤配比的控制,系统自动修正风P煤比,使风煤配比始终是佳的,也就保证了锅炉始终在高的热效率下工作。
本系统中采用了自寻优技术,使得当环境工况条件发生变化时,系统自动修正风P煤配比,使风煤配比始终是佳的,也就保证了锅炉始终在高的热效率下工作。
4 控制软件结构
4. 1 控制软件
控制软件采用模块化程序结构,整个程序主要分为5个部分（见图3） 。
4. 1. 1 初始化模块 主要完成A/D ,D/A 模块,各数据区的初始化工作。
4. 1. 2 数据采集模块 主要完成模拟量采集、滤波及累积计算。
4. 1. 3 故障诊断模块 主要完成锅炉系统及变送器、执行器的故障诊断功能。
4. 1. 4 动态寻优模块 主要完成风煤比的动态寻优及存储数据的积累。
4. 1. 5 控制算法模块 主要完成水位控制、燃烧控制、负压控制,能根据系统诊断结果及寻优状态进行不同控制方式的切换。
4. 2 系统的监测软件
包括各种画面的显示、报表的打印、参数的设定等。程序结构如图4 所示。
图4 程序结构框图
软件系统分为主程序和中断服务程序,主程序完成系统的初始化和人机界面的管理。包括显示器管理,键盘管理,命令处理模块,时钟管理,改字处理模块等。中断服务程序完成与下位机的通信,工程量变换,自动报警处理,历史数据存储。
5 结论
由于采用了可编程控制器,因而实现了锅炉在多种工况下的全程控制。系统配置合理,性能可靠,操作方便,人机界面友好,显示、制表和绘图功能齐全,实用性强。该系统的投入使用,对tigao工厂企业的产品质量和管理水平起到了促进作用。
| 前言 |
| 煤矿安全无疑已成为社会关注的热点，不仅对社会经济有影响，更关乎矿业人员的生命安全。产生煤矿安全隐患的原因之一是对有害情况的监测和控制存在一些缺陷；并且，煤矿中各种类型系统相互独立，信息不互通，也是造成统一管理不便的原因。随着国家对煤矿安全生产的管理越来越规范，加强了对煤矿安全生产的监管力度，要求对矿井设备不仅有更全面的功能，通讯也要更加的实时可靠，以便及时了解与查询现场安全监测监控信息。 在此，我们根据自身经验，以及一些煤矿领域的相关应用，提出一种性价比非常高的现场总线通讯系统，即CAN-bus总线方案，用来解决煤矿系统的通讯问题。 |
| 煤矿通讯现状 |
煤矿井下的环境是非常复杂和恶劣的，需要的工作设备和监测设备也非常之多。井下检测环境的主要特点有：  环境异常恶劣。系统的观测点多数都在井下和高压设备的环境中，受到较强的电磁辐射和耐潮耐腐的考验，不仅检测的准确度受到一定的干扰，而且数据的传输也变得不那么可靠。 检测对象种类繁多。矿井下的很多环境参数都会牵涉到事故的发生。比如通风不足造成瓦斯浓度过大可能导致瓦斯爆炸。一氧化碳浓度过大会导致井下工作人员中毒，等等。所以每一项相关的参数都得测量并及时准确的传输到控制中心，便于分析当前井下环境的安全程度，尽可能的避免煤矿事故。测点分布广。测点分布不仅广，而且分布不均匀，从而使传感器信号和各种检测信号传送变得复杂和困难。需要中央监控室集中监测。系统观测项目多，测点分布广，一般设置在煤矿调度室进行集中监测与控制，所以需要安全可靠的远距离传输。这里列出部分的重要煤矿设备及其相关的测量控制参数。 考勤和巡检系统：实际上可以将考勤和巡检功能用一个系统来完成，不必分成独立的两个系统。该系统已使用到射频读卡技 术。整个系统用于人员安全和记录管理。安全环境监测系统：主要用于测量自然环境参数，如甲烷（瓦斯）CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO2浓度、风速 风向、负压、温度、湿度、粉尘浓度等。变电所电力采集器：采集的电气参数为功率、电压、电流、电能等。非电气参数为水仓液位、变压器油温、抽风机负压、料 位等。泵房控制器：泵的开停控制，甲烷（瓦斯）CH4浓度、水位、湿度、粉尘浓度和风门等。皮带机：因皮带机埋机头，拉断皮带等事故时有发生，所以对其保护应加强，实时监控煤位、防滑、巷道通讯、烟雾浓度等工作面：开停控制、甲烷（瓦斯）浓度、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度和风门等。掘进头：开停控制、一氧化碳浓度、湿度、粉尘浓度、风速、风筒和风门等。这些系统可能来自不同的厂家，有不同的通讯接口，控制方式各异，那么给整体的管理带来了极大的不便。即使采用统一的接口，传统的RS-485方式也已经不适合如此大型的整体项目，当前形式迫切需要我们提出新的通讯解决方案。 |
| CAN-bus总线特点 |
| CAN（Controller Area Network）总线早由德国BOSCH公司提出，主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。由于其良好的性能，在世界范围内广泛应用于其他领域当中，如工业自动化、汽车电子、楼宇建筑、电梯网络、电力通讯和安防消防等诸多领域，并取逐渐成为这些行业的主要通讯手段。 现场总线CAN-bus的特点： 1、的工业级现场总线，传输可靠，实时性高； 2、传输距离远（无中继远10Km），传输速率快（高1Mbps）； 3、单条总线多可接110个节点，并可方便的扩充节点数； 3、总线上各节点的地位平等，不分主从，突发数据可实时传输； 4、非破坏总线仲裁技术，可多节点同时向总线发数据，总线利用率高； 5、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯； 6、报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低； 7、对未成功发送的报文，硬件有自动发功能，传输可靠性很高； 8、具有硬件地址滤波功能，可简化软件的协议编制； 9、通讯介质可用普通的双绞线、同轴电缆或光纤等； 10、CAN-bus总线系统结构简单，性价比极高。 CAN-bus用于煤矿通讯系统当中，不仅可以增强系统的通讯可靠性、延长系统的距离、扩充系统的节点数，还能增强系统的实时性，让管理者和主控设备能及时了解和处理当前的井下情况，发觉事故隐患，避免事故发生。 对于煤矿系统的本安要求，只需总线要CAN-bus设备的电源符合本安要求即可。现场总线CAN-bus本身是符合本质安全要求的 |
| CAN-bus总线与RS-485通讯比较 |
| 与通常应用的RS-485方式相比，现场总线CAN-bus具有更多方面的优势，可以完全取代RS-485网络，从而组建一个具有高可靠性、远距离、多节点、多主方式的设备通讯网络。同时，现场总线CAN-bus可以直接采用RS-485方式相同的传输电缆、拓扑结构 CAN-bus总线与RS-485通讯方式的特性比较如下表1所示：表1 CAN-bus总线与 RS-485通讯的特性比较特性RS-485方式CAN-bus总线拓扑结构 直线拓扑 直线拓扑传输介质 双绞线 双绞线硬件成本 很低 每个节点成本有所增加总线利用率 低 高网络特性 单主结构 多主结构数据传输率 低 高可达1Mbps容错机制 无 由硬件完成错误处理和检错机制通讯失败率 很高 极低节点错误的影响 故障节点有可能导致整个网络瘫痪 故障节点对整个网络无影响通讯距离 <1.2Km 可达10Km（5Kbps）后期维护成本 较高 很低 通常的RS-485设备终端（或支持Modbus通讯协议）可以通过CAN485MB协议转换器接入CAN-bus网络，方便地实现网络更新与设备升级。同样，RS-232设备终端（或支持Modbus通讯协议）可以通过CAN232MB协议转换器接入CAN-bus网络。更多的应用软件支持（包括虚拟串口VCOM、基于DLL的API编程、基于OPC的组态开发）将使网络的应用变得更加方便、灵活。 例如，CAN485MB协议转换器采用表面安装工艺，板上自带光电隔离模块，实现完全电气隔离的控制电路/CAN电路，使CAN485MB协议转换器具有很强的抗干扰能力，可防雷击，大大tigao了系统在恶劣环境中使用的可靠性。 CAN485MB协议转换器 性能和技术指标 支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，符合ISO/DIS 11898规范； 支持1路CAN控制器，波特率在5Kbps～1Mbps之间可选； 支持1路RS-485 接口，波特率在600bps～115200bps之间可选； 双向环形FIFO结构的大容量缓冲区，保障实时突发大批量数据的可靠通讯； CAN-bus接口采用光电隔离、DC/DC电源隔离，隔离模块绝缘电压：1000Vrms； 高帧liuliang：400帧/秒（扩展帧，每帧8字节数据）； 工作温度：-20℃ ～ +85℃； 安装方式：可选标准DIN导轨安装或简单固定方式； 物理尺寸：100mm*70mm*25mm（不计算导轨安装架高度）。 |
| CAN-bus应用实现 |
| 通常由于煤矿系统要求比较完整和智能化，所以方案的完整性和可扩展性也是必须考虑的。因此，本方案在设备层用CAN-bus进行通讯，在用户层由以太网进行管理。 |
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网络的结构如图所示，以A、B、C、D四类主要的井下检测控制设备为例，每四个为一组，在井下有多个这样的设备组分布在不同的区域对设备和环境进行检测。每个设备都挂接在CAN-bus总线主线上，CAN-bus总线的主线是一个直线拓扑结构，直线的两端称为终端，各加一个终端电阻，网络的中间不加任何电阻。 |
| 应用成果 |
目前，基于CAN-bus网络的煤矿通讯网络已经在国内西南、西北、东北等多个地方煤矿系统中获得了成功的应 |
