小型水煤浆锅炉自动监控系统研究开发
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摘要
随着国民经济的飞速发展以及日益苛刻的能源与环境要求，针对工业锅炉，国家能源政策有了进一步调整，环保要求显著提高。此时，作为洁净煤技术和煤炭深加工的新品种——水煤浆，就广泛的应用到工业锅炉中来。水煤浆工业锅炉具有显著的环境效益，广阔的发展前景，所以开发适合水煤浆锅炉燃烧系统运行的自动监控系统就变得十分迫切。
本论文正是针对于小型水煤浆工业锅炉监控系统进行研究开发。文章结合了水煤浆锅炉系统的工程实际特点，将监控系统设计成两级DCS系统。具体内容包括监控系统的总体设计即监控系统的控制原理、组成和功能；下位机的软硬件选择和设计；上位机软硬件选择和设计；监控系统安装调试等内容。
监控系统采用下位机和上位机相结合的方式。下位机采用可编程控制器(西门子系列S7-200 PLC)，上位机采用适合工业现场应用的研华工控机并选用通用组态软件组态王King View 6.51为开发平台，另外还包括相应的通信电缆、变送器、各类测量仪表等配套设备。监控系统下位机负责完成数据采集及处理，实现自动点火、停炉等顺序控制、炉膛负压等PID回路控制、工艺联锁控制及自动保护控制等功能。上位机具有强大的功能和友好的用户界面，实现了系统安全管理、界面显示、实时监控、历史数据查询、控制参数设定调整、数据管理等几大功能。
系统运行结果表明，本论文研究开发的水煤浆工业锅炉监控系统，具有稳定的自动控制功能、完善的人机操作界面、强大的数据处理能力，完全实现了的自动控制要求。文中阐述的设计方案和方法，对于今后类似的小型水煤浆工业锅炉自动控制系统设计具有着一定的借鉴作用、较高的实用价值和理论意义。通过本论文课题的研究工作，希望能为开发性能良好的水煤浆锅炉小型DCS热工监控系统提供一条有效的参考途径。
Along with the development of national economy and the great demand of energy and environment, the policy of the country's energy has been readjusted and the environmental protection demand has risen, for the industrial boiler. Nowadays, CWS (coal water slurry), which is as a clean coal technology and as a new type of coal process, has been used more and more in the industrial boiler. The benefit of environmental protection of using CWS-fired industrial boiler is notable. So it is urgent to develop the monitoring and controlling system which suit for the CWS-fired system.
This paper focuses on the research of the small monitoring and controlling system in CWS-fired industrial boiler. Considering the fact of the boiler, system is designed to the DCS control system. It includes the total design of the monitoring and controlling system; the select and design of hardware and software in Bottom Computer; the select and design of hardware and software in Top Computer; the installation and debugging of the whole system.
This monitoring and controlling system is made up of Bottom Computer (programmable logic controller—S7-200 PLC) and Top Computer (IPC). The software for IPC is developed by King View6.51. The other assistant equipments such as communicating cable, sender and instrument for measuring are also included. The program of PLC fulfills many functions, such as data collection, signal transform, sequent control loops, pressure of furnace chamber of PID control loops, and control loops for craftwork and interlock. The IPC program blocks consist of system safe block, interface block, monitoring and controlling blocks, history data querying, control adjusting block, data dealing block, etc.
The result of operation indicate that this paper's monitoring and controlling system has run steady, has been effective and friendly to operators and has realized automatic controlling. The design method and solution stated by this paper have high practical value and theoretic significance, will be worthwhile to use for reference by the engineer, when they design the monitoring and controlling system for the similar CWS-fired industrial boiler. The work we did in this paper is to supply a good way for building a good small DCS Thermal Engineering monitoring and controlling system in CWS-fired industrial boiler.
本论文正是针对于小型水煤浆工业锅炉监控系统进行研究开发。文章结合了水煤浆锅炉系统的工程实际特点，将监控系统设计成两级DCS系统。具体内容包括监控系统的总体设计即监控系统的控制原理、组成和功能；下位机的软硬件选择和设计；上位机软硬件选择和设计；监控系统安装调试等内容。
监控系统采用下位机和上位机相结合的方式。下位机采用可编程控制器(西门子系列S7-200 PLC)，上位机采用适合工业现场应用的研华工控机并选用通用组态软件组态王King View 6.51为开发平台，另外还包括相应的通信电缆、变送器、各类测量仪表等配套设备。监控系统下位机负责完成数据采集及处理，实现自动点火、停炉等顺序控制、炉膛负压等PID回路控制、工艺联锁控制及自动保护控制等功能。上位机具有强大的功能和友好的用户界面，实现了系统安全管理、界面显示、实时监控、历史数据查询、控制参数设定调整、数据管理等几大功能。
系统运行结果表明，本论文研究开发的水煤浆工业锅炉监控系统，具有稳定的自动控制功能、完善的人机操作界面、强大的数据处理能力，完全实现了的自动控制要求。文中阐述的设计方案和方法，对于今后类似的小型水煤浆工业锅炉自动控制系统设计具有着一定的借鉴作用、较高的实用价值和理论意义。通过本论文课题的研究工作，希望能为开发性能良好的水煤浆锅炉小型DCS热工监控系统提供一条有效的参考途径。
Along with the development of national economy and the great demand of energy and environment, the policy of the country's energy has been readjusted and the environmental protection demand has risen, for the industrial boiler. Nowadays, CWS (coal water slurry), which is as a clean coal technology and as a new type of coal process, has been used more and more in the industrial boiler. The benefit of environmental protection of using CWS-fired industrial boiler is notable. So it is urgent to develop the monitoring and controlling system which suit for the CWS-fired system.
This paper focuses on the research of the small monitoring and controlling system in CWS-fired industrial boiler. Considering the fact of the boiler, system is designed to the DCS control system. It includes the total design of the monitoring and controlling system; the select and design of hardware and software in Bottom Computer; the select and design of hardware and software in Top Computer; the installation and debugging of the whole system.
This monitoring and controlling system is made up of Bottom Computer (programmable logic controller—S7-200 PLC) and Top Computer (IPC). The software for IPC is developed by King View6.51. The other assistant equipments such as communicating cable, sender and instrument for measuring are also included. The program of PLC fulfills many functions, such as data collection, signal transform, sequent control loops, pressure of furnace chamber of PID control loops, and control loops for craftwork and interlock. The IPC program blocks consist of system safe block, interface block, monitoring and controlling blocks, history data querying, control adjusting block, data dealing block, etc.
The result of operation indicate that this paper's monitoring and controlling system has run steady, has been effective and friendly to operators and has realized automatic controlling. The design method and solution stated by this paper have high practical value and theoretic significance, will be worthwhile to use for reference by the engineer, when they design the monitoring and controlling system for the similar CWS-fired industrial boiler. The work we did in this paper is to supply a good way for building a good small DCS Thermal Engineering monitoring and controlling system in CWS-fired industrial boiler.
引文
【1】 刘志群，水煤浆技术应用现状及对策分析[J]，环境保护科学，2006
【2】 张荣曾，水煤浆制浆技术[M]，北京，科学出版社，1996
【3】 王连勇等，煤代油技术研究进展[J]，中国冶金，2005
【4】 Manfred. R. K "CWS a study report" Energy Int.[J], Nov-Dec 1986
【5】 董平、单忠健，先进的水煤浆技术是现实可靠的“以煤代油”技术[J]，选煤技术，2002
【6】 崔秀玉，水煤浆制浆、燃烧、应用[J]，洁净煤技术、水煤浆专刊，2002
【7】 王善武，中国工业锅炉行业现状分析及前景展望[J]，工业锅炉，2004
【8】 岑可法等，煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用技术[M]，杭州，浙江大学出版社，1997
【9】 卜银坤、王绍华、汪景武，水煤浆及其在工业锅炉中的应用[J]，工业锅炉，2005
【10】 岑可法、曹欣玉、袁镇福、孔水源、倪明江、洪积瑜，煤及水煤浆燃烧过程中NOX的生成和脱硫的研究[J]，燃料化学学报，1984
【11】 俞珠峰、杜铭华等，洁净煤技术发展及应用[M]，北京，化学工业出版社，2000
【12】 詹隆，中国水煤浆技术的发展[J]，煤炭科学技术，1996
【13】 丁崇功、寇广孝，工业锅炉设备[M]，北京，机械工业出版社，2005
【14】 Nangia. A. K, PC based expert system in process control environment[J]., Proc. of Industrial Computong Conf., 1993
【15】 张亮明、夏桂娟，工业锅炉微机控制[M]，北京，中国建筑工业出版社，1990
【16】 薛钧义、武自芳，微机控制系统及其应用[M]，西安，西安交通大学出版社，2003
【17】 刘翠玲、黄建兵，集散控制系统[M]，北京，北京大学出版社、中国林业出版社，2006
【18】 张良仪、朱勇，工业锅炉微机控制[M]，上海，上海交通大学出版社，1991
【19】 俞忠原，、陈一民，工业过程控制计算机系统[M]，北京，北京理工大学出版社，1995
【20】 王浔，工业锅炉微机控制系统[J]，江苏电器，2004
【21】 高魁，热工测量仪表[M]，北京，冶金工业出版社，1993
【22】 张雪申、叶西宁，集散控制系统及其应用[M]，北京，机械工业出版社，2006
【23】 谢长生、胡亦鸣、钟武清等，微型计算机控制基础[M]，成都，电子科技大学出版社，1994
【24】 陶永华，新型PID控制及其应用[M]，北京，机械工业出版社，2002
【25】 TAO Ji-liu、LU Wu-yi、XIONG Hong-yun, The self- tuning of PID parameters based on advanced genetic algorithm[J], Industrial Instrumentation & Automation, 2004
【26】 HAO Xiao-hong. FAN Bo, The improve of PID controller of genetic algorithm[J], Electrical Drive Automation, 2000
【27】 俞忠原、陈一民，工业过程控制计算机系统[M]，北京，北京理工大学出版社，1995
【28】 柴瑞娟、陈海霞，西门子PLC编程技术及工程应用[M]，北京，机械工业出版社，2006
【29】 王子康，PLC控制系统中的抗干扰问题分析[J]，重庆工商大学学报(自然科学版)，2004
【30】陈在平、赵相宾，可编程控制器技术与应用系统设计[M]，北京，机械工业出版社，2002
【31】 陈洁，新技术形式下PLC的发展前景[J]，机械工程与自动化，2004
【32】 刘建清，电器控制与PLC技术[M]，北京，国防工业出版社，2006
【33】 王卫兵、高俊山、韩剑辉、周卫东，可编程序控制器原理及应用[M]，北京，机械工业出版社，1997
【34】 蔡行健、黄文钰，深入浅出西门子S7-200 PLC[M]，北京，北京航天航空大学出版社，2005
【35】 西门子(中国)有限公司，SIMATIC S7-200程序设计[M]，2002
【36】 西门子(中国)有限公司，SIMATIC S7-200系统手册[M]，2002
【37】 西门子(中国)有限公司，SIMATIC S7-200可编程控制器产品目录[M]，1998
【38】 西门子(中国)有限公司，SIMATIC S7-200可编程控制器硬件和安装手册[M]，2002
【39】 潘新民、王燕芳，微型计算机控制技术[M]，北京，电子工业出版社，2003
【40】 李锡雄、陈婉儿、鲍鸿等，微型计算机控制技术[M]，北京：科学出版社，2000
【41】 林威汉、高春光，国内组态的现状与未来[J]，电气时代，2002
【42】 北京亚控科技发展有限公司，组态王KINGVIEW version6．51命令语言函数速查手册[M]，2004
【43】 北京亚控科技发展有限公司，组态王KINGVIEW version6．51使用手册[M]，2004
【44】 王燕，用组态王实现监控系统历史趋势曲线[J]，中原工学院学报，2006
【45】 王艳涛，组态王和PLC在锅炉控制系统中的应用[J]’仪器仪表用户，2005
【46】 潘祥亮、罗利文，西门子S7-200在工业锅炉控制中的应用[J]，工业加热，2004
【47】 邱敏，PLC在工业现场应用中的抗干扰技术[J]，制造技术与实践，2005
【48】 阴发成、刘乐京，热水锅炉微机监控系统与实践[J]，煤矿现代化，2006
【49】 李永博、孙瑜，当前DCS技术的分析与展望[J]，微计算机信息，2004
【50】 陈利军、郭艳玲，集散控制系统的最新技术特点与展望[J]，工业仪表与自动化装置，2006年
【51】 周双印，DCS集散型控制系统及工业控制技术的最新进展[J]，导弹与航天运载技术，2003
【2】 张荣曾，水煤浆制浆技术[M]，北京，科学出版社，1996
【3】 王连勇等，煤代油技术研究进展[J]，中国冶金，2005
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【42】 北京亚控科技发展有限公司，组态王KINGVIEW version6．51命令语言函数速查手册[M]，2004
【43】 北京亚控科技发展有限公司，组态王KINGVIEW version6．51使用手册[M]，2004
【44】 王燕，用组态王实现监控系统历史趋势曲线[J]，中原工学院学报，2006
【45】 王艳涛，组态王和PLC在锅炉控制系统中的应用[J]’仪器仪表用户，2005
【46】 潘祥亮、罗利文，西门子S7-200在工业锅炉控制中的应用[J]，工业加热，2004
【47】 邱敏，PLC在工业现场应用中的抗干扰技术[J]，制造技术与实践，2005
【48】 阴发成、刘乐京，热水锅炉微机监控系统与实践[J]，煤矿现代化，2006
【49】 李永博、孙瑜，当前DCS技术的分析与展望[J]，微计算机信息，2004
【50】 陈利军、郭艳玲，集散控制系统的最新技术特点与展望[J]，工业仪表与自动化装置，2006年
【51】 周双印，DCS集散型控制系统及工业控制技术的最新进展[J]，导弹与航天运载技术，2003