锅炉现场总线控制系统的设计与实现
摘要
目前，控制技术已经从集散式控制系统(DCS)向现场总线控制系统(FCS)过渡，并将逐步被后者所取代，现场总线系统的核心是现场总线，现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合和集成，它的出现使控制系统产生了深刻的变革。现场总线控制技术以其全数字、全分散、全开放的特点，正逐渐发展成为二十一世纪自动控制的主体。CAN总线作为现场总线的标准之一，由于其具有高性能、高可靠性、及独特的设计，越来越受到人们的重视，其应用范围越来越广，并被认为是最有前途的现场总线之一。SHCAN2000型现场总线控制系统便是基于CAN总线的现场总线控制系统，这种系统特别适合于中小型系统，受到的广泛的推广和应用，为我国现有工业企业生产装置的高技术化提供一条新途径。
锅炉作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一，其工作情况的好坏直接影响到能源利用率的高低。目前在我们国家绝大多数企业的锅炉生产还在实行人工操作，生产技术落后，能源利用率低，工作人员劳动强度大、工作环境差，但效率却很低下。为了充分发挥能源效能，促进国民经济的迅速发展，实现锅炉生产的自动控制是一个必然的趋势，所以说，设计一套安全、可靠、有效的控制系统势在必行。
本文针对两台20t／h供热锅炉，提出了一套现场总线控制系统方案。本文详细论述了锅炉SHCAN2000型系统的软件、硬件体系结构，系统应用过程中软硬件设计及实现。结合锅炉控制系统改造项目的应用背景，提出了采用SHCAN2000型现场总线控制系统实现锅炉生产的自动控制，包括各种回路自动控制、数据自动采集、友好的人机接口、试验报表的自动生成等，并介绍了上位机操作站和现场控制单元的功能组态实现。
本课题设计的锅炉现场总线控制系统已经在大连开发区金源小区得到了成功的应用，系统功能强大、控制效果好，具有良好的推广应用价值。证明本文提出的锅炉现场总线控制方案设计合理，切实可行，为
大连铁道学院工学硕卜学位论文
现场总线在工业控制领域的进一步应用作了有益的尝试。
The control technology has changed from distributed control system(DCS) to fieldbus control system(FCS) now and will be replaced by the latter. The core of FCS is fieldbus, and the technology of fieldbus is the synthesis and the integration of the computer technology, the communication technology, control technology, The fieldbus brought profound transformation. For the characteristics of full-digital, full-dispersive, full-opening, the fieldbus control technology i s becoming the main of auto-control. As one of the standard of fieldbus, CAN has been regarded as one of the most promising fieldbus for its high-powered, high-reliability and particular design, and has been used in more and more fields. SHCAN2000 control system is based on the CAN, which adapts to medium-small-sized system, and being extended and used broadly, has provided a new way for our enterprises' production equipment.
As one of important devices that transformed the crude resource into quadric resource, the boiler's working status affects the using rate of resource directly. At present, the boiler running is controlled by hand in most enterprises of our country with uncultured technology, low using rate of resource, high working intensity, bad working condition. It is necessary that design a safe, reliable, efficient control system for exerting resource virtue, proving the development of national economy.
This paper puts forward a fieldbus control system project in allusion to two 20t/h heating boilers. This paper discusses software and hardware construction of boiler SHCAN2000
fieldbus, the design and realization of software and hardware in
the course of practical application. Integrating boiler control computer reconstructing, the paper presents the solution of adopting SHCAN2000 system to realize auto control, including loop auto control, test data auto-collection, friendly human-machine interface, test reports auto building, etc. The function configuration realization of operation station and field control unit is discussed in this paper.
This control system has successfully applied in Jinyuan area at Dalian development zone. The system has strong function, good control effect, and generalize application value. This proves the scheme design properly and practically, which realizes boiler control by FCS. This paper makes valuable attempt for field-bus' further application on industry control field.
锅炉作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一，其工作情况的好坏直接影响到能源利用率的高低。目前在我们国家绝大多数企业的锅炉生产还在实行人工操作，生产技术落后，能源利用率低，工作人员劳动强度大、工作环境差，但效率却很低下。为了充分发挥能源效能，促进国民经济的迅速发展，实现锅炉生产的自动控制是一个必然的趋势，所以说，设计一套安全、可靠、有效的控制系统势在必行。
本文针对两台20t／h供热锅炉，提出了一套现场总线控制系统方案。本文详细论述了锅炉SHCAN2000型系统的软件、硬件体系结构，系统应用过程中软硬件设计及实现。结合锅炉控制系统改造项目的应用背景，提出了采用SHCAN2000型现场总线控制系统实现锅炉生产的自动控制，包括各种回路自动控制、数据自动采集、友好的人机接口、试验报表的自动生成等，并介绍了上位机操作站和现场控制单元的功能组态实现。
本课题设计的锅炉现场总线控制系统已经在大连开发区金源小区得到了成功的应用，系统功能强大、控制效果好，具有良好的推广应用价值。证明本文提出的锅炉现场总线控制方案设计合理，切实可行，为
大连铁道学院工学硕卜学位论文
现场总线在工业控制领域的进一步应用作了有益的尝试。
The control technology has changed from distributed control system(DCS) to fieldbus control system(FCS) now and will be replaced by the latter. The core of FCS is fieldbus, and the technology of fieldbus is the synthesis and the integration of the computer technology, the communication technology, control technology, The fieldbus brought profound transformation. For the characteristics of full-digital, full-dispersive, full-opening, the fieldbus control technology i s becoming the main of auto-control. As one of the standard of fieldbus, CAN has been regarded as one of the most promising fieldbus for its high-powered, high-reliability and particular design, and has been used in more and more fields. SHCAN2000 control system is based on the CAN, which adapts to medium-small-sized system, and being extended and used broadly, has provided a new way for our enterprises' production equipment.
As one of important devices that transformed the crude resource into quadric resource, the boiler's working status affects the using rate of resource directly. At present, the boiler running is controlled by hand in most enterprises of our country with uncultured technology, low using rate of resource, high working intensity, bad working condition. It is necessary that design a safe, reliable, efficient control system for exerting resource virtue, proving the development of national economy.
This paper puts forward a fieldbus control system project in allusion to two 20t/h heating boilers. This paper discusses software and hardware construction of boiler SHCAN2000
fieldbus, the design and realization of software and hardware in
the course of practical application. Integrating boiler control computer reconstructing, the paper presents the solution of adopting SHCAN2000 system to realize auto control, including loop auto control, test data auto-collection, friendly human-machine interface, test reports auto building, etc. The function configuration realization of operation station and field control unit is discussed in this paper.
This control system has successfully applied in Jinyuan area at Dalian development zone. The system has strong function, good control effect, and generalize application value. This proves the scheme design properly and practically, which realizes boiler control by FCS. This paper makes valuable attempt for field-bus' further application on industry control field.
引文
[1]郑金吾，梁道君．燃煤低压热水锅炉测控系统的设计与研究．工业控制计算机．2001年14卷第6期
[2]张亮明，夏桂娟．工业锅炉自动控制中国建筑工业出版社，1987年11月
[3]谢涛．锅炉生产过程的计算机控制．新疆有色金属．2000年第3期
[4]张良仪，朱勇．工业锅炉微机控制．上海交通大学出版社，1990．12
[5]徐得波，曲乐俭．单板机水暖锅炉控制系统聊城师院学报．2001年第14卷第1期
[6]苏丹．锅炉微机控制技术．资料
[7]石径行．可编程控制器在工业锅炉控制中的应刚．工业计量．2000年增刊
[8]徐沁．MDC小型集散锅炉控制系统自动化与仪器仪表．1998年第6期
[9]周根来．基金会现场总线在中原石油化工总厂锅炉上的应用．控制系统．1999年9月
[10]郝晓弘，马向华．论现场总线控制系统．自动化与仪表．2001年第3期
[11]彭可，邹润民，陈岚．现场总线技术及控制系统．中国智能建筑服务网论文库
[12]张培任．朱东杰．自动控制技术和应用．中国科学技术大学出版社，2001年10月
[13]于浩洋，宋起超，徐鹿眉．现场总线技术在工业锅炉汽包水位控制上的应用．黑龙江工程学院学报．2002年3月第16卷第1期
[14]车海平．预测—PID串级控制及其在锚炉液位系统中的应用陈增强．控制与决策．1994年9月
[15]戴康，戴伟．工业锅炉微机控制方案的讨论．自动化与仪器仪表．1996年第4期
[16]马林立，赵景晖．工业锅炉燃烧系统——加权广义预测自校正控制．工业仪表与自动化装置．1997年第5期
[17]高岩，龚至豪，黄鸿．锅炉燃烧系统的仿人智能控制．北京理工大学学报．2002年6月第22卷第3期
[18]周以琳，戚淑芬．锅炉燃烧系统优化控制及实现方法．工业仪表与自动化装置．1998年第4期
[19]黎英．燃煤锅炉优化燃烧控制系统．云南工学院学报．1994年第4期
[20]聂汉平．工业燃煤链条锅炉的模糊控制．工业仪表与自动化装置．2000年第3期
[21]邓小云，王焱．智能监控器在锅炉控制系统中的应用．基础自动化．2002年4月第9卷第2期
[22]SHCAN2000分布控制系统智能测控组件系统组态使用手册．大连铁道学院三合仪表开发公司．1999
[23]袁爱进等．CAN现场总线系列仪表一种通用化软件设计技术．计算机工程．2001
[24]袁爱进等．现场智能测控仪表软件集成技术的研究．仪器仪表学报．2001，3：269～276
[25]Philips Semiconductors SJA1000 stand-alone CAN controller. DATA SHEET. 1997 Aug.
[26]Philips Semiconductors PCA82C250 CAN controller interface. DATA SHEET. Oct. 1997
[27]FIX DMACS使用手册．美国INTELLUTION公司．
[28]姚献，梁宇宏．FIX3工控组态软件的介绍及其在阳江电力局的应用．广东电力．第14卷第4期
[29]须文波，刘海东．FIX组态软件环境下国产仪表接口程序的开发．微型机与应用．2001年第7期
[30]李原．现场总线控制系统在牵引电机实验台的应用 大连铁道学院硕士学位论文 2002
[31]陈晓侠．CAN现场总线控制系统的研究及其在聚醚生产中的应用．大连铁道学院工学硕士学位论文．2001
[2]张亮明，夏桂娟．工业锅炉自动控制中国建筑工业出版社，1987年11月
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[12]张培任．朱东杰．自动控制技术和应用．中国科学技术大学出版社，2001年10月
[13]于浩洋，宋起超，徐鹿眉．现场总线技术在工业锅炉汽包水位控制上的应用．黑龙江工程学院学报．2002年3月第16卷第1期
[14]车海平．预测—PID串级控制及其在锚炉液位系统中的应用陈增强．控制与决策．1994年9月
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[17]高岩，龚至豪，黄鸿．锅炉燃烧系统的仿人智能控制．北京理工大学学报．2002年6月第22卷第3期
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[20]聂汉平．工业燃煤链条锅炉的模糊控制．工业仪表与自动化装置．2000年第3期
[21]邓小云，王焱．智能监控器在锅炉控制系统中的应用．基础自动化．2002年4月第9卷第2期
[22]SHCAN2000分布控制系统智能测控组件系统组态使用手册．大连铁道学院三合仪表开发公司．1999
[23]袁爱进等．CAN现场总线系列仪表一种通用化软件设计技术．计算机工程．2001
[24]袁爱进等．现场智能测控仪表软件集成技术的研究．仪器仪表学报．2001，3：269～276
[25]Philips Semiconductors SJA1000 stand-alone CAN controller. DATA SHEET. 1997 Aug.
[26]Philips Semiconductors PCA82C250 CAN controller interface. DATA SHEET. Oct. 1997
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[29]须文波，刘海东．FIX组态软件环境下国产仪表接口程序的开发．微型机与应用．2001年第7期
[30]李原．现场总线控制系统在牵引电机实验台的应用 大连铁道学院硕士学位论文 2002
[31]陈晓侠．CAN现场总线控制系统的研究及其在聚醚生产中的应用．大连铁道学院工学硕士学位论文．2001