一种锅炉现场总线监控系统的设计与研究.docx

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一种锅炉现场总线监控系统的设计与研究

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摘要：本文阐述了一种锅炉现场总线控制系统的设计理论和实现方法，从硬件和软件两方面分别做了论述，从实际运行结果来看，该系统提高了控制的安全性、稳定性和经济性，具有广阔的应用前景。

关键词：锅炉控制；现场总线控制；FLX；FCS

我国现有中小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1／3，目前大多数工业和民用锅炉仍处于效率低，环境污染严重，安全系数低的生产状态。为了提高锅炉的热效率，降低耗煤量，采用锅炉的自动控制系统日益广泛，作为锅炉的控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻工作人员的劳动强度。综合考虑，我们采用SHCAN2000总线控制系统来实现对锅炉的控制。SHCAN2000总线控制系统是基于CAN总线的现场总线控制系统(FCS)，由于锅炉控制系统对实时性和控制的可靠性要求较高，所以软件的要求也较高，而Intellution公司的FIX监控软件能满足这些要求。本文针对大连金源小区供热系统中两台20吨低压热水锅炉的特点。以FCS系统为基础，介绍了一套锅炉现场总线监控系统方案，从实际应用中取得了比较好的控制效果。

整个系统工作原理为；从控制现场宋的4-20mA或1-5V的标准信号，送至SHCAN2000型现场控制单元。信号在其中经处理后可由其AO或DO端口输出，经信号调理模块去控制现场设备；也可根据需要发送到CAN总线上，总线上其它现场控制单元或上位机系统根据事先设计好的验收码和验收屏蔽码，来判断是否接收该信息。传送到上位机的信息，可以通过上位机监控软件进行显示、控制、记录以及报警、打印等。

1锅炉现场总线控制系统的硬件体系

SHCAN2000总线控制系统不同于传统的集散系统(DCS)，它具有DCS的先进技术和完善的功能，特别适用于中、小型装置的生产过程控制，它是计算机技术、控制技术、通讯技术综合利用的结果，是新一代的全数字、全分散、全开放的现场总线控制系统[3]，控制系统设计思想为：从现场传感器(铂电阻、压力变送嚣等)测得的信号经信号调理模块(温度变送器、输入端安全栅等)送至智能控制单元，在智能控制单元中经过运算处理后，形成控制信号。控制信号再经信号调理模块(温度变送器、输入端安全栅等)返送至现场执行器(电磁阀、切断阀等)。不同的智能控制单元作为控制中心可以通过CAN总线互相通信，并可以将需要监控的信号送至上位机，实现人机交互。

SHCAN2000总线控制系统由三层网络组成：最底层为低速现场总线连成的控制网络，连接各种智能仪表及调节阀等现场设备，各控制器节点下放到现场，构成一种彻底的分布式控制体系结构：中间的一层采用中速网连接控制器、远程I／0及智能I/O设备，形成系统网络；量上一层即决策层，采用高速以太网连接各种控制器和站级计算机。如图1所示：

SHCAN2000型系统的总线通信标准采用CAN2．0B。CAN总线的短帧结构、CRC校验以及错误节点自动关闭功能，保证了信号传输的可靠性。在操作站一侧，工业PC机通过网卡作为数据缓冲与CAN总线网络连接；在现场控制单元一侧，数据缓冲由SJAl000和82C250芯片组成的标准CAN总线接口来实现。CAN总线通讯软件完成上位机与实时数据库之间、任意两个实时数据库之间的双向数据交换，当任意两个SHCAN智能测控组件的实时数据库之间交换数据时，不需要上位机的干预，并符合IS011898标准和CAN2．0B技术规范，最大通信速率1Mbps，最远通讯距离达10Km。

SHCAN型智能测控组件是直接完成采集和控制功能的智能单元，可单独运行，作为独立的回路调节器，也可将该组件放在现场附近，通过网络组合成一个完整的数据采集和控制系统。每个SHCAN智能测控组件都固化有不同的采集和控制软件，可通过实时组态和参数设置完成不同功能组合、过程信号的采集、工程量转仪、信号补偿、线性化处理、PID运算、自动报警、故障白诊断、PID参数自动整定等等。

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图1锅炉现场总线控制系统硬件体系

现场总线控制系统“功能全分散”的特点，使现场控制单元成了控制系统的核心。SttCAN2000型现场控制单元采用了由实时多任务操作系统、实时监控软件、任务级组态软件、实时数据库等构成的现场智能测控仪表软件组成集成技术，支持在线组态。

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2锅炉现场总线控制系统的软件体系

锅炉现场总线控制系统软件体系由下述四部分构成，锅炉现场总线控制系统的软件体系图略：

1.系统监控软件FIX

SHCAN2000系统选用美国Intellution公司的FIXDMACS作为组态软件完成人机界面(MMl)和数据的操作管