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1、基于以太网的锅炉实时监测系统设计探讨【摘要】锅炉是工业以及民用部分生产中比不可少的动力设备，而随着科技的发展，锅炉实时监测系统越来越受到人们的重视，通过锅炉实时监测系统可以对工业锅炉的工作情况进行自动的监测和控制，本文笔者将对基于以太网的锅炉实时监测系统进行设计探讨。 【关键词】以太网；锅炉；实时监测系统锅炉实时监测系统的性能是衡量一个锅炉好坏的重要因素，是确保锅炉高效运作的重要保证。通过锅炉实时监测系统可以对工业锅炉的工作状态进行实时的监测，并通过指令对其进行控制，包括工业锅炉的给水、给风、给煤、燃烧等系统的管理与控制，通过人机结构部分可以对系统中的重要参数进行收集，并将其进行存储，同时将其
2、与高校控制器进行通讯连接，控制器一端的锅炉负责人就可以通过控制器实现对锅炉运行的有效监测和控制。1、以太网在监测系统中应用以太网是工业中常用的一种强调的区域和单元网络，利用以太网可以为工业提供一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。工业以太网技术具有价格低廉、稳定可靠、通信速率高、软硬件产品丰富、应用广泛以及支持技术成熟等优点，因此被越来越多的应用。工业以太网采用标准的接口和统一的TCP/IP传输协议，可以进行多系统的集成和扩展。在工业以太网中的任何智能设备都有自己独立的固定IP地址，就像一个身份一样。通过IP地址，控制系统可以实现对每个智能设备的识别和定位，同时也可以将信息精确的传送给选定的IP
3、地址。控制器将收集而来的各种视频信号，通过压缩之后即可将其传输到指定IP的智能设备，通过以太网就可实现信息的快速传递。工业以太网技术要能在工业环境下作为控制网络得到广泛的应用还而临着一些关键技术问题：首先，以太网最初是为办公自动化应用开发的，采用了带有冲突检测载波监听夺路访问协议(CSMA/CD)及二进制指数退避算法，是一种不确定性的网络，并且工作环境条件较好。而工业控制网络对信号的实时性、确定性的要求很高；并且通常工业应用的环境比较恶劣(如高温或低温、强电磁干扰等)。随着以太网带宽的迅速增加(10/100/1000Mbit/s)，以及相关技术的应用，数据传输的实时性不断提高，为解决以太网非确
4、定性问题带来了新的契机，并使这一应用成为可能。经研究表明，有着良好设计的以太网通信系统，其响应时间4ms，几乎可以满足所有工业过程控制要求。在工业以太网中，为解决实时性问题主要采取以下措施：采用工业以太网交换机。交换机将网络分为若干网段，每个端口就是一个碰撞域，各个碰撞域通过交换机进行隔离，这样端口之间的报文输入输出就不再受到CSMA/CD介质访问控制协议的约束；采用全双工通信模式。全双工支持同时接收和发送数据，实行点对点通信，不使用CSMA/CD介质访问方式，不存在碰撞问题；使用虚拟局域网（VLAN）技术。VLAN可以克服物理位置的限制，把一个特定的设备组成一个广播域，从而更加合理的使用带宽
5、，增加网络的安全性;服务质量(QOS)。QOS技术可以为工业控制数据的实时通信提供一种保障机制;当网络过载或拥塞时，能确保重要控制数据传输不受延时或丢失，同时保证网络的高效运行。通常情况下，并不需要QOS，但当出现对精心设计的网络也能够造成性能影响时就十分必要。其次，工业以太网实现了与因特网的无缝连接，实现了工业现场网络与管理层网络的直接互通。以太网带来便利的同时也带来了一系列的网络安全问题，包括病毒、黑客的入侵与非法操作等网络安全威肋、的问题。对此通常可采用网关或防火墙等方法，将内部控制网络与外部信息网络系统相隔离;此外，还可以通过权限控制、数据加密等多种安全机制来加强网络的安全管理。2、控
6、制系统的设计与实现通过锅炉系统可以对锅炉在工作中的具体数据进行监测，包括锅炉入口水温、压力, 出口水温、压力,鼓风机风压、炉膛负压、空气预热器入口负压、除尘器入出口负压,引风机负压、炉膛温度、排烟温度等，将这些实时监测得到的数据通过控制器即可传送到控制室操作平台上。2.1锅炉控制系统设计锅炉系统是一个复杂的控制系统，其中涉及到多个参数之间的交叉影响，因此对于不同参数的调节，难度非常大。锅炉控制系统中主要可以分为煤控制、送风控制,汽包液位控制,炉膛负压控制等一系列闭环控制。（1）给煤控制。通过调节煤的供给梁从而确保燃烧能量能够满足蒸汽符合的需要，这是锅炉燃烧系统调节的主要任务。同时通过燃烧系统的
7、自动调节还应实现燃料的最大利用率，以及锅炉的安全工作。（2）送风控制。采用负荷规则调节器在进行风煤的调节时，应遵守的控制原则为“加负荷时,先加风后加煤;减负荷时,先减煤后减风”。送风控制系统与应给煤控制系统相协同，两者之间应保持在一定的比例上，这样才能保持燃料处于最佳的燃烧状态。（3）炉膛负压控制回路。炉膛负压是反映炉内压力大小的参数，通过炉膛负压控制回路确保锅炉在工作中能够保持在微负压的稳定状态，这样才能确保锅炉的正常使用和安全运行。（4）气包液位控制。锅炉给水自动调节任务是确保给水量与锅炉的水分蒸发量相协调，从而确保汽包液位始终保持在限定的范围内。汽包液位的控制主要有以下几种方式：单冲量控
8、制。将水位作为唯一调节控制的信号，是一个单回路、单参数的控制系统。双冲量控制。将水位和蒸汽流量作为调节控制的信号，是一个双参数控制系统。三冲量控制。将水位、蒸汽流量以及给水流量作为调节控制的信号，是一个三参数控制系统。（5）过热蒸汽出口温度控制。通过蒸汽过热系统，可以有效的确保过热蒸汽出口的蒸汽温度保持在允许的氛围内，从而避免过热器管壁遭受超过限定范围的温度。锅炉控制系统的整体控制是以各个控制子系统为基础，通过各个系统之间的协调控制，可以实现整个系统控制目标的实现。2.2锅炉自动保护系统锅炉自动保护系统是确保锅炉安全运行的重要保证。锅炉自动保护系统的主要保护方式为气压保护、汽包水位保护、锅炉灭
9、火保护、连锁保护和紧急停炉保护等。3、监控中心的监视和管理3.1组态通过监控系统可以实现对锅炉工作状态的实时监测，主要监测的内容为相关的工艺参数、电气参数等，并将收集到的数据存储起来。监控系统可以通过内部的图库将相关参数的数据信号转换成图形、列表或者分组等形式的信号，并显示在画面上，这样操作人员可以直观的了解锅炉的实时工作状态。监控系统根据对监测所得的数据进行分析，并依据设定好的控制策略，发出相应的决策指令从而对锅炉的各个参数进行控制，实现锅炉运行状态的调节，这样可以确保锅炉能够高效、安全的运行。3.2诊断故障和报警管理通过监控中心，可以对锅炉的工作状态进行实时的监测和显示，并将运行中的各种报
10、警信号传输给相关负责人，从而可以实现锅炉对问题的快速反应，确保锅炉运行的安全和可靠。同时监控系统会件报警信号存储起来，这样相关负责人就可以对锅炉运行中出现的各种问题进行充分的了解。在监控系统工作中，监控系统对监测所得的实时数据进行故障诊断，一旦判定为故障，监控系统将快速的将报警信号传输给操作平台以供操作人员查看。通过报警信号操作人员可以立即对报警点的详细信息进行查看，从而采取相应的决策并对控制系统下达指令。监控系统中的报警软件采用的是多种报警优先级的方式。记录在报警日报中的报警事件有低高、以及紧急的区别，在进行检索时如有需要可以进行优先级的锅炉，这样操作人员就可以先对高等级的报警信息进行优先处
11、理，而后在进行次要报警信号的处理。各个测点的量测值偏离正常值到一定的程度都应视为异常，系统将异常信号进行报警。3.3历史记录运行参数监控系统会将监测所得的各种锅炉实时参数记录下来，同时监控系统中还设置有专门的报警事件日志，日志中记录了报警的信息和操作人员的致使等。操作人员在进行历史记录的观看时，根据需要可以观看某一瞬时值，也可观看一段时间内的参数平均值。历史记录中数据的显示方式有多种，主要为曲线、表格，图像等。此外还可以采用以网络为基础的软件对历史记录进行分析。历史记录可以存储在光盘或者磁盘中，通过监控系统的软件可以很方便的对光盘或磁盘中存储的历史记录进行查看。3.4运行参数的计算虽然可以对锅
12、炉工作状态的很多参数进行实时监测，但是仍有部分参数是无法直接进行测量的，比如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量, 冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。对于这些无法直接测量的参数，监控系统提供了丰富的标准处理算法对这些参数进行计算，通过对可以直接测量得到的相关数据进行计算，即可得到无法直接测量的数据。4、结语本项目基于工业以太网的锅炉监测与管理系统是根据寺河矿的实际情况，针对寺河矿锅炉房布置相对分散，每个锅炉房也没有相对应的锅炉实时监测与诊断系统，因此，本项目研究可以使企业管理人员无需到达现场，即可对各取暖锅炉的运行情况明确了解，对各锅炉房工作进行合理管理，及早发现故障隐患，减少单个锅炉故障停运的发生。该系统使用后，可为生产生活提供取暖及洗澡用水保障，维持正常的生产生活秩序，为企业带来可观的经济效益。
