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1、1系统配置在锅炉控制系统的设计中，不同的锅炉种类和锅炉型号有不同的控制特点和控制要求，同时还需要考虑用户的特殊要求，因此一般的锅炉控制系统都难以做到普遍适用，而需要根据不同的锅炉和控制要求再进行二次开发。详细分析了大量的燃油/燃气锅炉系统的特点及控制要求，用一个配置程序根据实际锅炉的特点和使用情况设置锅炉系统，配置的内容包括界面配置、信号配置、控制配置、报表配置等。配置的内容保存在配置文件中，系统在运行时根据配置内容形成特定的控制系统，从而实现了对不同的锅炉系统按自身的配置情况运行，达到了通用化的要求。锅炉控制系统的信号种类虽然多种多样，但从本质上，采集的信号可以分为模拟信号、开关信号、脉冲信
2、号3类。开关信号设置的内容包括信号名称、信号的有效电平、信号的使用标志等。信号的有效电平是指该路信号有效时信号的电平值（ 0- NO或1- NC）。开关信号的使用标志包括不用、按钮、指示、报警、联锁等几种状态。按钮类信号代表一个外部按钮，通过按钮控制某种操作，代表一种特别功能，属于位置固定、功能固定的信号，一般不能更改；指示类信号表示该信号仅用来指示一种状态；报警类信号表示当该信号有效时系统发出报警并提示报警原因；联锁类信号表示当该信号有效时系统将联锁停炉保护，并报告原因；不用的信号在运行时将不做任何处理。模拟信号和脉冲信号设置的内容包括信号名称、使用标志、信号范围、量程、单位、在主画面上的显
3、示位置、上下限报警和/或联锁停炉保护。模拟信号的信号范围指采集的信号电压范围，利用该电压范围和量程、A/ D转换器的字长计算出采集的信号的物理量大小。系统的主界面用图片做背景，背景图片在界面配置中设置，锅炉名称、锅炉类型、燃料类型、产品类型等也在界面配置中设置。系统中水位控制为基本的调节内容，水位控制的配置只可以选择控制算法和调节方式以及控制参数。其余的控制，包括燃烧控制、炉膛负压控制、负荷控制等则可以根据需要配置包括被控信号来源（在设置的模拟输入信号中选择）、控制输出端口（可以选择开关信号输出或模拟信号输出）、控制算法等。2硬件结构控制系统由工控机系统、数据采集卡、信号调理电路板以及信号传感
4、器、变送器、执行机构等组成，如所示。在数据采集/控制系统中，虽然信号的种类多种多样，但从本质上，可以分为模拟输入、开关输入、模拟输出、开关输出4大类。在中小型燃油/燃气锅炉中， 16路A/ D、2路D/ A、64路DI、32路DO就能满足系统的控制要求，因此，可以选择DAS卡PCL- 812PG和PCL- 731来实现系统的数据采集和控制，特殊情况可以增加1块PCL- 728.PCL- 812PG是包含16路A/ D、2路D/ A、16路DI、6路DO的多功能卡， PCL- 731则是可以编程的DI/ DO卡，在系统中用作DI，共48路DI.信号调理板共4种：模拟信号输入调理板PBIA将来自现
5、场传感器和变送器的各种电信号转换成标准的0 5 V电压信号；DI调理板PBID接受并隔离来自现场的触点信号、直流开关信号、交流信号等，并转换成TTL电平； AO调理PBQA； DO调理板PBQD则分别实现AO、DO输出信号的放大、隔离和驱动。3系统的调节方式与控制算法锅炉控制系统中的控制主要包括：汽包水位控制（热水锅炉为补水控制）、燃烧控制、炉膛负压控制、负荷控制等。汽包水位控制的调节方式一般采用三冲量水位调节方式。三冲量水位调节以水位信号为主调节信号，蒸汽流量做前馈调节，给水流量为反馈并与水位调节组成串级调节的方式来控制水位，三冲量水位调节结构。对于小型锅炉或者负荷变动小、用户对蒸汽品质要求
6、不高的情况，也可以采用单冲量控制方法，即以汽包水位为唯一的控制信号。系统中实现了这两种控制方式，使用时可以根据需要选择。系统中的控制算法主要包括PID控制算法和仿人智能控制算法（HSIC） ，这些算法可以在汽包水位控制、燃烧控制、炉膛负压控制、负荷控制等的控制过程选用。PID算法是在数字PID算法的基础上，根据智能控制的原理改进的，根据被控对象的不同状况取不同的控制策略。PID控制算法见1. PID控制算法条件控制算法备注| e| M u= U max Bang- Bang控制| e| m or| e| dm u= K p e+ K d。 e PD控制| e| m and| e| dm u=
7、K p e+ K i U i PI控制其中U i = e且U i U max U i = U max并U i M U n = U max Bang- Bang控制e n e n 0 or e n 0，e n = 0 u n = p n + kK p e n比例e n e n 0 and（ e ne n- 1 0 or e n = 0）u n = p n = p n- 1 + k K p e n保持，更新积分e n e n 0 u n = p n4软件系统及软件设计系统在Windows环境下，利用VC+实现，采用面向对象技术进行分析和设计。系统软件的主要功能包括IO数据映射及系统配置、数据采集、
8、系统控制、报表生成和打印、数据显示、远程数据传输等。系统以数据为核心，实时数据库作为系统的数据中心。软件应用多线程技术，整个系统共3个线程：主线程、模拟信号处理线程AnalogThread、开关信号处理与控制线程DigitalThread.软件的主要流程。4. 1数据映射及系统配置信号分类，将数据的采集、控制、显示等集成在相应的类对象中。所有信号类都从DAS类派生，在该类中定义了所有信号所具有的公共的基本特性和一些基本接口：class DAS protected：unsigned int Channel； / /对应的通道FlagUsage Flag； / /信号使用标志CString Cap
9、tion； / /信号名称；模拟输入类AnalogIn、开关输入类DigitalIn、模拟输出类AnalogOut、开关输出类DigitalOut都从DAS类派生。在类Analo gIn、DigitalIn中分别处理模拟信号和开关信号的配置、采集、变换和处理、显示、记录等。系统在开始运行时从配置文件中读入并设置各个信号的相应配置，以适应不同的锅炉情况以及不同用户的不同要求。4. 2数据采集设计了2个类AnalogThread和DigitalThread，两个类都派生于CWinThread，分别实现模拟信号和数字信号的数据采集和控制， AnalogThread和DigitalThread互为友元
10、，以便互相能访问对方的数据。在这两个类中分别实例化基于类AnalogIn、类Analo gOut和类DigitalIn、类DigitalOut的对象数组，每个对象代表一路信号。数据采集置于后台工作，主要的方法有2种：一种是采用多线程技术，根据各自的采样周期，定时启动线程；另一种是根据各自的采样周期，在定时器中启动信号的采集和控制，由于Windows中定时器也是多线程机制，因此也能保证数据采集的后台工作。信号采集后将数据记录在实时数据库中，根据需要生成趋势图数据和日志，并发送消息更新用户界面。4. 3用户界面显示用户界面包括流程画面、趋势图画面、查询画面。流程画面是系统显示的主要部分，包括锅炉示
11、意图、主要信号的显示、报警和运行信号的显示、菜单、功能按钮、状态栏等。锅炉示意图采用BMP图，可以自己定制。显示的信号根据配置中设置的信号及相应的位置显示，包括信号名称、信号值、单位。指示、报警、联锁类的信号分别在一片固定的区域显示。4. 4报表生成和打印报表包括班报表（或日报表，可以设置）和月报表以及事件报表，班报表每8 h打印（打印时间可以设置） ，日报表和月报表则在一个设定时间打印，日报表和月报表打印后均保存在硬盘中，可以在以后通过报表功能输入日期查询并打印。班报表、日报表还可以设置值班人员、环境温度、水质等信息。日志报表即事件报表（即报警、保护、操作等事件）不设定定时打印，只在需要时通过查询打印。报表文件可以长期保存，便于今后查询。4. 5远程数据传输系统设置了2种远程数据传送方式：一种为RS- 232/ RS- 485；另一种则是通过网络传送。都以一定格式采用广播方式定时发送采集到的数据到远端。5结束系统具有配置灵活、成本低、通用性强等特点，适合于国内中小型企业的锅炉控制。该系统目前已经在重庆卷烟厂、重庆长江橡胶厂、重庆市第三棉纺厂等多处锅炉系统中得到运用，取得了良好的经济效益和社会效益。
