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首页WinCC驱动的高效锅炉监控系统设计与应用
本文档详细探讨了基于WinCC的锅炉监控系统设计,这是一种现代化的解决方案,旨在提升传统锅炉控制系统的性能和效率。WinCC,作为西门子与微软合作开发的工业控制软件,以其高精度、快速响应和广泛的兼容性而闻名。该系统的核心包括西门子S7-200 PLC作为下位机,PC机作为上位机,以及WinCC作为开发和监控平台。 硬件配置方面,系统包含WinCC软件的主机服务器、S7-200 PLC,EM通讯模块,OPC和TCP协议的自动化网络,各种传感器(如温度、液位和压力)以及流量和压力控制阀等关键设备。连接这些设备的是RJ45接口线、交换机、电柜和冗余电源系统,确保系统的稳定运行。 在软件设计上,WinCC的使用简化了操作流程。首先,它提供了直观的用户界面,支持图形化显示、消息传递、归档和报表生成,使得操作人员可以实时查看生产数据、历史趋势和报警信息。此外,通过内置的高性能过程耦合和快速画面刷新,WinCC确保了数据的准确性和可靠性。操作人员能够轻松地进行生产过程的实时监控,执行干预操作,调整参数,并通过网络与管理部门共享实时生产数据。 具体功能包括:实时监控生产现场数据,生成并打印生产报表,浏览实时和历史趋势,处理过程和系统报警,必要时进行手动干预,以及实现与管理层的远程连接。通过集成PID控制算法,系统进一步提高了控制精度,减少了安全事故的发生,降低了能源浪费,提升了运行效率和维护成本效益。 基于WinCC的锅炉监控系统设计是一项创新技术,它结合了先进技术与友好的用户界面,极大地提高了锅炉控制系统的智能化和高效性,是现代工业生产中不可或缺的一部分。
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-58-
信 息 产 业
基于 !"#$$ 的锅炉监控系统设计
彭冬玲
(武汉科技大学中南分校 信息工程学院,湖北 武汉 %&’()&)
引言
锅炉控制系统的主要任务是保证锅炉的安
全、稳定运行,传统的锅炉采用指针式仪表控制,
不仅外观差,而且控制分散,无数据记录或需人工
记录。而且还凸显了很多弊端:耗费大,控制精度
低,容易导致安全事故,导致能源和资源的浪费严
重,另外运行维护成本也高,劳动效率低下
。许多
企业都希望能够改变这个现状。
现介绍基于 !"#$$ 的锅炉实时监控系统。该
系统采用 *"+,+#- 的 *./) 0’12$ 作为下位机,以
34 机为上位机,以 !"#$$ 为开发平台,并采用了
156 控制算法提高控制效果,集数据采集、监控报
警、在线查询、通信打印为一体。因此具有快速、精
确、环保、易操作、可移植的特点。
7 系统硬件组成
装有 !"#$$ 软件的主机服务器,*"+,+#-
*.8)’’12$9以及 :; 通讯模块,基于 <1$9=$1 协
议的自动化网络,以及连接各部分设备的导线,
>?%@ 接口导线,交换机,电柜,冗余电源系统,锅
炉,传感器(温度,液位,压力),流量控制阀,压力控
制阀等等
。
) 系统软件设计
)AB !"#$$ 简介。!"#$$ 是 !"#CDE- $D#-
FGDH $+#F+G 的缩写,中文译为视窗控制中心。它是
由 *"+,+#- 公司和 ;"4GD-DIF 公司共同开发9 控制
精度高,快速性好,适用范围广,扩展性强,能兼容
不同厂家 12$,具备友好界面、动态可视化的特
点。在生产和过程自动化中解决可视化和控制人
物的工业技术中性系统,提供了图形显示
、消息、
归档以及报表的功能模板。高性能的过程耦合、快
速的画面更新
、以及可靠的数据使其具有高度的
实用性
。
).) 功能的实现。监控组态软件投入运行后,
操作人员可以在它的支持下完成以下 J 项任务。
看生产现场的实时数据用流程画面;自动打印各
种实时K历史生产报表;自由浏览各个实时历史趋
势画面;及时得到并处理各种过程报警和系统报
警;在需要时,人为干预生产过程,修改生产过程
参数和状态;与管理部门的计算机联网,为管理部
门提供生产实时数据。
)A)A7 !"#$$ 的硬件组态。将通讯卡 $1@J77
插入工控机上并固定好,完成通讯卡驱动程序的
安装,并安装选项包 L$; *. 1><M5NO*。创建
-F+3. 项目,组态硬件。装载硬件组态,将 12$ 运行
模式开关设置
为 *=<1 或
>OL81,下载硬
件组态。创建
!"#$$ 项 目 ,
创建连接。选择
新驱动程序的
连接,创建该通
道单元的新连接,设置系统
参数和新连接的站地址、插
槽号等属性,站地址域为
$1@JBB 中设置的地址,机架
号和插槽号为 $1O 模块的
数值
。
)P)A) 监控系统的实现。
锅炉监控主界面如图 7 所
示,其中的表格显示报警数
据,中间的滑轮条控制水位,下面显示的是锅炉当
前的温度和压力值,右下角的表格可以记录锅炉
的温度和压力的历史值。
(7)建立系统标签(变量)。在 !"#$$ 组态环
境下首先创建通讯联接,选择其通讯协议,然后在
该通讯联接下,建立系统内外标签。())绘制工艺
组态画面。在 !"#$$ 图形编辑器下,利用 !"#$$
强大的绘图和动画功能,在充分了解锅炉系统的
工艺流程、监控要求和 12$ 数据库文件结构基础
上,设计完成所有能实时反映现场状态的监控画
面和其他系统操作画面。将已定义的标签与画面
设备相连,是实现动画监视的关键技术
。设计时充
分考虑操作界面的简单、友好,并兼顾用户的操作
习惯。(&)建立数据库。在日志(HDQ)编辑器下完成
历史纪录数据库的配置,包括输送时间、日期、时
间等变量。在报警编辑器下完成各种报警的触发
条件
、显示颜色和描述的配置,通过图形编辑器下
报警控件可实现实时和历史数据的显示
、确认。其
历史纪录设为短期 2DQ,最多各记录 7RRR 条,采用
先入先出的方式进行刷新
。该数据库是各种数据
报表统计的来源。(%)设定管理操作权限。管理员
编辑器完成操作权限的设置,该系统共设有三种
权限,超级管理员、管理员和操作员。超级管理员
可进行包括系统管理的任何操作,管理员是为车
间管理者设定的,可进行画面监视、关键参数的设
定、退出系统等操作,但不允许现场控制操作,如
跳槽、强制等。操作员只能进行现场的控制、画面
的监视等操作。
)A)A& 超限报警界面。以水位监控为例,图 2
中,低水位时锅炉报警消息框中出现红色消息:下
限值A锅炉中的液面呈黄色。图 & 中,当液位处与正
常值时报警消息框中字体变为白色,表示由下限
值变为正常。锅炉中液面呈蓝色。
图 4 中,当液位处超过上限值时报警消息框
5 中出现红色字体:上限值。锅炉中液面变为红色。
& 156 控制算法
为了提高控制效果,便于计算机实现,锅炉的
控制回路采用 156 算法控制。由于锅炉是大滞后
非线性时变系统,系统引入了积分分离 156 改进
算法。在普通的 156 控制中,引入积分的目的是为
了消除静差,提高控制精度。但在过程的启动、结
束或大幅度增减设定时,短时间内系统输出有很
大的偏差,会造成 156 运算的积分积累,引起较大
的超调,甚至引
起系统较大的
振荡,这是在生
产中不允许的。
积 分 分 离
的控制思想是,
当被控量与设
定值偏差较大
时,取消积分作用,以免超调过大;但被控量接近
给定值时,引入积分控制,以便消除静差,提高精
度
。实现步骤如下:
(1)根据实际情况,设置阀值 ε;(2)当|+(F)|>ε
时,采用 16 控制,提高响应速度;(3)当|+(F)|!ε
时,采用 1I6 控制,提高控制精度。
积分分离控制算法表示为:S(T)UT
3
+GGDG(T)V
βT
"
T
W U R
"
+GGDG(W)=VT
C
(+GGDG(T)8+GGDG(T87))K=
其中,= 为采样周期,β 为积分项的开关系
数,其中
βU
7 当|+GGDG(T)|!ε
R 当|+GGDG(T)|X
#
ε
结语
在 -F+3. 中定义的变量可在 !"#$$ 中直接
使用,因此,12$ 与上位机的通信变得非常方便。
用户可根据需要,将本系统的工控机接入公司的
办公网络,实现主管领导及调度等管理人员的远
程监视,实现了集中管理,提高了工作效率,减少
了误操作
。
参考文献
Y7Z!"#$$ [JAR 手册Y\ZA西门子公司,(RRRA
Y(Z*=:1. [@A7 编程手册Y\ZA西门子公司,7]]^P
Y&Z苏昆哲P深入浅出西门子 !"#$$[JY;ZP北京:北
京航空航天大学出版社,)’’%P
Y@Z胡寿松P自动控制原理Y;ZP第四版P北京:科学出版
社,)’’)P
Y@Z刘金琨P先进 156 控制 ;_=2_N 仿真Y;ZP北京:
北京电子工业出版社,)’’%P
作者简介:
彭冬玲(B].^‘),女,湖北武汉人,
硕士研究生,讲师。从事自动化理论方面的科研与
教学工作
。
责任编辑:李墨洋
摘 要:
介绍了基于 !"#$$ 的锅炉监控系统。利用 !"#$$ 建立监控画面,并使监控画面根据现场实际情况动态显示,阐述了创建动态人机界
面,实现过程监控的具体步骤。系统具有控制精确,易操作的特点。
关键词:
!"#$$;组态;锅炉控制系统;156 控制
图 B 锅炉监控界面
图 2 低水位报警 图 3 正常水位
图 4 高水位报警
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weixin_38666823
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