熱工裝置自動(dòng)控制系統解決方案

    熱工裝置系統是由多個(gè)互相關(guān)聯(lián)的高溫、高壓、大功率的回路裝置組成的系統。各型熱工系統都存在測點(diǎn)多(達800多點(diǎn))，涉及到溫度、流量、壓力、液位、電流、電壓等多種物理量的測量與控制，而且環(huán)境惡劣，長(cháng)期處于高溫、高壓和強電磁場(chǎng)下(電流達到幾萬(wàn)安培），同時(shí)還要求采集速度快、精度高。

系統特點(diǎn)
    在熱工系統中，非法操作或者不正確的操作都可能會(huì )導致不可預見(jiàn)的事故發(fā)生，因此，集中控制與分散控制必須相結合。熱工裝置自動(dòng)控制系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱工自控系統)完成集中控制部分的任務(wù)，分散控制由各個(gè)現場(chǎng)設備控制組成，完成電源配送、信號驅動(dòng)/變送等任務(wù)。
    熱工自控系統是整個(gè)熱工裝置系統的控制中樞，相當于“心臟”地位。所以，熱工自控系統必須滿(mǎn)足安全性強、精度高、速度快、功能靈活、穩定性高、可靠性好和抗干擾能力強的要求。
    目前的熱工裝置系統中，它們所采用的自控系統雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在以下幾下方面也存在問(wèn)題：

開(kāi)放性
    采用源于PC總線(xiàn)或者某個(gè)廠(chǎng)商的專(zhuān)用標準，特別是在測控總線(xiàn)、軟件接口、電氣與機械等方面缺乏開(kāi)放標準，這將導致第三方產(chǎn)品兼容性、備件替換、軟件繼承、長(cháng)期使用等問(wèn)題。

 
數據采集
    數據采集速度慢、數據吞吐量低、數據轉換不方便。

 
控制
    控制算法單調。

計算機
    計算機通常是整個(gè)系統可靠性最弱的一環(huán)，即使采用雙機熱備份。

網(wǎng)絡(luò )
    數據采集、顯示與設備控制等不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行。

    縱橫公司推出的熱工自控系統解決方案在多個(gè)型號熱工裝置系統中得到良好應用，它具有以下特點(diǎn)：

開(kāi)放性高
    測控總線(xiàn)采用VXI總線(xiàn)，VXI驅動(dòng)軟件采用VXI Plug&Play。VXI總線(xiàn)測控技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年發(fā)展，已經(jīng)成為非常成熟的技術(shù)，得到廣泛應用。采用VXI總線(xiàn)的系統具有組建靈活、數據采集與傳輸快、采集精度以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，在熱工領(lǐng)域，VXI總線(xiàn)技術(shù)具有其它總線(xiàn)技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)越性能。

 
標準接口
    應用軟件通過(guò)DCOM + OPC接口(COMMATIC)存取數據，透明地訪(fǎng)問(wèn)數據采集設備、輸入輸出設備以及網(wǎng)絡(luò )、數據庫等。

高可靠性
    不僅支持雙機熱備份，而且還支持通信鏈路的熱備份。所有測控設備本身具有自保功能，即使在整個(gè)自控系統都故障時(shí)。支持24小時(shí)無(wú)人值守工作方式。
規?？善交黾优c減小
    通過(guò)增加或者減少模塊，可以平滑增加與減小系統規模，而無(wú)需改動(dòng)軟件。

 

解決方案

系統結構
    該系統由控制系統和數采系統組成，如下圖，每個(gè)系統由一臺主機(Server)構成。兩臺主機通過(guò)VXI總線(xiàn)與計算機網(wǎng)絡(luò )連接，進(jìn)行通訊。每一主機同時(shí)帶有二或三臺顯示器，這樣就能利用現有硬件資源盡可能多的監控熱工裝置運行過(guò)程和采集數據顯示。主機通過(guò)高速電纜與VXI系統相連。在該系統中，控制與數采系統是分布式控制系統的服務(wù)器部分，其它計算機可以客戶(hù)機或者功能機的角色存取服務(wù)器數據。這種分布式控制系統方案把系統功能分成若干子功能實(shí)現，各個(gè)節點(diǎn)能比較均等地分擔控制功能，獨立地發(fā)揮自身的控制作用，又能相互配合，在彼此通信協(xié)調的基礎上實(shí)現系統的全局管理。因此，這種解決方案具有資源共享、速度快、可擴充性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。




VXI模塊
    VXI模塊采用縱橫公司的JV53413（64通道 100kS/s數據采集模塊）、JV53403(64通道 Relay模塊)、JV53404(64通道 DI模塊)、JV53201(4-20mA 電流輸出模塊)和信號調理模塊。
系統軟件
軟件構架
    軟件是整個(gè)自控系統的核心，該解決方案采用以下軟件：
● MS Windows NT 4.0 + SP5
MS Windows NT 4.0是目前工業(yè)計算機上最實(shí)用、最可靠、最安全的32位操作系統。
● BlackLand.IOServer
BlackLand.IOServer是上層應用軟件透明訪(fǎng)問(wèn)VXI模塊與網(wǎng)絡(luò )的接口，它遵循DCOM + OPC標準。
● BlackLand.DM
BlackLand.DM執行VXI模塊的啟動(dòng)、停止、設置、診斷等任務(wù)。
● Citect Application軟件
用Citect組態(tài)生成的應用軟件具有豐富的監控功能，開(kāi)發(fā)快速，使用簡(jiǎn)單，維護容易。

軟件功能與特點(diǎn)
    用于完成現場(chǎng)數據庫采集，圖形顯示，設備操作、報警、趨勢顯示、數據記錄，報表管理及打印功能，具有良好的人機界面和防止誤操作特性。 

關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題解決
數據吞吐量
    采用流數據存儲技術(shù)可以把所有通道（800通道）在工作過(guò)程中產(chǎn)生的原始數據、工程量數據按0.1s的采樣間隔保存到數據庫中，同時(shí)實(shí)現報警、顯示、控制等處理。
控制
    PID控制沒(méi)有采用專(zhuān)用PID模塊，而是充分利用VXI模塊與VXI總線(xiàn)的特點(diǎn)，用軟件方式完成（即SoftControl），如下圖所示：


    基于SoftControl的控制結構不僅能實(shí)現PID控制，而且還可以實(shí)現工程單位換算、其它控制算法，這樣大大提高了控制的靈活性和通道利用率。
    由于采用了VXI存儲器，即使在計算機系統“死機”的情況下，它也能保持正在進(jìn)行的狀態(tài)，避免整個(gè)測控系統的崩潰。
可靠性保證
    在正常工作中，控制系統控制系統運行，數采系統在控制系統正常情況下是不能作控制用的?？刂葡到y與數采系統僅在任何一方出現故障時(shí)才肩負控制或者數采的任務(wù)，同時(shí)報警。用戶(hù)還可以選擇VXI機箱帶雙零槽，一旦與第一零槽相連的控制系統發(fā)生故障，與第二零槽相連的數采系統可以接過(guò)控制任務(wù)繼續運行。這兩種方式都可以實(shí)現控制系統與數采系統的雙冗余備份，提高系統可靠性。此外，采用兩級手動(dòng)鍵盤(pán)（即手動(dòng)控制與手動(dòng)切除）可以保障意外時(shí)保護現場(chǎng)設備。
    對傳感器、變送器、電源、干擾、阻抗匹配與接地等，縱橫公司與合作伙伴共同提供解決方案(包括選型、安裝、結構化布線(xiàn)、標定、投入、保養等)。
技術(shù)指標
模擬輸入
采集通道數：448
采集速度：>10次/秒/通道
采集精度：0.1％~0.05％
數字量輸入
輸入通道數：64
信號類(lèi)型：有源或者無(wú)源
響應速度：0.1s
數字量輸出
輸出通道數：64
信號類(lèi)型：開(kāi)關(guān)量(5A/10A)
響應速度：0.1s
模擬輸出
模擬輸出通道數：32
信號類(lèi)型：4~20 mADC或1~5 V
響應速度：0.1s
閉環(huán)控制
控制回路：32 Loops
響應速度：0.1s/Loop
控制算法：PID或Custom ALG
控制參數：全外置
控制保護：過(guò)流保護
控制跟蹤：連續