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FIX DMACS作为组态软件完成人机界面(MMl)和数据的操作管理，软件操作平台采用Windows98,它集控制技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含静态编辑、动态显示、报警、历史曲线、报表打印、控制网络通信等多种功能，为客户提供了一个良好的人机交互界面，为实现控制的实时性提供了可能。
　　2. SHCANI/O——I/0驱动程序；
　　SHCANIO是FIX DMACS与CAN网卡连接，进而与网络上SHCAN智能测控组件连接的软件模块。SHCANIO是使用Intel-Iution公司提供的I／0驱动程序专用开发工具(ITK)开发的高性能I／O驱动程序。它与常规DDE动态数据交换实现的驱动程序相比较，具有较高的实时性能和更加完善的功能。
　　3．SHCANCFG——SHCAN下载与调试工具；
　　SHCANCFG是一个基于中文WINDOWS95／98/NT上的下载与调试工具，它通过CAN总线，能对SHCA2000上的每一个智能仪表测控组件进行组态、参数编辑、下载、上传、管理和实时监控。
　　4．SHCAN智能测控组件组态软件
　　SHCAN智能测控组件组态软件是嵌入在SHCAN智能仪表中的组态、数据采集、控制、输入、输出和通讯的模块。

3　锅炉现场总线控制系统控制方案的设计与实现

　　整个供热系统包括2台20t/h锅炉，两台锅炉生产的热水汇总后经由小区各住户的供热装置，经换热后，返回到锅炉循环加热，燃烧方式为火床中的抛煤链条炉，它主要有锅炉主体、出水总网、回水总网等几部分组成，此外，还有引风机、鼓风机、炉排电机，循环泵、除尘器等辅助设备。要满足供暖的需要，首先必须保证锅炉回水温度和出水流量的稳定，其次要保证炉膛压力维持在一定范围，以保证生产的安全性和燃烧的经济性，因此锅炉的被控对象可以确定为锅炉的回水温度，炉膛负压，总网的出水压力(其决定出水流量)，下面根据三个回略各自的特点分别阐述如下：
　　1、锅炉温度回路的控制
　　从控制理论的角度分析热水锅炉，它是一个事变量、非线性、分布参数的和带时死的复杂对象，它有多个被控交置(温度、炉膛负压等)和调节变量(煤量，鼓风量和引风量等)相互之间存在交叉影响，还有媒质，环境温度和水流量等诸多因数，不难分析燃烧对象具有大的纯滞后，特别是回水温度回路，其滞后时间与PID时间常数相比更大，在传统的PID控制回路中，其中有三个重要的参量：SP(被控量的设定值)，FV(被控量的实际值)，0P(PID的操作输出)，一般根据SP和PV的偏差E通过FID运算得到OP输出，进而控制现场的相应设备来调节温度，使其逼近SP值，当设定回水SP后，由于回水温度回路滞后时间比较长，其起作用的较果至少要等2个小时才能得到，(这主要取决于小
区供热面积)，这样大的滞后必然会带来系统大的超调，甚至造成系统的不稳定，这样我们采用控制锅炉的出水温度，但是为了保证锅炉回水温度达到要求，出水温度的SP值要受到回水的控制，在这里我们采纳仿人智能控制的思想，通过软件实现对出水温度SP值的设定，其实现方法如图2所示：
　　回水SP根据供暖要求一般由供暖曲线给出，即根据室外的温度按曲线给出回水温度的SP预定值，然后将其和回水的实际值PV相比较，如果其绝对值大于偏差上限值△max，那么如果其值大于0，则把出水的SP值设为SP的最小值，否则设为最大值，如果不大于偏差上限△max．那么如果其值大于0，则把出水SP设定为当前值减去一个偏移量，否则加上偏移量。通过这样设定出水SP，不仅可以避免系统的超调太大，而且大大缩短了调节时间。
　　此外，由于影响出水温度高低的因素有三个，它们分别为加煤量，鼓风量，和炉排电机速度，而且三者之间存在比例关系，只有分配好过三者关系，锅炉才能安全、经济、有效的运行，所以，出水温度PID控制回路的输出OP值晕终要分配给这二者，即；
　　加煤量 OP₁=K1*OP+Dl
　　鼓风量 OP₂=K2*OP+D2
　　炉排电机OP₃=J3*OP*D3
　　当调节K1、K2、K3、D1、D2、D3六个加权系数便可以保证锅炉的经济有效运行。

 

图2 出水SP设置方框图
　　2．炉膛负压回路
　　为了保证炉膛内粉煤有效的燃烧，炉膛内部压力是一个重要的参数，一般炉膛负压控制在-200Pa～200Pa范围之内，影响炉膛负压的因素主要是鼓风量和引风量．下面分别介绍两者的控制方案：
　　对于鼓风量，我们可以采用常规的PID控制，但是煤量的变化是鼓风控制的一个大的干扰，如果鼓风的调节滞后于煤量的变化，那么势必会造成冒黑烟现象，严重污染环境．采用的解决方法是把煤量作为鼓风控制的前馈量，这样可以实现当煤量变化后及时改变鼓风量进行调节，值得说明的是，当煤量增加时，提前增加鼓风量过是应该的，但是当煤量减少时，却不能立即减少鼓风量，这样同样会因为鼓风不足，造成冒黑烟，出此必须做出一个判断，判断加煤量OP₁值是增加还是减少，如果加煤量OP1值增加那么立即增加鼓风量OP₂值，如果加煤量OP₁值减少那么要等待一段时间，然后在减少鼓风量OP₂值。
　　控制炉膛负压我们主要控制引风量的大小，在这里炉膛负压作为被控对象，当然这是在鼓风量一定的状态，那么当鼓风量发生变化的时候，对于引风量的控制同样可以参照鼓风控制的方案，在这里是把鼓风量作为引风控制的前馈量，当鼓风0P值增加时立即增加引风OP值，但当鼓风0P减少时，却要等待一段时间，然后再减少引风OP值的大小。
　　3．出水压力控制回路
　　此回路控制小区供热臂网的水流量，主要通过控制循环泵的工作情况来改变流量的大小，采用常规的PID控制很容易实现，在此不做赘述。

4　结束语

　　从大连金源小区2001年冬季供暖情况来看，采用本文提出的现场总线控制系统实现了锅炉的安全、经济、有效的运行，为小区节省了20％的原煤，而且大大改善了锅炉操作人员的工作环境，减轻的劳动强度，达到了供暖工程改造的预期目标。

参考文献：
    [1]唐世金.工业锅炉节能的控制技术．兵器工业出版社，1993.