毕业设计(论文)基于CS的锅炉温度监控系统的设计.doc
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1、目录摘要1关键词1Abstract1Keywords11 绪论21.1 实时监控系统背景介绍21.2 DCS实时监控系统的概述21.2.1 DCS实时监控系统的定义21.2.2 实时监控系统的特点31.2.3 DCS监控系统的抗干扰措施31.2.4 DCS监控系统的应用41.3 C/S (Client/Server)结构概述41.4 课题研究的内容和意义52 测锅炉温度实时监控系统的总体设计52.1 测锅炉温度实时监控系统的工作过程52.2 监控系统的硬件结构62.3 实时监控系统的软件结构62.3.1 通信软件-MSComm控件72.3.2 智能仪表AI通信协议73 实时监控系统设计及实现8
2、3.1 计算机监控系统的设计83.1.1 上位机的选型83.1.2 下位机的选型83.1.3 实时监控系统的设计原则83.2 计算机与智能仪表串行通信的实现93.2.1 通信测试的实现93.2.2 串行通信测试主界面93.2.3 数据采集的实现103.2.4 数据发送的实现103.2.5 实时监控主界面104 实时监控系统的不足及应用展望114.1 实时监控系统的不足114.2 实时监控系统的改进114.3 实时监控系统的应用前景12结语12谢辞13参考文献13基于C/S的锅炉温度监控系统的设计电气信息与自动化学院自动化专业 张妮妮指导老师 周士贵摘要:分布式控制系统有高可靠性且操作和管理集中
3、的特点,适合现代化的生产和管理的要求。结合传统DCS(Distributed Control System)的结构特点,设计了一种基于C/S(Client/Server)结构的锅炉温度实时监控系统。在浙江天煌科技实业有限公司的THSA-II型过程控制综合自动化控制系统实验平台上,用VC+6.0开发上位机监控软件,利用MSComm控件(Microsoft Communication Control)实现了上位机与AI智能仪表的串行口RS485通信,实现了实时采集智能仪表的测量值、设定值等数据,并能向智能仪表发送命令,监控其运行。该系统如加以完善和扩展,可广泛用于现代企业的控制和管理中。关键词:
4、DCS;智能仪表;串行通信;C/S结构;VC+ The Design of A Boiler Temperature SupervisorySystem Based on C/SStudent majoring in Automation Zhang NiniTutor Zhou ShiguiAbstract :The Distributed Control System which has characters:of high dependable and management centralized, meets the request of the management in the m
5、odern production. Combined with the construction feature of DCS (Distributed Control System), designed a real-time controlling system which control boiler temperature by computer based on C/S (Client/Server) structure, which is tested in Zhejing Tianhuang Science and Technology industry limited comp
6、anys THSA-II synthesis automation control platform. The software is developed with VC+6.0. MSComm (Microsoft Communication Control) is used to realize the communication based on RS485 protocol between the computer and AI intelligent measuring appliance through the serial port, including gathering th
7、e value of SV and PV from AI real-timely, monitoring their running status by sending order. This system can be widely applied to modern enterprises control and the management system if it is expanded.Keywords:DCS; AI Appliance; Serial Communication; C/S Structure; VC+ 1 绪论1.1 实时监控系统背景介绍在计算机技术、电子技术和通
8、讯技术迅猛发展的过程中,监控系统的技术水平从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。最早的监控系统,采用大型仪表集中对各个重要的设备状态进行监视,并通过操控台来进行集中式的操作,这种方式随着监测对象的增加而使物理连接复杂,特别是随着监测对象的多样化和功能的复杂化,使传统的集中监控很难满足监控系统的要求。九十年代后PC机的迅速发展以及各种局域网和广域网的广泛建立,使监控系统也从传统的中央集中监视、集中控制扩展到网络化的集中监视、集中管理和分散式控制。在这种趋势下,以TCP/IP和以太网为代表,成熟度较高的开放式网络技术,正逐渐被应用在各个自动化系统,连接并控制所有设备。
9、将Intranet技术引入监控领域,通过连接不同的网络,形成一致的网络结构可以十分自然地将网络规范应用于监测与控制设备领域,将Intranet 与Internet相连,实现信息地完整共享。现代网络监控就是建立在现代的计算机技术、通讯技术、控制技术以及图形技术上的一个新的应用。它采用多元的信息传输、监控、管理和一体化集成,实现了信息、资源和任务的共享,保证监控的实时、快速和有效,并能跟其他计算机网络系统互连,向人们提供了一个更有效、更全面、安全、快捷的服务模式,改变了传统的监控模式。网络远程监控技术实现了数据共享,具有信息传递快捷和交互性强等特点,它推动了监控技术向网络化、分部性和开放性的方向发
10、展,这种发展趋势使监控系统的功能的扩展更灵活,性能不断提高,使用更加简便。实现远程监控可以节省人力资源,降低监控系统的运营成本,具有很大的实用价值和现实意义。在应用领域,基于Internet的远程监控技术可以在核电站监控、石油的输送管道远程监控、电网运行监控、机器人的远程控制、深海探测、井下作业、空间探测、远距离保安及家居监视等领域得到广泛的应用。特别是随着大规模可编程器件的飞速发展,各种网络接口芯片与智能传感器的诞生极大地丰富了监控的方式、手段和简化了硬件的复杂程度,加速了网络监控系统智能化发展的步伐。目前国内的软件发展已经从小型的系统开发转到较为大型的监控管理软件开发。监控软件大致可分为设
11、备监控和非设备监控。设备监控重点是设备的故障情况和设备的一些性能指标。非设备监控一般是指那些诸如交通道路“网络安全”等要求随时能监控客户机的工作状态并实时查看客机显示器上的内容。一般的监控系统主要存在以下几个问题:(1)缺乏一个统一集中的系统监控中心。各种监视(控)分散在不同的应用系统中,系统管理员不能及时地对整个系统的运行状况作一个全面的了解和掌握。(2)监控对象和监视内容不全面。如无法实时监视主机系统的CPU使用率、内存使用率、磁盘空间剩余值,无法监视主机系统上的业务系统是否运行正常,当系统发生故障时,管理人员难以及时判断是因为网络连接故障还是因为应用系统的原因。(3)缺乏完善的系统报警和
12、通知机制。(4)缺乏统一集中日志管理功能。系统日志通常分散在不同的主机系统上,其中既有操作系统日志也有应用系统日志,系统管理员需要分别在每个主机系统上去查看,非常不利于系统管理人员及时地对整个系统的运行状态进行监视和分析。(5)缺乏对系统运行状态数据的汇总和分析。1.2 DCS实时监控系统的概述1.2.1 DCS实时监控系统的定义DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControl System),在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网
13、络连接并可以进行数据交换。 操作采用计算机操作站, 通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。因此,DCS的主要特点归结为一句话就是:分散控制集中管理。DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制,并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理,如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展,DCS可以按照需要与更高性能的计算机
14、设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能,如计划调度、仓储管理、能源管理等。1.2.2 实时监控系统的特点(1)高可靠性 由于DCS 将系统控制功能分散在各台计算机上实现,系统结构采用容错设计,因此某一台计算机出现的故障时不会导致系统其它功能的丧失。此外,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高 。(2)开放性DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机采用局域网方式通信,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不影响
15、系统其他计算机的工作。(3)灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。(4)易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机,具有维护简单、方便的特点,当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换,迅速地排除其故障。(5)协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。(6)控制功能齐全控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现
16、串级控制、前馈控制、解耦控制、自适应控制和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。1.2.3 DCS监控系统的抗干扰措施系统生产过程中,各种设备复杂、各种等级的电缆较多,常常会出现干扰现象,产生干扰的原因主要有电磁感应、静电感应、雷击、接地电位的不同、感应负载以及输入输出信号线路传输等,由此会给电源、信号线、接地线、I/O 设备以及计算机等加上干扰,如果DCS系统抗干扰问题解决不好,系统就无法可靠稳定地运行。(1)电源系统的干扰及应采取的措施在供电回路中采用隔离变压器使DCS系统接地与动力强电系统地独立开来,由于强电接地点与DCS系统接地点所处的电位不一定相等,易产生共模电源干扰
17、,所以从抗共模干扰角度来看DCS接地系统应为独立接地系统。采用电源低通滤波器系统能有效地消除电网上存在地高次谐波,采用UPS电源可作为DCS系统的备用电源,以免算机系统数据丢失和控制系统失灵引起事故发生,而且还可以防止生产现场的纹波和尖峰干扰,以及断电影响,计算机频繁断电会导致硬盘上出现大量的坏簇,从而造成文件的破坏,引起系统的不稳定,频繁断电还会导致计算机硬件的损坏。DCS供电系统一般接在负荷变化较小的电网上,以避免供电负荷的波动。采用上述措施后,完全可以抵抗来自电源系统的各种干扰,保证控制系统稳定可靠的运行。(2)电磁干扰及应采取的措施电磁感应产生地磁场干扰,会造成变速器不能正常地工作,也
18、会造成显示器画面摆动、色斑颜色纯度变化,有时甚至破坏计算机的磁盘内存存储的内容,造成DCS系统瘫痪不能运行。解决电磁干扰的措施是:DCS 系统设备要远离产生磁场的设备,与磁场相隔离。一般DCS系统的输入输出转换组件,通讯组件,控制站微处理器组件等要安装在带通风装置的铁皮柜内,铁皮柜的屏蔽作用增强了控制系统抗干扰的能力。(3)信号线的传送干扰及应采取的措施DCS控制系统控制对象是工业生产中的温度,压力,流量等参数,这些参数的检测都是通过热电阻,热电偶,变送器等转换后进入DCS系统的,为了防止在线路传输过程中产生干扰,一般用屏蔽电缆,敷设时尽量不与动力电缆靠近或平行敷设,并应远离大功率变压器等感性
19、负载。(4)防止静电干扰的措施DCS系统接地是消除静电,电子噪声等干扰最简单,有效的办法。对于不同的设备应采用不同的接地方式:微机接地的电线必须单独接地,接地电阻小于4欧姆,微机接地点应离开电气线5米以上,接地点一般采用角钢埋在深到2到3 米的地下,角钢周围加降阻剂。微机柜,主机箱,通道箱,报警盒,低通滤波器的外壳都应与机柜及计算机可靠地连接,连接电阻不应大于0.1欧姆,信号转接板上的地线必须用1.5mm ,以上的导线并联统一接到计算机地上。各种变送器、执行器、热电偶、热电阻等仪表和检测单元的信号均采用屏蔽线。屏蔽线的屏蔽金属网在仪表或检测元件一端不可与他们的外壳等相连而接地,只允许在微机柜内
20、用一根裸露的铜线将所有的屏蔽层金属网统一焊好接计算机地,热电偶,热电阻输出信号端不可接地,传感器部分也不得接地,即只允许微机控制柜一端的屏蔽线的金属网接计算机地,不可两端接地。电缆桥架与电气地线相接,但不可与计算机相接,更不允许既与电气地相接,又与计算机地相接。如果连接打印机,键盘的34线扁平带缆超过1.2m,则必须加屏蔽措施。1.2.4 DCS监控系统的应用计算机监控技术已经广泛应用于工业 、农业、交通、环保、楼宇、军事、医疗等领域。工业计算机控制系统的发展,经历了直接数字控制系统,集中式数字控制系统和集散控制系统和现场总线系统的发展过程。集散控制系统是在认识到集中式控制系统在实际应用中的不
21、足的基础上发展起来的。集中式计算机控制系统由于其可靠性方面的重大缺陷而没有在过程控制中得到成功的运用。人们认识到,为了提高系统的可靠性,不能采取多个控制系统高度集中的设计思想,而应该使各个控制系统相当分散。另一方面,由于生产流程是一个整体,各个控制系统之间还应当存在必要的相互联系,即所有控制系统的运行应当服从工业生产管理的总统目标。这种管理集中性和控制分散性是生产过程高效,安全运行的需要,它直接推动了集散控制系统的产生和发展.1.3 C/S (Client/Server)结构概述:C/S (Client/Server) 结构,即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构,通过它可以充分
22、利用两端硬件环境的优势,将任务合理分配到Client 端和Server 端来实现,降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是Client/Server形式的两层结构,由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展,Client/Server和Web 应用都可以进行同样的业务处理,应用不同的模块共享逻辑组件;因此内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统,通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。 传统的C/S体系结构虽采用的是开放模式,但这只是系统开发一级的开放性,在特定的应用中无论是Client 端还是Server 端都还需要特定的软件支
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