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基于MCGS锅炉液位和温度控制系统的设计胡玲艳1,唐锴2,解金耀2(1.大连大学智能信息处理重点实验室,大连116622;2.大连万通工业装备有限公司,大连116023)摘要:分析锅炉液位和温度系统的控制特点,采用VB设计锅炉液位和温度控制器,利用工控组态软件MCGS的OLE扩展功能,将液位和温度控制器嵌入到MCGS组态软件中,实现液位和温度的自动控制.关键词:工控组态软件;对象的全连接与嵌入;锅炉系统;PID中图分类号;TP31文献标志码:BDesignofBoilerWaterLevelandTemperatureControlSystemBasedonMCGSHULing—yanl,TANGKai2,XIEJin.ya02Lab,DalianUniversity,Dalian116622,China;2.Dalian(1.IntelligenceInformationProcessingWantongIndustrialEquipmentCO.,LTD.,Dalian116023,China)characteristicsoftheboilerwaterAbstract:AnalyzecontrollerswithintoMCGStothecontrollevelandtemperaturesystem,toanddesigntheirVB.UserealizetheextensiveOLEfunctionoftheindustrycontrolso[twareMCGSembedthecontrollerstheautomaticcontr01.Keywords:MCGS;objectlinkingandembedded(OLE);boilersystem;PID我国现拥有的锅炉设备四十多万台,这些锅炉是工业,农业及民用上不可缺少的动力设备,也是用于各行业及民用采暖中的重要设备.锅炉现代化的管理不但需要安全,自动化的控制方案,还需考统的自动化程度和控制精度.1系统分析液位的控制是通过控制进水或出水阀门的开虑高效,节能,无污染,无噪音等方面的因素.所以,锅炉仍是一个需要探索,研究和学习的领域.早期的锅炉自动化程度不够高,监控系统不够度,改变水流量来实现的,而水温的控制是通过调节加热的功率来实现的.在控制器设计中,采用技术相对成熟的经典PID控制,同时加死区,步长控完善,导致系统故障率高,维修困难.本系统利用工控组态软件MCGS设计锅炉的液位和温度控制系统,通过OLE技术将控制器嵌入到系统中,可实时制和输出限幅控制.在MCGS中设定水位温度上下限,死区,比例带等参数,实际运行是通过OLE技术连接到VB中运算,运算结果再返回到监控系统中,实时显示与控制.调整系统参数,实现上位机管理监控,从而提高系收稿日期:2005一09一19基金项目:辽宁省智能信息处理重点实验室开放课题资助.作者简介:胡玲艳(1978-),女,硕士,讲师,主要从事智能控制/先进过程控制系统设计研究工作.自动化与仪表z006但)万方数据囫过程值计算出回路中的各种偏差,偏差累计及偏差2PID控制器的设计根据锅炉实际工艺特点和所要达到的控制效的变化率In,en,mn,采用位置算法(数据采集子程序略).2.4果,下面分析控制器设计的具体流程.控制器的设计由主程序和几个子程序构成.2.1PID输出子程序得到PID的比例,积分,微分系数以及偏差的主程序一阶和二阶变化之后,即可得到控制输出.系统设计中,如果偏差很小,那么对液位进行控制的意义不大,所以可以设定一个调节死区DB,当偏差小亍调节死区时,则不进行PID调节,当偏差大于调书死区时,再进行PID调节.在进行PID调节时,考虑到控制的精度,将积分系数分为两部分,当偏差委化率为正时,采用积分系数kij,当偏差变化率为宜以锅炉的液位控制为例来说明主程序的实现(温度控制类似),先采集关于锅炉的实际过程参数值并设定算法中的各个参数.然后判断给定水位和测量水位之差(即偏差)与偏差限度之间的大小关系,如果偏差大于偏差限度,那么采用快速PID参数调节,如果偏差在偏差限度的允许范围内,采用精确的PID参数的运算调节,然后对这个输出的阀位进行一定的限制与控制,需要限制的是阀的死区,步长,高低限,经过一定的控制之后输出的才是最后的阀位结果.主程序流程图如图1所示.时,采用积分系数ki:.有了PID的系数和偏差,即可利用(Pid)子程序得到具体的PID调节器的输出pidY=kp×ln+ki×en+kd×mn.2.5死区,步长,输出高低限幅的设定在实际系统中,如果频繁的变动阀门的开度读取过程PV值计算偏差?ID.参数计算(细调)f畹参数计算(粗调){P汁算回路偏差子程序En—Ln—Mn—Nn上移0PID输出PID.上死区,步长限位阀门高低限位黟N人或者阀门动作过大,都会对阀门造成一定的伤害降低阀门的使用寿命,所以要限制阀门的频繁变彳』i以及阀门的最大变化步长,以起到保护阀门的干1用.首先设置阀门的最大开度与最小开度,当阀在计算值超过最大限度时应使其保持在最大阀位,而当阀位计算的值小于最小阀位时,则要使阀位保泰在最小阀位.步长限幅的原理类似,当输出的开唐范围大于给定的阀位步长VS时,取VS,其中应电考虑到阀位的正负.死区设定根据工艺要求和现荔经验设定.最后将输出值保存到阀位的初始值,步取得水位的实时变化值.图1PID控制器主程序框图32.2PID参数计算子程序MCGS与OLE技术计算机技术和网络技术的飞速发展,为工业f在读取数据之后,计算PID控制需要的参数值,首先计算给定值与测量值之间的差值,即偏差动化开辟了广阔的发展空间,用户可以方便快捷土|组建优质高效的监控系统,在这方面,MCGS工控窆态软件提供强有力的软件支持.本系统采用全中)工控组态软件MCGS来实现.OLE是指对象的链接与嵌入技术.OLE控件熹可以嵌入的组件对象模型(COM),它是作为一个主程中的服务器的动态链接库来实现的.DL.这里考虑这样一个问题,如果偏差比较大的话,要快速跟踪给定值,称之为粗调,如果偏差比较小的话,那么更应该注重控制的精度,采用细调.这两个子程序分别由kpkikd2和kpkikd,实现.二者的计算方法基本一致,只是所采用的比例带,积分时间和微分时间不同.2.3偏差的计算子程序MCGS把其核心作为一个对象包装起来,}MCGS的大多数功能作为对象的属性和方法暴露￡来,使其它的应用程序通过OLE自动化来操fMCGS,在VB中通过OLE来取得MCGS实时数iPID的参数调节实现的功能是计算出实际PID控制器的各个系数kp,ki,kd的过程,偏差计算程序En—Ln—Mn—Nn是利用数据采集子程序取得的当前万方数据四Automation&Instrumentation2006(21库对象,编程操作MCGS提供的属性和方法.4组态系统的实现锅炉液位和温度控制PID程序是通过VB编制的,通过OLE与MCGS连接,首先读取MCGS中的将实时曲线中的显示曲线的变量和给定值以及测量值连接上.然后在主控窗口中定义其初始设置等.经过检查无误后,组态工作即完成.运行系统,结果输出就是要得到的阀位控制量输出.为了观察到实际的控制效果,将水位的给定值,实时测量值和阀位的变化值同时送到MCGS中实时显示,通过实时曲线可以观察最终控制效果.各个数据和参数到VB中,经过控制运算以后再送回到MCGS中去,如图2所示.5结语通过分析锅炉液位和温度系统的控制特点及要求,采用VB编制PID控制程序,通过OLE与MCGS连接,设计出锅炉水位和温度的控制器,实现了水位和温度计算机自动控制.参考文献:【1】范从振.锅炉原理[M】.北京:水利电力出版社,2000.[2】施仁,等.自动化仪表与过程控制[M】.北京:电子工业出版社,图2运行界面在MCGS中需要做的工作有几部分,首先是定义变量,在实时数据库中定义变量,这些参数变量分别为实现各个功能服务.然后在用户窗口中组态,并将各个输入框与实时数据库中的数据连接,同时2003.[3】陶永华,等.新型PID控制及其应用[M】.北京:机械工业出版社,1999.■(上接第36页)采用EDA工艺,将核心的逻辑控制在PID算法部分采用积分分离的PID算法,既保持了积分作用,还可以减小超调量,有很好的控制性能.单元如VCO,计数器,相序监测器等集成在一片A.SIC芯片中,增强了系统的抗干扰能力和可靠性,输出脉冲具有高均衡对称性和强触发性.0—5V的直流4结语本系统设计采用基于CAN总线的集散控制技术输入控制信号,通过缓冲放大后加入锁相环路,能够使输出脉冲移项范围在0～180.之间可调.另外该系统还具备一些辅助功能,如交流缺相自动禁止,软起停,快起停,相序自动检测控制核对,不需要同步变压器,亦不需要附加连线,能够自动同步等.来替代电源传统的集中控制方式.集中管理,分散控制是它的特点.采用这种控制方式不仅解决了传统控制方式下电源因不可靠而难以实用化的问题,而且解决了烟气脱硫时所需的电场分布的优化问题,而这一点在单电源传统控制方式下是难以实现的.3软件设计系统的软件有两大部分:上位机PC的软件和节点单元的软件,PC机软件在WINDOWS环境下用VC编写的人机友好界面,实时读取各个节点所传送的数据,了解各个节点电源的工作状况,同时还可以远控各个节点的电压,通过分析设置各点的最佳工作状态,以使流光空间分布最优;节点单元的软件有两部分组成,PICl6C74单片机的软件部分主要负责液晶显示和键盘扫描,而需要显示的电压和电流等数据通过串口由80C196单片机传送来,80C196单片机的软件部分主要负责A/D采样,PID算法控制,PWM输出,串行通信和CAN通信部分.自动化与仪表2006(2)