熱工裝置自動控制系統(tǒng)解決方案

    熱工裝置系統(tǒng)是由多個互相關(guān)聯(lián)的高溫、高壓、大功率的回路裝置組成的系統(tǒng)。各型熱工系統(tǒng)都存在測點多(達(dá)800多點)，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，長期處于高溫、高壓和強(qiáng)電磁場下(電流達(dá)到幾萬安培），同時還要求采集速度快、精度高。

系統(tǒng)特點
    在熱工系統(tǒng)中，非法操作或者不正確的操作都可能會導(dǎo)致不可預(yù)見的事故發(fā)生，因此，集中控制與分散控制必須相結(jié)合。熱工裝置自動控制系統(tǒng)(以下簡稱熱工自控系統(tǒng))完成集中控制部分的任務(wù)，分散控制由各個現(xiàn)場設(shè)備控制組成，完成電源配送、信號驅(qū)動/變送等任務(wù)。
    熱工自控系統(tǒng)是整個熱工裝置系統(tǒng)的控制中樞，相當(dāng)于“心臟”地位。所以，熱工自控系統(tǒng)必須滿足安全性強(qiáng)、精度高、速度快、功能靈活、穩(wěn)定性高、可靠性好和抗干擾能力強(qiáng)的要求。
    目前的熱工裝置系統(tǒng)中，它們所采用的自控系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點，但在以下幾下方面也存在問題：

開放性
    采用源于PC總線或者某個廠商的專用標(biāo)準(zhǔn)，特別是在測控總線、軟件接口、電氣與機(jī)械等方面缺乏開放標(biāo)準(zhǔn)，這將導(dǎo)致第三方產(chǎn)品兼容性、備件替換、軟件繼承、長期使用等問題。

 
數(shù)據(jù)采集
    數(shù)據(jù)采集速度慢、數(shù)據(jù)吞吐量低、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不方便。

 
控制
    控制算法單調(diào)。

計算機(jī)
    計算機(jī)通常是整個系統(tǒng)可靠性最弱的一環(huán)，即使采用雙機(jī)熱備份。

網(wǎng)絡(luò)
    數(shù)據(jù)采集、顯示與設(shè)備控制等不能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。

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

開放性高
    測控總線采用VXI總線，VXI驅(qū)動軟件采用VXI Plug&Play。VXI總線測控技術(shù)經(jīng)過二十多年發(fā)展，已經(jīng)成為非常成熟的技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。采用VXI總線的系統(tǒng)具有組建靈活、數(shù)據(jù)采集與傳輸快、采集精度以及可靠性高等優(yōu)點。實踐證明，在熱工領(lǐng)域，VXI總線技術(shù)具有其它總線技術(shù)無可比擬的優(yōu)越性能。

 
標(biāo)準(zhǔn)接口
    應(yīng)用軟件通過DCOM + OPC接口(COMMATIC)存取數(shù)據(jù)，透明地訪問數(shù)據(jù)采集設(shè)備、輸入輸出設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等。

高可靠性
    不僅支持雙機(jī)熱備份，而且還支持通信鏈路的熱備份。所有測控設(shè)備本身具有自保功能，即使在整個自控系統(tǒng)都故障時。支持24小時無人值守工作方式。
規(guī)模可平滑增加與減小
    通過增加或者減少模塊，可以平滑增加與減小系統(tǒng)規(guī)模，而無需改動軟件。

 

解決方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    該系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和數(shù)采系統(tǒng)組成，如下圖，每個系統(tǒng)由一臺主機(jī)(Server)構(gòu)成。兩臺主機(jī)通過VXI總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行通訊。每一主機(jī)同時帶有二或三臺顯示器，這樣就能利用現(xiàn)有硬件資源盡可能多的監(jiān)控?zé)峁ぱb置運(yùn)行過程和采集數(shù)據(jù)顯示。主機(jī)通過高速電纜與VXI系統(tǒng)相連。在該系統(tǒng)中，控制與數(shù)采系統(tǒng)是分布式控制系統(tǒng)的服務(wù)器部分，其它計算機(jī)可以客戶機(jī)或者功能機(jī)的角色存取服務(wù)器數(shù)據(jù)。這種分布式控制系統(tǒng)方案把系統(tǒng)功能分成若干子功能實現(xiàn)，各個節(jié)點能比較均等地分擔(dān)控制功能，獨(dú)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(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的全局管理。因此，這種解決方案具有資源共享、速度快、可擴(kuò)充性好、可靠性高等優(yōu)點。




VXI模塊
    VXI模塊采用縱橫公司的JV53413（64通道 100kS/s數(shù)據(jù)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(diào)理模塊。
系統(tǒng)軟件
軟件構(gòu)架
    軟件是整個自控系統(tǒng)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(jī)上最實用、最可靠、最安全的32位操作系統(tǒng)。
● BlackLand.IOServer
BlackLand.IOServer是上層應(yīng)用軟件透明訪問VXI模塊與網(wǎng)絡(luò)的接口，它遵循DCOM + OPC標(biāo)準(zhǔn)。
● BlackLand.DM
BlackLand.DM執(zhí)行VXI模塊的啟動、停止、設(shè)置、診斷等任務(wù)。
● Citect Application軟件
用Citect組態(tài)生成的應(yīng)用軟件具有豐富的監(jiān)控功能，開發(fā)快速，使用簡單，維護(hù)容易。

軟件功能與特點
    用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫采集，圖形顯示，設(shè)備操作、報警、趨勢顯示、數(shù)據(jù)記錄，報表管理及打印功能，具有良好的人機(jī)界面和防止誤操作特性。 

關(guān)鍵技術(shù)問題解決
數(shù)據(jù)吞吐量
    采用流數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以把所有通道（800通道）在工作過程中產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)、工程量數(shù)據(jù)按0.1s的采樣間隔保存到數(shù)據(jù)庫中，同時實現(xiàn)報警、顯示、控制等處理。
控制
    PID控制沒有采用專用PID模塊，而是充分利用VXI模塊與VXI總線的特點，用軟件方式完成（即SoftControl），如下圖所示：


    基于SoftControl的控制結(jié)構(gòu)不僅能實現(xiàn)PID控制，而且還可以實現(xiàn)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(jī)系統(tǒng)“死機(jī)”的情況下，它也能保持正在進(jìn)行的狀態(tài)，避免整個測控系統(tǒng)的崩潰。
可靠性保證
    在正常工作中，控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)運(yùn)行，數(shù)采系統(tǒng)在控制系統(tǒng)正常情況下是不能作控制用的。控制系統(tǒng)與數(shù)采系統(tǒng)僅在任何一方出現(xiàn)故障時才肩負(fù)控制或者數(shù)采的任務(wù)，同時報警。用戶還可以選擇VXI機(jī)箱帶雙零槽，一旦與第一零槽相連的控制系統(tǒng)發(fā)生故障，與第二零槽相連的數(shù)采系統(tǒng)可以接過控制任務(wù)繼續(xù)運(yùn)行。這兩種方式都可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)與數(shù)采系統(tǒng)的雙冗余備份，提高系統(tǒng)可靠性。此外，采用兩級手動鍵盤（即手動控制與手動切除）可以保障意外時保護(hù)現(xiàn)場設(shè)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(jié)構(gòu)化布線、標(biāo)定、投入、保養(yǎng)等)。
技術(shù)指標(biāo)
模擬輸入
采集通道數(shù)：448
采集速度：>10次/秒/通道
采集精度：0.1％~0.05％
數(shù)字量輸入
輸入通道數(shù)：64
信號類型：有源或者無源
響應(yīng)速度：0.1s
數(shù)字量輸出
輸出通道數(shù)：64
信號類型：開關(guān)量(5A/10A)
響應(yīng)速度：0.1s
模擬輸出
模擬輸出通道數(shù)：32
信號類型：4~20 mADC或1~5 V
響應(yīng)速度：0.1s
閉環(huán)控制
控制回路：32 Loops
響應(yīng)速度：0.1s/Loop
控制算法：PID或Custom ALG
控制參數(shù)：全外置
控制保護(hù)：過流保護(hù)
控制跟蹤：連續(xù)