DCS监控（通用7篇）
DCS监控 篇1
1 孟加拉国燃油电厂DCS概述
伴随随着工业自动化和网络技术的日新月异的发展, DCS系统被越来越多地运用到工厂自动化的监控系统中[4,5]。孟加拉国50MW±15%燃油电厂项目工程选用浙江中控SUPCON集散控制系统ECS-700, 6台柴油机本体的控制采用西门子S7-400控制系统。电气系统、油系统、水系统等辅助设备的信号的采集与监控由DCS系统实现。其通过与西门子PLC的Profibus-DP通信, 采集柴油机运行参数以供监视;通过Modbus通信, 采集现场电力系统仪表信号, 实现远程监控电力数据。
2 DCS系统硬件配置
该电厂DCS硬件系统分为控制系统硬件与操作站硬件。控制站系统硬件统一安装在控制柜内, 电子设备系统有1个系统柜, 3个外配柜;油系统有1个系统柜, 2个外配柜;水系统有1个系统柜, 1个外配柜。操作站硬件主要包括操作台与操作站电脑, 总共4台操作台电脑, 其中1台作为组态服务器与工程师站, 其余3台作为操作员站。整个系统配置如图1所示。
2.1 控制器配置
DCS系统配置3对控制器, 每对控制器互为冗余, 采用工艺系统结合控制功能的分配原则, 电子设备系统为就地控制站, 油系统与水系统分别作为远程站, 采用4芯光纤熔接光纤的方式, 使用光纤跳线连接交换机上的相应光纤跳线端口, 完成就地控制站与远程控制站的通信, 保证DCS操作站电脑能够采集不同控制站现场信号, 并实现监控。
2.2 IO卡件与通道分配
DCS系统IO卡件安装在系统柜内的机架上, 包括57个AI卡件, 2个AO卡件, 32个DI卡件, 11个DO卡件, 总点数为1736。卡件和通道分配以“兼顾类型以及分支故障影响相对最小”的原则, 防止保护装置的误动以及自动装置的失灵:不同类型的卡件尽量分在不同基座, 尤其是输入和输出, 防止接线错误;同类型的AI通道尽量分在同一卡件行;备用通道尽量均匀排布在每一块卡件上, 以便日后维护增加和更换信号通道。
2.3 SOE软硬件配置
SOE系统包括SOE服务器, SOE客户端, 主控器和SOE模块。ECS-700主控制器、SOE模块和SOE软件配合, 可以采集和记录时间精度为0.5ms的开关事件。该电站配置了7块SOE模块, 总共112点, 主要包含在电子设备系统控制站, 涉及电气控制系统信息, 如柴油机急停信号, 主变保护柜报警等。而柴油机本体的运行报警信号则由S7-400控制系统处理。
2.4 可靠性设计
DCS监控系统中需要防止因DCS硬件和信号故障 (包括断线) 引起保护误动和拒动, 这是可靠性设计的重点[8]。DO通道采用继电器常开触点, 可防止因控制器失电、IO卡件或通道故障等引起的保护误动。模拟量卡件和控制器通信失败或者现场变送器出现故障时, 采取的设置为“保持”, 防止误动作。在电厂控制系统接地方面, 有很多方案可以参考[9,10], 该系统采用“分类汇总, 单点接地”的方式, 即保护接地和系统接地独立分开, 最终汇入统一接地点, 保证整个系统只有一个电势零点位, 防止因为电势差而产生回路电流干扰系统稳定性。
3 DCS系统软件组态设计
3.1 控制器扫描时间设置
控制器基本扫描时间为100ms, LBUS扫描周期默认为50ms, 可修改。程序页的扫描周期默认为2ms, 可修改。程序页的扫描支持相位以及优先级的设置, 可合理划分相位和优先级, 减轻CPU负荷, 保证系统响应的迅速和稳定。
3.2 数字量输出驱动设计
数字量输出驱动是针对具体设备的监视与控制, 主要有启动停止操作、状态指示、故障报警和设备的联锁保护等功能。孟加拉电厂数字量输出驱动主要包括双电控和单电控电动机, 双电控气动阀和单电控气动阀等几种类型, 具体设计:
(1) 双电控的阀门指令输出端采用长信号的形式, 利用状态反馈来停止指令输出, 如120s内没有状态反馈, 就停止输出并发出相应的开启或者关闭故障信号;启停指令互相闭锁, 防止同时发启停指令。
(2) 双电控的电机指令输出采用短信号的形式, 5s脉冲信号过后, 如没有状态反馈即发出相应故障信号;启停指令互相闭锁, 防止同时发启停指令。
(3) 单电控设备采用长信号, 如20s内有状态反馈则保持输出, 否则停止输出。
(4) 把远程信号和不存在故障信号作为面板操作的条件, 否则禁止在相应的操作面板上进行远程操作。
3.3 第三方通信设计
3.3.1 Profibus-DP通信
6台德国柴油机采用西门子S7-400系统控制作为DP从站, 需要与DCS系统主站通信, 采用的DCS通信模块为COM722S。其通信连接结构如图2所示, CPU416为西门子S7-400控制系统CPU, MPI/DP为西门子DP通信模块, OLM为将电缆转为光纤通信的设备, 整个通信网络为环形结构, 具备冗余通信能力。
软件组态中, 每个单独西门子CPU组态程序中配置了7个槽位, 每个槽位32个字节, 即16个2字节数据, 总共112个模拟量信号。DCS系统中需要借助西门子SYCON软件, 通过槽位一一对应地配置, 可在DCS组态软件中扫描增加的信号通道, 完成组态配置。
3.3.2 Modbus通信
该电厂有10台电力系统仪表需要作为从站与DCS系统主站通信, 以便在操作站电脑上采集现场仪表的监测数据, 包括发电功率、电压和电流, 因此采用Modbus通信。该系统采用RTU模式通信, 使用RS-485的电气接口。DCS系统配备的通信模块有4个串口, 总共可带64个设备, 单个串口可通信32个设备。在组态软件中设置好通信率、数据位、停止位等通信要素信息, 选取通信功能码为3, 读取每个仪表10个保持寄存器, 可读取总共100个通信数据。
3.4 监控画面设计
孟加拉国电厂DCS监控画面分为流程图和弹出窗口图两部分。主图是电厂生产过程的主要流程界面, 包括设备状态和运行参数;窗口图是设备的操作画面, 并提供设备信息。在编程和画面组态前, 可先明确画面设计细节, 避免画面和逻辑组态编程的重复工作。DCS画面组态有下列特点:
(1) 1张总目录图, 包括电气系统、油系统、水系统3个分区, 直接链接到画面主图。
(2) 主图分为上、中、下3个部分, 顶部区域显示设备或者机组重要参数;中间区域为各个系统流程显示区;底部为相关画面链接区, 分为全局链接和局部链接, 全局链接便于快速返回监控主画面, 局部链接主要是与画面相关的其他工艺系统。
(3) 所有的操作对象均设计弹出窗口图, 采用分步操作的原则, 以防误操作的发生。设备的启动与停止都有相关允许先决条件的提示, 点击可窗口形式显示。对于断路器的操作窗口, 通过设置链接点, 可找到相关操作逻辑图, 便于查找故障原因。
(4) 补充列表报警内容, 画面报警主要包括电气故障、开关量测点报警以及设备故障类型。
(5) 系统流程图画面显示可设置的调节参数以及联锁保护参数。
(6) 画面参数显示结合报警功能。模拟量参数在正常范围内显示黄色平光, 报警时显示红色并闪烁, 打开相应仪表弹出面板, 可查询报警原因, 包括超量程提醒、接线断线等。
(7) 动态显示设备的运行状态, 包括阀门打开关闭的动作、阀门运行和停止的动态。绿色显示设备运行, 红色显示设备停止, 闪烁表示设备正在执行动作。黄色闪烁表示设备处于故障, 点击设备弹出画面, 可查询相关故障原因并且可人工确认。
3.5 列表报警设计
报警点数量庞大, DCS系统软件默认分为系统报警以及过程报警。系统报警包括系统硬件报警以及网络报警等。过程报警包括设备自身运行报警以及联锁报警等, 采取分区优先报警的方式, 报警分为2级, 1级为红色且伴随声音提示, 2级为黄色, 无声音提醒。可将重要设备的跳闸以及联锁报警点作为1级报警, 以引起操作人员的特别注意。
对于模拟量报警设置, 系统已默认3个低限与高限。一般可把跳闸值或者联锁报警点定义为高3值。为节省工作量, 选择在项目推进的不同阶段进行不同点类型的列表报警设置工作。在调试前, 可根据IO清单设置模拟量和开关量的报警;整组启动前, 逻辑组态已经基本定型, 根据逻辑图逐页设置中间点的列表报警, 增加和修改中间点的描述, 增加设计变更部分的列表报警。
3.6 软光子牌报警设计
DCS组态监控系统以列表报警为主、软光子牌报警为辅的原则进行设计。列表报警几乎覆盖了整个系统全面的报警信息, 软光子牌主要提取电气系统中重要的报警, 用声光的形式表现。电气系统的软光子牌报警分为3类:电气主设备故障报警;电气辅助设备故障报警;电气事故跳闸报警。
3.7 数据库位号组态设计
系统数据库的位号可通过EXCEL文档导入设计院提供的IO清单, 需要特殊处理的主要有以下几项:
(1) 通信点。DCS系统除了原有的硬件通道外, 还有通过DP和Modbus通信来的信号通道, 可通过扫描新增位号得到, 因此需要重新自定义位号, 且总点数不能超过每对控制器所规定的点数。
(2) 单位。计量单位标准化包括流程图画面单位和点定义中的单位两个部分。点定义的单位是基础工作, 画面中单位需要在IO清单的设计阶段根据点单位和实际意义进行适当的更改。
(3) 小数位。不同信号参数要求的小数位由于量程范围而不同。小数点位数太多引起的频繁刷新会影响操作员监控生产的过度的注意力, 因此应根据参数的单位选择小数位。压力单位为MPa的保留2位小数位, 而单位为摄氏度的只保留1位小数位。
4 DCS组态的调试和收尾工作
4.1 废点清理
调试过程中出现现场设备的IO点和初始设计不符, 根据厂家, 设计院和调试单位的共同确认, 认其为废点。删除有关废点的硬件接线, 同时删除软件组态里面的控制逻辑以及画面显示, 并从数据库中删除位号, 把相应的通道改为备用通道。对搜索组态过程中建立的中间点, 逐个检查确认后删除。
4.2 释放强制信号
在调试过程中, 对于设备安装不到位或者保护设计不合理, 往往采取在DCS组态里强制相关信号的措施, 以实现调试的继续进行。但是如果安装完成, 信号恢复, 信号强制会误导监控人员的判断和逻辑程序控制。因此机组正常运行时, 应尽量释放强制信号, 根据设备不同情况修改相关逻辑。
4.3 联锁和报警定值整理
在调试结束之后, 机组通过168测试, 利用调停时间, 热控仪表、机务以及运行操作人员需要全面检查确认列表报警、联锁报警的定值。
5 结语
在DCS项目的前期准备工作中, 设计院、DCS厂家以及电厂等参建方一起, 明确了DCS设计的整体结构框架, 对系统的细节处理形成了比较统一的意见, 确保了项目的顺利推进, 也实现了电厂的正常投运。但在以下几个方面还需要进一步完善:
(1) 由于柴油机本体系统由西门子程序控制, 一些设备的运行参数并没有通过通信传送到DCS系统中, 给操作人员带来了一定不便, 但是DCS方无法主动修改, 可向德国柴油机厂商提出修改增加通信数据后再由DCS修改组态。
(2) 设计院提供的英文描述不太符合该厂的习惯用法, 即使现场调试过程中已经修改了部分, 但是由于在组态过程中已经扩散, 全面修改变得相当困难, 描述得仍然不够严谨。
摘要：介绍孟加拉国50MW±15%燃油电站的DCS组态监控设计, 包括硬件配置及软件组态等。
关键词：DCS控制系统,硬件配置,软件组态设计,监控
参考文献
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DCS监控 篇2
在火力发电厂中,热工及电气系统的自动化水平,在很大程度上反映整个电厂节能经济调度运行管理水平。随着机组规模容量的进一步扩大、智能自动化水平的进一步提高,大中型电厂已将电能生产运营过程中越来越多服务控制对象纳入到统一的电厂集散控制系统(DCS)中。电气和热工间系统功能特性和自动化水平不协调问题一直是制约电厂继电保护系统发展的重要瓶颈。从20世纪90年代中后期开始,电厂电气监控系统(ECS)中的发变组、厂用电等系统陆续在DCS中展开集中监控,但由于当时建设技术水平的影响,电厂电气系统中的数字化继电保护和自动控制装置,依然采用I/O模件硬接线方式接入DCS系统,没有真正实现电气测量、保护、监控等数据信息通信共享和互操作功能。为实现电厂监控保护智能自动化功能,取消常规硬接线方式,采用通信方式将电气监控系统纳入到DCS监控中,实现火电厂机、炉、电的集控运行,是当前火力发电厂继电保护研究的焦点问题之一。将火电厂ECS系统的数据信息资源通过网络通信方式,实时准确接入到DCS监控中,成为电厂自动化监控系统发展的一种方向,在新建和改造大中容量机组继电保护工程中得到广泛的推广应用[1]。
2 火电厂ECS电气监控系统应用现状
DCS是火力发电厂监测、调控、保护的核心自动化系统,除了常规控制锅炉、汽轮机,以及公用辅助设备装置的协调控制系统(CCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安保系统(FSSS)外,随着科学技术的进一步发展和电厂监控保护技术要求的进一步提高,汽轮机调速控制系统(DEH)、电气监控系统(ECS)等,也被纳入到DCS监控之列。目前,ECS系统中仅有部分重要信号通过硬接线方式接入到DCS集散控制系统中,进行集中动态监控,如:送风机、磨煤机等重要辅机的起停信号,厂用电分支线路开关动作信号等;绝大部分数据信号则经ECS系统的网关机通过光纤以太网实现与DCS网关机间数据信息的传输,比如:辅机设备装置运行电流、电压、功率等[2]。此种通信方式,虽然结构较为简单,但由于DCS监控将ECS系统作为数据信息采集前端,然后根据内部功能需求从ECS系统网关机上获得少量电气监控数据信息,也就是只有少部分电气设备装置能通过DCS系统完成运行工况性能的监视、操控和保护功能,绝大部分电气设备装置依然停留在ECS系统中进行独立操作控制,无法实现电厂智能一体化控制。另外,智能自动化电厂系统的建设,需要接入DCS系统的电气设备装置较多,接线较为复杂、通信点数量庞大,基本都在三四千点左右,有的大型电厂甚至出现上万个点,在常规硬接线方式下,不仅会增大设备投资,同时还会由于数据量的剧增引起DCS系统无法实时刷新数据,导致DCS监控操作工作站中的电气信号数据严重滞后,甚至还会影响DCS监控功能的正常运行。为了充分法发挥DCS系统强大的集中监视调控保护功能,实现机、炉、电等子系统的更高级、网络化、智能化、自动化的集中监控和实现“减人增效”降低电能生产运营成本等目的,采取全通信方式完成ECS系统与DCS监控的无缝实时链接,实现电厂DCS智能一体化监控功能,是电厂继电保护自动化系统建设发展的重要途径[3]。
3 ECS电气系统纳入DCS监控的范畴
火电厂继电保护系统中,ECS系统相对独立地实现电厂电能生产电气部分设备装置运行工况性能的监控与管理,同时也通过硬接线方式将部分重要信号与DCS和其他监控信息系统进行传输互享和协调工作。根据单元机组的运行特性和电气监控技术特点,火电厂ECS系统涵盖的监控范围主要包括厂用电系统、网控系统、发电机励磁系统、发电机-变压器组(发变组)控制系统等。其中,发变组控制系统、发电机励磁系统、厂用电源系统等电气监控系统应全部纳入到DCS监控范畴;另外,厂用电内的柴油发电机组和保安电源、直流电源系统、应急供电UPS系统等也应该纳入到DCS监视范畴[4]。
4 ECS系统纳入DCS的监控一体化方案的实现
4.1 控制方式的实现
将大中型容量热力发电机组的ECS电气监控系统,纳入到DCS监控的主要控制方法为:由DCS监控系统中的高级应用软件根据系统运行工况状态通过程序判断形成电气逻辑,然后经DCS监控的I/O通信端口或网络实时通信网,将调控指令直接发送到现地电气设备装置的智能终端,进而实现厂用电电源自动切换、断路器操作机构自动分、合闸操作;高压电动机起、停控制。DCS监控可以对操控人员所发出的操作命令和动作事件行为的合法性、可靠性的逻辑进行检查判别,避免“误动”、“拒动”等误操作事件发生。ECS系统纳入DCS监控系统的重要组成部分,如:发—变组保护、AVR自动调节、厂用电系统等自动调节保护装置的动作保护信号和位置状态开关量,以DI数字输入量模式送入到DCS监控中;对于电流、电压、功率等模拟信号则经A/D模数转换后,形成4~20m A标准信号送入到DCS监控中[5]。
4.2 总体设计方案
在全通信方式下,电厂电气和热控系统合用一套微机监控DCS系统,完成对电能生产运营各环节的集中管理和分散控制,实现电厂机、炉、电智能一体化监控管理。电气监控ECS系统纳入DCS的监控智能一体化方案,如图1所示。
由图1可知,ECS系统与DCS系统通过主控单元进行数据信息通信,即将智能化和网络化的主控单元作为DCS系统中分散处理单元DPU(Distributed Processing Unit)的电气专用远程I/O功能模件,相应的控制信号和动作事件命令由DPU完成,并通过串口通信服务网卡→通讯处理机→现场总线→测控保护单元,完成对电气设备装置的起停操控,实现电气监控ECS系统与电厂DCS系统的智能一体化监控管理。
4.3 监控一体化功能实现
4.3.1 机组自起停控制功能
在DCS监视系统中,机组自起停控制逻辑功能和命令信号通过主控单元,传输给电气监控ECS系统,实现机组的顺序控制或手动操作控制。当发电机转速上升到额定转速时,ECS系统就会自动判断将投入AVR自动调节装置;当发电机电压上升到额定值时,DCS监控系统将通过主控单元发出投入同期装置信号。在同期过程中,DCS监控中的ECS子系统将会实时监测AVR、DEH装置性能参数,待所有参数均满足同期条件时,向断路器发出合闸指令脉冲,并网运行后,机组启动完成。机组在正常停机过程中,ECS子系统控制DEH装置降低机组负荷,当机组负荷降低到整定值时,ECS将机组自身高压厂用电系统快速准确切换到到其他分段母线上进行供电,直到机组负荷降低到零为止,跳主机开关,并联跳汽轮机(主汽门关闭开关)和发电机灭磁开关。
4.3.2 厂用电监视功能
电厂中的高、低压厂用电系统的自动切换装置,其运行工况状态信号通过全通信方式进入到DCS监控系统中,进行运行工况数据信息的实时显示、记录、运算分析、报警、存储、以及其他综合应用功能。
4.3.3 电气公用监视功能
公用系统是电厂机组高效稳定运行的重要保障性装置,其主要包括:备用变电气开关及继电保护装置控制、AVR调压装置控制、照明电路控制等,这些均由DCS系统中的ECS子系统控制逻辑实现,并可通过主控单元由远方实现集中调控操作和保护联动。将ECS电气监控系统纳入到DCS监视系统后,其运行工况状态、特征电气参量,以及调节运行过程中的显示、运算分析、报警提示、报文报表等,均与热工信息一样在DCS上位机中实现集中监视和控制。各种现地电气远方操作信号由主控单元进入到DCS监控后,通过可视化人机互通界面进行鼠标操作,即可在DCS上位机上设置操作准许权限、闭锁条件等防误逻辑程序。将ECS电气监控系统纳入到DCS监控中,可以实现对机组动态自动化调控和全厂信息实时运算分析,便于电厂调控人员制定高效合理的调度运行决策,确保机组安全可靠、节能经济的高效稳定运行。
5 ECS系统纳入DCS监控实施过程中的安全措施
将ECS系统纳入DCS监控,设置单独的电气监控ECS子站,可以避免实际调控运行过程中机、炉等对电气设备运行工况性能的干扰,且在DCS监控中将电气设备性能参数的修正均设置“确认”软闭锁按钮,只有当电气操控人员确认该操作后方可生效,这样可以有效避免人为误操作事故发生。将ECS电气监控系统纳入到DCS监控,可以有效提高电气设备运行性能状态监视操控的智能自动化水平,同时可以避免专业间相互干扰问题,许多繁琐的逻辑判断和闭锁操作可由DCS监控系统自动逻辑判断完成,确保电气设备高效稳定的运行,降低各种误操作事故的发生率。但由于ECS系统纳入DCS监控,无形中会给DCS监控带来电磁干扰源。因此,为了进一步提高DCS监控系统运行的安全可靠性,在ECS电气监控系统纳入到DCS监控中的建设和升级改造实施过程中,应采取以下安全防护措施。
(1)根据设备装置性能特点要求,将供电电源按照强、弱两个电源进行独立分布布设,避免强电电源系统对DCS计算机监控系统产生干扰;
(2)对于断路器、隔离开关等部分电气控制回路而言,其跳、合闸电流通常较大,而DCS监控系统所能提供的输出触点容量很难满足其操控需求,此时必须通过扩展继电器将输出触点信号转接到二次电气控制回路中,确保电气回路的安全性和动作可靠性;
(3)设置机械闭锁与电气闭锁相匹配的综合闭锁系统,在就地开关柜门上设置“就地/远方”转换开关,当开关处于“就地”工位时,不仅要在DCS上位机上显示开关柜门状态,同时还需建立逻辑闭锁,避免操控人员在DCS监控上位机上出现误操作;
(4)从大量运行经验可知,仅将一对动合触点引入DCS监控系统反映开关状态时,容易造成系统的“误判”。因此,建议将开关的动合和动断触点同时接入到DCS监控系统,用以反映开关真实的动作工况状态;
(5)对于ECS系统中的重要电气参数(如AVR电压调节、功率调节等)接入DCS监控,应尽量采用“三取二”的方式,以提高DCS系统数据信息采集的可靠性和动作信号命令判断的准确性。
6 结论
对于新建和改造的大中型火力发电机组而言,将ECS电气监控系统纳入到全厂DCS监控系统中,实现了机、电、炉智能一体化监控,使实际运行调控操作更加简单、安全,监控更加集中完善。ECS系统通过全通信模式结构纳入DCS监控,优化DCS监控系统内部接线结构,节省大量信号电缆,降低了工程整体投资费用。全部电气的操作、监控均纳入全厂DCS监控中,且与机组机、炉控制系统共同构成电厂综合自动化集控系统,为单元机组实现智能一体化集控运行提供重要技术支撑。另外,机、炉、电大联锁主保护数据信号均全部纳入到DCS监控中,有效地提高了电厂电能生产运营安全、稳定、可靠的自动化监控管理水平,降低运行维护成本。因此,将ECS系统通过全通信方式纳入到DCS监控,能够满足电厂安全可靠、节能经济的高效调控运行需求。
参考文献
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DCS监控 篇3
在化工行业连续稳定生产, DCS系统现场控制站正常工作, 稳定无干扰的供电系统是在的重要的保证。目前大型化工企业的化工操作, 监视, 控制都采用DCS系统, 它对保证生产的连续性, 安全性等方面起着极其重要的作用。为了尽量避免因电源故障引起的系统失灵, 各控制厂家对硬件的供电电源都十分重视, 因此除工业电网正常供电外, 还需配备UPS (Uninterruptible Power System) 供电系统。UPS设备作为最重要的后备电源, 是电源维护工作的重点, 在UPS蓄电池组中只要存在任何一块问题电池, 将直接导致电源无法正常供电, 从而引发重大事故。
UPS在线监控软件可以实时在线监控, 用准确, 快速, 真实的数据全面监控蓄电池运行状况及环境情况, 通过监控软件可以观察UPS电池的运行参数, 放冲电历史曲线数据, 准确及时的发现设备故障隐患, 有效防范和杜绝故障和事故的发生。
本文主要以艾默生UPS SiteMiteMonitor监控软件为例来讲述。
SiteMonitor是艾默生网络能源有限公司 (简称艾默生) 开发的设备监控软件, 可监控艾默生开发的UPS、空调、和LTS系列静态切换系统 (STS) 等各种设备, 还可以通过机房信号适配器等选件接入温度、湿度、烟雾、水浸、红外等多路环境量进行中监控和处理。
SiteMonitor可在Windows、Linux、Solaris、AIX、HP-UX等操作系统上运行, 通过WEB浏览器进行访问。您可以使用网络上任何一台计算机登录该软件, 对设备进行监控和维护管理。
SiteMonitor的主要功能如下:
•支持Windows、Linux、Solaris、AIX等操作系统, 提供跨平台的管理。
•支持设备的自动查找和配置, 免去人工配置的烦恼。
•可查询设备的各种当前运行数据和当前告警数据。
•当设备发生告警时, 可通过发送E-mail、短信和拨电话的方式通知用户。
•对具有遥控功能的设备提供遥控操作。
•对具有遥调功能的设备提供遥调操作。
•机房环境的实时监控。支持环境量及三相交流电、直流电等动力量数据。
•提供设备告警报表、运行数据报表和操作记录报表, 支持报表的分页显示和数据导出功能。
•可以对人员进行增加、修改和删除等操作, 并可根据人员的工作性质赋予不同的软件操作权限。
可以在不影响其他用户的情况下, 对系统数据进行快速备份和恢复。
安装及使用
1.连接设备到计算机。
有以下两种连接方式可选:
(1) RS232电缆直连:这种连接方式适于近距离设备监控。
您可以用随机附件中的RS232电缆, 将设备的RS232口和计算机的空闲RS232串口连接起来。
(2) 使用SNMP卡连接:这种连接方式适于远距离设备监控。
2.
在计算机上安装SiteMonitor监控软件。
3.
登录SiteMonitor, 进入监控主界面。
打开本机的WEB浏览器, 在地址栏中输入http://localhost, 屏幕显示如图
4.在配置界面中, 增加要监控的设备。
5.使用SiteMonitor对设备进行监控, 主要包括:查询设备运行数据, 控制设备, 进行人员管理, 邮件和短信参数设置等。
通过配置后登录监控软件后界面如下
优点:
通过友好的人机界面可以很直观的观看UPS及电池的运行状态,
•实时显示电池的总电压、总电流、每节电池的电压、温度、最高4节单体电压、最低4节单体电池、电池的工作状态等信息
•多种异常报警功能:总电压异常、电流异常、温度异常、单体电压异常、内阻异常、模块通讯异常、浮充电压异常等报警
•实时监测, 发现落后电池, 提前预报蓄电池失效趋势等。
结论
DCS监控 篇4
关键词：化工工艺,低压电机,DCS系统,结构,性能
DCS监控系统也即分布式控制系统, 是以计算机信息技术为依托, 对化工生产的全过程实时监控与管理, 它不仅可以对控制系统进行纵向分层管理, 又可以进行横向分散式操作, 从而将每一生产环节的数据信息进行高效整合, 便于信息的共享和决策的制定。
一、结构与应用原理
1. 硬件
DCS监控系统的硬件结构主要有三部分, 一是工作站台, 二是控制站台, 三是网络平台。
工作站台的作用是对生产工艺流程进行管理, 其中依据不同的功能又可细分为工程师站台、操作员站台、数据存储站台。工程师站台主要负责系统的组态和运行维护, 通过此站台可以对系统进行人工的监管。操作员站台通过提供人机交互操作界面, 以便让技术人员随时掌握数据状态值, 并能随时进入系统数据库对数据点实施操作。数据存数站台容纳了所有的历史数据, 运用组态软件可清晰显示出历史数据趋势状态值, 为预测和分析故障提供参考依据。
控制站台主要运用在现场的管理操作中, 采集和处理现场监控的信息, 确保生产工艺流程的顺利进行。遵循设备冗余原则, 完善应急管理方案, 提高监管过程的可靠性。
网络平台的作用是进行信息的交流与对接。运用通信网络将系统的分散设备连接成为一个有机整体, 以确保数据信息、操作指令传递的连续性和有效性。
2. 软件
DCS监控系统的软件结构主要包括多任务操作系统、数据信息存储系统、组态软件等, 这些应用软件共同为DCS系统的运行提供了技术支撑。系统的结构上也采取灵活化的配置方式, 以便技术人员能够依据现实的需要对系统的结构进行调整和优化。
3. 原理
低压电机DCS监控系统的运行主要是以信息网络技术为核心, 依据控制分散和集中原理设计的, 利用多级分层结构的优势, 极大地适应了现代化工工艺需要, 不仅可以对整个生产过程进行实时监控, 同时为信息的采集和同步处理提供了可靠的操作平台。该系统运行的功能层主要有测控保护层、信息通信管理层和上位机管理系统。
测控保护层是由数量众多的保护装置和自动控制装置组成, 并分布在就地开关柜的终端等位置。保护装置的运行具有完全独立性的特点, 在现场监控时, 利用现场总线技术, 通过光纤将各个控制装置进行链接后实行分布式监控管理。
信息通信管理层主要控制操作命令, 或者将电气背景工作站的信息依据固定的模式发到其它设备, 还负责通讯代码的转化。通过以太网连接计算机操作系统, 信息通信管理所配置的前端机可以为信息的交流提供多个信息接口, 至少为12个, 最多达到16个, 极大地方便了信息的传递与存储。
上位机管理系统主要包括电气系统后台和DCS系统后台的工作站, 承担系统故障的监测与设备维护工作。电气系统对功率的准确测量、对故障的准确记录以及清晰呈现保护定值的变化状态、自动预警功能的开启, 可以为工艺流程的常见问题和突发事故的监控提供科学的依据。
二、性能与应用效果
DCS系统在化工工艺中的广泛应用与其独有的使用性能与特点密切相关, 主要体现在六个方面:
第一, 低电压机的DCS系统具有分散性, 主要体现在软件和硬件配置上, 系统的软件具有模块化特征, 而硬件系统则具有积木化的特质, 二者的结合使系统可以最大限度地分散系统运行时的危险因素, 增强工艺生产中的安全性。除了危险分散外, DCS系统还具有地域分散、功能分散和设备分散的性能, 可以应用到不同的工作环境中, 因此操作的适应性和可靠性都非常高。
第二, DCS系统在运行时的管理操作具有集中性, 运用通信网络设备, 将每个分散的设备和相应软件整合起来, 通过建立数据信息库的方式集中管理, 技术人员也可以同时操作多个工作台, 监控工作方便快捷。
第三, DCS系统中的分散设备都可以通过独立的方式运行, 系统的数据输入、计算、控制和输出, 都可以利用各个控制操作台自主完成, 无论是在线或是离线状态, 工作站的组态工作都可以正常进行, 这也决定了操作人员对系统的管理和监控工作也具有自主性。
第四, 该系统中的每台设备在运用网络和数据库进行信息交换时具有协调性特点。集中性和分散性是DCS系统的两大特性, 但是二者并不是矛盾的, 而是和谐统一的, 这也使各个运行环节、设备单元的信息在组织和传递时, 能够相互补充和协调。
第五, DCS系统运行具有可拓展性, 且操作非常灵活, 便于及时修正和改进, 这与其软、硬件结构有关。该系统的硬件设备采用积木式的构成方式, 可以根据化工工艺技术发展的需要另行配置不同结构的设备, 进行结构升级。系统的软件结构为模块式, 依据不同的工艺生产流程, 可以及时更替和修正相应的模块, 不仅提高了操作预案的科学合理性, 也增强了系统运行的灵活性。
结束语
化工工艺设施中低压电机的DCS监控应用可以最大限度提高工艺生产的安稳定性与可靠性, 在实践应用过程中还需要不断突破技术上的局限性, 才能切实将DCS监控系统的优势落到实处, 为广大的用户创造更多的效益。
参考文献
[1]付强.化工工艺设施中低压电机的DCS监控应用[J].科技创新导报, 2013 (07) .
[2]陈又申, 余正环, 谢同琪.火电机组热工控制系统改造与人机界面安全[J].宝钢技术, 2010 (01) .
DCS监控 篇5
在我国,锅炉运行过程中还存在较多的问题,如燃烧效率、自动化程度及热效率等较低,为提高锅炉的工作效率并保证系统安全,需对设备进行监控。笔者基于泰州石化某20t燃气锅炉控制系统的监控与优化设计方案,介绍锅炉的液位控制系统、燃烧控制系统及其监控系统的远程实现。
1 系统组成与配置
计算机集散控制系统(图1)由上位机系统和下位机系统组成,上位机系统采用工业控制计算机,运用浙大中控组态软件ECS-100完成现场实时显示、存储、报警处理、打印和控制参数的设定;下位机系统包括现场仪表及传感器等。上、下位机系统间的通讯采用Ethernet方式。
2 控制功能
2.1 燃烧控制
燃气锅炉的燃料主要是甲烷以及催化和化工的酸性气体与空气的混合物,可以通过烟气中的含氧量来判定燃料是否充分燃烧。由于燃气锅炉的燃烧具有危险性,当燃料气体与空气以某一比例混合燃烧时可能不稳定,甚至爆炸[3]。因此,要保持燃气锅炉燃烧的稳定性,需对其进行实时动态控制,把超调量减到最小,并可通过产生的蒸汽压力来衡量其稳定性。现设定气体与空气的最佳比值为a,气体输入量为m(k),空气输入量为n(k),则:a=m(k)/n(k)。由于燃气锅炉燃烧产生的热量用于产生水蒸气,因此可以通过输出蒸汽压力来判断能源的使用效率。锅炉在运行时应保证最佳的空气燃气比,即将a控制在12∶1。在锅炉运行中,影响热效率η的主要因素是化学不完全燃烧热损失和排烟损失,它们与过量空气系数m的关系如图2所示。
在锅炉运行过程中,采集烟气中的氧含量和烟气温度,调整空燃气比,即过剩空气系数,使锅炉一直运行在最佳燃烧区。该项目的监控系统中烟气的含氧量须低于4%。
2.2 汽包水位控制
在锅炉汽包水位控制中,经常会出现虚假水位,此处的汽包水位使用三冲量控制系统(图3)进行检测。该系统极大地提高了水位的控制精度,当蒸汽量突然增大时,由于虚假水位现象,水位会暂时升高,此时调节器发出信号给调节机构以减少给水量;与此同时,耗气量增大,可通过比值控制使调节机构增加给水量。实际给水量的增大与减小取决于系统的参数。当虚假水位消失后,水位和蒸汽信号即可保证调节机构正确作用,当系统恢复平衡后,水位就会维持在设定值。
为了使锅炉燃烧控制系统更好地运行,笔者引入模糊自适应PID控制(图4),主要由模糊控制器和参数可调整PID两部分构成,前者运用模糊规则推理获得控制器参数,后者产生控制信号。找出PID的3个调节参数与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系,不断检测e和ec的大小、方向,对PID的3个调节参数进行在线修改,满足不同e和ec对PID参数的不同要求[4]。
在锅炉汽包水位控制系统中,模糊控制器输入变量选择为汽包水位偏差值e和偏差值变化量ec,输出变量为PID参数的调整值。利用模糊推理方法在线不断修改PID控制的Kp、Ki和Kd,其计算式为:
式中Kp,Ki,Kd——PID的3个控制参数取值;
Kp1,Ki1,Kd1——设定的初始值;
Kp2,Ki2,Kd2——模糊推理后的调整值。
设定e、ec和PID参数Kp、Ki、Kd的模糊控制论域,采用7种不同的模糊语言变量进行描述:负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)[5]。建立合适的模糊规则表,得到针对Kp、Ki和Kd的整定模糊控制表。具体的模糊控制规则如下:
a.当e较大时,为使系统具有较好的跟踪性能,应取较大的Kp、较小的Kd,同时为避免系统响应出现较大的超调,应对积分作用加以限制,通常取Ki=0。
b.当e·ec>0时,被控量向偏离给定值方向变化。若|e|较大,取较大的Kp,较小的Ki和中等的Kd;若|e|较小,可取中等大小的Kp,较大的Ki和较小的Kd,以提高系统的稳态性能,避免产生振荡。
c.当e·ec<0时,被控量朝着接近给定值的方向变化。若|e|较大,可取中等的Kp,较小的Ki和中等的Kd,以提高系统的动态和稳态性能;若|e|较小,可取较小的Kp,较大的Ki和较小的Kd。
d.ec乃偏差变化的速率,ec越大,Kp取值越小,Ki取值越大,反之亦然。
由上述模糊控制规则确定Kp2、Ki2、Kd2的模糊规则(表1)。
在汽包水位实时控制过程中,根据汽包水位的误差e和误差变化量ec直接查找模糊规则表,得出调整量,用重心法对其进行模糊处理,乘以比例因子求得PID参数调整量Kp2、Ki2、Kd2,再分别加上初始值Kp1、Ki1、Kd1,得到当前时刻的PID参数,实现水位控制[6]。
3 监控功能
3.1 现场工作站软件部分
现场DCS程序用梯形图语言绘制,这个程序除主程序外,还包括初始化、点火、数据采集、数据传输、故障报警与处理、燃烧优化与节能运行及停机等子程序。
3.2 现场工作站硬件部分
现场工作站由输入单元、输出单元、人机界面和控制器组成。现场控制单元负责接收现场数据采集单元传来的数据,并将这些数据上传至控制室,同时接收控制室传下来的命令,控制现场的阀门、变频器及风机等执行机构的动作;输入单元负责采集现场的压力、温度、流量及烟气氧含量等各项数据和各种开关量;现场数据采集系统由烟气氧含量传感器、温度传感器、压力传感器、煤气报警器、火焰监视器、水位传感器、燃气流量计及循环水流量计等组成;模拟量输入模块采集各个传感器送来的4~20m A信号,模拟量输出模块输出1~5V信号,控制变频器的频率。压力传感器、煤气报警器、火焰监视器以及水位传感器是开关量。执行单元由风机、水泵、变频器及电磁阀等组成。人机界面采用浙大中控的ECS-100,将工控机(奔腾IV(1.8GHz)以上)与机柜相连,采用I/O卡件与现场仪表信号相连,实现对现场设备的实时控制。
3.3 监控画面
在锅炉运行监控画面(图5)上可以显示锅炉各部分的温度、压力和流量分布状况、采集的数据、历史趋势和报警闪烁画面,完成阀门和设备的开启和操作,煤气和助燃空气调节阀的操作和调节,各系统的自动调节与软/硬手动调节的无扰自动切换,各调节阀的调节操作和控制点数据的动态显示。
锅炉运行监控画面主要包括[3]:主菜单,完成系统登录,选择工作制度、切入主画面;主画面,显示锅炉的整个工艺流程及其相关的主要参数值,报警闪烁,切入其他画面的功能按钮;分画面,即各调节系统的画面,包括参数设定的功能键、棒状图、控制流程图、报警记录,相关信息及历史趋势和相关PID参数的设定等;报警画面,按工艺要求,当过程值超过报警的上/下限时发出报警信号,并在报警画面上显示报警发生的时间、报警值、报警等级及报警点等信息,操作员在报警画面中可以完成报警确认以及报警信息过滤等功能;报表打印,可设置任意格式的报表,并打印所有输入、输出参数的报表。该监控系统中还设有多个安全级进行管理,每个安全级均有不同的权限,防止侵权或误操作。
4 结束语
模糊自整定控制在系统调节过程中引入操作人员的经验,以克服传统PID控制参数不可变的缺点,调节较为及时,超调也较小,上、下波动小,运行稳定。采用DCS系统及相关控制流程后,操作方便(鼠标点击即可),整个锅炉的运行状况在屏幕上一目了然。该DCS系统在锅炉控制方面的性能良好,实现了锅炉汽包水位的自动调节,提高了系统的安全性,保证系统能够正常运行,能够全面监测和记录运行参数,并且系统运行安全、可靠、稳定。
摘要：介绍20t锅炉的燃烧控制及汽包水位等控制系统的特点及其流程,给出其硬件配置和软件设计流程。系统监控和管理方便,达到了锅炉燃烧工况良好、节能降耗的设计要求。
关键词：锅炉,燃烧控制系统,汽包水位控制,DCS,远程监控
参考文献
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[5]李益华,王国伟.基于模糊自适应PID的锅炉汽包水位控制[J].自动化与仪器仪表,2010,(5):75～78.
DCS监控 篇6
铜冶炼炉排出的烟气视铜矿的硫(S)成份的不同含有不同的SO2气体,这种含有有害气体的烟气排放大气中,造成自然环境的严重污染,对周围的生态造成非常严重的威胁。这与可持续发展的国策、高品质的生态环境保护要求是格格不入的。随着科技进步和环保的严格要求,新老铜冶炼企业改造建设成为无公害工厂——绿色工厂已日显其迫切性和必要性[1]。铜冶炼转炉烟气制酸不单是烟气污染环境的治理,而且能充分利用烟气的硫氧化物,生产工农业都需要的硫酸产品,成为铜冶炼工厂的非常重要的附产品。
本文所涉及的烟气制酸工艺采用了先进的二段动力波洗涤烟气和二转二吸等新技术,达到生产高品的硫酸产品,消除污染,保护环境的双重目的。伴随着动力波烟气洗涤净化和SO转化吸收技术在国内的应用和推广,工艺流的检测与监控技术也日益发展和完善,从常规仪表的测控系统已发展到普遍采用DCS集散控制系统阶段[2]。从仪表、电力分两个专业各自进行传统模式的控制到现今仪电一体化综合监控系统。
针对上述生产工艺特点,DCS系统采用ABB Industrial IT Freelance控制系统。该系统是面向工厂自动化的新一代开放式DCS系统,全面支持现场总线技术,系统采用全局数据库技术,实现全局一体化编程。系统通信为标准以太网,系统结构具有较强扩展能力,系统编程采用国际化标准。现场控制站采用符合技术要求的远程I/O ABB S800并通过Profibus总线与控制站进行数据通信。
2 系统结构
DCS系统的控制器采用冗余控制器,通过Profibus总线与现场设备连接,通过以太网与操作站、工程师站和网关连接。控制器内部电源采用冗余结构,柜外I/O通讯网络采用光纤环网结构。结构如图1所示。
DCS系统用于硫酸四系列的整个生产过程的控制,其包括净化系统、转化系统、干吸系统及与硫酸四系列相关的整个过程。本DCS系统与工厂原有DCS系统和现有厂区管控网相联并实现数据通讯。
3 监控系统的实现
3.1 净化系统
从冶炼炉来的SO2烟气中含有金属质的烟气、酸雾、水蒸汽及其它从原料矿中来的杂质。这些杂质必须清除。烟气的温度高,也必须冷却。冷却和高效去除气态、液态、固态杂质由净化系统来完成。这一系统由一级动力波洗涤器、气体冷却塔和二级动力波洗涤器构成。每台洗涤器都包含有一跟着一洗涤器分离槽的逆向喷嘴。烟气首先进入一级动力波洗涤器,一组3个喷嘴逆向喷射的稀酸将其急速冷却和洗涤。绝大部分的烟气、固体和雾粒从烟气中分离,并且烟气也因绝热饱和(水分的蒸汽)而冷却。因而,出口气体的湿体积大大于进口。气体混合物从一级动力波洗涤器进入洗涤器分离槽,洗涤液从烟气中分离,并聚集在槽的底部,槽进口的侧壁及分离器,有助于烟气进入冷却塔和二级动力波前脱离细小雾和其他粒子。一级动力波分离槽的液位由气体冷却塔系统、二级动力波分离槽的串入量和电除雾系统的外排液量维持。并有一个自动阀门控制液位。稀酸通过一级动力波洗涤器循环泵打往3个喷嘴和溢流堰,泵靠重力
从一级动力波分离槽吸液体。溢流堰的稀酸流量带高、低和低-低报警监控。这个流量要求在低-低流量时连锁开启事故水阀门。喷嘴得稀酸压力在低-低压力时连锁开启事故水阀门。
当一级动力波循环泵被停的时候,主风机也连锁停车。控制如图2所示。
3.2 转换系统
SO2转化成SO3是氧化放热反应,在高温和氧化钒催化剂作用下进行,该反应消耗O2,生成SO3,并升高气体温度直至达到平衡状态,在平衡点反应终止。通过使反应在连续的催化剂层中进行并在层间进行冷却,可以提高反应程度(转化效率)。
自动控制用于维持最适宜的转化层进口温度,第一层进口温度控制冷热交换器(四换)气体旁路,第二层气体进口温度通过热交换(一换)气体旁路控制,第三层进口温度控制中间交换气体旁路,第四层进口温度控制冷却交换器A和B气体旁路。
自动温度控制也用于第二层出口温度,通过转化器系统的旁路部分围绕着第一层和热热交换器壳程(一换)输送气体。必须转移一部分反应热量到第二层该控制主要需要低气体温度,因此离开一吸塔的气体在返回转化器之前被充分预热。
一层进口温度控制、二层进口温度控制和二层出口温度控制流程如图3所示。
3.3 干吸系统
从传化器第三层来的烟气在冷中间交换器A和B中冷却,然后流过一吸塔。在此三层转化的SO3被第一次吸收到循环的98.5%硫酸中,然后烟气经过一个高效除雾器流出,在冷中间热交换器A和B及热中间热交换器被重新加热,然后返回转化器的第四层进行二次转化。烟气在进入二吸塔之前在冷热交换器和SO3冷却器中被冷却。二吸塔中,第四层转化形成的SO3被吸收到循环的98.5%硫酸中。烟气经过一个碰撞型除雾器后流出塔,进入烟囱排放,基本上没有SO2和酸雾。通过一组在两系统中允许自动控制酸浓和泵槽液位的串酸管线,它与用于干燥塔的浓酸系统连通。
一吸塔上塔流量控制,通过调节在共用一吸/二吸塔酸冷器酸旁路管线上的阀门。上塔的酸温控制,通过调节从共用酸冷器到一吸塔的流出管线上阀门。
二吸塔上塔流量控制,通过调节在共用酸冷器酸旁路管线上的阀门。上塔的酸温控制,通过调节在从一吸/二吸塔酸冷器到埂吸塔的流出管线上的阀门。控制如图4所示。
4 监控功能
4.1 流程图及总貌显示
按照装置工艺和操作员的专门需要组态的用以表示工艺过程状态的显示画面,工艺流程画面显示当前的过程数据或过程状态,用数字或模拟形式进行显示(如棒图.动态填充或趋势窗口).画面显示中的图形符号根据过程状态进行置换、闪烁、变色以及位置变化,即进行动态显示。而总貌图则可调出分组显示,用户流程画面显示、设定曲线显示、趋势显示和SFC顺序显示。
4.2 快选窗口及分组显示
功能与总貌显示画面类似,但它是可在其它显示上随意浮动的窗口,由它调出某一画面后其自身并不消失而是同时显示。
为便于更准确的读数,还同时显示其物理量纲的数字。通过颜色的变换和闪烁可迅速检测出各变量的故障状态。所组态的报警极限值也能显示出来。从分组显示单元中可直接选择所期望的值,它使得操作员能在过程运行中进行快速而适当的干预。
4.3 面板及趋势显示和归档
采用面板窗口显示技术,可同时获得总体和详细的信息。面板显示是弹出式窗口,与标准显示或自由格式的用户画面同时显示在监视器上。它可以随意拖动,不用时可关闭。所选的过程点随时可以通过面板来显示或操作。
模拟和数字过程变量随时间的变化过程可以趋势画面进行显示并归档存储。
4.4 消息列表及操作员提示
控制器检测出的过程故障或开关量变化连同其时间标签(事件发生时刻),将一同被送往操作站作为消息通报。
系统提供以下消息类型:系统故障、过程报警、开关动作和操作员提示。过程消息类型指定五种不同的优先级(从0～5),系统故障另分成三个优先级(S1～S3).不同优先级的消息以不同的颜色显示并可选择不同的确认方法。此外还显示过程点的名称和故障状态。所有消息均可以中文显示。为观察更加清晰,操作员可把某个优先级或装置区域的消息暂时从屏幕上取消而不显示。
4.5 记录及系统诊断显示
记录用于记录来自过程的事件、状态和顺序。记录文件存贮在硬盘上,可在监视器上显示、通过打印机输出或转存以备将来评估。
系统硬、软件的当前状态由一个在后台自动运行的系统诊断程序进行监视。
系统状态显示(显示包括操作站、过程站、现场控制器以及系统总线在内的系统结构总貌和状态)、站状态显示、模件状态显示(显示与所选模件有关的详细信息)。
5 结束语
ABB Industrial IT Freelance监控系统有着高性能、全开放、规模灵活、成本较低的特点,也是转炉烟气制酸流程过程监控系统选型的着眼点。该DCS监控系统于2003年底完成安装调试及试运行,现已投入正常运行。运行实践表明,系统能适应硫酸生产中的恶劣环境,性能稳定可靠,产品质量提高,年经济效益达2000多万元。
本文创新点
采用了先进的二段动力波洗涤烟气和二转二吸等新技术烟气制酸工艺,用搞性能ABB Industrial IT Freelance监控系统实现了该烟气制酸流程控制的电仪一体化,达到生产高品质的硫酸产品,消除污染,保护环境的双重目的。
参考文献
[1]托马斯·E·格雷德尔珍妮弗·A·霍华德-格伦维尔.绿色工厂-观点、方法与工具(翻译版)[M],北京,清华大学出版社,2006
DCS监控 篇7
本文主要设计一种高速、高精度、多通道的电机耐久性试验自动检测与控制装置, 有效解决了处理采集数据的速度、交换数据困难及干扰抑制等问题, 具有高可靠性, 抗干扰能力强, 稳定性好等特点。
1 电机耐久试验监控系统的构成
电机耐久试验监控系统主要完成电机扭矩限制器工作耐久试验和反复工作高、低温耐久试验, 通过更换夹具实现其他型号电机的耐久测试。该系统是由工控机 (或称上位机) 、相关的传感器、试验台控制器 (或称下位机) 以及支架等构成, 对电机动态转矩、转速、电流、电压及温度等参数进行监控。
工控机和电源主要完成测试条件的设定, 数据采集, 试验记录, 动作控制等工作;测试机架完成转矩控制检测和环境温度模拟。在调试开始前, 需要人工在高低温箱内三维可调机架上安装好测试电机, 在耐久试验软件界面下选择设置好试验参数;启动试验后, 工控机记录相关的试验数据, 并做出测试曲线以备观察和分析电机各种性能和工作状态。
上位机主要是由工控机构成, 下位机主要是由直流稳压稳流电源 (0~30V、0~100A) 、AD调理卡、FV转换器组成。测试工艺在工控机上设置, 工控机通过RS232控制直流电源完成对电机施加正负电压;通过RS485控制高低温箱的温度操作;通过磁粉离合器产生输出转矩;通过力矩传感器检测转矩;AD卡采集电流、电压、速度、转矩等信号。试验后将其测试数据制表、绘图、保存、输出, 提供试验分析数据。图1给出直流稳压稳流电源前、后面板的布局图。
2 电机耐久试验系统的基本原理
电机耐久试验系统主要是完成以工控机为控制中心, 控制电机在高、低温环境下, 工作电流、电压、输出转矩、速度等各项耐久参数的测试。系统控制框图如图2所示。
在电机扭矩限制器耐久测试中, 工控机通过RS485设置高、低温箱的温控仪, 温控仪采用PID算法输出把试验环境温度调到试验所需温度;通过RS232设置直流稳压电源的大小, 将所设定电压加到电机两端, 使电机转动。力矩传感器将电机速度和转矩信号送到工控机, 计算机根据速度信号, 通过直流电源调节磁粉制动器的电压, 作为电机速度的设定值。如果更改电机电压的极性, 可使其反转, 可以检测电机反方向的各个参数。试验过程中可记录电机电压、电流、速度以及输出力矩等信号, 得到实时数据曲线图。
在电机综合性能高低温耐久试验中, 工控机通过RS485设置高、低温箱的温控仪, 温控仪采用PID算法输出把试验环境温度调到试验分段的设定温度。工控机还根据当前电机输出的设定电流计算出电机的电压以及磁粉制动器电压, 并同时调节好这两个控制对象。根据电流控制的要求, 电流可分为斜线上升、下降和水平保持三个分段类型。每完成一个分段将设定新分段的温度设定值, 以及计算、输出新的分段电机的电压以及磁粉制动器电压。为保证电流曲线控制更好, 除软件调节外, 还采用了硬件的限流措施。
3 电机耐久试验监控系统的软件介绍
电机耐久试验系统上位机软件采用Java开发, 运行于Windows XP操作系统。它能够按照用户的需求设定, 进行电机扭矩限制器耐久、电机综合性能高低温反复耐久试验。
主界面下有【测试试验】【试验参数】、【数据处理】【手动调试】【帮助说明】、【安全退出】六个菜单, 部分菜单含有附属子菜单, 该软件界面友好丰富, 操作灵活方便。
4 结论
本文所设计的电机耐久试验监控系统在进行参数测试拥有比较高的精度, 通过RS-232和RS-485通讯方式实现了上、下位机的数据交换, 并实现了多路数据采集和实时交换处理数据等功能, 有效抑制多路电机同时测试产生的互相干扰问题, 具有高可靠性, 抗干扰能力强, 稳定性好等特点。
参考文献
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[4]葛鲍鹏, 崔群等.上下位机通信在汽车组合仪表检验台中的应用[J].安徽工程科技学院学报, 2007, 22 (3) .