一種基于分布式數(shù)據(jù)采集終端的熱工標(biāo)定系統(tǒng)

【摘 要】在設(shè)計余熱電站的過程中，首先需要取得熱源的熱工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而這個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的取得就要由熱工標(biāo)定系統(tǒng)完成。針對需要建設(shè)余熱鍋爐的工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境差，布點分散，條件艱苦的特點，本設(shè)計采用了基于分布式數(shù)據(jù)采集終端的熱工標(biāo)定系統(tǒng)，大大提高了工作效率，簡化了工作內(nèi)容，非常適合于余熱電站設(shè)計部門使用。

【關(guān)鍵詞】熱工標(biāo)定 測量終端 余熱鍋爐

0.引言：

循環(huán)經(jīng)濟已經(jīng)成為全世界關(guān)注的熱點問題，這種經(jīng)濟運行方式以3R原則（即Reduce、Reuse、Recycle）為核心，以“資源-產(chǎn)品-再生資源”生產(chǎn)方式為經(jīng)濟增長模式，將是未來經(jīng)濟運行方式的主流。在循環(huán)經(jīng)濟原則中Reduce的核心是減少資源的使用量，這就需要提高資源的利用效率。對于單個的工業(yè)過程，一種資源在使用的同時又可能伴生一些廢棄物，如得不到有效的使用就會形成資源浪費，降低資源的利用效率，比如鋼鐵、水泥等行業(yè)的窯爐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量的余熱。建設(shè)余熱電站是實現(xiàn)這種資源合理利用的有效方法，而確定機組容量，余熱鍋爐的蒸發(fā)量和蒸發(fā)形式、鍋爐的結(jié)構(gòu)形式等是建設(shè)余熱電站時首先要做的工作。

在工程建設(shè)的初期，我們通過對窯爐做熱工標(biāo)定來得到一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來確定機組的容量，確定余熱鍋爐的蒸發(fā)量和蒸發(fā)形式、鍋爐的結(jié)構(gòu)形式。本文介紹了一種熱工標(biāo)定系統(tǒng)，通過本系統(tǒng)可以方便高效的得到建設(shè)電站所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)用來測量高溫?zé)煔獾臏囟龋瑝毫?，流量等?shù)據(jù)。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端，通訊網(wǎng)絡(luò)，上位計算機組成。其中數(shù)據(jù)采集終端由箱體，一次儀表，數(shù)據(jù)采集模塊，電源系統(tǒng)組成。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1電源系統(tǒng)。通常一個系統(tǒng)都是由多個測量點組成，每個站點都要求測量一組數(shù)據(jù)，而這些站點又分布得比較分散，相對距離比較遠(yuǎn)。為了方便高效起見，測量終端由工地現(xiàn)場就地裝設(shè)的原有電氣檢修箱供電，不再集中敷設(shè)供配電線路。

2.2一次儀表的選用。鑒于一般余熱煙氣的溫度通常都在1200℃以下，系統(tǒng)的溫度測量使用K型熱電偶；壓力的測量采用3051壓力變送器，流量的測量采用皮托管和3051差壓變送器。

2.3一次儀表的安裝。溫度儀表采用在工藝管道上焊裝直性連接頭的方式，將熱偶通過螺紋連接到工藝管道上。壓力和流量源的引出均通過裝在工藝管道上的皮托管，皮托管通過法蘭連接在工藝管道上。

2.4測量終端。測量終端里安裝了如下設(shè)備：1.開關(guān)電源，用來給數(shù)據(jù)采集模塊和壓力/差壓變送器供電。2.數(shù)據(jù)采集模塊，用來采集系統(tǒng)的溫度，壓力，流量數(shù)據(jù)，并定期上傳到上位計算機。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊采用的是研華的數(shù)據(jù)采集模塊 Adam 4019。Adam 4019是一個8通道的通用模擬量輸入模塊。它是一種萬能輸入數(shù)據(jù)模塊，可以接受4～20mA，+/-10V，mV和熱偶的混合輸入，并支持對各個通道的單獨配置，非常適合在熱工標(biāo)定場合使用。它的測量精度高，可以達(dá)到±0.1%。3.壓力變送器，用來測量系統(tǒng)煙氣的壓力，每個終端可安裝兩臺壓力變送器，可以滿足雙煙道系統(tǒng)的測量需求。4.差壓變送器，用來測量系統(tǒng)煙氣的流量，每個終端可安裝兩臺差壓變送器，可以滿足雙煙道系統(tǒng)的測量需求。5.測量終端和測量點通過電纜和引壓管連接。

2.5上位計算機系統(tǒng)。上位計算機系統(tǒng)主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強的特點。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的實現(xiàn)現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。

上位計算機系統(tǒng)放置在環(huán)境較好的辦公室或值班室，由工控機和上位機軟件組成。在工作的時候值班室有人值班，監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即到現(xiàn)場處理。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1上位機軟件。根據(jù)工藝流程，編制上位機軟件。上位機監(jiān)視界面主要由有流程圖和趨勢圖組成。流程圖直觀地反映了實時的工藝狀態(tài)數(shù)據(jù)。趨勢圖則顯示測量參數(shù)的趨勢變化，同時也便于值班員發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場故障。

3.2通訊協(xié)議的選用。上位機和下位機的通訊采用Modbus/RTU協(xié)議，因為測量點較為分散（500米左右），所以采用了較低的通訊速率，統(tǒng)一采用9600BPS，一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位，偶校驗。Modbus/RTU協(xié)議采用了CRC16循環(huán)循環(huán)冗余校驗碼，這種校驗碼的檢錯能力很強，不但能檢出離散錯外，還能檢出突發(fā)錯，能以99.997%的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯，漏檢概率為0.003%。

4.結(jié)果分析

圖為使用本系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)，壓力數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)

經(jīng)過幾個工程的應(yīng)用，證明本系統(tǒng)使用方便，性能優(yōu)良，極大的降低了工作人員的勞動強度，改善了工作環(huán)境，利用計算機的軟件自帶的數(shù)據(jù)分析功能，能方便地得出設(shè)計鍋爐所需要的數(shù)據(jù)，為確定機組容量，鍋爐結(jié)構(gòu)形式提供了非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]ADAM 4000 Data Acquisition Modules User's Manual

[2]MCGS 6.2用戶手冊

[3]陽憲惠，現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用 1999第一版

[4]MODBUS協(xié)議中譯本

[5]趙欽新等著，余熱鍋爐研究與設(shè)計，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010