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1、南 京 理 工 大 学能 源 与 动 力 工 程 学 院基于工业以太网过热器汽温监测系统设计姓名 ：李宝星班级 ：09081802学号 ：0908180223指导教师：王 军同组成员： 刘高亮 09081802282013年1月过热器汽温监测系统设计摘要：主要介绍基于工业以太网对过热器汽温监测系统的硬件进行选型和对过热器汽温的实时监控软件进行编辑以及对软件的运行结果进行介绍。硬件设计主要介绍了镍铬-铜镍热电偶hr-wrer-13，温度变送器MCT80AC，PCI数据采集卡PCI8757，集线器FAST FH08这几个模块的型号和参数。软件设计通过编程完成本地及远程端程序，实现远程和现场的同步监
2、测和历史数据调用等功能。关键词：过热器汽温；硬件设计 ；实时监测；远程控制一、 设计背景概述过热器是锅炉的重要部件，其作用是在锅炉中将一定压力下的饱和水蒸汽加热成相应压力下的过热蒸汽。其性能如寿命等与温度有着密不可分的关系，电站中的与锅炉相关的整个系统由于受到外界环境或内在的影响，各个部件内的温度不可能保持恒定不变的，但是与锅炉相关的各个部件在设计以及过热器安装还之后，设计工况不仅有流速，功率等，更重要的还有一个设计好的温度界限。对于过热器来说，尤其是当温度超过温度界限并且累积到一定次数后，容易产生爆管事故。对整个系统的运行产生影响，严重的甚至会影响整个电站的运行，对电站产生影响。故再过热气的
3、运行过程中，对过热器的温度进行实时监控十分重要，可以保证整个系统的正常运行。锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件，称为蒸汽过热器。大部分工业锅炉不装设过热器，因为许多工业生产流程和生活设施只需要饱和蒸汽。在电站、机车和船用锅炉中，为了提高整个蒸汽动力装置的循环热效率，一般都装有过热器。采用过热蒸汽可以减少汽轮机排汽中的含水率。过热蒸汽温度的高低取决于锅炉的压力、蒸发量、钢材的耐高温性能以及燃料与钢材的比价等因素，对电站锅炉来说,4兆帕的锅炉一般为450左右;10兆帕以上的锅炉为540570。少数电站锅炉也有采用更高过热汽温的（甚至可达650）。现代电站锅炉的过热器是在高温、高压条件
4、下工作的部件，过热蒸汽温度是锅炉给水通道中温度最高的地方。如果过热蒸汽温度过高, 则过热器容易损坏, 也会使用汽负荷设备内部引起过度的热膨胀, 严重影响运行的安全，过热蒸汽温度偏低, 则设备的热效率降低以及影响汽轮机的安全运行。因此, 必须对过热蒸汽温度加以实时监测控制。二、 硬件系统设计所需设备温度传感器（热电偶）、温度变送器、数据采集卡、服务器、集线器 硬件设计主要包括系统的总体组网设计、原理图设计、硬件的选型及其介绍三部分构成。（1）、组网图客户端服务器图1.组网图（2）、原理图过热器变送器数据采集卡服务器客户端520580温度值420mA电信号05V电信号数字信号数字信号热电偶热电阻（
5、3）、硬件选型（1）热电偶热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路。输入类型：K、E、S、B、T、J等型热电偶；输入阻抗：20K冷端温度补偿：-15+75输出电流：420mA输出回路供电：1230VDC最小工作电压：12VDC标准精度：0.2%（2）温度传感器的对应型号的参数：类型温度范围（）最小量程（）绝对误差基本误差K0130012010.2%E010008010.2%S0160058030.2%B4001800100030.2%R01600850
6、30.2%T-20040012010.2%N0120018030.2%W0230034030.2%J0120010030.2% 型号：MCT80AC 参数：输入：热电偶：k、e、j、b、s、t。热电阻：pt100、cu50、cu100 输出：4-20mA、0-10mA、0-5V等精度：0.5%供电电源：24VC10%负载电阻：三线制0-10mA：0-1500；二线制4-20mA：0-600工作温度：-2070工作湿度：95%RH温漂： 0.05%/、 0.025%/、 0.01%/热电偶冷补范围：060外形尺寸：4418mm 安装孔间距36mm防护等级：IP65（3）PIC数据采集卡4个模拟输
7、入通道，AC/DC耦合，软件可选50输入阻抗/高输入阻抗，每通道软件分别可选，全输入电压范围20mVp-p2Vp-p,高宽带DC-80MHz-3dB细微偏移控制500mV，8位垂直分辨率，100MS/s采样在单通道，采样速率400MHz,200MHz.500MHz,25MHz,12.5MHz至781KHzTTL输出2V，可编程极性输出脉冲表示采集的开始和结束。(4)集线器集线器工作在局域网（LAN）环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面
8、，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。 型号：FAST FH08 参数：设备类型：10M以太网集线器 适用网络类型：以太网传速速率：10Mbps端口类型：RJ-45端口数：8级联端口数：1Uplink端口：是网络标准：IEEE802.3网络协议：CSMA/CD介 质：10Base-T:3, 4或5类非屏蔽双绞线,最长100米EIA/TIA-568 100欧姆屏蔽双绞线(STP),最长100米指示面板：电源、冲突、连接/接收指示器其他技术参数：工作温度:040、存储温度:-4070、湿度:5
9、%95% RH无凝结特点：8个10M RJ45端口,第8口可切换成Uplink口三、 课程设计软件部分软件设计包括本地监测和远程控制两部分程序。本地实现过热器汽温的实时检测；远程端则利用Winsock控件来实现对过热器汽温的远程监控。本地监测：结合系统硬件设计平台，完成本地监测系统的人机交互操作界面设计，并实现过热器汽温的现场信号的实时检测与显示、越限报警、数据（汽温、报警）的记录/保存、历史数据的显示等功能设计。程序设计说明本地监测：1、 随机产生530-560范围内的汽温数据，以曲线实时显示数据，并记录在列表框中。当温度超过554或者低于536时，产生报警，高于554则出现红色报警标签，低
10、于536则出现蓝色报警标签。界面上有一个报警器（低于536显示蓝色，高于554显示红色，正常状态显示绿色）2、 有对历史数据进行保存和查看，并记录实时的时间和温度，通过picture绘制历史温度变化特性。（3）本地监测程序流程图（4）、运行结果图4.服务器这是对历史数据的查看：图6.历史数据（保存时，将温度值，采样时间（如果是报警数据还有报警原因）一起保存在记事本上）（5）、程序调试中遇到的问题1.由于要使温度实时显示，则横坐标的值也要不断改变，可以在Timer事件中判断，当前的采样值是否均能显示在图中，若不能，则截取后面的数据，显示在图中，以实时显示。2.在远程端读取历史数据时，由于不清楚传
11、输的数据长度，故在本地保存历史数据时将其设置成定长，这样在读取的时候就可以避免不清楚长度造成的错误。3在传输数据过程中，若一端突然结束，则会造成另一端也发生错误，可以在退出之前，使其断开连接，避免干扰。4.为了避免远程端连接发生错误，在连接之前，要保证本地端先进行监听，再进行连接。四、 工程预算（1）、镍铬-铜镍热电偶hr-wrer-13：1200元（2）、温度变送器MCT80AC：50元（3）、PCI数据采集卡PCI8757：5400元（4）、集线器FAST FH08：25元共计6675元五、总结 在本次设计中我负责实时监测曲线的绘制和实时数据的显示，运用timer、list、picture
12、、frame、label等控件。制造随机数，把随机数当做温度数据显示成曲线，在列表框中通过时间控件实时的显示系统时间和此时的温度数据。并且设置警戒温度，在温度过高或过低时及时报警，同时在列表框中也会将温度的状况显示在数据之后，在实时数据显示时也同时记录在文档中，以便以后查询。以及实时温度曲线的绘制和历史数据的温度波动图线，这样可以更清楚了解温度的变化以及是否超限。对于温度监控系统以及相关的监控系统设计，包括其中的软硬件组成，传感器、变送器、数据采集模块、数据通信模块和网络配件有了一定的了解。知道了在信号传输过程中如何变化以及采集。并能使用Visio工具完成简单的绘图。能够使用VB编写简单的动态
13、图像显示程序。以及实现保存数据、历史数据查询等功能！还学会了使用winsock控件实现多台计算机的数据传输功能。这次课程设计，是继空调控制之后第一次独立完成某一设计。在这次设计过程中学会了如何实现软硬件的连接。在实际过程中选择什么样的原件，才能使设计性能最优以及价格最低。这也是我们在实际工作中必有考虑的问题。在这次课程设计中，第一次使用Visio。这些都是在实际程序、系统设计中使用最频繁的绘图工具。虽然没有能全面的学会使用，但也意识到该绘图工具的方便之处。完全学会对以后的学习工作非常有用。在程序设计工程中，也遇到了诸多的问题，比如，在没有为了能是程序适用于不同的数据采集，就要求数据采集用某一特
14、定变量表示。在采集不同数据时，只需要修改变量值就能适用不同的数据；还有使用winsock控件时，遇到了连接一次后断开再连接就不能成功的问题，在上网查阅资料、进行多次修改后才发现，是断开之后，虽然服务器处在监听状态，当客户端的端口却没有释放。在下次连接时就需要重新设定客户端端口号。才能进行下次的连接已经之后的数据传输。五、 参考文献（1）徐学峰.传感器变送器测控仪表大全.北京：机械工业出版社，1998（2）田涛.过程计算机控制及先进控制策略的实现.北京：机械工业出版社，2006（3）张栾英，孙万云.火电厂过程控制.北京：中国电力出版社，2000（4）韩璞，等.火电厂计算机监控与监测.北京：中国水利水电出版社，2005（5）李江全，等.计算机测控系统设计与编程实现.北京：电子工业出版社，2006（6）卞志强.Visual Basic网络程序设计.北京：人民邮电出版社，2003（7）王栋.Visual Basic程序设计实用教程.北京：清华大学出版社，2007
