【正文】 結(jié)合的產(chǎn)物。工業(yè)鍋爐采用微機(jī)控制和原有控制方式相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠直觀而集中的顯示鍋爐各運(yùn)行參數(shù)，顯示液位壓力溫度的狀態(tài)。而作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在采用計(jì)算機(jī)控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機(jī)制，能夠杜絕由于人為疏忽造成的重大事故。 鍋爐工業(yè)的迅猛發(fā)展是近幾年的事情，國(guó)外的鍋爐工業(yè) 50 年代發(fā)展最快， 70 年代達(dá)到高峰。一直以來(lái)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鍋爐的控制是控制領(lǐng)域的一個(gè)典型的問(wèn)題，伴隨著控制理論和 技術(shù)的法發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制水平也在逐漸提高，鍋爐的自動(dòng)控制，經(jīng)歷了 30 年代的單參數(shù)儀表控制， 40 年代的組成儀表復(fù)合參數(shù)儀表控制，以及 60年代興起的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制幾個(gè)階段。而用 labview 實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)控制，也是近幾年才發(fā)展起來(lái)的，是一個(gè)逐漸深入的過(guò)程，雖然與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在差距，但是在 此方面的進(jìn)步卻是很大的。 國(guó)內(nèi)對(duì)鍋爐的控制的研究始于 80 年代初期。最初，大多數(shù)系統(tǒng)時(shí)在引進(jìn)國(guó)外成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程與其它事物一樣， 也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由手動(dòng)到自動(dòng) 的過(guò)程。 60 年代，鍋爐的控制還只是實(shí)行人工操作，鍋爐的燃燒完全是憑鍋爐工人的經(jīng)驗(yàn)，幾乎談不到自動(dòng)控制。到 70— 80 年代，逐步出現(xiàn)了由常規(guī)檢測(cè)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)，它具有可靠性高，成本低，易于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在大、中、小工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，解決了不少自動(dòng)化方面的問(wèn)題。到了 90 年代，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化工具的過(guò)程控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)算速度快，控制精度高，并且具有分時(shí)操作功能，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可代替多臺(tái)常規(guī)裝置，計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)的記憶功能和邏輯判斷功能，在環(huán)境或過(guò)程參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，能及時(shí)做出 判斷，選擇最優(yōu)控制決策。 縱觀我國(guó)鍋爐控制方面的理論研究，可以說(shuō)與其它發(fā)達(dá)國(guó)家水平相差不大，但在應(yīng)用水平上，差距較大。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在工業(yè)鍋爐約 30 萬(wàn)臺(tái)，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)鍋爐的需要量正在以每年 2 萬(wàn)噸的速度增長(zhǎng)，每年消耗的原煤 2， 108噸，占全國(guó)原煤產(chǎn)量的 1/3，數(shù)量極其可觀。但目前我國(guó)有中小型鍋爐在使用中普遍存在調(diào)節(jié)手段有限、鍋爐的出力不能隨外界負(fù)荷變化及時(shí)變化等現(xiàn)象，從而降低了鍋爐的效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此，從行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，盡管我國(guó)對(duì)鍋爐控制的研究和推廣已取得了很大的進(jìn)展 ，但仍然存在問(wèn)題較多，概括起來(lái)有以下一些特點(diǎn)： （ 1） 利用效率低、能源消耗大、系統(tǒng)在節(jié)能降耗方面還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。 （ 2） 系統(tǒng)成本相對(duì)較高，下降幅度還有很大空間。 （ 3） 系統(tǒng)對(duì)先進(jìn)控制技術(shù)的使用停留在系統(tǒng)局部控制上，在綜合系統(tǒng)中總體不足。 綜上所述，進(jìn)一步提高、完善和推廣已經(jīng)取得的國(guó)內(nèi)外研究成果，將是當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)。鍋爐控制的自動(dòng)化研究方向應(yīng)該集中在以下幾個(gè)方面： （ 1） 提高控制器的可靠性。實(shí)際控制工程中，要求控制器簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間短，目前研究的先進(jìn)控制策略往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，且大部分研究成果仍處實(shí)驗(yàn)室仿真階段，如何將其 推向控制實(shí)際應(yīng)用是今后的努力方向。 （ 2） 提高控制系統(tǒng)的硬件水平。為了保證鍋爐安全運(yùn)行，要對(duì)鍋爐本體的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行控制，以保證硬件質(zhì)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。主要是提高硬件的可用性、可維護(hù)性，加強(qiáng)元器件的標(biāo)準(zhǔn)化，盡快提高設(shè)備的生產(chǎn)水平。 （ 3） 加強(qiáng)控制系統(tǒng)一體化。要加強(qiáng)利用網(wǎng)絡(luò)，使信息資源在控制裝置中充分發(fā)揮其作用，推動(dòng)控制系統(tǒng)向更高層次發(fā)展。 （ 4） 降低設(shè)備造價(jià)。在鍋爐設(shè)備的研制方面，要遵循通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、專用化得設(shè)計(jì)原則，盡量減少安裝時(shí)間，降低成本。 （ 5） 實(shí)現(xiàn)智能化。要加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的研究，提高對(duì)鍋爐的溫度、壓力、流量等參 數(shù)的檢測(cè) 水平，達(dá)到用智能化手段進(jìn)行檢測(cè)。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，人類進(jìn)入了一個(gè)以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代，檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)一起構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)。 21 世紀(jì)第一個(gè) 10 年的熱點(diǎn)必將是傳感、執(zhí)行與檢測(cè)。鍋爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)作為傳感、執(zhí)行與檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方面也必將跨入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時(shí)代，而且對(duì)于大規(guī)模鍋爐群控，檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合在一起，形成鍋爐控制系統(tǒng)的集成化管理、網(wǎng)絡(luò)化控制，這將是鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。在鍋爐控制理論方面，也有許多優(yōu)秀的控制理論相繼出現(xiàn)。例如，模糊控制理 論和智能控制理論目前已經(jīng)很好地應(yīng)用在鍋爐控制系統(tǒng)上。 縱觀上述，從鍋爐控制的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，僅靠人工加常規(guī)儀表，不僅難以做到平穩(wěn)操作，安全生產(chǎn)也沒(méi)有確定的保證，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)條件差，而且運(yùn)行熱效率低，浪費(fèi)能源，污染環(huán)境。為此，世界上許多國(guó)家利用計(jì)算機(jī)的快速性、可靠性、準(zhǔn)確性和多種特殊功能，以改善鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高鍋爐的熱效率，節(jié)省能源，減少污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。 現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，需要測(cè)試的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，對(duì) 測(cè)試的速度、精度、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)可信度、完整性以及測(cè)試系統(tǒng)的可靠性、智能化、開(kāi)放性等的要求也越來(lái)越高。因此傳統(tǒng)的儀器測(cè)量和智能化的儀器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的需要，虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)儀器的局限。在計(jì)算機(jī)上建立了測(cè)試控制系統(tǒng)，可以將許多信號(hào)處理的方法方便的應(yīng)用到測(cè)量中，已經(jīng)廣泛用于軍事、航空、航天、科研和工廠等民用場(chǎng)合。 虛擬儀器的出現(xiàn)很好的解決了 很多 問(wèn)題。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)靈活強(qiáng)大的軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些部件 ，用人的智力資源代替許多物質(zhì)資源，通過(guò)一組軟件和硬件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所不具備的基礎(chǔ)上形成虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室具有以下優(yōu)勢(shì)。 （ 1） 減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備資金的投入。首先，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)諸如示波器、函數(shù)發(fā)生器、電壓表、頻譜分析儀器的功能，大大節(jié)約了儀器成本。其次，傳統(tǒng)儀器維護(hù)費(fèi)用高，需要耗費(fèi)大量的人力物力。 （ 2） 虛擬儀器基于軟件的體系結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。 過(guò)程控制是在現(xiàn)代檢測(cè)過(guò)程中不可缺少的一部分，作為自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，必須了解過(guò)程控制，掌握 整個(gè)系統(tǒng)的功能，會(huì)分析其各項(xiàng)參數(shù)。但許多生產(chǎn)過(guò)程都具有危險(xiǎn)性，而且作為學(xué)生，目前還沒(méi)有條件到工廠中了解整個(gè)過(guò)程。在這種情況下，過(guò)程控制平臺(tái)的開(kāi)發(fā)就具有了一定的意義，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以讓同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)操作計(jì)算機(jī)仿真軟件了解整個(gè)過(guò)程，運(yùn)行機(jī)制。 第二章 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具概述 虛擬儀器概述 虛擬儀器（ virtual instrument）是指通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來(lái)，用戶可通過(guò)友好的圖形界面來(lái)操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì) 的一臺(tái)單個(gè)儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。與傳統(tǒng)儀器一樣，如果忽略它的跨網(wǎng)絡(luò)的位置透明性，它同樣劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、顯示結(jié)果三大功能模塊。圖 1 反映了常見(jiàn)的虛擬儀器組建方案。 圖 1 虛擬儀器系統(tǒng) 資料來(lái)源：泛華測(cè)控 .虛擬儀器技術(shù) [DB/OL]. 虛擬儀器的功能及特點(diǎn) 虛擬儀器利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制，數(shù)據(jù)分析與顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀 器價(jià)格，使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。虛擬儀器廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、醫(yī)療、溫度檢測(cè)、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷用教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。 虛擬儀器最常見(jiàn)的應(yīng)用是取代傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器。隨著插入式數(shù)據(jù)采集板速率的提高和觸發(fā)技術(shù)的改進(jìn)，插入式數(shù)據(jù)采集板技術(shù)使臺(tái)式儀器獲得了新生。在虛擬儀器所取代的儀器中，最常見(jiàn)的是示波器。通過(guò)利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件編制出的虛擬儀器程序，用戶可以調(diào)整數(shù)據(jù)采集板的動(dòng)作，使軟件就像一臺(tái)示波器一樣顯示輸出的波型，同時(shí)虛擬示波器還可以進(jìn)行許多分析工作。 （ 1）豐富和增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器 的功能。虛擬儀器將信號(hào)分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其他管理集中交由計(jì)算機(jī)來(lái)處理，充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、傳輸和發(fā)布能力，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活和簡(jiǎn)單。 （ 2）突出 “ 軟件就是儀器 ” 的新概念。傳統(tǒng)儀器的某些硬件在虛擬儀器中被除數(shù)軟件所代替，由于減少了許多隨時(shí)間可能漂移、需要定期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件，加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用，使儀器的測(cè)量精度、測(cè)量速度和可重復(fù)性都大大提高。 （ 3）儀器由用戶自己定義。虛擬儀器通過(guò)提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫(kù)，可以很方便地修改儀器功能和面板，設(shè)計(jì)儀器的通信、定時(shí)器和觸發(fā) 器功能， 實(shí)現(xiàn)與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用的連接，給了用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。 （ 4）開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬儀器硬件和軟件都制定了開(kāi)放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此用戶可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)，使資源的可重復(fù)利用率提高，功能易于擴(kuò)展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護(hù)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用降低。 （ 5）便于構(gòu)成復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性好。虛擬儀器既可以作為測(cè)試儀器獨(dú)立使用，又可以通過(guò)高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的分布測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、監(jiān)控與故障診斷。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，還可以 大大節(jié)約儀器購(gòu)買和維護(hù)費(fèi)用。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢(shì) （ 1）性能高 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以完全 “ 繼承 ” 了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來(lái)越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。 （ 2）擴(kuò)展性強(qiáng) NI 的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈束于當(dāng)前的技術(shù)中。得益于 NI 軟件的靈活性，只需更新您的計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少 的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)您的整個(gè)系統(tǒng)。在利用最新科技的時(shí)候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時(shí)間。 （ 3）開(kāi)發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上， NI 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 NI 設(shè)計(jì)這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時(shí)還提供了靈活性和強(qiáng)大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改高性能、低成本的測(cè)量和控制解決方案。 （ 4）無(wú)縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功 能上不斷地趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間。 NI 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。 圖 2 自定義儀器的用途 資料來(lái)源：泛華測(cè)控 .虛擬儀器技術(shù) [DB/OL]. 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 傳統(tǒng)儀器的功能固定且由廠商定義。傳統(tǒng)儀器和基于軟件的虛擬儀器具有許多相同的結(jié)構(gòu)組件，但是在體系結(jié)構(gòu)原 理上完全不同，如圖 3 所示。 圖 3傳統(tǒng)儀器虛擬儀器比較圖 資料來(lái)源： NI中國(guó)首頁(yè) .虛擬儀器技術(shù) [DB/OL]. 每一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成：軟件和硬件。對(duì)于當(dāng)前的測(cè)量任務(wù)，虛擬儀器系統(tǒng)的價(jià)格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無(wú)幾，甚至比它低很多倍。而且，由于虛擬儀器在測(cè)量任務(wù)需要改變時(shí)具有更大的靈活性，隨著時(shí)間的推移，節(jié)省的成本也不斷累計(jì)。 不使