【正文】 結(jié)合的產(chǎn)物。工業(yè)鍋爐采用微機控制和原有控制方式相比具有明顯優(yōu)勢，能夠直觀而集中的顯示鍋爐各運行參數(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、濟運行，減輕操作人員的勞動強度。在采用計算機控制的鍋爐控制系統(tǒng)中，有十分周到的安全機制，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，國外的鍋爐工業(yè) 50 年代發(fā)展最快， 70 年代達到高峰。一直以來，用計算機實現(xiàn)鍋爐的控制是控制領(lǐng)域的一個典型的問題，伴隨著控制理論和 技術(shù)的法發(fā)展，鍋爐自動化控制水平也在逐漸提高，鍋爐的自動控制，經(jīng)歷了 30 年代的單參數(shù)儀表控制， 40 年代的組成儀表復合參數(shù)儀表控制，以及 60年代興起的計算機過程控制幾個階段。而用 labview 實現(xiàn)的系統(tǒng)控制，也是近幾年才發(fā)展起來的，是一個逐漸深入的過程，雖然與其他發(fā)達國家相比還存在差距，但是在 此方面的進步卻是很大的。 國內(nèi)對鍋爐的控制的研究始于 80 年代初期。最初，大多數(shù)系統(tǒng)時在引進國外成套設(shè)備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應(yīng)用。鍋爐控制系統(tǒng)的發(fā)展過程與其它事物一樣， 也經(jīng)歷了由簡單到復雜、由手動到自動 的過程。 60 年代，鍋爐的控制還只是實行人工操作，鍋爐的燃燒完全是憑鍋爐工人的經(jīng)驗，幾乎談不到自動控制。到 70— 80 年代，逐步出現(xiàn)了由常規(guī)檢測儀表和調(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，易于操作和維護等優(yōu)點，在大、中、小工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，解決了不少自動化方面的問題。到了 90 年代，出現(xiàn)了以計算機作為自動化工具的過程控制技術(shù)，計算機控制系統(tǒng)運算速度快，控制精度高，并且具有分時操作功能，一臺計算機可代替多臺常規(guī)裝置，計算機具有較強的記憶功能和邏輯判斷功能，在環(huán)境或過程參數(shù)發(fā)生變化時，能及時做出 判斷，選擇最優(yōu)控制決策。 縱觀我國鍋爐控制方面的理論研究，可以說與其它發(fā)達國家水平相差不大，但在應(yīng)用水平上，差距較大。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國現(xiàn)在工業(yè)鍋爐約 30 萬臺，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)鍋爐的需要量正在以每年 2 萬噸的速度增長，每年消耗的原煤 2， 108噸，占全國原煤產(chǎn)量的 1/3，數(shù)量極其可觀。但目前我國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荷變化及時變化等現(xiàn)象，從而降低了鍋爐的效率，遠遠不能滿足我國經(jīng)濟發(fā)展的需要。因此，從行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來說，盡管我國對鍋爐控制的研究和推廣已取得了很大的進展 ，但仍然存在問題較多，概括起來有以下一些特點： （ 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一步加強。 （ 2） 系統(tǒng)成本相對較高，下降幅度還有很大空間。 （ 3） 系統(tǒng)對先進控制技術(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，進一步提高、完善和推廣已經(jīng)取得的國內(nèi)外研究成果，將是當前的一項重要任務(wù)。鍋爐控制的自動化研究方向應(yīng)該集中在以下幾個方面： （ 1） 提高控制器的可靠性。實際控制工程中，要求控制器簡單，計算時間短，目前研究的先進控制策略往往結(jié)構(gòu)復雜，計算時間長，且大部分研究成果仍處實驗室仿真階段，如何將其 推向控制實際應(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行，要對鍋爐本體的設(shè)計制造進行控制，以保證硬件質(zhì)量，增強系統(tǒng)的性能。主要是提高硬件的可用性、可維護性，加強元器件的標準化，盡快提高設(shè)備的生產(chǎn)水平。 （ 3） 加強控制系統(tǒng)一體化。要加強利用網(wǎng)絡(luò)，使信息資源在控制裝置中充分發(fā)揮其作用，推動控制系統(tǒng)向更高層次發(fā)展。 （ 4） 降低設(shè)備造價。在鍋爐設(shè)備的研制方面，要遵循通用化、標準化、專用化得設(shè)計原則，盡量減少安裝時間，降低成本。 （ 5） 實現(xiàn)智能化。要加強對檢測技術(shù)的研究，提高對鍋爐的溫度、壓力、流量等參 數(shù)的檢測 水平，達到用智能化手段進行檢測。 進入 21 世紀以來，人類進入了一個以知識經(jīng)濟為特征的信息時代，檢測技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)一起構(gòu)成現(xiàn)代信息的三大基礎(chǔ)。 21 世紀第一個 10 年的熱點必將是傳感、執(zhí)行與檢測。鍋爐自動化控制系統(tǒng)作為傳感、執(zhí)行與檢測技術(shù)的一個應(yīng)用方面也必將跨入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時代，而且對于大規(guī)模鍋爐群控，檢測技術(shù)、計算機技術(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)展過程來看，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)也沒有確定的保證，工人的勞動強度大，生產(chǎn)條件差，而且運行熱效率低，浪費能源，污染環(huán)境。為此，世界上許多國家利用計算機的快速性、可靠性、準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)代檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和未來 隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代檢測系統(tǒng)越來越復雜，需要測試的數(shù)據(jù)量也越來越大，對 測試的速度、精度、實時性、數(shù)據(jù)可信度、完整性以及測試系統(tǒng)的可靠性、智能化、開放性等的要求也越來越高。因此傳統(tǒng)的儀器測量和智能化的儀器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代測量技術(shù)的需要，虛擬儀器技術(shù)突破了傳統(tǒng)儀器的局限。在計算機上建立了測試控制系統(tǒng)，可以將許多信號處理的方法方便的應(yīng)用到測量中，已經(jīng)廣泛用于軍事、航空、航天、科研和工廠等民用場合。 虛擬儀器的出現(xiàn)很好的解決了 很多 問題。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，用計算機靈活強大的軟件代替?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)上形成虛擬儀器實驗室。與傳統(tǒng)的實驗室相比，虛擬儀器實驗室具有以下優(yōu)勢。 （ 1） 減少實驗設(shè)備資金的投入。首先，在一臺計算機上就可以實現(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)儀器維護費用高，需要耗費大量的人力物力。 （ 2） 虛擬儀器基于軟件的體系結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了開發(fā)和維護費用。 過程控制是在現(xiàn)代檢測過程中不可缺少的一部分，作為自動化專業(yè)的學生，必須了解過程控制，掌握 整個系統(tǒng)的功能，會分析其各項參數(shù)。但許多生產(chǎn)過程都具有危險性，而且作為學生，目前還沒有條件到工廠中了解整個過程。在這種情況下，過程控制平臺的開發(fā)就具有了一定的意義，通過這個系統(tǒng)，可以讓同學在實驗室中通過操作計算機仿真軟件了解整個過程，運行機制。 第二章 系統(tǒng)開發(fā)工具概述 虛擬儀器概述 虛擬儀器（ virtual instrument）是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化硬件結(jié)合起來，用戶可通過友好的圖形界面來操作這臺計算機，就像在操作自己定義、自己設(shè)計 的一臺單個儀器一樣，從而完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。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 反映了常見的虛擬儀器組建方案。 圖 1 虛擬儀器系統(tǒng) 資料來源：泛華測控 .虛擬儀器技術(shù) [DB/OL]. 虛擬儀器的功能及特點 虛擬儀器利用個人計算機強大的圖形環(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)用于電子測量、電力工程、醫(yī)療、溫度檢測、振動分析、聲學分析、故障診斷用教學科研等諸多領(lǐng)域。 虛擬儀器最常見的應(yīng)用是取代傳統(tǒng)的臺式儀器。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，插入式數(shù)據(jù)采集板技術(shù)使臺式儀器獲得了新生。在虛擬儀器所取代的儀器中，最常見的是示波器。通過利用虛擬儀器開發(fā)軟件編制出的虛擬儀器程序，用戶可以調(diào)整數(shù)據(jù)采集板的動作，使軟件就像一臺示波器一樣顯示輸出的波型，同時虛擬示波器還可以進行許多分析工作。 （ 1）豐富和增強了傳統(tǒng)儀器 的功能。虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中交由計算機來處理，充分利用了計算機強大的數(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間可能漂移、需要定期校準的分立式模擬硬件，加上標準化總線的使用，使儀器的測量精度、測量速度和可重復性都大大提高。 （ 3）儀器由用戶自己定義。虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫，可以很方便地修改儀器功能和面板，設(shè)計儀器的通信、定時器和觸發(fā) 器功能， 實現(xiàn)與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用的連接，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。 （ 4）開放的工業(yè)標準。虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標準，因此用戶可以將儀器的設(shè)計、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標準，使資源的可重復利用率提高，功能易于擴展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護和開發(fā)費用降低。 （ 5）便于構(gòu)成復雜的測試系統(tǒng)，經(jīng)濟性好。虛擬儀器既可以作為測試儀器獨立使用，又可以通過高速計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復雜的分布測試系統(tǒng)，進行遠程測試、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)約儀器購買和維護費用。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢 （ 1）性能高 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全 “ 繼承 ” 了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。 （ 2）擴展性強 NI 的軟硬件工具使得工程師和科學家們不再圈束于當前的技術(shù)中。得益于 NI 軟件的靈活性，只需更新您的計算機或測量硬件，就能以最少 的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進您的整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。 （ 3）開發(fā)時間少 在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上， NI 高效的軟件構(gòu)架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 NI 設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。 （ 4）無縫集成 虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產(chǎn)品在功 能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。 NI 的虛擬儀器軟件平臺為所有的 I/O 設(shè)備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設(shè)備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復雜性。 圖 2 自定義儀器的用途 資料來源：泛華測控 .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 資料來源： NI中國首頁 .虛擬儀器技術(shù) [DB/OL]. 每一個虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成：軟件和硬件。對于當前的測量任務(wù)，虛擬儀器系統(tǒng)的價格與具有相似功能的傳統(tǒng)儀器相差無幾，甚至比它低很多倍。而且，由于虛擬儀器在測量任務(wù)需要改變時具有更大的靈活性，隨著時間的推移，節(jié)省的成本也不斷累計。 不使