基本信息
- 项目名称：
- 热水机组远程智能控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 系统通过部署在热水机组的人机界面（HMI）采集机组的PLC信息，如温度、水位等信息，传送至数据服务器。用户在控制终端登录系统后，可根据权限获取数据服务器数据，监控机组实时运行状态；可发送控制指令，通过指令服务器，使用Modbus协议发送控制指令给HMI，控制机组运行。同时利用基于径向基神经网络实现开关机时间预测。
- 详细介绍：
- 目前，热水机组的管理存在效率低、能源消耗大、管理成本高等缺点，本系统主要实现智能检测技术，提高了对锅炉的温度、压力、流量等参数的检测水平；实现控制、管理一体化、网络化，对分布在各地区的热水机组实施远程统一控制和管理，对机组进行实时监控。 利用采集的数据作样本,运用神经网络算法对样本进行学习,生成一个合适的智能系统。根据得到的相关模拟输入量它便可以预测未来系统运行时间,从而合理规划开关机时间,使整个系统运行最优化.达到“节能减排”,实现更好的节能和更高的经济效益。 系统主要由服务器，基于C/S架构的控制终端，基于B/S架构的ASP.NET应用程序，人机界面（HMI），PLC及以太网组成，通信协议采用Modbus协议和TCP/IP协议。通过部署在热水机组的HMI采集机组中PLC信息，如温度、水位等信息。同时，HMI提供机组状态给部署在以太网中的服务器。同时服务器使用Modbus协议发送控制指令到HMI，控制机组运行。管理用户在控制终端登录系统后，根据权限查看、控制机组状态，监控机组实时运行情况；系统可对重要数据进行分析，绘制图表，供用户参考。 本系统改变目前普遍采用的局部控制管理，提出了一种全局化管理思路，对物理上分散的机组进行统一管理和控制。由于采用了Modbus协议和TCP/IP协议，管理者可以远程控制机组和监控现场设备，由此提供新的服务模式和服务手段。 本系统关键技术为使用Modbus和TCP/IP协议实现端对端的通信，客户端发出控制指令；同时利用RBF神经网络预测算法，结合数据库技术和网络通信技术形成一个功能可扩展、性能稳定、易于部署的热水机组远程控制管理系统。 从行业发展现状来说，尽管我国对锅炉控制的研究和推广已取得了很大的进展，但仍然存在问题较多，资源利用效率低、能源消耗大；人力投入较多，系统成本相对较高；先进控制技术没得到较好利用。本系统改变目前普遍采用的局部控制管理，提出了一种全局化管理思路，对物理上分散的机组进行统一管理和控制。采用Modbus协议和TCP/IP协议，实现了远程控制和监控，并由此提供新的服务模式和服务手段。 优点和创新点主要集中在以下几个方面: 1)控制系统智能化、一体化。充分利用网络，使信息资源在控制装置中充分发挥其作用，推动控制系统向更高层次发展。监控系统承担着对整个锅炉系统的指挥和协调功能，及时地对锅炉运行过程中出现的异常或故障进行检测、诊断和报警，以便让操作人员迅速做出处理。 2)网络安全性。考虑工业现场信息的保密性，所以通过互联网访问PLC首要解决的就是网络安全问题。本系统采用Modbus协议和TCP/IP协议，面向连接服务、点对点通信，从而保证网络通信的安全性。 3)检测智能化、实时化。监控系统除了完成对热水机组正常的监视与控制任务外，还完成对系统运行过程中的各种信息如各种过程变量、设备状态变量等进行实时综合的处理，将处理结果告诉操作者，并对相关过程变量及设备状态的变化趋势做出预测，对可能产生的异常和故障发出报警信号且给出相应处理策略供操作员参考，尽量避免各种可能故障所带来的损失。 基于Modbus协议和TCP/IP协议开发的热水机组远程控制管理系统，实现对热水机组的全局控制，提高了生产效率，改进了系统的稳定性和可靠性。人机界面简洁、实用，实现了系统的监控，实时显示机组状态信息，保存故障信息，方便工作人员迅速排查故障，并提供了查询历史故障的功能。该系统的广泛应用大大降低了成本，节约了资源，实现节能减排。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 据统计，目前我国中小型锅炉在使用中普遍存在调节手段有限，锅炉的运作不能随外界负荷变化及时变化等问题，从而降低了锅炉的效率，远远不能满足我国经济发展的需要。从行业发展现状来看仍然存在较多问题：资源利用效率低、能源消耗大；系统成本相对较高；先进控制技术没得到较好利用。将国内现有的锅炉急需升级和改造，向信息化，自动化，规模化方向发展，以新技术应用为核心提高运行效率。
科学性、先进性及独特之处
- 1、从无到有添加历史数据分析 2、将传统的现场人工控制升级为远程网络控制 3、将单一机组控制升级为多机组控制，提高了管理效率 4、将传统的由操作工那个经验值操作转变为基于径向基神经网络算法自主优化开机时间
应用价值和现实意义
- 热水机组远程控制管理系统可以应用于学校、医院、宾馆等大型场所，提供洗浴用水，饮用开水，供热供暖等服务。 本系统现已在合肥某公司投入使用。
学术论文摘要
- 本设计改进了锅炉控制及其管理，提出了全局化管理思路，对物理上分散的机组进行统一管理和控制。端对端通信采用Modbus协议，管理者可以远程控制终端设备并监控现场，由此提供了新的服务模式和服务手段。 系统设计实现了控制系统智能化、一体化，推动控制系统向更高层次发展；通过网络防火墙及管理权限设置，实现控制现场保密性、安全性；对系统运行过程中的各过程变量、设备状态变量等进行实时综合的处理，并对相关过程变量及设备状态的变化趋势利用RBF神经网络算法做出加热时间的预测，实现系统智能控制设备。对可能产生的异常和故障发出报警信号，避免因故障而造成的损失，降低了成本，节约了资源，实现节能减排。
获奖情况
- 第四届安徽省大学生挑战杯课外学术作品竞赛
鉴定结果
- 二等奖
参考文献
- [1] 陈在平等编著.现场总线及工业控制网络技术.[M]北京：电子工业出版社 ,2008 [2] 胡寿松主编.自动控制原理. [M]北京：科学出版社 ,2007 [3] 陶亦亦主编.电气控制与PLC应用. [M]北京：清华大学出版社 ,2010 [4] 西尔伯沙茨等著.杨冬青等译.数据库系统概念. [M]北京：机械工业出版社 ,2006 [5] 陈冬林,黎志成. 基于分布式数据库的综合系统管理的实现[J]华中科技大学学报 , 2001,(02) [6] 徐晓菊，基于B/S结构的嵌入式网络视频监控系统的研究与应用[J].工矿自动化 ,2010,(01) [7] 梁笃国等编著.网络视频监控技术及应用. [M]北京：人民邮电出版社 ,2009 [8] 陈德仙.基于Modbus现场总线的智能配电控制系统研究与实现[D].浙江工业大学 ,2009 [9] 张健，高永生，陈民.基于MODBUS协议的环境监测系统[J].电气时代 ,2010(03) [10] 王忠标 Modbus TCP协议在水闸监控系统中的应用[J].工业控制计算机 ,2010(01) [11] [12] [13] （美）内格尔（美）埃夫琴 等著 李铭 译 黄静. C#高级编程（第7版) [M]北京：清华大学出版社 ,2010 [14]翁英萍，“C#程序设计”项目化课程的开发实践[J].科教文汇（下月刊）,2010,(05) [15]程景云，倪亦泉，人机界面设计与开发工具[M]，北京：电子工业出版社，1994 [16]董士海，人机交互和多通道用户界面，[M]，北京:科学出版社，1999 [17]罗仕鉴，朱上上，孙守迁，人机界面设计，[M]，.北京:机械工业出版社，2002 [18]刘广，嵌入式系统人机界面结构化设计与实现，[M]，河北:华北电力大学，2007 [19]周孝慧.，嵌入式控制系统人机界面的开发及应用，[M]，武汉:华中科技大学，2006 [20]周开利，康耀红，神经网络模型及其MATALB仿真程序设计，清华大学出版社，2005
同类课题研究水平概述
- 我国在锅炉控制方面的理论研究，与其它发达国家水平相差不大，但在应用水平上差距较大。据调查，目前我国中小型锅炉在使用中普遍存在调节手段有限，锅炉的运作不能随外界负荷变化及时变化等问题，我国的锅炉机组尤其是学校、医院、社区中这些能耗较大的单位中对于机组的控制方法比较单一，基本上都是由操作工手动完成。设备较为先进的单位也只是利用单片机或者嵌入式设备在单个机组设备上实施控制，对于大型、多机组的锅炉任未实现远程、多机组、智能化的控制，从而降低了锅炉的效率，远远不能满足我国经济发展的需要。 从行业发展现状来看，尽管我国对锅炉控制的研究和推广已取得了很大的进展，但仍然存在较多问题：资源利用效率低、能源消耗大；系统成本相对较高；先进控制技术没得到较好利用。当今社会提倡以低碳经济为经济发展模式及方向，国内现有的锅炉急需升级和改造，向信息化，自动化，规模化方向发展，以新技术应用为核心提高运行效率。
