工业炉智能RTU制造技术

本说明书公开了一种工业炉智能RTU，该智能RTU以STM32F103ZET6为核心，集成了多路通用I/O接口，可以与各种燃气、燃油工业炉（包括加热炉、热风炉、焚烧炉、反应炉、锅炉等）配套使用，实现对燃烧过程的吹扫、点火、火焰监控、燃料压力、流量高低限、空气低限控制，以及烟气参数含量、炉膛压力精确调节，能独立构成燃烧自控系统。支持多种现场总线协议，具有RS485、CAN、RS232多种通讯接口，易与计算机联网组成集散控制系统。内部固化软件采用uc/os‑II嵌入式多任务处理机制，模拟人工智能，模块化多种功能程序块可直接调用；具有应用性强、控制精度高、可靠性好的智能网络单元控制器。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本说明书公开了一种工业炉智能RTU，该智能RTU以STM32F103ZET6为核心，集成了多路通用I/O接口，可以与各种燃气、燃油工业炉（包括加热炉、热风炉、焚烧炉、反应炉、锅炉等）配套使用，实现对燃烧过程的吹扫、点火、火焰监控、燃料压力、流量高低限、空气低限控制，以及烟气参数含量、炉膛压力精确调节，能独立构成燃烧自控系统。支持多种现场总线协议，具有RS485、CAN、RS232多种通讯接口，易与计算机联网组成集散控制系统。内部固化软件采用uc/os?II嵌入式多任务处理机制，模拟人工智能，模块化多种功能程序块可直接调用；具有应用性强、控制精度高、可靠性好的智能网络单元控制器。【专利说明】工业妒智能RTU
本说明设及一种工业炉智能RTU，特别适用于石油、化工、发电、钢铁及节能、环保 领域中各种工业炉的控制应用。
技术介绍
安全生产、节约能源和环境保护是我国实施可持续发展战略的重要环节和长远的 战略方针。工业炉设备是石油、化工和冶金行业中的主要安全及耗能设备，特别是针对石油 化工行业而言，其重大安全事故占企业的Ξ分之一、其燃料耗能约占企业能耗的二分之一 左右。多年来，有关行业领导和专家，都十分强调工业炉运行的安全性和热效率的提高，其 中加强新技术应用和自动控制技术的提高，是提高工业炉安全生产、节约能源和环境保护 重要途径。 目前，常用的工业自动控制技术装置硬件产品主要有:工业控制用计算机系统（IPC)、 分散型控制系统（DCS)、可编程控制器（PLC)、远程终端单元（RTU)等。RTU是Remote Terminal化it(远程测控终端）的缩写，是一种W微处理器(CPU)为基础的智能装置，它W 标准的数字输入、输出信号及模拟输入输出与工业生产现场的仪表及控制设备相连，实时 采集所需要的各工艺参数，如压力、溫度、流量、液位、阀口状态等，利用编程，实现就地控 审IJ，同时把有关数据进行整理，通过各种通讯接口利用不同的传输协议传给中屯、站，也可W 接收来自中屯、站的远程控制信号，RTU是整个系统构成的核屯、。RTU应该至少具备W下两种 功能：·数据采集及处理?数据传输(网络通信） 工业炉控制系统是一个具有大惯性、纯滞后和分布参数的非线性系统。工业炉所用燃 料品种繁多，有煤气、天然气、重油，也有煤块和煤粉，有的还要吹氧;其加热方式有连续式 和批量式等多种多样，工业炉的热状态变幻难测；工业炉的炉型结构和工艺参数也各不相 同。运些因素一直阻碍着工业炉控制系统过程控制技术的进一步发展。安全、高产、优质、节 能降耗最终达到降低成本，W获得最大利润一直是企业在竞争中获得生存和发展的目标。 在工业炉控制系统的应用中，无论是IPC或是DCS或是化C或是W有的RTU，由于其运算过程 数学模型的局限，一般不适应高精度快反应的控制要求。人们在生产实践中早已注意到，许 多复杂的生产过程难W实现的控制目标，熟练的操作工或技术人员却可W操作自如并获得 满意的控制效果。而运些熟练的操作工和技术人员的经验知识若能和控制理论相结合，把 它作为控制理论解决复杂生产过程的一个补充手段，那将使控制理论解决复杂生产过程有 一个突破性进展。事实呼唤急需研制一种W人工智能、控制理论和计算机科学为基础的高 速智能型远程终端单元。 本说明书所设及的工业炉智能RTU，它不再是一种简单的远程终单元，而是一种典型的 网络人工智能设备，它是基于模糊集合论并模拟人的模糊推理和决策过程的模糊控制的基 础上，开发出来的一种在计算和逻辑控制上不再依赖于上位机系统终端控制器，不但具有 数据采集和远传功能，同时具有PID控制功能和逻辑控制功能、流量累计功能。即可联网作 为炉前远程终端单元，又可作为智能控制器使用。
技术实现思路
※工业炉智能RTU硬件选用嵌入式微处理器STM32F103VCT6作为系统的处理器，STM32 系列微处理器采用了 ARM公司为要求高性能、低成本和低功耗的嵌入式应用专口的Coder- M3内核，工作频率为72化，内置高速存胆器(高达512K的闪存和64K的SRAM)。高性能的嵌入 处理器具有强大的运算处理能力，可W实现更多更复杂的控制算法，提升系统的运行速度， 保证系统控制的实时性和准确性。 ※集成有通用的4路(0~10V)模拟量输入和2路(4~20mA)模拟量输出，20路数字量输入 和20路数字量输出。 ※一路RS232通讯接口、一路RS485通讯接口和一路CAN通讯接口。 《I/O接口处每一路输入、输出均使用光电隔离，A/D输入电路则采用了 RC滤波，通讯电 路的电源和信号也采用了隔离措施，其中对信号隔离采用了磁电隔离方式，保证其信号传 输的快速性。 ※应用软件设计采用uc/os-II嵌入式实时操作系统，uc/os-n是一种基于固定优先级 和抢占式调度的硬实时内核，它总是让就绪态中优先级最局的任务先运行。 ※功能块库和组态序列相结合实现算法组态，可满足工业炉现场种类繁多的控制要 求。集成多种PID算法:包括普通PID算法、模糊PID算法及增量式PID算法等，应用中只要根 据不同的控制对象在上位机完成PID参数Kp、Ki和Kd的3个参数配置。 【【附图说明】】 附图1:工业炉智能RTU结构框图； 附图2:工业炉智能RTU核屯、电路图； 附图3:工业炉智能RTU通讯电路图； 附图4:工业炉智能RTU电源电路图； 附图5:工业炉智能RTU模拟量输入输出电路图； 附图6:工业炉智能RTU数字量输入电路图； 附图7:工业炉智能RTU数字量输出电路图； 附图8:设备组态运算任务流程图； 附图9:单元配置信息帖格式图； 附图10:输入参数来源格式图； 附图11:PID参数编码格式图。 【实施方式】 uc/os-II任务划分见表1所示。 表1 uc/os-II的任务划分App化skInO任务负责对现场模拟量、数字量或按键输入进行采集，经过调理后，保存 到相应的数组中； App化skOutO任务将本次组态运算结果输出到用户指定的输出通道上； App化skController()任务是整个RTU的核屯、，它实现软件组态功能，在其任务中，先从 对应的FLASH地址中读取组态序列信息，解析出设备的输入输出参数，然后调用算法进行处 理，存储当前运算结果，接着依次运行用户在上位机已完成的组态序列，在所有的组态序列 运行结束时，将输出送到用户配置的端口上，其程序流程如附图8所示。 App化skComm()通信任务是:从上位机下载目标代码，给上位机提供变量值、控制信息 及运行状态等信息，接收上位机组态完比的配置文件，并将组态序信息写入到微处理器的 化A甜地址中。 在八口口了曰34(：〇]1付〇1161'()任务运行过程中，从。1^\甜中读取到某一单元的配置文件时， 需要解析出运个单元配置帖的信息格式如附图9所示。 对于单元输入参数(有模拟量输入、数字量输入、按键输入W用用户输入几种情况），其 来源格式如附图10所示。 附图10中BitO~Bi口是内部变量编号，Bit4~Bite为000为用户输入;001则为模拟输 入;010为数字量输入;011则为按键输入;其他则为保留。BU7为0时，表示其输入来源于组 态序列中前面那个单元的输出；当为1时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于STM32F103ZET6为核心的工业炉智能RTU，其特征在于：集成了多路通用I/O接口，可以与各种燃气、燃油、燃煤等工业炉配套使用，实现对燃烧过程的控制与调节（1），具有高速硬件连锁响应特性，响应时间达到数十us量级（2），丰富的通讯接口支持多种现场总线协议（3），应用软件设计采用采用uc/os‑II嵌入式操作系统，多任务处理机制（4），模拟人工智能的模块化多种功能程序块可直接调用（5），适用性很强。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪澈，游述怀，曲志勇，周海明，甘安平，
申请(专利权)人：湖南理工学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43