《工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 天 津 理 工 大 學 自動化學院專業(yè)設(shè)計報告 題目：工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 趙 明 學號 20081001 屆 2012 班級 08電氣5班 指導教師 張驚雷 專業(yè)電氣工程及其自動化 說 明 1. 專業(yè)設(shè)計文本材料包括設(shè)計報告、任務(wù)書、指導書三部分，其中任務(wù)書、指導書由教師完成。按設(shè)計報告、任務(wù)書、指導書順序裝訂成冊。 2. 學生根據(jù)指導教師下達的任務(wù)書、指導書完成專業(yè)設(shè)計工作，合作完成的專業(yè)設(shè)計

2、，要在設(shè)計報告概述中明確說明分工。 3. 設(shè)計報告內(nèi)容建議主要包括：設(shè)計概述、設(shè)計原理、設(shè)計方案分析、軟硬件具體設(shè)計、調(diào)試分析、總結(jié)以及參考資料等內(nèi)容，不同類型的設(shè)計可有所區(qū)別。 4. 設(shè)計報告字數(shù)應(yīng)在3000-4000字，圖紙設(shè)計應(yīng)采用電子繪圖、且符合相應(yīng)符合國標，文字規(guī)范借鑒參考畢業(yè)設(shè)計要求。 5.專業(yè)設(shè)計成績由平時表現(xiàn)（50%）、設(shè)計報告（30%）和答辯成績（20%）組成。專業(yè)設(shè)計應(yīng)給出適當?shù)脑u語。 專業(yè)設(shè)計評語及成績匯總表 成績 平時成績 報告成績 答辯成績 總評成績 專業(yè)設(shè)計評語 工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計 前言

3、 集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）：是以微處理器為基礎(chǔ)的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用。 集散控制系統(tǒng)的基本組成： 現(xiàn)場控制級、過程控制級、過程管理級

4、、經(jīng)營管理級 DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) DCS的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設(shè)備等組成。通過通信網(wǎng)絡(luò)將這些硬件設(shè)備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。 現(xiàn)場控制站 　　現(xiàn)場控制站是一個可以獨立運行的計算機檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、控制而設(shè)計的通用型設(shè)備，所以其機柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機等，與一般的計算機系統(tǒng)有所不同。 操作站 為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置以下設(shè)備：1、操作臺，也就是高檔電腦桌；2、微處理機系統(tǒng)，就是高檔電腦；3、外部存儲設(shè)備，簡單說就是大容量硬盤；4、圖形顯示設(shè)備，就是電腦

5、顯示器；5、操作鍵盤跟鼠標；6打印輸出設(shè)備。 集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 隨著DCS系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，工業(yè)自動化已經(jīng)在各行各業(yè)展開本設(shè)計以工業(yè)鍋爐為研究對象，通過對工業(yè)鍋爐中除氧器DCS系統(tǒng)的設(shè)計和控制，初步掌握DCS系統(tǒng)控制思想和控制方法，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。 一、 硬件系統(tǒng)介紹 SMPT-1000的硬件主要包括： 設(shè)計盤臺、數(shù)值是軟儀表、接口硬件、嵌入式工控機、輔助操作臺 二、 軟件系統(tǒng)介紹 SMPT-1000軟件系統(tǒng)主要包括上位機軟件SMPTLAB、實時仿真引擎軟件SMPTRuntime以及其他軟件、硬件接口電路。

6、上位機SMPTLAB：主要實現(xiàn)試驗項目的管理、實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視、控制系統(tǒng)的組態(tài)等日常試驗功能。 實時仿真引擎軟件SMPTRuntime：完成實時動態(tài)仿真計算以及數(shù)據(jù)管理功能。 軟件系統(tǒng)主界面 三、除氧器部分介紹： 除氧器部分結(jié)構(gòu)示意圖： 設(shè)計說明：通常情況下，液位控制有三個目的： ①要求液位必須維持在設(shè)定值上，這個設(shè)定值代表了一個重要的操作點。 比如鍋爐汽包水位，過高會出現(xiàn)蒸汽帶水，過低會導致設(shè)備過熱或爆炸危險。此種情況 下，控制器必須加入積分作用，以防止負荷變化時，由于余差而使液位偏離設(shè)定值。 ②為了建立物料或能量的平衡，以便在穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)的流入量和流出量相等。 這種

7、情況下，液位不一定必須維持在設(shè)定值不變，通常用純比例作用即可滿足控制要求， 而且比加入積分作用響應(yīng)更快、更容易穩(wěn)定。 ③用于緩沖容器的液位控制。 比如除氧器液位，當生產(chǎn)量較大時，液位應(yīng)當設(shè)定得高一些，這樣一來，當上游來料減 少時，容器的存量可以維持下游的供料。而當下游生產(chǎn)量減小時，容器的液位應(yīng)處于低位， 以便吸收存儲上游繼續(xù)流過來的原料量。這種情況下也不應(yīng)當加入積分作用，而應(yīng)當用純比 例作用。 除氧器出口軟化水是鍋爐汽包上水的主要來源。為了保持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定，必須保證鍋 爐上水流量穩(wěn)定。鍋爐上水流量，也就是除氧器出口流量，更應(yīng)該用來控制汽包水位。 而為了保證鍋爐上水流量穩(wěn)

8、定，必須要保持除氧器液位的穩(wěn)定，不能波動。如果液位波動， 鍋爐上水流量（除氧器出口流量）將會受到影響。 因為從公用工程來的鍋爐給水（除氧器入口流量）經(jīng)常波動，可能會造成除氧器液位不穩(wěn)定。 為了保持除氧器液位的穩(wěn)定，就設(shè)置了除氧器液位單回路控制系統(tǒng)，使用除氧器入口流量作為操 縱變量。 四、除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計及其仿真調(diào)試 第一部分：針對液位LI1101 的單回路PID 控制系統(tǒng)組態(tài) 1、打開SMPT-1000 監(jiān)控環(huán)境，新建除氧器工程，取名為DearatorTest。 2、點擊工具欄中的按鈕，打開閥門/擋板控制配置對話框，將閥門FV1106 設(shè)置為“內(nèi)控”狀 態(tài)，F(xiàn)V1

9、101 和PV1101 均設(shè)置為“手操”狀態(tài)。 3、點擊工具欄中的按鈕，切換當前窗口至流程圖窗口。雙擊FV1106 圖標，打開閥門/擋板類 設(shè)備屬性對話框，將閥門特性設(shè)置為線性。 4、點擊工具欄中的按鈕，將當前窗口切換到控制組態(tài)畫面，進行控制系統(tǒng)組態(tài)。 （1）設(shè)置數(shù)據(jù)采集點，采集除氧器液位實測值作為控制器輸入。 在模塊庫左側(cè)屬性列表中，打開“信號源”目錄，雙擊“信號源”圖標，在工具箱 右邊將加載“信號源”模板頁。 用鼠標左鍵選中“變送器采集點”不放，拖動至控制組態(tài)窗口中放開，即在控制組 態(tài)窗口中生成了一個“變送器”模塊。 雙擊該模塊符號，彈出“數(shù)據(jù)采集點

10、配置”對話框。在“選擇位號”下拉框中，選 擇LI1101，即表示當前“變送器采集點”模塊將從現(xiàn)場獲取LI1101 位號對應(yīng)的實時 數(shù)據(jù)。 點擊【確定】按鈕，完成對除氧器液位信號的配置。 （2）控制器組態(tài)。 在模塊庫工具箱的左側(cè)樹形列表中，打開“運算模塊”目錄，雙擊“控制器”圖標，右邊將加載“控制器”模塊頁。選中PID 控制器圖標，并將它拖放至控制組態(tài)窗口， 生成如下圖所示的PID 控制器圖標。 雙擊該圖標，彈出“PID 控制器配置”對話框。 說明：①在基本設(shè)置欄中，將控制器取名為LIC1101，填入位號框中。 ②在控制器投用之前，先將控制狀態(tài)設(shè)為手動。

11、③選擇控制器為反作用。 ④設(shè)定值欄中，將設(shè)定值SP 設(shè)為60，即需要將液位控制在60%。 配置完成后，點擊【確定】按鈕，當前PID 控制器的圖標將更新。 （3）設(shè)置執(zhí)行單元。為了讓控制器的輸出信號，能夠送給執(zhí)行機構(gòu)（如控制閥），需要 在控制組態(tài)窗口中引入“帶定位器的控制閥”模塊。該模塊負責接收控制器的OP 輸出，并將該 輸出信號送至流程盤臺上的某一個控制閥以控制其開度，達到對流程實施控制的目的。 在模塊庫的左側(cè)樹形目錄中，打開“信號輸出”目錄，雙擊“信號輸出”圖標，右 側(cè)將加載“信號輸出”模塊頁。選中“帶定位器的控制閥”圖標，并將該圖標拖動 至控制組態(tài)窗口中，生成一個新的“

12、帶定位器的控制閥”模塊。 雙擊該圖標，彈出“數(shù)據(jù)輸出點配置”對話框。在該對話框的位號下拉框中，選擇 要輸出的控制閥位號，如下圖所示的為FV1106。數(shù)值范圍欄中的上、下限框自動根 據(jù)數(shù)據(jù)點定義中FV1106 的儀表上下限進行填寫。 在數(shù)據(jù)輸出類型欄中，需要設(shè)置接收控制器OP 輸出的數(shù)據(jù)類型為絕對量還是增量。 缺省情況下，模塊使用絕對量，即代表接收控制器的OP 輸出值，即為控制閥的目 標開度MV。 配置完成后，點擊【確定】按鈕，當前PID 控制器的圖標將更新。 （4） 信號連接。 完成上述步驟后，控制組態(tài)窗口如下圖所示。 為了將“變送器”模塊檢測到的實時

13、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“PID 控制器”模塊，并將控制器模塊的輸出 通過“帶定位器的控制閥”模塊調(diào)節(jié)流程盤臺上的FV1106 控制閥開度，需要在上圖所示的圖中 添加信號線，以連接三個模塊。 點擊控制組態(tài)窗口工具欄中信號線按鈕，將鼠標移至數(shù)據(jù)采集點中央黑色實心小 圓孔處，待圓孔四周出現(xiàn)紅色方框時單擊。然后將鼠標移到PID 控制器圖形的左側(cè) 小字“PV”處的空心圓點處，待圓孔四周出現(xiàn)紅色方框時再次單擊，系統(tǒng)將生成一 條從“變送器LI1101”模塊至“PID 控制器LIC1101”模塊的信號連接線，表示從 變送器獲得的現(xiàn)場LI1101 液位的實時數(shù)據(jù)，將作為PV 值被送入LIC1101 控制器。

14、 用相似的辦法，建立從“LIC1101 控制器”模塊的OP處至“帶定位器的控制閥FV1106” 模塊的信號連接，表示PID 控制器的輸出OP 值，將被送入“帶定位器的控制閥 FV1106”模塊所對應(yīng)的控制閥，作為該控制閥的目標開度。 至此，針對液位LI1101 的單回路PID 控制系統(tǒng)組態(tài)完成。 第二部分：針對液位LI1101 的單回路PID 控制系統(tǒng)的仿真分析 1、點擊工具欄中的按鈕，建立趨勢曲線畫面，添加LI1101、FV1106、FV1101 的實時曲線。 2、將閥門FV1101 固定開度為33，點擊工具欄中的運行按鈕，讓除氧器工程運行起來。 3、控制系統(tǒng)投運

15、和控制器參數(shù)整定。 控制系統(tǒng)的投運是將系統(tǒng)由手動工作狀態(tài)切換到自動工作狀態(tài)的過 程。 在DCS 中，這一過程是通過將控制器上的手動-自動切換開關(guān)（按鈕） 從手動位置切換到自動位置來完成的。該切換過程必須是無平衡、無擾動 切換，不應(yīng)造成被控參數(shù)的波動，不應(yīng)該破壞系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)。 為了保證這一點就必須保證切換時刻控制閥的開度不發(fā)生變化。 （1） 控制系統(tǒng)的投運 ①在控制器組態(tài)畫面，選中LIC1101 控制器圖標，點擊工具欄中的按鈕，打開LIC1101 控制器的操作面板。 ②控制器狀態(tài)為“手動”，可進行手動控制。不斷修改OP 值，也就是不斷改變閥門FV1106 開度，觀察S

16、P 和PV 的值。你會發(fā)現(xiàn)PV 和SP 的值將不斷變化，當其值達到50%左右 時，將控制器狀態(tài)設(shè)置為“自動”，將控制器投自動。 （2）比例放大倍數(shù)的整定 ①點擊LIC1101 控制器操作面板的【配置】按鈕，打開LIC1101 控制器配置窗口。將比例 增益Kc 設(shè)置為5，將SP 由原來的50%變?yōu)?0%，待液位穩(wěn)定，觀察并記錄除氧器液位 的趨勢曲線。 ②將Kc 改為10，再將SP 由60%變?yōu)?0%，待液位穩(wěn)定，觀察并記錄除氧器液位的趨勢 曲線。 ③將Kc 改為20，同樣修改SP，即將液位SP 由60%變?yōu)?0%，待液位穩(wěn)定后再將SP 由 50%變?yōu)?0%，觀察并記錄除氧器液位

17、的趨勢曲線。 ④根據(jù)比例增益的特點，不斷修改Kc 的值，每修改一次都要通過修改SP 值來加入階躍干 擾，直到除氧器液位的變化曲線達到4:1 衰減比。記錄4:1 衰減變化曲線和此時Kc 的值： _________。 （3）施加干擾 系統(tǒng)穩(wěn)定之后，將除氧器出口管線閥門FV1101 開度從33 變?yōu)?0，觀察在有擾動的情況下 除氧器液位曲線的變化趨勢。 通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時間的調(diào)節(jié)，除氧器液位又重新達到穩(wěn)定，也就是說除氧器液 位單回路控制系統(tǒng)具有抗干擾的能力。 實驗完畢時，點擊工具欄中的按鈕，保存工程。然后關(guān)閉SMPT-1000 實驗系統(tǒng)。 五、小結(jié) 通過對工業(yè)鍋爐除氧

18、器液位控制DCS系統(tǒng)的設(shè)計，初步認識了SMPT-1000實驗操作平臺，通過對工業(yè)鍋爐除氧器的簡單PID控制，初步掌握了DCS系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理，大大增強了實踐創(chuàng)新能力。為畢業(yè)設(shè)計打下了良好的設(shè)計和實踐基礎(chǔ)。 專業(yè)設(shè)計任務(wù)書、指導書 專業(yè)設(shè)計題目：工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設(shè)計 Ⅰ.專業(yè)設(shè)計任務(wù)書 一、專業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求） 基于實驗室水汽熱能半實物仿真系統(tǒng)，利用運行在在工控機上的SMPTLAB組態(tài)軟件設(shè)計典型工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)，配置P、PI控制器，并對各I/O實時、動態(tài)監(jiān)控。 設(shè)計技術(shù)要求： 1． 熟悉SMPT-1000鍋爐各組成部分

19、及工藝流程。 2． 學會使用系統(tǒng)自帶的SMPTLAB組態(tài)軟件配置DCS系統(tǒng)。 3． 列出除氧器液位控制系統(tǒng)中的I/O點表。 4． 學習比例(P)調(diào)節(jié)器、比例積分(PI)調(diào)節(jié)器的配置和運用。 5． 學會常用過程工業(yè)中流體液位的控制方法。 6． 根據(jù)示例工藝制作監(jiān)控畫面。 7． 運行和調(diào)試制作的監(jiān)控畫面。 工作量： 利用SMPTLAB配置DCS系統(tǒng)占30%，制作監(jiān)控畫面占40%，調(diào)試I/O與上位機的通訊占30%。 二、專業(yè)設(shè)計參考資料 1. SMPT-1000水氣熱能半實物仿真系統(tǒng)實驗手冊。 2. SMPT-1000使用說明。 Ⅱ.專業(yè)設(shè)計指導書 一、 專業(yè)設(shè)計要點、

20、設(shè)計步驟 設(shè)計要點： 熟悉嵌入式實時操作系統(tǒng)WinCE，并在工控機上建立典型的過程工業(yè)DCS控制系統(tǒng)，利用水氣熱能半實物仿真系統(tǒng)自帶的組態(tài)軟件編制一個工業(yè)鍋爐的監(jiān)控畫面，實現(xiàn)液位、溫度、閥門等開關(guān)量、模擬量的監(jiān)控，并實現(xiàn)除氧器液位控制系統(tǒng)I/O與工控機的通訊的調(diào)試。 設(shè)計步驟： 1． 建立一個新的SMPTLAB項目。 2． 建立上位機與I/O之間的通訊連接。 3． 建立在監(jiān)控畫面中要使用的控制變量或內(nèi)部變量點。 4． 在圖形編輯器中畫圖和進行圖形對象的變量定義。 5． 在變量記錄編輯器中定義要進行周期記錄的變量。 6． 在報警記錄編輯器中定義作為報警的變量點。 7． 運行監(jiān)

21、控畫面，在畫面上進行操作。 二、 主要技術(shù)關(guān)鍵的分析、解決思路 1. SMPTLAB實現(xiàn)動畫問題，建議參照手冊上的內(nèi)容，先正確配置變量，然后編輯腳本程序。 2. 上位機與I/O通訊問題，建議參照手冊上內(nèi)容，使用組態(tài)軟件的通訊設(shè)置，調(diào)整通訊通道等，先進行一個開關(guān)量的調(diào)試，然后測試模擬量通道，再依次進行比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)試實驗，最后聯(lián)機調(diào)試全部汽包上水流量控制子系統(tǒng)。 三、專業(yè)設(shè)計進度安排 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2011.11.21-2011.11.28 在PC機上熟悉SMPTLAB組態(tài)環(huán)境。 2011.11.29-2011.12. 7 配置I./O、各類調(diào)節(jié)器等。 2011.12.8-2011.12.15 編制監(jiān)視畫面，并虛擬運行 2011.12.16-2011.12.19 進行整個控制系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，撰寫設(shè)計報告 第 14 頁 共 14 頁