控制仪表实际.docx

编号自12040501序号组号班级控制仪表与计算机控制装置课程设计锅炉液位监控系统设计报告学 院：信息工程专 业：自动化班 级：自动化1204学生姓名：张鑫学 号：2012001401指导教师：谢刚设计时间：2015.XX.XXXXXX.XX.XX成 绩：1. 概述1.1课程设计的性质、目的和任务 利用过程控制实验室的条件，以过控装置为被控对象，DCS为控制设备，让学生完成一个DCS控制系统的组态设计，其目的是使学生在深入理解过程控制课程，以及了解DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统组态设计方法。使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，进一步增强解决实际工程问题的能力。 1.2课程设计的主要内容与要求 1.2.1主要设计内容（1） 被控对象特性设计 （2） 控制系统设计； （3） DCS控制装置的I/O点配置与组态设计； （4） DCS控制回路组态设计； （5） DCS操作站组态设计； （6） DCS系统闭环运行调试。1.2.2设计基本要求 （1） 被控对象特性设计组态通过“EFPT过程控制实验装置”的管道和阀门的开/闭状态，构造一个实验者所希望实现的对象特性，用于本课程设计的控制系统被控对象。列写出“EFPT过程控制实验装置”阀门状态表，画出被控对象工艺流程图。（2） 控制系统一次仪表选型设计根据被控对象组态设计，确定“EFPT过程控制实验装置”中一次仪表的使用情况，查阅一次仪表型号、量程等参数，编制一次仪表位号，列出一次仪表选型表。（3） 控制系统测控点和控制回路设计画出带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）。画出控制回路方框图。以单回路锅炉液位控制为例讲述，通过控制进水阀M1的开度控制锅炉进水流量，达到控制锅炉液位的目的，另外在设置一个手操器控制进水调节阀的开度，手动控制进水流量 。（4） DCS的硬件配置和I/O点配置设计根据过程控制实验室的“SUPCON JX-300 DCS”硬件配置（见“控制仪表与装置实验指导书”），确定本课程设计所需的DCS卡件和I/O点。画出DCS卡件配置图。（5） 控制系统一次仪表和DCS I/O点接线设计画出控制系统一次仪表和DCS I/O点接线图（参照“控制仪表与装置实验指导书”）。（6） 控制系统接线实施根据所设计的控制系统一次仪表和DCS I/O点接线图，在实验系统上完成一次仪表与DCS的信号连接。（7） DCS系统硬件组态设计在工程师站上完成DCS系统的主控卡件组态、通信卡件组态、I/O卡件组态和DCS I/O点组态设计。列出I/O卡件、I/O点地址表，列出I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表。（8） DCS控制回路组态设计根据控制回路设计，组态主控卡控制回路。（9） 操作站和操作小组设计按照课程设计小组成员组成，设计和定义实验小组所有成员为控制系统操作站。（10） DCS操作站组态设计根据控制系统设计，进行DCS系统总貌画面组态设计、分组画面组态设计、趋势画面组态设计、工艺流程画面组态设计。（11） DCS系统闭环运行调试课程设计小组内的每个成员轮流下载自己设计的程序，进行系统闭环运行调试。（12） DCS系统多操作站运行监视在课程设计小组内的某个成员下载程序运行调试时，利用DCS工程师站的传送功能将自己设计的程序传送给课程设计小组内的其他成员，实现DCS系统的多操作站监视功能。（13） 操作站人机界面设计剪切 每个学生应将自己设计的操作站人机界面剪切下来，用于课程设计报告中；（14） 学生进入实验室前应完成上述设计基本要求的初步设计，经指导教师检查后方可进入实验室进行上机设计实验。2. 被控对象设计2.1实验装置简介 该系统的实验装置包括水箱、水槽、锅炉各一个，各种变送仪表共计八块，以及各种管道阀门若干。由本系统的各实验装置可构成锅炉进水流量定值调节，并联管路压力定值调节，锅炉液位定值调节等系统典型生产工艺流程。实验装置清单如下：水槽一个水箱一个锅炉一个水泵一个电磁流量传感器两个（FE1，FE2）LD24B型电磁流量转换器两个（FIT1，FIT2）DYBG压力变送器两个(LT1，LT2)QS智能型电动调节阀两块（M1，M2）管线和阀门若干2.2被控对象特性说明（过程工艺分析） 本系统中被控对象是锅炉，因锅炉是用于加热的容器，所以存在上下限制值，而且由于加热效率等问题，就期望锅炉液位可以稳定在某一给定值上，所以以锅炉液位作为被控变量，进水发门开度为控制变量。以锅炉液位为反馈变量构成单回路控制系统，并采用PID算法进行控制，通过改变阀门开度，实现锅炉水位稳定在给定值附近的目的。2.3被控对象的结构设计 为实现上述的对象特性，完成对被控对象的控制，需将管路中的阀门按下表设置。阀门标号状态阀门标号状态阀门标号状态V25开V35开V40开V21开V51开V30开V33开V39开V38开V42开V43开V27开 2.4被控对象工艺流程图3.控制系统设计3.1控制系统原理分析及控制方案设计（1）控制回路的设置（如常规控制方案） 在“功能”菜单的“控制站”菜单中，选定“常规控制方案”，便可进入“常规控制方案”设置窗口，在此窗口可增加相应的控制方案。各项意义如下： 控制方案：如单回路、串级、手操等。 注释：可根据用途填写，以便于理解。 回路参数：根据设置自动变。 设置：设置回路的位号，为了确定该回路的输入信号和输出信号，还要设置此回路输入和输出参数对应的I/O点的位号。根据所组态的被控生产流程（被控对象）的工艺要求，确定控制系统的控制方案为单回路控制系统，针对锅炉液位控制可设置两个回路，第一个单回路输入信号锅炉液位，输出信号是进水阀位控制。第二个回路是手操器输入信号是进水流量，输出信号是进水阀位控制。要求控制系统原理框图如下：（2） 根据被控对象的生产流程和控制要求，确定调节阀为气开形式，控制器为反作用空控制。（3） 控制回路设置画面（3） 工艺管道流程图（P&ID图）。 增加流程图： 首先在“流程图”窗口中，利用“增加”按钮，增加一个新的流程图， 然后利用“编辑”按钮，打开一个新流程图的流程图制作窗口。制作方法如下： 利用左边的工具栏可画点、线、圆、填加文字等； 利用左下角“”模板按钮，来拷贝一些现有的设备模板。如阀、罐、锅炉、管道等； 如模板库中没有所希望的设备模板，也可利用以下过程制作一些模板追加到模板库中： 在绘制完流程图后，要在流程图中利用左边工具栏中的0.0、等按钮，增加一些数显仪表和棒显仪表，以便把有关I/O点或回路中的有关信号在流程图中显示出来。双击数显仪表和棒显仪表的图标便可打开对应的设置窗口，在设置窗口中利用数据位号输入框右边的？便可选定已定义的I/O或回路位号。3.2一次仪表选型设计根据被控对象组态设计，确定“EFPT过程控制实验装置”中一次仪表的使用情况，查阅一次仪表型号、量程等参数，（1） 编制一次仪表位号。仪表型号仪表位号功能QS智能型电动调节阀QSVP-16KM1调节进水阀位M2调节出水阀位电磁流量传感器LDG10SFE1测量进水流量FE2测量出水流量LD2-4B型电磁流量转换器FIT1显示进水流量FIT2显示出水流量DYBG压力变送器LT1水箱液位LT2锅炉液位（2） 列出一次仪表选型表。仪表型号QS智能型电动调节阀QSVP-16K电磁流量传感器LDG10SLD2-4B型电磁流量转换器DYBG压力变送器参数公称通径：20MM流量范围：00.3M3/h输出信号：420MA防爆标志：ibCT6公称压力：16MPa工作温度：0120负载电阻：0250输出：420mA-DC介质温度：-40200工作压力：4MPa电源220V，50HZ量程04kPa信号范围：420MA DAC精确度：1级消耗功率30VA工作压力:68kPa行程：SCD：10MMSCC：16MM防护等级：ZP65精度：0.53.3DCS选型设计（1） I/O清单如下：信号类型不冗余点数荣誉点数总点数AL 电流信号606AO 模拟量输出202 卡件名称 卡件代码卡件数量 卡件名称 卡件代码卡件数量电源供电卡PS2211电流信号输入卡PS3132主控卡PS243X1模拟量输出卡PS3221数据转发卡PS2331（2） 根据系统I/O清单，确定DCS的硬件配置清单如下：画面设计图如下：3.4控制系统接线设计控制系统接线图。DCS的信号和一次仪表接线表AIO400001进水调节输入NAI4AIO400100出水调节输入NAI5AIO400000锅炉液位NAI3AIO400101出水压力NAI7AIO400102出水流量NAI8AIO400000进水流量NAI9AIO400001水箱液位NAI10AOO400000进水调节输出NAO4AOO400100出水调节输出NAO54.DCS组态设计4.1DCS硬件组态设计4.1.1DCS卡件配置图4#控制站DCS模块配置表模块名称性能型号主控卡IP地址数据模块地址IO模块地址可用的IO通道地址DCS信号转接板端子号电源指示卡SP221主控制卡CPUSP243X128.128.1.4数据转发卡SP23300卡件挡板SP000电流信号输入卡4路输入(420mA)SP3130002,03NAI3,NAI4电流信号输入卡4路输入(420mA)SP3130100,01,02,03NAI5,NAI6,NAI7,NAI8电流信号输入卡4路输入(420mA)SP3130200,01,02,03NAI9,NAI10,NAI11,NAI12卡件挡板SP000热阻信号输入卡2路输入(Pt100)SP31604热阻信号输入卡2路输入(Pt100)SP3160500,01Pt-3,PT-4热阻信号输入卡2路输入(Pt100)SP3160600,01Pt-5,Pt-6卡件挡板SP000脉冲量输入卡4路输入，最高响应频率10KHzSP3350803P4模拟量输出卡4路输出(420mA)SP3220903NAO4模拟量输出卡4路输出(420mA)SP3221000,01,02,03NAO5,NAO6,NAO7,NAO8卡件挡板SP000触点型开关量输入卡7路输入SP3631203,04,05,06DI4,DI5,DI6,DI7继电器开关量输出卡7路输出SP3641301,02,03,04,05,06DO2,DO3,DO4,DO5,DO6,DO7卡件挡板SP000卡件挡板SP0004.1.2本实验卡件配置图：012345678是否冗余配置冗余冗余否否否否否模块名称主控制卡数据转发卡电流信号输入卡电流信号输入卡电流信号输入卡模拟量输出卡模拟量输出卡型号SP243XSP243XSP233SP233SP313SP313SP313SP322SP3224.1.2DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表站名机位IP地址4#控制站4#CS128.128.1.4工程师站/操作站A1128.128.1.133工程师站/操作站A2128.128.1.134工程师站/操作站B1128.128.1.143工程师站/操作站B2128.128.1.144工程师站/操作站C1128.128.1.153工程师站/操作站C2128.128.1.154Server(卡1)128.128.1.1294.2DCS软件组态设计4.2.1I/O组态电流信号输入AIO4000010400mm水箱液位AIO4000000400mm锅炉液位AIO400101020KPa出水压力电流信号输入AIO4000000300L/h进水流量AIO4001010300L/h出水流量模拟量输出卡AOO400000气开型型进水调节输出AOO400100气开型型出水调节输出4.2.3操作站组态小组设计及操作权限设计说明； DCS操作站组态是系统总貌画面组态、一览画面组态、趋势画面组态、分组画面组态。 在“主机设置”窗口中的“操作站”设置窗口中，利用“增加”按钮，便可设置相应的操作站： 在“功能”菜单的“操作站”菜单中，选定“操作小组”，便可进入“操作小组”设置窗口，最多可组16个操作小组。操作小组的权限分4级：观察、操作员、工程师、特权。六个工作点中，其中一个为工程师站（C1或C2），负责将程序下载到DCS控制系统中，以及当控制系统出现时修改程序；其余五个为操作员站，负责观察监控现场各项指标。姓名职称 张鑫工程师 黄炎 操作员 刘宁操作员 陆鹏程操作员 刘一村操作员 陈琪操作员课程设计小组内个人自己设计的DCS系统总貌画面；课程设计小组内个人自己设计的