DCS课程设计报告80918.doc

课程设计报告( 2013-2014年度第二学期)名 称： 控制装置与仪表A （DCS部分）课程设计 题 目：过热汽温控制系统组态院 系： 自动化系 班 级： 测控1103 学 号： 201102030327 学生姓名： 张木柳 指导教师： 翟永杰 设计周数： 一周 成 绩： 日期： 2014 年 6月 日控制装置与仪表A（DCS部分）课程设计课程设计任 务 书一、 目的与要求1 了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。2 以LN2000分散控制系统为平台，完成过热汽温控制系统的组态。3 进行DCS的调试工作。二、 主要内容分为组态设计和系统调试两个部分：1 组态设计11系统配置组态主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。12实时数据库组态数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。13控制算法组态控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。14操作员站显示画面组态运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。15报警显示在数据库中进行温度报警值设置，在运行界面中显示报警窗口。本设计要求能够模拟实现超温报警。16趋势组态。显示需要观察的数据点趋势图。2 系统调试设计要求进行动态调试。实际工作中的动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。动态调试一般包括以下内容：1）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；2）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；3）对控制回路进行在线整定；4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1了解设计内容，阅读并理解课程设计指导书的要求。D12熟悉LN2000分散控制系统软件的组态方法。D13进行组态设计要求的6项内容。D1D24进行系统调试D3D45撰写课程设计报告D46上机答辩考核D5四、 设计（实验）成果要求1 完成系统结构图及数据点清单，打印各步的组态设计图纸。2 对系统设计过程进行总结，完成并打印设计报告。五、 考核方式1 设计报告内容及格式考查。2 按上述步骤逐项完成软件内容的设计，进行操作演示，并进行答辩。 分散控制系统与现场总线技术课程设计报 告 书一、分散控制系统课程设计的目的与要求1、设计内容概要：分为组态设计和系统调试两个部分：组态设计11系统配置组态主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。12实时数据库组态数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。13控制算法组态控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。14操作员站显示画面组态运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。15报警显示在数据库中进行温度报警值设置，在运行界面中显示报警窗口。本设计要求能够模拟实现超温报警。16趋势组态。显示需要观察的数据点趋势图。系统调试设计要求进行动态调试。实际工作中的动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。动态调试一般包括以下内容：1）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；2）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；3）对控制回路进行在线整定；4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。2、串级过热汽温控制系统的组成及特点。 图1所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温发生变化，副调节器P就去改变减温水流量，初步维持后级过热器入口汽温在一定范围内，起粗调作用。而过热器出口汽温的控制，则是通过主调节器PI来校正副调节器工作，只要未达到给定值，主调节PI的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量的变化，直到恢复到给定值为止。稳态时，导前汽温可能稳定在与原来数值不同的数值上，而主汽温则一定等于给定值。图1 串级汽温控制系统工作原理在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可以选用不同的调节器。副回路及副调节器的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。当到前汽温惯性较大时，也可选用比例微分调节器。主回路及主调节器的任务是维持恒定，一般选用比例积分调节器。当过热器惰性区较大时，也可选用比例、积分、微分调节器。二、串级汽温控制系统设计1、系统设计锅炉过热汽温控制采用串级汽温控制系统,控制系统方框图如图2:已知系统中被控对象的传递函数为:被控对象导前区：（/%）被控对象惰性区：（/）图2串级汽温控制系统构成为了更加形象地显示串级系统的控制作用，可以假设一个简单的对象模型，如图中红色框内所示，使用SAMA模块搭建，仅用来示意，实际中对应具体的被控对象，在控制逻辑组态图中没有这部分内容。红色框内产生PV1主汽温度、PV2导前汽温，接受从控制器来的OP阀门开度信号。 该控制对象的建立参考某电厂锅炉参数，使用某设计值下的参数作为系统的静态点，在该静态点情况下，工况不再发生变化，无外界干扰，仅由减温水来调节蒸汽温度。 系统的静态平衡状态描述如下：1、上一级过热器出口温度：71号模块设定为定值520度，该温度测点在喷水减温器之前。2、末级过热器出口温度：SP设定值为540度，为末级过热器出口温度。系统在稳态下，喷水减温器之前温度值为520度（模块71），减温水阀开度为50%，经减温器（传递函数w2，模块69）引起40度的温降，形成末级过热器进口温度480度（模块70的输出）；实际末级过热器进口温度经惰性区（传递函数w1，模块70），得到最终的末级过热器温度（模块72输出）。以上描述为某严格静态点的平衡状态，仅为示意，省略和简化了很多因素，更合理的模型建立方式是采用机理建模方法，构成整个电厂热力系统模型。在该简化模型基础上，可以进行以下实验内容：1、主汽温度设定值的变化：将设定值SP（模块68的SP输出）进行改变，例如545或535度，观察自动调节系统的状态和工作变化。2、上一级过热器出口温度的变化：改变模块71的输出，表示上一级过热器出口温度发生了变化，实现扰动，观察自动调节系统的克服扰动的能力。2、课程设计总结与结论1、DCS的组态步骤及内容（以组态步骤为顺序，加入实际的设计内容）。1) 数据库组态图2) 控制逻辑组态图串级控制系统：对象模型：3) 流程界面组态图 4) 操作窗口组态图5) 趋势图6) 报警实现及报警死区的作用对于生产过程中的比较重要的点，在实时监控的时候要将其与某一个预定的上下限进行比较，如果超过规定范围则报警，上下限的范围包括报警上限，报警下限，报警上上限，报警下下限。为了避免数据点的值在报警值附近波动的时候，系统报警频繁发生，通常加入一个报警死区。当一个点进入上线报警状态的时候，报警产生，当这个数据点的数值返回到报警上限值的时候并不立刻消除报警状态，而是直到他回到AH-BD之内时，才解除报警。下限报警同理。 2、设计分析1) 串级控制系统中无扰切换的实现。在监视与操作过程中，当系统处于手动稳态时，控制器有一定的输出若果这时切自动，输出会突然变成零，其原因在于PID控制器没有进行组态跟踪，在SAMA图中进行组态跟踪。如下图，可实现无扰切换。2) 主副调节器正反作用的确定。导前汽温发生变化后主要是通过副调节器来改变减温水流量的，当导前汽温升高时，必然会引起过热器出口汽温的升高，则应增大减温水流量，增大阀门的开度，因此副调节器是正作用。而过热器出口汽温只要未达到给定值，主调节PI的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量的变化，直到出口汽温恢复到给定值为止，假设出口汽温高于给定值，则应增大阀门开度，及减少主调节器的输出，则主调节器应是负作用。3) PID参数整定的步骤及方法。副调节器的作用主要是快速消除内扰，要求控制过程时间较短，且不要求无差，课选用纯比例调节器，主调节器的任务是维持出口汽温的恒定，一般选用比例微分调节器，最初先将参数设定为3、1、3，发现阀门开度变化非常迅速，而且总是开到最大或关到最小，因此将三个参数分别调小，如果超调则先将积分时间调小，如果仍然不合适，则配合调节比例系数，最终获得较为合适的参数1.5、2、1.5。4) 设定值扰动及外扰情况下系统的响应及分析。SP扰动将SP由550降到535得其趋势曲线如下图。由图可得控制器输出阀门开度增大，使出口汽温降低。导前汽温扰动将导前汽温由520降到505得如下趋势曲线，由图可得控制器输出阀门开度变减小，使减温水流量减小，维持出口汽温的稳定。5) 单回路控制与串级控制的对比分析。三、对本课程设计的体会、意见和建议通过本次课程设计，我加深了对分散控制系统的设计组态、调试操作以及LN2000这个软件的了解，将以前学到的比例快速跟踪，微分消除误差等PID运算