集散控制系统工程设计.doc

HEFEI UNIVERSITY集散控制系统的工程设计班 级： 10自动化（1）班 姓 名： 吴弘扬 学 号： 1005073005 指导教师： 丁 健 完成时间： 2013-12-03 集散控制系统的工程设计摘要：现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展较快的两个分支，工业自动化根据生产过程的特点可分为过程控制和制造工业自动化及自动化测量系统。过程控制自动化是以流程工业为对象，流程工业自动化控制一般采用集散控制系统(DCS)。本文首先分析了集散控制系统的组成，集散控制系统的特点，DCS系统的硬件结构。其次介绍DCS系统选型及其硬件配置说明，DCS系统的抗干扰措施；电源系统的干扰及应采取的措施,电磁干扰及应采取的措施,信号线的传送干扰及应采取的措施。然后介绍了DCS系统软件组态，最后进行了实例分析。关键词：DCS控制系统；系统选型；电源系统的干扰；DCS系统软件组态；常压系统控制一、DCS控制系统介绍集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。1.集散控制系统的组成：现场控制级 过程控制级 过程管理级经营管理级2.集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。 2、操作管理便捷。3、控制功能丰富。 4、信息资源共享。5、安装、调试方便。二、DCS系统选型及其硬件配置说明1. DCS系统选型系统选型涉及到多方面的技术问题。可以概括成以下原则：可靠性原则、实用性原则、先进性原则、经济性原则。目前国内比较有代表性的DCS厂家主要有浙江中控技术股份有限公司、上海新华控制技术有限公司、北京和利时系统工程股份有限公司。以浙江中控的SUPCON JX-300X系统控制工业锅炉为例。2 .DCS系统SUPCON JX-300X该DCS系统由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。（1）工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组合平台和系统维护工具。通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程画面组态、报表程序编制等。而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校等。（2）操作站是由于工业PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作人员完成过程监控管理任务的环境。高性能工控机、卓越的流程图机能、多窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集中管理。（3）控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元，完成整个工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置，灵活、合理。在同一系统中，任何信号均可按冗余或不冗余连接，详见卡件描述。对于系统中重要的公用部件，建议采用100%冗余，如主控卡件、数据转发卡和电源箱。（4）过程控制网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速10 。3.系统整体结构JX-300X DCS 采用三层通信网络结构，如图1示。最上层为信息管理网，采用符合TCP/IP协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内部各类管理计算机，用于工厂级的信息传递和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层为过程控制网（名称为Scnet ），采用了双高峰冗余工业以太网Scnet作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站和控制站等，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。作为典型的通信系统，JX-300X系统有如下类型的节点：现场过程控制设备节点；操作监视设备节点；智能设备的通信接口节点；工程师站；高级计算机站。工程师站操作员站现场控制站现场数据采集站现场控制站SCnet 图1 JX300X系统结构图4.系统性能4.1工作环境工作温度： 050存放温度： 4070湿度： 50时，5%15%4.2电源性能控制站：双路供电，85264VAC，47400Hz，最大600W，功率因数校正：操作站、工程师站和多功能站：200250VAC，50Hz，最大500W4.3接地电阻在普通场合接地电阻不大于4，在变电所，电厂及有大型用电场合接地电阻不大于1。4.4电磁兼容性电磁兼容性（EMC）是指设备在其电磁环境中正常工作且不在环境中其他事物构成不能承受的电磁干扰能力，电磁兼容干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两方面。系统完全按照工业环境的通用抗干扰型标准设计，并经严格测试，使系统在抗干扰方面有很大的提高，完全能满足恶劣电磁环境下的工作要求。 三、集散控制系统在常减压装置中的应用3.1常减压系统流程介绍原油由原油罐输出，经过常压一线、常压二线和常压中段回流，经过换热器，把原油加热，然后经过混合阀注水进入一级电脱盐罐，再经过二号混合阀注水，进入二级电脱盐罐， 使原油脱盐脱水，有利于产品质量的调节，便于以后的加工程序操作。从脱盐罐出来的原油与二次常底油换热进入闪蒸塔，除去原油里面的剩余水分， 分馏出原油里面的轻油组分， 闪顶油气通过闪顶油气线进入常压塔塔盘。闪蒸塔底油经过闪底油泵抽出，与一次常底油换热后进入加热炉，把原油加热到合适的温度( 360365)进入常压塔。常压的控制要分馏出合格的侧线油(常一线，常二线) 还要取出常压塔的多余热量，这就要求侧线的馏出量和中段回量要有合适的比例: 中段量太大，取热过多，侧线馏出量减少，降低了轻油的收率; 中段量过小，取热少，侧线油质量重，不合格。侧线馏出的轻油成分还要经过汽提塔汽提， 同时还要控制常底油外甩的量， 以控制常底的液位， 但是也不可以过多的减少常底的外甩量， 那样将影响后路的控制(减压塔)，控制难度大，要求使用串级控制。减压的流程类似于常压， 但控制比常压简单。3.2常减压装置控制回路及控制规律3.2.1常压系统典型回路控制常压系统主要有塔顶温度调节系统、侧线抽出量调节系统、塔底液位调节系统等，还有侧线产品质量调节系统、中段回流取热系统等。常压塔对产品质量有较高的要求，塔顶要求分馏出合格汽油馏分，通常都在塔顶设置塔顶温度回流量串级调节系统，以克服回流方面的干扰。常用的控制规律有:比例控制，积分控制，比例积分控制，比例微分控制， 比例积分微分控制。因为侧线质量要求高，要求对系统抗干扰能力强，在出现扰动时可以迅速恢复，单独采用比例控制、积分控制、微分控制已经不能满足要求，这里采用比例、积分、微分的组合控制。PID 控制器在控制开始时，微分先起作用，使输出信号发生突然的大幅变化，同时比例也起作用进行控制，使偏差幅度减小，接着积分起作用，慢慢地消除静差。3.2.2 比例、积分、微分控制规律1）特性具有比例( P) 、积分( I) 、微分(D) 三种控制规律的控制器，简称PID 控制器。其控制规律的数学表达式为:P=Pp+Pi+Pd=K ( e+1 /T edt+TDde /dt)2）传递函数PID 控制器的传递函数Wpid ( S) 如下:当K 很大时Wpid ( S) =( 1/)( Tds+Tds /T1s+1+1 /T1s)图为控制原理框图。3）控制规律对过程控制系统的影响 比例控制作用比例控制作用可表示为:Pp+Kpe=1 /e Kp 为比例放大倍数或比例控制器的增益，即:Kp=1 /=Pp /e由于比例控制器的比例运算没有动态元件，比例控制器的输入输出仅仅是一种比例放大关系，因此，使用比例控制器所产生的相移为- 180，这个固有的- 180相移是负反馈控制产生的，不是控制器本身产生的， 比例控制器本身产生的相移为0。比例控制器的增益决定于比例带的大小， 增益的大小也决定了反馈的强弱。比例增益可以改善控制特性， 但若使用不当，也可能导致系统不稳定，并且可能产生振荡。 积分控制作用积分控制作用可以表示为:dp /dt=e /T1 积分作用产生了一个90的相滞后，也即积分输出也落后输入90。积分控制增益等于积分输出与输入幅值之比。由于使用积分控制作用，产生了一个控制系统的相滞后，使系统稳定性降低。当积分时间短，积分作用强，积分增益也大时，也会使系统稳定性降低。 微分控制作用微分控制作用可以表示为: p=Tde /dt 微分作用产生一个超前的90相移，即输出超前了90。由于微分的控制作用，使得整个系统相滞后减小了，从而增加了系统的稳定性。如果微分时间短，微分作用弱，则对系统影响不显著。如果微分时间过长，虽然微分作用强，超前的角度有利于系统的稳定性，但是增益也变大，增益过大，反而会降低系统的稳定性。3.2.3 PID 参数的整定方法为了使系统不仅静态特性好，而且要稳定性好，过程过渡短，正确的整定PID 参数数字控制器的参数Kp、T1、Td 是非常重要的。在连续控制系统中，模拟控制器的参数整定方法非常多，工程整定法就是其中之一，它由经典频率法化简而来，优点是整定参数时不必依赖控制对象的数学模型，简单易行。四、总结通过对集散控制系统工程设计的详细介绍与分析，让我的理论学习有了一个完善的总结，对集散控制工程设计有了更深入的理解与掌握。通过课外的总结性学习，在拓宽知识面的同时还可以更好的了解该领域的最新发展动态，让我们的学习跟上技术的更新。本文最后的举