3907.锅炉液位的控制量反馈控制系统 控制仪表课程设计报告

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1、 目 录 第一章 绪论21.1 背景21.2 课程设计内容摘要2第二章 设计主要内容与要求及组员分工22.1主要设计内容22.2设计基本要求32.3 小组成员名单及分工4第三章 阀门状态及一次仪表选型43.1 被控对象的结构设计和模拟特性简要说明43.2 阀门状态表43.3 一次仪表选型表5第四章 控制系统测控点和控制回路设计64.1 带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）64.2 控制回路方框图64.3 DCS I/O点接线图7第五章 DCS的硬件配置和I/O点配置75.1 DCS系统地址配置表75.2 DCS卡件配置95.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表105

2、.4 操作小组权限说明10第六章 DCS组态过程116.1 硬件组态设计116.1.1主机设置116.1.1.1主控卡设置116.1.1.2操作站设置116.1.2 数据转发卡组态126.1.3 I/O组态126.2 DCS操作站组态设计146.2.1 总貌画面组态设计146.2.2 分组画面组态设计146.2.3 趋势画面组态设计156.2.4 工艺流程图画面组态设计156.2.5 一览画面组态设计16第七章 DCS运行情况177.1 数据一览画面177.2 系统总貌画面177.3控制分组画面187.4趋势画面187.5 趋势图画面197.6 流程图画面197.7 数据一览画面207.8运行

3、结果分析207.9 总结与心得体会20第一章 绪论1.1 背景DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS经过四个阶段的发展，虽然仍存在一些问题，其技术已经比较成熟，广泛应用与石油、化工、冶金和电力等领域。 本课程及实验就是在这个背景下设置的。通过课程的教学和DCS组态设计能够

4、使学生更加深刻的理解DCS的原理及组态过程。1.2 课程设计内容摘要 本设计是以锅炉中的液位作为被控制量的反馈控制系统。液位控制系统的结构是闭环的，由液位边送器、控制阀和被控对象组成。液位变送器测量被控液位，并转换成便于利用的信号形式，比较装置将反映液位大小的信号与给定液位值比较，产生偏差信号。偏差信号通过液位控制器作用到液位调节机构上（调节阀），按照消除偏差的方向来改变被测点的液位，将其调节到给定的希望值本。第二章 设计主要内容与要求及组员分工2.1主要设计内容以过程控制实验室的“EFPT过程控制实验装置”为被控对象、“SUPCON JX-300 DCS”为控制装置，构成一个闭环系统，本课程

5、设计将完成该闭环系统的下列一系列工程性设计：（1） 被控对象特性设计组态；（2） 控制系统一次仪表选型设计；（3） 控制系统设计；（4） DCS控制装置的I/O点配置与组态设计；（5） DCS控制回路组态设计；（6） DCS操作站组态设计；（7） DCS系统闭环运行调试。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

6、”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。（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

7、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

8、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。2.3 小组成员名单及分工第三章 阀门状态及一次仪表选型3.1 被控对象的结构设计和模拟特性简要说明以锅炉为被控对象通过“EF

9、PT过程控制实验装置”的管道和阀门的开/闭状态，来实现锅炉水位的控制，第一组电磁流量转换器与电磁流量传感器测量进水流量，；第二组电磁流量转换器与电磁流量传感器测量出水量，水槽为储水容器，提供管道用水。3.2 阀门状态表VC1断开V35断开VC2断开V38断开V21断开V39断开V25断开V40断开V26断开V42断开V28断开V43断开V30断开V51断开V33断开其它全部关闭3.3 一次仪表选型表仪表名参数压力变送器电磁流量转换器电磁流量传感器QS智能型电动调节阀电动机型号DBYGLDZ-4BLDG-10SQSVP-16KCHL2-20输出信号420mA-DC420mA 420mA-DC量程

10、04KP工作压力68KP精度0.51级防爆标志ibIICT6流量范围00.3m3/h工作温度0120工作压力4KP防护等级IP65IP65负载电阻0750电源220V 50HZ220V 50HZ消耗功率30VA35VA0.37KW公称通径20mm公称压力16KP介质温度-40+200行程16mm转速2900r/min流量2m3/h第四章 控制系统测控点和控制回路设计4.1 带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）4.2 控制回路方框图4.3 DCS I/O点接线图第五章 DCS的硬件配置和I/O点配置5.1 DCS系统地址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

11、地址DCS信号转接板端子号电源指示卡SP221主控卡CPUSP243X128.128.1.6数据转发卡SP23300卡件挡板SP000电流信号输入卡4路输入4-20mASP3130002，03NAI3,NAI4电流信号输入卡4路输入4-20mASP3130100,01,02,03NAI5,NAI6NAI7,NAI8电流信号输入卡4路输入4-20mASP3130200,0102,03NAI9,NAI10NAI11,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（Pt

12、100）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SP3350803P4模拟量输出卡4路输出4-20mASP3220903NA04模拟量输出卡4路输出4-20mASP3221000,0102,03NA05,NA06NA07,NA08卡件挡板SP000触电型开关量输入卡SP3631203,0405,06DI4,DI5DI6,DI7继电器开关量输入卡SP3641301,02,03,0405,06卡件挡板SP000卡件挡板SP0005.2 DCS卡件配置SUPCONJX-300SP251-1SP251-1SP251-1SP251-16# CSSP2

13、21SP243XSP233SP000SP313SP313SP313SP000SP316SP316SP316SP000SP335SP322SP322SP000SP363SP364SP000SP000012345678910111213141516口中继式集线器24口交换机过程控制实验室SUPCON JX-300X 机柜配制DCS卡件配置图5.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表DCS I/O点位号注释量程单位报警限配电设置LT-1水箱液位信号400毫米高限380不配电LT-2锅炉液位信号400毫米高限360低限20不配电FT-1进水流量信号300升/时高限270低限30

14、不配电FT-2出水流量信号300升/时高限270低限30不配电MV-1进水阀位100%高限90低限10不配电MV-2出水阀位100%高限90低限10不配电MO-1进水阀控制信号100%不配电MO-2出水阀控制信号100%不配电5.4 操作小组权限说明成员权限说明各成员地址周维工程师128.128.1.151郭凯操作员128.128.1.152朱红平操作员128.128.1.153白峰操作员128.128.1.154王森操作员128.128.1.155王建操作员128.128.1.156第六章 DCS组态过程6.1 硬件组态设计6.1.1主机设置6.1.1.1主控卡设置6.1.1.2操作站设置6

15、.1.2 数据转发卡组态6.1.3 I/O组态6.2 DCS操作站组态设计6.2.1 总貌画面组态设计6.2.2 分组画面组态设计6.2.3 趋势画面组态设计6.2.4 工艺流程图画面组态设计6.2.5 一览画面组态设计第七章 DCS运行情况7.1 数据一览画面7.2 系统总貌画面7.3控制分组画面7.4趋势画面7.5 趋势图画面7.6 流程图画面7.7 数据一览画面7.8运行结果分析 出水流量控制为手操器控制，进水流量控制为单回路控制，即PID控制。当将设定值SV设定为200mm，一段时间后，如图所示，可以观测到锅炉的液位维持在200mm附近以较小的幅度波动。达到了预期的控制效果。7.9 总结与心得体会 DCS控制系统是现在工业控制上用的最广泛的系统。在进行课程设计以前对DCS只有一个模糊地认识。对DCS的结构和实际的应用只能通过课本的介绍凭想象去理解通。过本次课程设计及之前的是实验使我对DCS的结构及工作原理有了更加深刻的认识。对DCS如何应用与实际生产也有了更深刻的了解。对机笼、机架、机柜等概念有了更加感性的认识。通过实际操作，对DCS的网络结构和DCS得分散控制集中管理的特点也有了更加深刻的认识。附：主要参考资料1 控制仪表实验指导书2 EFPT过程控制实验装置实验指导书3 SUPCON JX-300 DCS手册4 控制仪表与计算机控制装置（教材）21