分散控制系统课设.docx

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分散控制系统课设

华妊电力*孑

课程设计（综合实验）报告

（2013--2014年度第1学期）

名称：

分散控制系统与现场总线控制系统

题目：

主汽压力高保护

院系：

控制与计算机工程学院

班级：

自动化1003班

学号：

学生姓名：

指导教师：

李新利

设计周数：

1

成绩：

日期：

2013年12月26日

《分散控制系统》课程设计

任务书

一、目的与要求

1.本课程设计目的是使学生掌握DCS的设计思想，知道如何安装和使用DCS如何评价

和选择DCS以及如何在工程设计中合理地应用DCS

2.按照被控系统的不同，将学生分成若干个设计小组，原则上每个小组的设计题目不能

相同。

每个小组由四名学生组成，分别进行系统结构设计和硬件配置设计、控制策略或控制

逻辑设计、系统组态设计、以及系统人机界面设计。

要求分工协作，相互配合，形成一个完整的设计方案

二、内容

我们组选择的题目是主蒸汽压力高保护。

三、分组和进度

序号

设计（实验）内容

完成时间

备注

1

系统结构与硬件配置设计

卢国楠

2

控制策略或控制逻辑设计

李振丞

3

系统组态设计

戚晓虎

4

系统人机界面设计

张逸凡

5

答辩

四、设计（实验）成果要求

1.要求每人独立撰写课程设计报告。

设计报告至少应包含以下内容：

1.1系统结构与硬件配置设计者的设计报告中应包含设计说明书、系统配置图

和设备清单；

1.2控制策略或控制逻辑设计者的设计报告中应包含设计说明书、控制系统SAMA

图或控制系统逻辑图；

1.3系统组态设计者的设计报告中应包含设计说明书、控制系统组态图；

1.4系统人机界面设计者的设计报告中应包含设计说明书、人机界面图；

2．同一设计组的设计者应注意各部分设计的衔接性与一致性，使各部分设计形成一

个完整的体系。

五、考核方式

1．设计文件审查

1．1检查系统结构设计是否合理，硬件选型是否恰当，硬件种类与数量是否正确，是否与控制策略或控制逻辑的设计方案一致。

1．2检查控制策略或控制逻辑设计是否满足工艺系统的控制要求，控制功能是否正确、合理，控制方案是否具有可行性，设计图纸是否符合技术规范。

1．3检查DCS系统组态是否正确，是否忠实再现了控制策略或控制逻辑的设计方案，I/O变量的使用是否正确，组态方案是否简洁、可靠。

1．4检查人机联系画面的设计是否正确地提供了必要的显示、操作手段，画面的颜色、符号和内容是否符合技术规范，画面上的动态元素是否已经与数据库中的实时变量正确地连接在一起。

2．答辩由指导教师针对设计方案提出问题，通过学生对问题的回答，重点了解学生对设计方案的理解程度，对基本概念的掌握程度，以及各部分设计的衔接是

否正确。

分散控制系统与现场总线技术课程设计

主蒸汽压力高保护

一、系统结构与硬件配置设计

1.1概述

本控制系统由监控级、控制级和现场级三部分组成。

监控级由工程师站（ABB工控机）和操作员站（ABB工控机）组成；控制级由控制器ACF800、通讯模块FI830、以太网模件EI803F、电源模件SD802F（AM801备份电源）、数字量输入模块DI810、继电器数字输出模块（常开）DO820构成；现场级由测量变送器和执行机构组成。

监控级与控制级之间的通信网络选用以太网Ethernet,控

制器与通信模块之间的连接选用预制电缆。

该控制系统的工作原理：

1100T高温型压力变送器采集现场的过程变量和DI810的状态量，通过通讯模块送到控制器，控制器根据已设定的控制策略运算得出控制信号，控制信号经通讯模块到DO810用来输出控制设备启停信号。

操作员站有丰富的外围设备和人机界面，操作员通过画面监视现场设备的运行状况。

在遇到紧急状况时，按规定流程进行手动操作。

工程师站负责进行控制系统的组态、控制模块参数的修改等工作，并能够将控制策略下装到控制器。

1.2设备清单

（1）监控级

序号

设备

数量

备注

1

ABBVIS

2

操作员站和工程师站

⑵控制级

序号

设备

数量

备注

1

SD802F电源模件

2

24vDC

2

FI830通讯模块

2

3

DI810模拟量输出模件

2

数字量输入16通道

4

DO820继电器输出模件

2

数字量输出8通道

5

ACF800fr主控器（CPU

PM802）

2

与以太网兼容通信

6

通信电缆

1

连接控制器和通信模件

7

电源电缆

1

（3）现场级

序号

设备

数量

备注

1

1100T高温型压力变送器

1

测量主蒸汽压力

2

2SQ3031电动执行机构

2

打开过热安全门和向空排汽门

1.3系统结构图

、控制策略或控制逻辑设计

主汽压力高保护是指主汽压力高至规定值时，气压保护装置动作，使主汽压力迅速恢复到允许范围内，防止因气温升高而产生事故。

主汽压力高保护的必要性：

锅炉机组的承压部件在正常运行时已承受很高的压力和温度，在这样的压力和温度的作用下，有关部件的钢材强度余量已经很小了，尤其是高温过热器，是在接近材料蠕变的极限状况下进行工作，若继续增加压力就可能会发生爆管事故。

为避免在煤种变化、操作失误或汽轮机甩负荷时锅炉压力超限过度，必须装设蒸汽压力高保护装置。

锅炉主汽压力高保护的设置原则：

（1）安全门保护。

锅炉主汽压力高保护的最后执行对象是打开锅炉安全门。

所以，锅炉安全门保护，是防止锅炉超压损坏的根本措施，因此锅炉主汽压力高保护和锅炉安全门保护都是压力高保护，但必须要遵照下列要求：

1安全门保护自成系统；2必须有机械式和电动式两种安全门，而再热机组必须是汽包、过热器和再热器均设安全门。

（2）充分利用旁路系统。

对于具有旁路系统的单元机组，要充分发挥其作用。

当汽轮机突然甩负荷造成锅炉主汽压力升高超过规定值时，高压旁路阀快速将锅炉蒸汽从旁路系统排出，经减温减压后的蒸汽进入汽轮机的凝汽器，发挥安全保护作用。

（3）锅炉压力高保护一般要求按I、U、川三个定值整定。

如一台给水泵运行（两台运行时，一台突然停运）、电气故障等原因造成的负荷突降使主汽压力升高到I值时，先停选择好的给粉机；当压力由I值继续升到U值时，进一步停U值选定的给粉机，降低燃烧强度，同时打开对空排汽；当主汽压力升高到川值时，打开安全门，对空排汽。

控制策略：

当一台给水泵运行（两台运行时，一台突然停运）、电气故障等原因造成的负荷突降使主汽压力升高到I值时，主汽压力升高到I值和发电机失磁两触点串联构成“与”门条件，去停部分给粉机；当主汽压力升高到II值时，除了停部分给粉机，降低燃烧强度以减少蒸发量迫使气压回降外，还应该自动打开向空排气门。

图中汽机主气门关闭和发电机全甩负荷构成的“或”门再与主汽压力升至II值时构成的“与”门在非紧急停炉的情况下控制

a.自动投入旁路系统

b.停两组给粉机

c投四只油燃烧器点火程控；当紧急停炉时，闭锁系统投旁路、投油，主汽压力升高到III值时，打开安全门向空排气。

所以，锅炉安全门保护，是防止锅炉超压损坏的根本措施。

该系统框图如下:

电全貝■岌机甩衽

三、系统组态设计

在ControlbuilderF中进行组态设计。

新建组态文件，取名ccc。

插入下一级【conf】,之后加入操作员站D-OS，取名OS1，加入冗余过程站

D-PS/RED，取名cc,加入公共显示池P-CD，取名DISP，和仿真控制器

EMULATOR。

如下图：

“|b1RIdI・fI讣凶昱回調副0gLU閉恰帆阈劉

OD2

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暂存池

进行硬件组态。

加入CFBEMULATOR仿真器。

下一个加入AC800FRIndustrialIT冗余控制器和

VIS操作站。

之后进行资源指定，与刚才的部分联系起来，仿真器指定到刚才的仿真器,

AC800FR指定到cc,VIS指定到0S1。

得到硬件图如下。

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在AC800FR下一级插入电源SD802F,以太网模件EI803F和Profibus模件

FI830F,在FI830下一级加入ProfibusDPV1master和通信模件CI840。

通信模件

F面加入了DI810、DO820输入输出模件。

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对输入输出模件进行划分

写出变量名

以DI为例

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之后在AC800FR里面的任务列表中编写逻辑组态如下:

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逻辑组态通过变量与硬件组态联系起来，以上图中的发电机失磁触点为例:

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四、人机界面设计

4.1画面设计原则

（1）画面应尽可能简单清晰；

（2）画面不应过分闪烁或采用浅色背景，最常用的背景色是灰色和黑色；

（3）每个画面最上面一行或两行应该设计为运行员所关心的一般性信息，最下面一行或两行留作人机联系，，回送信息，提示信息或错误信息；

（4）所有的画面颜色应该统一使用以避免造成运行员的记忆混乱，所用颜色应该遵循行业有关规定；

（5）某些危险工况下颜色不应当是提供信息的唯一手段。

在改变颜色的同时应辅以闪光加线或加框的方法，以保证可靠性。

4.2设计步骤

根据主汽压力高保护系统框图绘制人机界面

（1）数字量：

发电机全甩负荷、汽机主汽门关闭、紧急停机、发电机失磁。

绘制显示块输入为0、输入为1时的颜色以及选择变量

选择变量

（2）模拟量：

主汽压力高1值、主汽压力高2值、主汽压力高3值

绘制显示块颜色以及显示变量

显示变量

（3）措施：

投旁路系统、停两组给粉机、投四只油燃烧器点火程控、停给粉机、打开向空气排汽门、打开过热器安全门

绘制按钮

参考文献：

《分散控制系统与现场总线控制系统》

《顺序控制》

《大型火电机组顺序控制与热工保护》

中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社中国电力出版社

《火电厂热工控制与保护》