dcs锅炉液位控制系统课程设计分析方案.docx

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dcs锅炉液位控制系统课程设计分析方案

编号XXXX—XX—XX

序号

组号

班级

控制仪表与装置课程设计

锅炉液位控制系统

设计报告

学院：

专业：

班级：

学生姓名：

XXXX

学号：

XXXXXXXX

指导教师：

XXXX

设计时间：

XXXX.XX.XX——XXXX.XX.XX

成绩：

摘要

本文档是控制仪表与装置课程设计报告的格式要求与各部分内容的撰写说明。

课程设计报告是同学完成课程设计后的技术总结报告，属于专业技术文献的一种，要求其内容完整、叙述清晰、设计原理正确，版面设计简单、格式统一。

参加本课程设计的同学要按照本文档要求，提交一份设计报告及相应的电子文档（包括组态文件和设计报告文档）。

电子文档存放要求：

（1）以班级为名建立文件夹，如：

自动化xxxx班—控制仪表与装置课程设计资料。

（2）每个班级文件夹下，建立6个设计小组的文件夹，以班级和组号命名，如：

xxxx班xx组。

（3）每个小组文件夹下，建每位同学的文件夹，以各自的姓名命名，文件夹内存放各自的组态文件和设计报告文档。

（4）组态文件和设计报告用“学号+名字”命名。

报告书要求采用A4纸打印，版面设置左右边距为30mm，上下边距为25mm。

打印的报告要求包括：

封面、摘要、目录、报告正文四部分。

每部分格式和内容要求见本文档正文内容。

目录

1.概述1

1.1课程设计的性质、目的和任务1

1.2课程设计的主要内容与要求1

1.2.1主要设计内容1

1.2.2设计基本要求1

2.被控对象设计3

2.1实验装置简介3

2.2被控对象特性说明（过程工艺分析）3

2.3被控对象的结构设计3

2.4被控对象工艺流程图4

3.控制系统设计4

3.1控制系统原理分析及控制方案设计4

3.2一次仪表选型设计5

3.3DCS选型设计6

3.4控制系统接线设计7

4.DCS组态设计8

4.1DCS硬件组态设计8

4.1.1DCS卡件配置图8

4.1.2DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表8

4.2DCS软件组态设计9

4.2.1I/O组态9

4.2.2控制回路组态10

4.2.3操作站组态10

4.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明12

5.设计总结与体会13

6.参考文献13

1.概述

1.1课程设计的性质、目的和任务

《控制仪表与装置课程设计》是自动化专业必修实践性教案环节。

按自动化专业培养计划要求，在学完专业限选课《控制仪表与装置》后，安排《控制仪表与装置课程设计》。

其目的是使学生在深入理解已学的有关过程控制仪表和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统组态设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，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

以过程控制实验室的“EFPT过程控制实验装置”为被控对象、“SUPCONJX-300DCS”为控制装置，构成一个闭环系统，本课程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。

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。

（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“SUPCONJX-300DCS”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DCSI/O点接线设计

画出控制系统一次仪表和DCSI/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DCSI/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DCSI/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）

LD2—4B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）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，要求控制系统原理框图如下：

控制系统原理框图

（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）工艺管道流程图（P&ID图）。

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-16K

M1

调节进水阀位

M2

调节出水阀位

电磁流量传感器

LDG——10S

FE1

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

LDG——10S

LD2-4B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：

0~0.3M^3/h

输出信号：

4~20MA

防爆标志：

ibⅡCT6

公称压力：

16MPa

工作温度：

0~120℃

负载电阻：

0~250Ω

输出：

4~20mA-DC

介质温度：

-40~200℃

工作压力：

4MPa

电源220V，50HZ

量程0~4kPa

信号范围：

4~20MADAC

精确度：

1级

消耗功率<30VA

工作压力:

68kPa

行程：

SCD：

10MM

SCC：

16MM

防护等级：

ZP65

精度：

0.5

3.3DCS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

6

0

6

AO模拟量输出

2

0

2

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

PS221

1

电流信号输入卡

PS313

2

主控卡

PS243X

1

模拟量输出卡

PS322

1

数据转发卡

PS233

1

（2）根据系统I/O清单，确定DCS的硬件配置清单如下：

3.4控制系统接线设计

控制系统接线图。

4.DCS组态设计

4.1DCS硬件组态设计

4.1.1DCS卡件配置图

0

2

5

6

13

是否冗余

不冗余

不冗余

不冗余

不冗余

不冗余

模块名称

电源供电卡

主控制卡

数据转发卡

电流信号输入卡

电流信号输入卡

模拟量输出卡

型号

PS221

SP243X

SP233

SP313

SP313

SP322

4.1.2DCS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

2#控制站

2#CS

128.128.1.2

工程师站/操作站

A1

128.128.1.131

工程师站/操作站

A2

128.128.1.132

工程师站/操作站

B1

128.128.1.141

工程师站/操作站

B2

128.128.1.142

工程师站/操作站

C1

128.128.1.151

工程师站/操作站

C2

128.128.1.152

Server（卡1）

128.128.1.129

（个工作小组分布情况）（各站点IP地址）

4.2DCS软件组态设计

4.2.1I/O组态

I/O卡件

地址

I/O卡件

地址

位号

量程

单位

阀特性

信号制

注释

00

电流信号输入

02

AI0M1

0—100

%

进水阀位

03

AI0M2

0—100

%

出水阀位

01

电流信号输入

00

AI0FE1

0—400

L/h

进水流量

01

AI0EF2

0—400

L/h

出水流量

02

AI0LT1

0—400

ml

水箱液位

03

AI0LT2

0—400

ml

锅炉液位

10

模拟量输出卡

00

AO0M1

气开型

Ⅲ型

进水阀控制

01

AO0M2

气开型

Ⅲ型

出水阀控制

4.2.2控制回路组态

4.2.3操作站组态

小组设计及操作权限设计说明；

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。

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DCS系统分组画面；

课程设计小组内个人自己设计的DCS系统趋势画面；

课程设计小组内个人自己设计的DCS系统工艺流程画面；

4.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明

（1）控制系统闭环运行曲线。

（2）由上图可以看出对于被控对象水箱液位的控制不是很稳定，曲线波动值较大，原因可能是单回路控制方案不能满足本系统的控制要求，从而导致系统的不稳定，可以选择采用其他控制方案来改善系统的稳定性。

5.设计总结与体会

6.参考文献

[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]《SUPCONJX-300DCS手册》

[4]《控制仪表与装置》（教材）

小组成员：

段家俊

樊奇瑞

方波

李政道

康川

魏京哲

刘夏峰

周洁