过程控制课程设计.docx
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过程控制课程设计
摘要
锅炉是将燃料中的可燃元素碳、氢等成分在高温条件下与氧结合发生化学反应，放出热量，进而又将此热量传递给水，使水升温变成热水或蒸汽，供用户使用的一种设备，因此，我们可以把锅炉称之为将燃料的化学能转化为热能的一种设备。
在工业生产中要对锅炉内胆水温进行定值控制，为了能够精确控制锅炉内胆水温，保证正常生产，要求设计锅炉内胆水温定值控制系统，抑制流量波动，且系统无余差。
本设计要求设计锅炉内胆水温控制系统设计，采用适合的控制算法，输入设定温度值，并实时显示当前温度。
第一章项目要求
1.1工艺简介
锅炉是一种能量转换设备，锅炉内胆温度DCS控制系统，选择合适的系统所需的检测元件、控制器和执行元件以及仪表参数，使其满足所需控制要求。
工艺流程图如下所示：
仪表选型：
见附录
测点清单：
序号
位号
描述
类型
量程
1
TI_1
内胆温度信号1
模拟量输入
4-20mA
2
TI_2
夹套温度信号
模拟量输入
4-20mA
3
TI_3
内胆温度信号2
模拟量输入
4-20mA
4
FI_1
电磁流量信号
模拟量输入
4-20mA
5
FVI_1
调节阀控制信号反馈
模拟量输入
4-20mA
6
AI01000102
备用
模拟量输入
7
AI01000103
备用
模拟量输入
8
AI01000107
不配电备用
模拟量输入
9
FV_1
调节阀控制信号
模拟量输入
10
SCR_1
加热控制信号
模拟量输入
11
P1_STU
水泵运行信号
模拟量输入
12
LA_1
加热炉液位低报警
模拟量输入
13
P1
水泵控制信号
模拟量输入
1.2设计要求
1.2.1工艺常规控制方案
锅炉内胆温度控制，单回路PID
1.2.2控制站及操作站配置（A类）
控制系统由一个控制站、一个工程师站、三个操作站组成。
控制站IP地址为02，且冗余配置。
工程师站IP地址为130、操作员站IP地址为131、132、133。
1.2.3数据管理要求
所有操作数据分为3个大组，组1对应锅炉内胆温度相关数据，组2对应锅炉夹套温度相关数据，组3对应其它公共数据。
每个操作站浏览不同的画面和数据：
IP131的操作站主要浏览锅炉内胆温度相关数据；IP132的操作站主要浏览锅炉夹套温度数据；IP133的操作站主要浏览公共数据；因此需在不同的操作站运行不同的操作小组（A类），并考虑数据分组分区设置（C类），同时建立总画面组，便于工程师维护，具体如下：
操作小组名称
等级
内胆组
操作员
夹套组
操作员
公共数据组
操作员
工程师组
工程师
1.2.4用户管理（A类）
根据操作需要，建立用户如下：
权限
用户名
用户密码
相应权限
工程师
工程师
121321
PID参数设置、报表打印、报表在线修改、报警查询、报警声音修改、查看操作记录、查看故障诊断信息、查找位号、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工设值、退出系统、系统热键屏蔽设置、修改趋势画面、重载组态、主操作站设置
操作员
操作员组长
121321
PID参数设置、报表打印、报警查询、查看故障诊断信息、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工设值、修改趋势画面、重载组态
操作员
原料组操作
121321
报表打印、屏幕拷贝打印、修改趋势画面、重载组态、报警查询、查看操作记录、查看故障诊断信息
将用户授权管理文件导出，命名为“用户管理”。
第二章系统硬件XP
2.1第一阶段：
前期统计
在工程实施之前,需要进行合理的前期设计,包括根据测点清单选择合适的卡件,进行相关的统计,从而确定系统的规模,最后设计系统卡件的排布。
通过本阶段的练习,目的在了解系统常规I0卡件及配套端子的选型、性能特点,完成组态前的准备、设计工作。
（1）信号卡件端子统计
信号类型
点数
卡件型号
卡件数目
配套端子数
模拟量输入
模拟量输入信号
2
XP322
1
1
开关量输入
开关量输入信号
6
XP63
1
1
开关量输出信号
6
XP362
1
1
总计
14
3
3
（2）系统规模配置
主控卡
数据转发卡
型号
XP243X
XP233
数量
2
2
配置
冗余
冗余
2.2第二阶段：
硬件安装
（1）根据设计的《I0卡件布置图把卡件插入到相应的卡槽内。
（2）设置地址：
卡件地址
拨号开关状态
S4
S5
S6
S7
S8
128.128.1.2
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
128.128.1.3
OFF
OFF
OFF
ON
ON
注：
主控卡的地址是通过卡件背板上的拨号开关SW2的S4-S8进行设置,其中S4是□高位\□低位,S8是□高位\□低位。
（3）设置数据转发卡的跳线：
卡件地址
拨号开关状态
S4
S5
S1
S2
冗余跳线J2的的状态
00
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
01
OFF
OFF
ON
OFF
ON
2.3第三阶段系统供电与接地
系统要求有2路电源通过分电箱对整个系统进行AC供电：
一路通过UPS、一路市电直接给系统进行供电。
再通过电源模块转换成5V、24V给系统卡件供电。
机柜内的每个子部件（包括机柜门）电气上均为连通（导通电阻小于0.5欧）,机柜底部安装有两根接地铜条,以保证整个机柜使用过程中的可靠接地,提高系统的抗干扰能力。
第三章授权管理
3.1用户授权管理概述
用户授权管理的作用：
用户授权管理组态的目的是确定DCS操作和维护管理人员并赋以相应的操作权限,不同的用户对应不同的权限。
3.2用户授权管理操作界面
（1）用户授权管理的启动；
（2）用户授权管理的登录：
系统初始用户名、初始密码；用户名为：
Admid，密码为：
dcs123（不区分大小写）
（3）用户授权管理的界面：
标题栏、菜单栏、工具栏、主操作区、状态栏。
3.3用户授权管理操作
（1）增加用户操作：
（1）等级选择
（2）用户名、密码；（3）授权设置；
（2）用户等级的十个层次：
观察员、操作员-、操作员+,操作员、工程师-、工程师+、工程师、特权-,转权+、特权不同等级的差异,各等级间的管理关系；
（3）授权设置：
设置方法、各授权项的作用；
（4）修改、删除用户操作。
3.4系统操作
导入、导出、保存、退出
第四章系统组态
4.1模拟量输入信号的参数设置：
进入SDKEY的文件后，界面如下图，点击控制站，设置控制站SC101，型号为XP243X，具体参数如图所示。
设置好控制站后，点击控制站，点击上方I/O，设置I/O组态，在组态内设置一个SC1-1，如图，SC1-1内有五个，注释为XP351，XP351,XP322，XP363以及XP562-GPRU/SC1-TB1/1。
然后在SC1-1里的XP351建立位号TI-1，TI-2，TI-3，FVI-1.和备用等。
具体设置样式如下图：
TI-1位号注释为内胆温度信号1，信号类型为电流4-20mA。
TI-2位号注释为夹套温度信号，信号类型为电流4-20mA。
TI-3位号注释为内胆温度信号2，信号类型为电流4-20mA。
FVI-1位号注释为调节阀控制信号反馈，信号类型为电流4-20mA。
在SC1-1里的XP363建立位号P1-STU和备用。
如下图。
P1-STU位号注释为水泵运行状态信号，具体设置如下图：
LA-1位号注释为加热炉液位低报警，具体设置如下：
在SC1-1里的XP562-GPRU/SC1-TB1/1，建立位号P1和备用。
如下图。
P1位号注释为水泵控制信号，具体设置如下图。
设置水泵开关位号，如下图所示。
模拟量输出信号的参数设置：
模报量输出信号为电流信号。
若现场设备只接收电压信号需使用相应的转物模块。
根据外接设备的特性不同存在正作用和反作用,比如说气动阀门：
就分为气开式和气关式,当设置为正输出时以0-100%对应4-20mA电流；反输出则是以
0-100%对应20-4mA电流。
单回路设置：
4.2操作组态
1.操作组态：
设置操作小组,添加各小组的操作画面,包含总貌、分组、一览、趋劳、语音报警、自定义键等除流程图和报表之外的常规画面。
2.操作小组：
即对画面的操作分组,不同的小组可以设置不同的操作画面。
对操作小组进行划分，通常采用两种方式根据操作权限进行分组。
比如：
工程师组、操作员组。
或者根据工艺进行分组,比如项目要求中的：
内胆温度组、夹套温度组、公共区组，具体设置如图：
第五章流程图
5.1流程图建立
打开、保存、建立关联,注意保存路径（流程图PLOW、弹出式流程图PL0WPOPUP）。
（1）绘图步骤●建立文件,注意保存和关联；●画面基本属性设置；●静态图形绘制；●动态数据添加；●画面优化（调整、动画）；●编译、监控演示。
（2）画面属性设置
●画面属性设置：
包括窗□尺寸、流程图的背景色、背景图片、对象默认颜色、对象选中方式、格线、提示、运行仿真变量等。
●窗口尺寸：
默认值为监控满屏,建议不作修改（小流程图除外）。
●背景图片：
作为流程图的背景,如一条工艺生产线的场景、一个工段的设备示意图,使用者仅需在上方添加动态数据等,可以减少画图的工作；背景图需将“背景图案有效”选中,才可显示。
5.2流程图绘制
（1）静态工具（绘图栏前10个工具）使用：
绘制、移动、缩放、颜色、样式（边框、填充）、过渡效果（步长）、旋转、翻转。
●绘制技巧：
按住SHIFT,可辅助绘制水平、垂直线,也可以辅助绘制正方形和正圆。
●样式（边框、填充）：
左健改变填充色,右键改变边框色。
●过渡效果（步长）：
渐变设置中,过渡色步长范围1-30,默认16,数值越小,过渡效果越好；对于带有动画效果的图形,不建议修改过渡色步长。
（2）多个图形处理：
提前置后、组合分解、对齐、等间距、等高等宽。
●提前置后：
画面中有多个图形时,需要考虑他们之间的图层先后关系（每个图形都是独立的一层）。
（3）管道绘制及属性设置,流动体的流动属性。
●管道属性：
宽度、颜色、过渡色步长、拐角模式。
●流动属性：
位号、流动方向、速度、流体样式。
（4）动态控件的作用、添加及设置：
数据、开关、按钮、报警、趋势。
●动态控件的作用：
更加形象直观地显示数据的变化。
●趋势控件：
需要设置趋势位号。
●按钮：
含普通按钮和翻页按钮两种,选择“透明”可以隐藏按钮面板,可放置在绘制好的某设备上,监控时按钮不可见,点击按钮所在位置可执行按钮操作。
（5）动态特性设置,闪烁、移动、旋转等。
●闪烁、变色等属性常用于表示报警；
●比例填充属性常用于显示液位变化。
●“动态有效”选中,才能实现动态效果。
（6）其他元素：
文字、时间、日期、位图、GIF、FLASH的插入。
●FLASH可以设置条件进行播放、暂停等。
（7）模板的制作和调用、修改。
（8）浏览位号,调试及仿真。
●图形的拷贝/粘贴与拷见并粘贴的区别：
在同一流程图中复制图形用拷贝并格贴比较方便,在不同流程图间复制图形只能用拷贝、粘贴。
5.3弹出式流程图
（1）弹出式流程图的新建,保存（FLOWPOPUP）和组态关联。
（2）弹出式流程图的调用方法及规则要求弹出式流程图调用：
1、翻页技钮。
2、普通按钮（OPENSCG X坐标Y坐标文件名）监控中同时最多可以打开9张弹出式流程图
5.4绘图规范及技巧
（1）给图顺序：
光主设备,后管道,再动态数据,最后画面整体处理。
（2）绘图规范：
管道介质的颜色选择：
冷水用绿色表示,热水用红色表示,油用黄色表示,酸碱用深紫色表示,空气用深灰色表示。
（3）各种设备、阀门及仪表之图例可参见《仪表工识图》此处不再赘述。
绘制效果如下图：
第六章二次计算
6.1二次计算综述
二次计算文件的新建、保存路径、文件号；
6.2编译
检查、编译；检验二次计算文件的语法正确性。
第七章报表
第八章监控
8.1监控概述
监控的作用：
可以从控制系统成其他智能设备采集数据以及管理数据,进行过程视（图形显示）、控制、报警、报表、数据存档等。
实时监控软件所有的命令都化为形象直观的功能图标,只须用标单击即可轻而易举地完成操作。
8.2监控操作界面
（1）监控的启动：
两种启动方式：
双击桌面实时监控图标或者单击开始\程序\AdvanTro-Prol\实时监控；
（2）监控的登录
●浏览确定监控启动文件；
●录权限及操作小组；
●仿真运行；
●作为下次运行的组态文件；
●选择网络策略。
（3）监控的界面：
标题栏、工具栏、报警栏、综合信息栏、主画面；
●监控运行的后台任务：
历史数据网络传输、网络实时管理、历史趋势记录服务器、故障诊断服务器、趋势打印、报警历史数据记录服务器、ADYRTTC等
8.3实时监控操作
（1）报警一览画面操作
●实时、历史报警状态：
●报警确认、消音；
●报警查询；
●设置显示方式。
（2）光字牌报警操作
●报警确认；
●报警查询。
（3）系统总貌画面操作
●功能；
●各类型数据及回路、画面状态说明。
（4）控制分组画面操作
●各类型数据及回路内部仪表盘说明；
●报警状态说明。
（5）调整画面操作
●仪表盘；
第九章：
仿真实验
（1）上电,停电步骤正确的步骤如下：
A、上电步骤：
在上电前检查各项上电条件,确认各个电源开关是否处于关闭状态、确认接地良好（包括接地端子接触、接地端对地电阻）。
确认符合上电条件后,请按以下步骤进行系统上电：
开总电源开关（本实验没有）,直接给系统供电,电压需满足交流电电压要求（220±10%VAC）。
警告：
严禁使用实验工具箱中的信号校验仪测量220V电压,如因此造成仪表损坏,一律按原价赔偿。
打开不间断电源（UPS）的电源开关,并测输出电压是否满足交流电要求（本实验没有）。
检测各个支路输入交流电压是否满足要求。
（本实验不测）打开各个支路电源开关。
（本实验中即把各设备的电源插头插到接线板上,如操作员、工程师站，控制站为合上空开,注意控制站的两个插座分6U插在两路电源接线板上）。
给操作站上电,开显示器,开主机。
给控制站上电,开启HB（或交换机）,再打开控制站的电源箱电源。
井检查各个机笼的5V和24V电源输入是否正常（正常范围：
5。
IV士2%,24V±5%）。
B、停电步骤：
逐个关控制站电源箱电源；逐个关HUB（或交换机）电源；每个操作员站依次退出实时监控及操作系统后,关操作员站主机电源,关闭显示器电源；关闭各个支路电源开关（本实验中控制站为关闭机柜内的空气开关）；关闭不间断电源（UPS）的电源开关（本实验无UPS）；关闭总电源开关（本实验没有）；
（2）操作站IP地址设置方法
工程师站和操作站需在计算机操作系统中设置IP地址,具体步骤如下：
右击“网上邻居”,点击“属性”；在“网络和拨号连接’窗□中右击“本地连接”,右键单击,选择“属性”；查看在“此连接使用下列选定的组件”中有没有“ Internet协议（TCP/IP）”项。
若没有请继续后面步骤,若有请跳至步骤5；点击“安装”,选择“协议”,点击“添加”,选择“ Internet协议（TCP/TP）”项,按“确定”，若在“此连接使用下列选定的组件”中有“Internet协议（TCP/IP）”项表示TCP/IP协议安装完成；选中“Internet协议（TCP/IP）”项,点击：
属性”,如图9-1；选中“使用下面的IP地址”,“IP地址
（1）”中填入：
128.128.1.130。
在“子网掩码{U）”中填入：
255.255.255.0,其他默认,确认即可,如图9-2；IP地址“128.128.1.130”中,“128.128.1.131”用来标明具体的网络段,即网络地址；
（3）网络调试方法
网络的物理设备连接好后,利用系统自带的“Ping”命令检测网内务节点间的网络是否通畅,具体式步骤如下：
选择一个工程师站或任意一台操作员站作为基站,进行网络测试,对于整个系统中任何一个端□都要进行检测，确保网络正常工作。
设计心得
通过两周的课程设计，多方查找资料，通过采用DCS控制系统，能够有效提高锅炉加热控制的效率。
这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义。
这种意义不光是自己能够独立完成了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计的那份艰难。
而这份艰难不仅仅体现在设计内容与过程中为了精益求精所付出的艰辛，更重要的是解决困难的决心与毅力!
也许自己太过于执着,从设计开始就落在大家的后面。
不过还好，很快就将基本的数据设计与整理出来，不至于远离大家的进度。
有些设计上还是不太明白为什么要那样设计。
看来自己学的东西太少了！
感觉设计对我们这些刚刚入门（或者在某种意义上来说还是门外汉）就是按照条条款款依葫芦画瓢的过程，有的时候感觉挺没有劲的。
反正按照步骤一定可以完成设计任务，其实不然。
设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。
通过这次的设计，感慨颇多，收获颇多。
更多的是从中学到很多东西，包括书本知识以及个人素质与品格方面。
感谢老师的辛勤指导，也希望老师对于我的设计提出意见。
参考文献
[1]方康玲.过程控制系统.武汉：
武汉理工大学出版社，2002.6
[2]蒋慰孙，俞金寿.过程控制工程.上海：
中国石化出版社，1999.9
[3]何衍庆，蒋慰孙，俞金寿.工业生产过程控制.北京：
化学工业出版社，2004.2
[4]邵裕森，戴先中.过程控制工程.北京：
机械工业出版社，2000.5
[5]刘巨良.过程控制仪表.北京：
化学工业出版社，1998
附录1
附录2
附录3
附录4
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