DCS课程设计报告解析.doc

课程设计报告
( 2012-- 2013年度第2学期)

名 称： 控制装置与仪表A
（DCS部分）课程设计
题 目：过热汽温控制系统组态
院 系： 自动化系
班 级： 测控1003
学 号： 20100203
学生姓名：
指导教师： 翟永杰
设计周数： 一周

成 绩：

日期： 2013 年 7 月 10 日

《控制装置与仪表A（DCS部分）课程设计》
课程设计
任 务 书
一、 目的与要求
1． 了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。
2． 以LN2000分散控制系统为平台，完成过热汽温控制系统的组态。
3． 进行DCS的调试工作。
二、 主要内容
分为组态设计和系统调试两个部分：
1． 组态设计
1．1系统配置组态
主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O－卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。
此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。
1．2实时数据库组态
数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。
1．3控制算法组态
控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。
本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。
1．4操作员站显示画面组态
运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。
本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。
1．5报警显示
在数据库中进行温度报警值设置，在运行界面中显示报警窗口。
本设计要求能够模拟实现超温报警。
1．6趋势组态。
显示需要观察的数据点趋势图。
2． 系统调试
设计要求进行动态调试。
实际工作中的动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。
动态调试一般包括以下内容：
1）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；
2）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；
3）对控制回路进行在线整定；
4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。

三、 进度计划
序号
设计(实验)内容
完成时间
备注
1
了解设计内容，阅读并理解课程设计指导书的要求。
D1

2
熟悉LN2000分散控制系统软件的组态方法。
D1

3
进行组态设计要求的6项内容。
D1～D2

4
进行系统调试
D3～D4

5
撰写课程设计报告
D4

6
上机答辩考核
D5

四、 设计（实验）成果要求
1． 完成系统结构图及数据点清单，打印各步的组态设计图纸。
2． 对系统设计过程进行总结，完成并打印设计报告。
五、 考核方式
1． 设计报告内容及格式考查。
2． 按上述步骤逐项完成软件内容的设计，进行操作演示，并进行答辩。

《分散控制系统与现场总线技术》课程设计
报 告 书

一、分散控制系统课程设计的目的与要求
1、了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。
2、以LN2000分散控制系统为平台，完成过热汽温控制系统的组态。
3、进行DCS的调试工作。
二、设计正文
(一)设计分析过程
一、串级汽温控制系统的工作原理
图1所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温发生变化，副调节器P就去改变减温水流量，初步维持后级过热器入口汽温在一定范围内，起粗调作用。而过热器出口汽温的控制，则是通过主调节器PI来校正副调节器工作，只要未达到给定值，主调节PI的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量的变化，直到恢复到给定值为止。稳态时，导前汽温可能稳定在与原来数值不同的数值上，而主汽温则一定等于给定值。

图1 串级汽温控制系统工作原理

在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可以选用不同的调节器。副回路及副调节器的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。当到前汽温惯性较大时，也可选用比例微分调节器。主回路及主调节器的任务是维持恒定，一般选用比例积分调节器。当过热器惰性区较大时，也可选用比例、积分、微分调节器。
二、串级汽温控制系统设计
锅炉过热汽温控制采用串级汽温控制系统,控制系统方框图如图2:
已知系统中被控对象的传递函数为:
被控对象导前区：（℃/%）
被控对象惰性区：（℃/℃）

图2串级汽温控制系统构成

串级组态仿真方案

为了更加形象地显示串级系统的控制作用，可以假设一个简单的对象模型，如图中红色框内所示，使用SAMA模块搭建，仅用来示意，实际中对应具体的被控对象，在控制逻辑组态图中没有这部分内容。红色框内产生PV1主汽温度、PV2导前汽温，接受从控制器来的OP阀门开度信号。
该控制对象的建立参考某电厂锅炉参数，使用某设计值下的参数作为系统的静态点，在该静态点情况下，工况不再发生变化，无外界干扰，仅由减温水来调节蒸汽温度。
系统的静态平衡状态描述如下：
1、上一级过热器出口温度：71号模块设定为定值520度，该温度测点在喷水减温器之前。
2、末级过热器出口温度：SP设定值为540度，为末级过热器出口温度。
系统在稳态下，喷水减温器之前温度值为520度（模块71），减温水阀开度为50%，经减温器（传递函数w2，模块69）引起40度的温降，形成末级过热器进口温度480度（模块70的输出）；
实际末级过热器进口温度经惰性区（传递函数w1，模块70），得到最终的末级过热器温度（模块72输出）。
以上描述为某严格静态点的平衡状态，仅为示意，省略和简化了很多因素，更合理的模型建立方式是采用机理建模方法，构成整个电厂热力系统模型。在该简化模型基础上，可以进行以下实验内容：
1、主汽温度设定值的变化：将设定值SP（模块68的SP输出）进行改变，例如545或535度，观察自动调节系统的状态和工作变化。
2、上一级过热器出口温度的变化：改变模块71的输出，表示上一级过热器出口温度发生了变化，实现扰动，观察自动调节系统的克服扰动的能力。
完成数据库组态、、、，并研究报警软件。
数据库组态图

SAMA图组态

流程图组态

操作器组态

趋势图
1、串级控制系统
（1）手动操作

（2）无扰切换

（3）定值扰动

（4）外部扰动

监控画面

2、单回路控制系统
（1）

报警实现

2、设计分析
1) 串级控制系统中无扰切换的实现。
2) 主副调节器正反作用的确定。
3) PID参数整定的步骤及方法。
4) 设定值扰动及外扰情况下系统的响应及分析。
5) 单回路控制与串级控制的对比分析。