工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS系統(tǒng)設計說明

1、.天津理工大學自動化學院專業(yè)設計報告題目 ：工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)設計學生姓名趙明學號 20081001屆2012班級08電氣 5班.下載可編輯 .指導教師張驚雷專業(yè)電氣工程及其自動化說明1. 專業(yè)設計文本材料包括設計報告 、任務書、指導書三部分 ，其中任務書 、指導書由教師完成 。按設計報告 、任務書、指導書順序裝訂成冊 。2. 學生根據(jù)指導教師下達的任務書 、指導書完成專業(yè)設計工作 ，合作完成的專業(yè)設計，要在設計報告概述中明確說明分工 。3. 設計報告內(nèi)容建議主要包括 ：設計概述 、設計原理 、設計方案分析 、軟硬件具體設計、調(diào)試分析 、總結(jié)以及參考資料等內(nèi)容 ，不同類型的設計

2、可有所區(qū)別 。4. 設計報告字數(shù)應在 3000-4000 字，圖紙設計應采用電子繪圖 、且符合相應符合國標，文字規(guī)范借鑒參考畢業(yè)設計要求 。5.專業(yè)設計成績由平時表現(xiàn) （50%）、設計報告 （30%）和答辯成績 （20%）組成。專業(yè)設計應給出適當?shù)脑u語 。專業(yè)設計評語及成績匯總表成績平時成績報告成績答辯成績總評成績.下載可編輯 .專業(yè)設計評語工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)設計前言集散控制系統(tǒng) （Distributedcontrolsystem ）：是以微處理器為基礎的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱 DCS 系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制

3、，全部信息通過通信網(wǎng)絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人 -機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散 。 DCS 系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用 。集散控制系統(tǒng)的基本組成：現(xiàn)場控制級 、過程控制級、過程管理級 、經(jīng).下載可編輯 .營管理級DCS 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)DCS 的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設備等組成。通過通信網(wǎng)絡將這些硬件設備連接起來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視

4、、操作及管理等功能?，F(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站是一個可以獨立運行的計算機檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、控制而設計的通用型設備，所以其機柜、電源 、輸入輸出通道和控制計算機等，與一般的計算機系統(tǒng)有所不同。操作站為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置以下設備： 1 、操作臺 ，也就是高檔電腦桌； 2 、微處理機系統(tǒng)，就是高檔電腦； 3 、外部存儲設備， 簡單說就是大容量硬盤； 4 、圖形顯示設備，就是電腦顯示器； 5 、操作鍵盤跟鼠標； 6 打印輸出設備。集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.下載可編輯 .隨著 DCS 系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的廣泛應用，工業(yè)自動化已經(jīng)在各行各業(yè)展開本設計以工業(yè)鍋爐為研究對象 ，通過

5、對工業(yè)鍋爐中除氧器DCS 系統(tǒng)的設計和控制，初步掌握DCS 系統(tǒng)控制思想和控制方法，為后續(xù)畢業(yè)設計打下基礎。一、 硬件系統(tǒng)介紹SMPT-1000的硬件主要包括：設計盤臺 、數(shù)值是軟儀表、接口硬件 、嵌入式工控機 、輔助操作臺二、 軟件系統(tǒng)介紹SMPT-1000 軟件系統(tǒng)主要包括上位機軟件SMPTLAB 、實時仿真引擎軟件SMPTRuntime以及其他軟件、硬件接口電路 。上位機 SMPTLAB ：主要實現(xiàn)試驗項目的管理、實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視、控制系統(tǒng)的組態(tài)等日常試驗功能。實時仿真引擎軟件SMPTRuntime ：完成實時動態(tài)仿真計算以及數(shù)據(jù)管理功能。.下載可編輯 .軟件系統(tǒng)主界面三、除氧器部分介紹

6、：除氧器部分結(jié)構(gòu)示意圖：設計說明 ：通常情況下 ，液位控制有三個目的：要求液位必須維持在設定值上，這個設定值代表了一個重要的操作點。比如鍋爐汽包水位，過高會出現(xiàn)蒸汽帶水，過低會導致設備過熱或爆炸危險。此種情況.下載可編輯 .下，控制器必須加入積分作用，以防止負荷變化時，由于余差而使液位偏離設定值。為了建立物料或能量的平衡，以便在穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)的流入量和流出量相等。這種情況下 ，液位不一定必須維持在設定值不變，通常用純比例作用即可滿足控制要求，而且比加入積分作用響應更快、更容易穩(wěn)定 。用于緩沖容器的液位控制。比如除氧器液位，當生產(chǎn)量較大時，液位應當設定得高一些，這樣一來 ，當上游來料減少時 ，容器的

7、存量可以維持下游的供料。而當下游生產(chǎn)量減小時，容器的液位應處于低位，以便吸收存儲上游繼續(xù)流過來的原料量。這種情況下也不應當加入積分作用，而應當用純比例作用 。除氧器出口軟化水是鍋爐汽包上水的主要來源。為了保持鍋爐汽包水位的穩(wěn)定，必須保證鍋爐上水流量穩(wěn)定。鍋爐上水流量 ，也就是除氧器出口流量，更應該用來控制汽包水位。而為了保證鍋爐上水流量穩(wěn)定，必須要保持除氧器液位的穩(wěn)定，不能波動 。 如果液位波動 ，鍋爐上水流量 （除氧器出口流量）將會受到影響 。因為從公用工程來的鍋爐給水（除氧器入口流量）經(jīng)常波動 ，可能會造成除氧器液位不穩(wěn)定。為了保持除氧器液位的穩(wěn)定，就設置了除氧器液位單回路控制系統(tǒng)，使用除

8、氧器入口流量作為操縱變量 。四、除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)設計及其仿真調(diào)試第一部分 ：針對液位 LI1101的單回路 PID 控制系統(tǒng)組態(tài)1、打開 SMPT-1000監(jiān)控環(huán)境 ，新建除氧器工程，取名為 DearatorTest 。2、點擊工具欄中的按鈕，打開閥門 / 擋板控制配置對話框，將閥門 FV1106設置為 “內(nèi)控 ”狀態(tài)， FV1101和PV1101均設置為 “手操 ”狀態(tài) 。.下載可編輯 .3、點擊工具欄中的按鈕，切換當前窗口至流程圖窗口。雙擊 FV1106圖標，打開閥門 / 擋板類設備屬性對話框，將閥門特性設置為線性。4、點擊工具欄中的按鈕，將當前窗口切換到控制組態(tài)畫面，進行控制系

9、統(tǒng)組態(tài) 。（1）設置數(shù)據(jù)采集點，采集除氧器液位實測值作為控制器輸入。·在模塊庫左側(cè)屬性列表中，打開 “信號源 ”目錄 ，雙擊 “信號源 ”圖標 ，在工具箱右邊將加載 “信號源 ”模板頁 。·用鼠標左鍵選中“變送器采集點 ”不放 ，拖動至控制組態(tài)窗口中放開，即在控制組.下載可編輯 .態(tài)窗口中生成了一個“變送器 ”模塊。·雙擊該模塊符號，彈出 “數(shù)據(jù)采集點配置”對話框 。在 “選擇位號 ”下拉框中 ，選擇LI1101 ，即表示當前 “變送器采集點 ”模塊將從現(xiàn)場獲取 LI1101 位號對應的實時數(shù)據(jù) 。·點擊 【確定 】按鈕，完成對除氧器液位信號的配置。（2

10、）控制器組態(tài) 。·在模塊庫工具箱的左側(cè)樹形列表中，打開 “運算模塊 ”目錄 ，雙擊 “控制器 ”圖標 ，右邊將加載 “控制器 ”模塊頁 。 選中 PID 控制器圖標 ，并將它拖放至控制組態(tài)窗口，生成如下圖所示的PID 控制器圖標 。.下載可編輯 .·雙擊該圖標 ，彈出 “PID 控制器配置 ”對話框 。說明 ： 在基本設置欄中，將控制器取名為LIC1101 ，填入位號框中。 在控制器投用之前，先將控制狀態(tài)設為手動。 選擇控制器為反作用。 設定值欄中 ，將設定值 SP 設為 60，即需要將液位控制在60% 。·配置完成后 ，點擊【確定】按鈕 ，當前 PID 控制器的

11、圖標將更新。（3 ）設置執(zhí)行單元 。 為了讓控制器的輸出信號，能夠送給執(zhí)行機構(gòu)（如控制閥 ）， 需要在控制組態(tài)窗口中引入“帶定位器的控制閥”模塊 。該模塊負責接收控制器的OP 輸出，并將該.下載可編輯 .輸出信號送至流程盤臺上的某一個控制閥以控制其開度，達到對流程實施控制的目的。·在模塊庫的左側(cè)樹形目錄中，打開 “信號輸出 ”目錄 ，雙擊 “信號輸出 ”圖標 ，右側(cè)將加載 “信號輸出 ”模塊頁 。 選中 “帶定位器的控制閥”圖標 ，并將該圖標拖動至控制組態(tài)窗口中，生成一個新的“帶定位器的控制閥”模塊 。·雙擊該圖標 ，彈出 “數(shù)據(jù)輸出點配置”對話框 。在該對話框的位號下拉框

12、中，選擇要輸出的控制閥位號，如下圖所示的為FV1106 。 數(shù)值范圍欄中的上、下限框自動根據(jù)數(shù)據(jù)點定義中FV1106的儀表上下限進行填寫。·在數(shù)據(jù)輸出類型欄中，需要設置接收控制器OP 輸出的數(shù)據(jù)類型為絕對量還是增量。缺省情況下 ，模塊使用絕對量，即代表接收控制器的OP 輸出值 ，即為控制閥的目標開度 MV 。·配置完成后 ，點擊 【確定】按鈕，當前 PID 控制器的圖標將更新。.下載可編輯 .（4） 信號連接 。完成上述步驟后，控制組態(tài)窗口如下圖所示。為了將 “變送器 ”模塊檢測到的實時數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“PID 控制器 ”模塊，并將控制器模塊的輸出通過 “帶定位器的控制閥”模塊調(diào)節(jié)

13、流程盤臺上的FV1106控制閥開度 ，需要在上圖所示的圖中添加信號線 ，以連接三個模塊。·點擊控制組態(tài)窗口工具欄中信號線按鈕，將鼠標移至數(shù)據(jù)采集點中央黑色實心小圓孔處 ，待圓孔四周出現(xiàn)紅色方框時單擊。然后將鼠標移到PID 控制器圖形的左側(cè)小字 “PV”處的空心圓點處，待圓孔四周出現(xiàn)紅色方框時再次單擊，系統(tǒng)將生成一條從 “變送器 LI1101 ”模塊至 “PID 控制器 LIC1101 ”模塊的信號連接線，表示從變送器獲得的現(xiàn)場LI1101 液位的實時數(shù)據(jù)，將作為 PV 值被送入 LIC1101控制器 。·用相似的辦法，建立從 “LIC1101控制器 ”模塊的 OP處至 “帶

14、定位器的控制閥FV1106 ”模塊的信號連接，表示 PID 控制器的輸出OP 值，將被送入 “帶定位器的控制閥FV1106 ”模塊所對應的控制閥，作為該控制閥的目標開度。至此 ，針對液位 LI1101的單回路 PID 控制系統(tǒng)組態(tài)完成。.下載可編輯 .第二部分 ：針對液位 LI1101的單回路 PID控制系統(tǒng)的仿真分析1、點擊工具欄中的按鈕，建立趨勢曲線畫面，添加 LI1101 、 FV1106 、 FV1101的實時曲線 。2、將閥門 FV1101固定開度為 33，點擊工具欄中的運行按鈕，讓除氧器工程運行起來。3、控制系統(tǒng)投運和控制器參數(shù)整定?？刂葡到y(tǒng)的投運是將系統(tǒng)由手動工作狀態(tài)切換到自動工

15、作狀態(tài)的過程。在DCS 中，這一過程是通過將控制器上的手動-自動切換開關(guān)（按鈕 ）從手動位置切換到自動位置來完成的。該切換過程必須是無平衡、無擾動切換 ，不應造成被控參數(shù)的波動，不應該破壞系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)。為了保證這一點就必須保證切換時刻控制閥的開度不發(fā)生變化。（1 ） 控制系統(tǒng)的投運在控制器組態(tài)畫面，選中 LIC1101控制器圖標 ，點擊工具欄中的按鈕，打開 LIC1101控制器的操作面板?？刂破鳡顟B(tài)為“手動 ”，可進行手動控制。不斷修改 OP 值，也就是不斷改變閥門FV1106開度 ，觀察 SP 和 PV 的值 。 你會發(fā)現(xiàn) PV 和 SP 的值將不斷變化，當其值達到 50% 左右時，將

16、控制器狀態(tài)設置為“自動 ”，將控制器投自動。.下載可編輯 .（2 ）比例放大倍數(shù)的整定點擊 LIC1101 控制器操作面板的【配置 】按鈕 ，打開 LIC1101控制器配置窗口。將比例增益 Kc 設置為 5 ，將SP 由原來的 50% 變?yōu)?60% ，待液位穩(wěn)定 ，觀察并記錄除氧器液位的趨勢曲線 。將 Kc 改為 10 ，再將 SP 由 60% 變?yōu)?50% ，待液位穩(wěn)定 ，觀察并記錄除氧器液位的趨勢曲線 。將 Kc 改為 20 ，同樣修改 SP，即將液位 SP 由 60% 變?yōu)?50% ，待液位穩(wěn)定后再將SP 由50% 變?yōu)?60% ，觀察并記錄除氧器液位的趨勢曲線。根據(jù)比例增益的特點，不斷

17、修改 Kc 的值 ，每修改一次都要通過修改SP 值來加入階躍干擾，直到除氧器液位的變化曲線達到4:1 衰減比 。記錄 4:1 衰減變化曲線和此時Kc 的值 ：。（3）施加干擾.下載可編輯 .系統(tǒng)穩(wěn)定之后 ，將除氧器出口管線閥門FV1101開度從 33 變?yōu)?50，觀察在有擾動的情況下除氧器液位曲線的變化趨勢。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時間的調(diào)節(jié)，除氧器液位又重新達到穩(wěn)定，也就是說除氧器液位單回路控制系統(tǒng)具有抗干擾的能力。實驗完畢時 ，點擊工具欄中的按鈕，保存工程 。 然后關(guān)閉 SMPT-1000實驗系統(tǒng) 。五、小結(jié)通過對工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)的設計 ，初步認識了SMPT-1000實

18、驗操作平臺，通過對工業(yè)鍋爐除氧器的簡單PID 控制，初步掌握了DCS 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理，大大增強了實踐創(chuàng)新能力。為畢業(yè)設計打下了良好的設計和實踐基礎。專業(yè)設計任務書 、指導書專業(yè)設計題目 ：工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)設計.專業(yè)設計任務書一、專業(yè)設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù) 、技術(shù)要求）基于實驗室水汽熱能半實物仿真系統(tǒng)，利用運行在在工控機上的 SMPTLAB 組態(tài)軟件設計典型工業(yè)鍋爐除氧器液位控制DCS 系統(tǒng)，配置 P、PI 控制器，并對各 I/O 實時、動態(tài)監(jiān)控 。設計技術(shù)要求 ：1熟悉 SMPT-1000 鍋爐各組成部分及工藝流程。2學會使用系統(tǒng)自帶的SMPTLAB 組態(tài)軟件配置 DCS 系統(tǒng) 。3列出除氧器液位控制系統(tǒng)中的I/O 點表 。4學習比例 (P)調(diào)節(jié)器、比例積分 (PI)調(diào)節(jié)器的配置和運用 。.下載可編輯 .5學會常用過程工業(yè)中流體液位的控制方法。6根據(jù)示例工藝制作監(jiān)控畫面。7運行和調(diào)試制作的監(jiān)控畫面。工作量 ：利用 SMPTLAB 配置 DCS 系統(tǒng)占 30%，制作監(jiān)控畫面占 40%，調(diào)試 I/O 與上位機的通訊占 30%。二、專業(yè)設計參考資料1. SMPT-1000 水氣熱能半實物仿真系統(tǒng)實驗手冊 。2. SMPT-1000 使用說明 。.專業(yè)設計指導書一、 專業(yè)設計要點 、設計步驟設計要點 ：熟悉嵌入式實時操作系統(tǒng) WinCE，并在工控機上建立典