分散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線技術課程設計報告

-.z?分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術?課程設計任務書一、目的與要求本課程設計目的是使學生掌握DCS和FCS的設計思想，知道如何安裝和使用DCS和FCS，如何評價和選擇DCS和FCS，以及如何在工程設計中合理地應用DCS和FCS。按照被控系統(tǒng)的不同，將學生分成假設干個設計小組，原則上每個小組的設計題目不能一樣。每個小組由四名學生組成，分別進展系統(tǒng)構造設計和硬件配置設計、控制策略或控制邏輯設計、系統(tǒng)組態(tài)設計、以及系統(tǒng)人機界面設計。要求分工協(xié)作，相互配合，形成一個完整的設計方案。二、主要內容本課程設計共分為32個設計課題，我們小組選擇的是一次風壓力調節(jié)系統(tǒng)。上述每個設計課題分成以下四個組成局部，分別由四名學生完成(缺乏四人的優(yōu)先選擇位于前面的設計內容)：2．1系統(tǒng)構造與硬件配置設計2．2控制策略或控制邏輯設計2．3系統(tǒng)組態(tài)設計2．4系統(tǒng)人機界面設計三、進度方案序號設計(實驗)內容完成時間負責人1系統(tǒng)構造與硬件配置設計2控制策略或控制邏輯設計3系統(tǒng)組態(tài)設計4系統(tǒng)人機界面設計四、設計〔實驗〕成果要求要求每人獨立撰寫課程設計報告。設計報告至少應包含以下內容：1．1系統(tǒng)構造與硬件配置設計者的設計報告中應包含設計說明書、系統(tǒng)配置圖和設備清單；1．2控制策略或控制邏輯設計者的設計報告中應包含設計說明書、控制系統(tǒng)SAMA圖或控制系統(tǒng)邏輯圖；1．3系統(tǒng)組態(tài)設計者的設計報告中應包含設計說明書、控制系統(tǒng)組態(tài)圖；1．4系統(tǒng)人機界面設計者的設計報告中應包含設計說明書、人機界面圖；同一設計組的設計者應注意各局部設計的銜接性與一致性，使各局部設計形成一個完整的體系。五、考核方式設計文件審查檢查系統(tǒng)構造設計是否合理，硬件選型是否恰當，硬件種類與數(shù)量是否正確，是否與控制策略或控制邏輯的設計方案一致。檢查控制策略或控制邏輯設計是否滿足工藝系統(tǒng)的控制要求，控制功能是否正確、合理，控制方案是否具有可行性，設計圖紙是否符合技術規(guī)*。檢查DCS系統(tǒng)組態(tài)是否正確，是否忠實再現(xiàn)了控制策略或控制邏輯的設計方案，I/O變量的使用是否正確，組態(tài)方案是否簡潔、可靠。檢查人機聯(lián)系畫面的設計是否正確地提供了必要的顯示、操作手段，畫面的顏色、符號和內容是否符合技術規(guī)*，畫面上的動態(tài)元素是否已經與數(shù)據(jù)庫中的實時變量正確地連接在一起。辯論由指導教師針對設計方案提出問題，通過學生對問題的答復，重點了解學生對設計方案的理解程度，對根本概念的掌握程度，以及各局部設計的銜接是否正確。學生**：指導教師：2010年12月13日分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術課程設計——————一次風壓力調節(jié)系統(tǒng)1、系統(tǒng)配置1.1概述本控制系統(tǒng)規(guī)模小，由監(jiān)控級、控制級和現(xiàn)場級三局部組成。監(jiān)控級由工程師站〔西門子工控機〕和操作員站〔西門子工控機〕組成；控制級由控制器PM860、通行模塊TU810、模擬量輸入模塊AI810、模擬量輸出模塊AO810和數(shù)字量輸出模塊DO810構成；現(xiàn)場級由測量變送器和執(zhí)行機構組成。監(jiān)控級與控制級之間的通信網(wǎng)絡選用以太網(wǎng)Ethernet，控制器與通信模塊之間的連接選用Modulebus(光纖)。該控制系統(tǒng)的工作原理：AI810采集現(xiàn)場的過程變量，通過通信模塊送到控制器，控制器根據(jù)已設定的控制策略運算得出控制信號，控制信號經通訊模塊到AO810，再到執(zhí)行機構，執(zhí)行機構動作，從而改變被控量按期望的方向變化。DO810用來輸出控制設備啟停信號。操作員站有豐富的外圍設備和人機界面，操作員通過畫面監(jiān)視現(xiàn)場設備的運行狀況。在遇到緊急狀況時，按規(guī)定流程進展手動操作。工程師站負責進展控制系統(tǒng)的組態(tài)、控制模塊參數(shù)的修改等工作，并能夠將控制策略下裝到控制器。1.2系統(tǒng)構造圖ModulebusModulebusEthernet工程師站操作員站控制器通訊模塊TU810模擬量輸入模塊AI810TU820模擬量輸出模塊AO810TU820現(xiàn)場變送器現(xiàn)場執(zhí)行機構數(shù)字量輸出模塊DO8101.3設備清單(1)監(jiān)控級序號設備數(shù)量備注1SIMATICIPC547C2操作員站和工程師站(2)控制級序號設備數(shù)量備注1SD811電源模件224VDC、2.5A2TU810通訊模塊1支持雙絞線連接3AI810模擬量輸入模件1模擬量輸入8通道4AO810模擬量輸出模件1模擬量輸出8通道5DO810數(shù)字量輸出模件1數(shù)字量輸出8通道6PM860控制器2與以太網(wǎng)兼容通信7DINRAIL導軌1安裝通訊和I/O模件8GYTA53光纖1連接控制器和通信模件9插槽2安裝控制器〔3〕現(xiàn)場級序號設備數(shù)量備注1DBS308壓力變送器1測量一次風壓力2PTJ501差壓傳感器1測量一次風壓力3RSYN-8-30角位移傳感器2測量擋板的角度42SQ3031電動執(zhí)行機構1改變擋板的角度2．控制策略的設計一次風壓指空預器后熱一次風母管壓力。而一次風壓調節(jié)是指通過控制系統(tǒng)的控制作用保持一次風壓的穩(wěn)定。其風壓設定值為“鍋爐負荷的函數(shù)+運行人員的偏置〞，并且有上下限值。一次風壓調節(jié)的必要性：在電廠燃煤機組中，一次風是鍋爐的燃料輸送系統(tǒng)的主要動力來源。一次風壓的上下直接影響煤粉的噴射，輕則火焰燃燒不穩(wěn)，重則引起爐膛滅火甚至爐膛爆炸。一次風機都要保證一次風母管風壓的大致恒定，不然磨內存粉會因一次風壓不穩(wěn)而忽多忽少，爐膛負壓、主汽壓力等關鍵參數(shù)頻繁波動。同時一次風壓能影響爐膛效率和燃燒的平安性。因此一次風壓調節(jié)是燃燒過程的任務之一。一次風壓力受到的主要擾動來源：磨煤機熱風擋板開度擾動〔外擾〕下風壓調節(jié)對象的動態(tài)特性：由于煤粉枯燥度的變化及鍋爐負荷的變化使得擋板開度變化，當開度增大時，風流量增大，一次風壓減小?？刂撇呗栽O計：為了實現(xiàn)無靜差控制以及快速控制，設計單回路前饋加反應控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，控制量為風機入口調節(jié)擋板位置，被控制量為一次風壓力。將磨煤機熱風擋板位置擾動作為前饋引入系統(tǒng)。該方案簡單，能快速響應磨煤機擋板位置擾動并且能維持風壓的穩(wěn)定，但是有節(jié)流損失，并且該方案對風門的調節(jié)特性以及氣壓的測量穩(wěn)定性有比擬高的要求。該系統(tǒng)的構造框圖如下：位置變送器位置變送器調節(jié)器K一次風母管位置變送器管道一次風擋板系統(tǒng)SAMA圖PTPT△K≮≯TRACK∫A/MH/LKZTTRACKF(*)△ZTA系統(tǒng)測點如下：序號類型測點名稱信號類型單位變量名稱1AI一次風壓力測量信號4~20mAKPaFENGPRESS2AI磨煤機熱風擋板位置測量信號4~20mA%HOTPOSITION3AO一次風入口擋板位置指令信號4~20mA%YICIPOSITION4AI一次風擋板位置反應信號4~20mA%YICIFEEDBACK3、系統(tǒng)組態(tài)4、系統(tǒng)人機界面設計4.1畫面設計原則(1)畫面應盡可能簡單清晰;(2)畫面不應過分閃爍或采用淺色背景，最常用的背風光是灰色和黑色;(3)每個畫面最上面一行或兩行應該設計為運行員所關心的一般性信息，最下面一行或兩行留作人機聯(lián)系,，回送信息，提示信息或錯誤信息;(4)所有的畫面顏色應該統(tǒng)一使用以防止造成運行員的記憶混亂，所用顏色應該遵循行業(yè)有關規(guī)定;(5)*些危險工況下顏色不應當是提供信息的唯一手段。在改變顏色的同時應輔以閃光加線或加框的方法，以保證可靠性。4.2設計步驟(1)根據(jù)電廠實際構造設計初步框架。(2)根據(jù)組態(tài)圖指定按鈕和動態(tài)變化值的變量。(3)按照畫面設計原則檢查并改正。4.3用戶圖形畫面組態(tài)(1)用戶圖形編輯界面用戶圖形編輯界面包括標題行、菜單行、工具欄、圖形編輯區(qū)、工具箱等。(2)繪制靜態(tài)圖形在窗口