DCS課程設計最終完成版(DOC)

1、華址電力*孑課程設計報告課程設計報告（20142015 年度第二學期）名稱：控制裝置與儀表A（DCS 部分）課程設計題目：過熱汽溫控制系統(tǒng)組態(tài)院系：自動化系班級：測控 12011202學號：201202030129201202030201學生姓名：張琨阿云嘎指導教師：翟永杰設計周數(shù)：一周成績：日期：2015年 7 月 14日控制裝置與儀表控制裝置與儀表 A（DCS 部分部分）課程設計課程設計課程設課程設計計任務書任務書一、目的與要求一、目的與要求1.了解 DCS 應用過程中的主要工作內容及應該注意的問題，并能根據(jù)應用目的，進行分散控制系統(tǒng)的設計組態(tài)、調試操作等工作。2.以 LN2000 分散控

2、制系統(tǒng)為平臺，完成過熱汽溫控制系統(tǒng)的組態(tài)。3.進行 DCS 的調試工作。二、主要內容二、主要內容分為組態(tài)設計和系統(tǒng)調試兩個部分：1. 組態(tài)設計1. 1 系統(tǒng)配置組態(tài)主要是指 DCS 中工程師站、操作員站、控制站的主機系統(tǒng)配置信息及外設類型，I/O卡件信息，電源布置，控制柜內安裝接線等。此部分內容作為了解內容，不進行具體組態(tài)。1. 2 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)數(shù)據(jù)庫組態(tài)是系統(tǒng)組態(tài)中應盡早完成的工作，因為只有有了數(shù)據(jù)庫，其他的組態(tài)工作（控制回路組態(tài)、畫面組態(tài)等）才可以調試。數(shù)據(jù)庫組態(tài)一般通過專用軟件進行，數(shù)據(jù)錄入時一定要認真仔細，數(shù)據(jù)庫中一個小的錯誤就會給運行帶來極大的麻煩，如造成顯示錯誤、操作不當甚至死機

3、故障。1. 3 控制算法組態(tài)控制算法組態(tài)指的是將系統(tǒng)設計時規(guī)定的模擬量控制、開關量控制等功能用 DCS 算法予以實現(xiàn)。本設計以主汽溫度串級控制策略為對象，并且模擬控制對象，構成閉環(huán)回路，完成這些控制算法的組態(tài)工作。1. 4 操作員站顯示畫面組態(tài)運行人員主要通過操作員站畫面來觀察生產(chǎn)過程運行情況，并通過畫面提供的軟操作器來干預生產(chǎn)過程，因此畫面設計是否合理、操作是否方便都會對運行產(chǎn)生重要影響。本設計要求設計關于主汽溫控制的簡單流程圖畫面、趨勢畫面、參數(shù)顯示畫面、操作畫面，并把有關的動態(tài)點同控制算法連接起來。1.5 報警顯示在數(shù)據(jù)庫中進行溫度報警值設置，在運行界面中顯示報警窗口。本設計要求能夠模擬

4、實現(xiàn)超溫報警。1.6 趨勢組態(tài)。顯示需要觀察的數(shù)據(jù)點趨勢圖。2.系統(tǒng)調試設計要求進行動態(tài)調試。實際工作中的動態(tài)調試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調試。 由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處于運行或試運行階段， 此時應以觀察為主， 當涉及到必需的系統(tǒng)修改時， 應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調試一般包括以下內容：1）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構操作是否正常；2）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行；3）對控制回路進行在線整定；4）當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結構修改、增加測點等，應盡量在停機狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進行在線組態(tài)，但要

5、熟悉在線組態(tài)的各個環(huán)節(jié)并做好應急措施。三、進度計劃三、進度計劃序號序號設計（實驗）內容設計（實驗）內容完成時間完成時間備注備注1了解設計內容，閱讀并理解課程設計指導書的要求。D12熟悉 LN2000 分散控制系統(tǒng)軟件的組態(tài)方法。D13進行組態(tài)設計要求的 6 項內容。D1D24進行系統(tǒng)調試D25撰寫課程設計報告D36上機答辯考核D3四、設計（實驗）成果要求四、設計（實驗）成果要求1.完成系統(tǒng)結構圖及數(shù)據(jù)點清單，打印各步的組態(tài)設計圖紙。2.對系統(tǒng)設計過程進行總結，完成并打印設計報告。五、考核方式五、考核方式1.設計報告內容及格式考查。2.按上述步驟逐項完成軟件內容的設計，進行操作演示，并進行答辯。

6、分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術課程設計分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術課程設計報告書報告書一、分散控制系統(tǒng)課程設計的目的與要求一、分散控制系統(tǒng)課程設計的目的與要求1、設計內容概要:以 LN2000 分散控制系統(tǒng)為平臺，完成過熱汽溫控制系統(tǒng)的組態(tài)并進行 DCS 的調試工作2、串級過熱汽溫控制系統(tǒng)的組成及特點3、串級汽溫控制系統(tǒng)設計二、課程設計正文二、課程設計正文1.1.串級汽溫控制系統(tǒng)的工作原理串級汽溫控制系統(tǒng)的工作原理圖1所示的串級汽溫控制系統(tǒng)，只要導前汽溫。2發(fā)生變化，副調節(jié)器P就去改變減溫水流量叫，初步維持后級過熱器入口汽溫。在一定范圍內，起粗調作用。而過熱器出口汽溫e的控制，則是通21過主調節(jié)器

7、PI 來校正副調節(jié)器工作，只要 q 未達到給定值，主調節(jié) PI 的輸出信號就不斷遞變化，使副調節(jié)器不斷去控制減溫水噴水量叫的變化，直到耳恢復到給定值為止。穩(wěn)態(tài)時，導前汽溫。2可能穩(wěn)定在與原來數(shù)值不同的數(shù)值上，而主汽溫耳則一定等于給定值。5圖 1 串級汽溫控制系統(tǒng)工作原理在串級汽溫控制系統(tǒng)中，由于兩個回路的任務及動態(tài)特性不同，可以選用不同的調節(jié)器。副回路及副調節(jié)器的任務是快速消除內擾，要求控制過程的持續(xù)時間較短，但不要求無差，故一般可選用純比例調節(jié)器。當導前汽溫慣性較大時，也可選用比例微分調節(jié)器。主回路及主調節(jié)器的任務是維持 q恒定，一般選用比例積分調節(jié)器。當過熱器惰性區(qū)較大時，也可選用比例、積

8、分、微分調節(jié)器。2.2.串級汽溫控制系統(tǒng)設計串級汽溫控制系統(tǒng)設計鍋爐過熱汽溫控制采用串級汽溫控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)方框圖如圖 2:已知系統(tǒng)中被控對象的傳遞函數(shù)為：3.3.設計過程設計過程3.13.1 采用如下設計方案采用如下設計方案為了更加形象地顯示串級系統(tǒng)的控制作用， 可以假設一個簡單的對象模型， 如圖中紅色框內所示,使用 SAMA 模塊搭建，僅用來示意，實際中對應具體的被控對象，在控制邏輯組態(tài)圖中沒有這部分內容。紅色框內產(chǎn)生 PV1 主汽溫度、PV2 導前汽溫，接受從控制器來的 OP 閥門開度信號。該控制對象的建立參考某電廠鍋爐參數(shù)，使用某設計值下的參數(shù)作為系統(tǒng)的靜態(tài)點，在該靜態(tài)點情況下，工況

9、不再發(fā)生變化，無外界干擾，僅由減溫水來調節(jié)蒸汽溫度。3.23.2 系統(tǒng)的靜態(tài)平衡狀態(tài)描述系統(tǒng)的靜態(tài)平衡狀態(tài)描述(1)上一級過熱器出口溫度：71 號模塊設定為定值 520 度，該溫度測點在噴水減溫器之前。被控對象導前區(qū)：W2(S)篇90.8而茹7%被控對象惰性區(qū)：W1(s)=A04=A01.125（10（皿）圖 2 串級汽溫控制系統(tǒng)構成2（2）末級過熱器出口溫度：SP 設定值為 540度，為末級過熱器出口溫度。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下，噴水減溫器之前溫度值為 520度（模塊 71）,減溫水閥開度為 50%，經(jīng)減溫器（傳遞函數(shù) w2，模塊 69）引起 40度的溫降，形成末級過熱器進口溫度 480度（模塊 70

10、的輸出）；實際末級過熱器進口溫度經(jīng)惰性區(qū)（傳遞函數(shù) wl,模塊 70），得到最終的末級過熱器溫度（模塊 72輸出）。3.3 系統(tǒng)性能測試系統(tǒng)性能測試以上描述為某嚴格靜態(tài)點的平衡狀態(tài)，僅為示意，省略和簡化了很多因素，更合理的模型建立方式是采用機理建模方法， 構成整個電廠熱力系統(tǒng)模型。 在該簡化模型基礎上， 可以進行以下實驗內容：（1）主汽溫度設定值的變化：將設定值 SP（模塊 68的 SP 輸出）進行改變，例如 545或 535 度，觀察自動調節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)和工作變化。（2）上一級過熱器出口溫度的變化：改變模塊 71的輸出，表示上一級過熱器出口溫度發(fā)生了變化，實現(xiàn)擾動，觀察自動調節(jié)系統(tǒng)的克服擾動的

11、能力。三、總結與結論三、總結與結論1 1、DCSDCS 的組態(tài)步驟及內容的組態(tài)步驟及內容1）數(shù)據(jù)庫組態(tài)圖數(shù)據(jù)庫組態(tài)圖$P3-DCS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件世）編輯迢）站的配置模塊配置O數(shù)據(jù)點配置）查看匹）軟件切換幫助QI）Qa抽聯(lián)嚏脅禺睪xn勉繆皤2）控制邏輯組態(tài)圖控制邏輯組態(tài)圖（SAMA 圖圖）DFBS畳+-+:+模入量AI熱電阻RT熱電偶TC模出量AO開 入量 肛開 出量 加數(shù)值量AH邏輯量DM時間量TM_3FV1主汽溫0FV2導前汽溫0SP1設定值00P控制器輸出0FT上一級過熱蕤汽出口溫度0DO控制器狀言1點名|說明檯塊號單位當前值|52修OP控制器輸出2-965杪PV1主汽溫2-20TPVT

12、CP5FF-4TF51IPPID5KTIDO；ITDiPIDDEi-RCTRHPPD2-347:TS+T?2-4502-740:TS+T：i2-551卩說導前汽溫2-8:61匚樓）0控制器狀態(tài)2-1653憂狂設定值2-103）流程界面組態(tài)流程界面組態(tài)圖圖492-663PT上級過熱器出口溫度2-18圜辛康特2005圖形組態(tài)系統(tǒng)-課設.grap4）操作窗口組態(tài)操作窗口組態(tài)圖圖遙控器PV1PV2SPOPEPi 夬増 sSPCUoraOP減主汽溫 PV1導前汽溫 PV2設定值 SP1 控制器輸出 OP5）趨勢圖趨勢圖手動操作JS超勢曲線-實時觀勢】手動投自動自動切手動定值擾動實時趨勢nfnirk外部擾

13、動6）報警實現(xiàn)及報警死區(qū)的作用報警實現(xiàn)及報警死區(qū)的作用所謂報警管理就是按照一定的規(guī)律去處理報警信息， 其根本目的是使運行人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、快速正確地處理問題并可靠記錄處理的全過程。當信號值超過了報警上限值時，就會進入上限報警狀態(tài)，如果超過了報警上上限，就進入了嚴重報警狀態(tài)，這個時候，系統(tǒng)必須通知操作員采取措施，防止事故的發(fā)生。越下限報警類似。為了避免該數(shù)據(jù)點的值在報警值附近波動的時候，系統(tǒng)報警頻繁發(fā)生，通常會加入一個報警死區(qū)。在軟件上，當一個點進入上限報警狀態(tài)時，報警產(chǎn)生，當這個數(shù)據(jù)點的數(shù)值返回到報警上限值時，并不立刻消除報警狀態(tài)，而是直到它回到高限和低限之內時，才取消報警。報警死區(qū)的作用

14、就是用來防止報警頻繁發(fā)生。瀕 aSP:進水軟值量(AM)索引號：14點名：|FV1組：WS三|工程單位：I 無單位創(chuàng)7)7)操作員監(jiān)控界面操作員監(jiān)控界面報警報警方式1717存盤兩發(fā)聲報警級別雷普通次急緊急特急取消幫助PV1:543.94SP1:540.002.5分鐘PV2：480.02OP:50.00C0C0%0C0C0%018 8）單回路數(shù)據(jù)庫組態(tài)圖）單回路數(shù)據(jù)庫組態(tài)圖&P3-DCS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫文件（I）編輯迢）站的配置g）檯塊配置追）數(shù)據(jù)點配置）查看迪軟件切換幫助QI）y魯I站齬唱窗禺萼x|犧勉冒看點名I說明FV1至汽溫SF1設定值OF控制器輸出B-S喜縣E-:s-.:s-:-C0

15、C0%0C0C0%01FV1無跟蹤FV1無跟蹤SF1無跟蹤SF1無跟蹤OF無踉族OF無踉族DO控制器狀蠱DO無跟蹤DO無跟族複塊號單位當前值9 9）單回路）單回路 SAMASAMA 圖圖主汽atFV1343-364r-iirrITFiI4PPIDit1DOIlWiFDDI.jkir3-T控制器借出138833147SP設宦他設宦他3-12單回路有追蹤rtfiPV115237；Tr1010）單回路實施趨勢單回路實施趨勢!MFPipI(ll-TOi 叫grp3-3SH9皿控刮器狀懇3-44單回路無追蹤500id若心.thH.;:W“!r丨i144153O3-483-M149儀儀SP設定值設定值3-

16、43單回路有無追蹤趨勢圖2 2、設計分析、設計分析2.1 串級控制系統(tǒng)中無擾切換的實現(xiàn)。手動投自動時無擾動的實現(xiàn)：調節(jié)系統(tǒng)手動時，副調節(jié)器輸出自動跟蹤 M/A 站手動輸出，主調節(jié)器輸出自動跟蹤導前氣溫溫度信號。將 M/A 站的輸出反饋到副調節(jié)器 PID2 的跟蹤端，因串級系統(tǒng)副調節(jié)器 PID2 在不斷工作，只有使其輸出為零，才能實現(xiàn)無擾，因此還需使副調節(jié)器 PID2 的 PV 反饋到主調節(jié)器 PID1 的 TR 端。這樣，手動時，副調節(jié)器 PID2 模塊因跟蹤 PV2，其輸出增量為零，使得PID2 的輸出值等于 M/A 站的輸出值，從而使切換瞬間無擾動。自動切手動無擾動的實現(xiàn)：自動切向手動的瞬

17、間輸出值等于切換前的自動輸出值，故切換瞬間不產(chǎn)生擾動。在這之后，調節(jié)器的輸出是在原來的基礎上加增量，也不會發(fā)生突變，因此達到了無擾動切換的目的。2.2 主副調節(jié)器正反作用的確定。Uk）+T丈eQ+TdCGLeQ-1）1T丿f（e（k）-e（k-1）+Te（k）+T（e（k）-2e（k-1）+e（k-2）丿ITT丿i（1）判斷副調節(jié)器 PID2 作用當導前汽溫溫度升高時，需要調節(jié)閥門開度增大，即增大 M/A 模塊的 Y 值，故副 PID 調節(jié)器的輸出AO 值應增大，又因為導前汽溫溫度的升高會使副 PID 調節(jié)器的 PV 值增大，故副調節(jié)器應為正作用。（2）判斷主調節(jié)器 PID1 作用導前汽溫溫度

18、的升高會導致主氣溫溫度的升高，從而使主調節(jié)器的 PV 值升高，此時應調節(jié)閥門垂書勢曲線-實時趨勢u（k）二kTii=0Au（k）=u（k）-u（k-1）=k開度增大,即增大 M/A 模塊的 Y 值，而副 PID 調節(jié)器的輸出 AO 值和 PV 值都會增大，故 SP 應減小，故主調節(jié)器應為負作用。2.3PID 參數(shù)整定的步驟及方法。根據(jù)經(jīng)驗值預設置 PID 參數(shù)，再進行調試調整。先令 SP 為 540 攝氏度，閥門開度為 50%，手動調節(jié)至平衡，即使主汽溫值為 540 攝氏度為止，然后調自動，將 SP 改為 550 攝氏度，觀察主氣溫值的變化，看是否可變?yōu)?550 攝氏度，若不能，則調節(jié)兩個 P

19、ID 調節(jié)器的參數(shù)，直至在 550 攝氏度時穩(wěn)定為止，之后再改變一下 SP 值，若主氣溫值能隨其改變，則說明參數(shù)已調好。方法：提出一種穩(wěn)定域約束的串級 PID 控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，首先要得到串級 PID 控制器參數(shù)的穩(wěn)定域約束條件然后利用遺傳尋優(yōu)算法獲得 ITAE 性能指標最優(yōu)的串級 PID 控制器參數(shù)。而我在實驗中用的是拼湊法和經(jīng)驗法，通過觀察趨勢曲線來調節(jié)兩個 PID 的參數(shù)，通過反復改動使得參數(shù)合適。2.4 設定值擾動及內外干擾情況下系統(tǒng)的響應及分析。當外部擾動使得主汽溫輸出值增大時，使得 PID 調節(jié)器變化，主調節(jié)器反作用，副調節(jié)器正作用，使得閥門開度增大，從而調節(jié)主汽溫輸出值降低，達到設定值。反之，當外部擾動使得主汽溫輸出值減小時，調節(jié)器作用，使得閥門開度減小，從而調節(jié)主汽溫輸出值升高，達到設定值。當設定值擾動使得設定值增大或者減小時，主副調節(jié)器作用，使得閥門開度減小或。者增大，主汽溫輸出值增大或者減小，最終主汽溫輸出值等于設定值。2.5 單回路控制與串級控制的對比分析選用串級控制的時候，當出現(xiàn)定值擾動及外部擾動時，主汽溫仍能快速的跟蹤。當去掉一個 PID模塊，即去掉副調節(jié)器構成單回路控制系統(tǒng)時，需要把 PID 模塊的動作方向改為正作用。和單回路控制系統(tǒng)相比， 串級控制系統(tǒng)改善了被控過程的動態(tài)特性， 具