碩士論文答辯DCS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

濟南大學(xué)碩士論文答辯感謝各位老師的蒞臨指導(dǎo)!2014年5月25日濟南大學(xué)碩士論文答辯指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名：水泥粉磨站DCS系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

論文提綱前言1234課題研究背景主要設(shè)計DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)56安裝、調(diào)試及改進主要研究內(nèi)容前言水泥生產(chǎn)線分散程度較大、工藝流程復(fù)雜、實時控制性強及邏輯要求高，因此一套合適的自動化操作系統(tǒng)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、控制污染、改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全等方面可以起到重要的作用?！癉CS”即集散控制系統(tǒng)，是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中管理、分散控制的一種新型自動控制系統(tǒng)。前言DCS系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)人機接口測量系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)顯示技術(shù)前言豫龍同力信陽粉磨生產(chǎn)線是年產(chǎn)100萬噸的水泥粉磨生產(chǎn)線,該項目的控制系統(tǒng)采用法國施耐德DCS系統(tǒng)軟件和設(shè)備，該粉磨生產(chǎn)線核心生產(chǎn)設(shè)備是洛陽中信重機公司提供的?4.2*13管磨機。結(jié)合水泥粉磨生產(chǎn)流程，著重論述DCS集散控制系統(tǒng)在水泥粉磨自動化控制系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)。前言設(shè)備及設(shè)備之間連鎖控制，實現(xiàn)對全廠的生產(chǎn)情況進行監(jiān)控電流檢測設(shè)備壓力檢測設(shè)備溫度檢測設(shè)備頻率檢測設(shè)備流量檢測設(shè)備前言從生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、控制污染、改善勞動條件、保證生產(chǎn)安全等方面對DCS控制系統(tǒng)的優(yōu)點進行分析；本項目采用DCS集中控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)進行集中管理，分散控制，局部采用計算機現(xiàn)場總線的配置方式，作為計算機集散系統(tǒng)的一部分，以便于監(jiān)控和維修的方便。本文依托水泥粉磨生產(chǎn)線與DCS系統(tǒng)，結(jié)合施耐德基于Quantum和momentum之間的系統(tǒng)方案，對水泥粉磨生產(chǎn)線DCS設(shè)計與實現(xiàn)進行針對性的研究。設(shè)計完成時將在電腦上實行模擬實驗的方法，進行逐個試驗，實現(xiàn)控制的準(zhǔn)確性。前言最后通過安裝、試驗和投運，實現(xiàn)了DCS系統(tǒng)在水泥粉磨生產(chǎn)線的自動控制，展現(xiàn)了集中管理，分散控制的優(yōu)點，在運行中針對設(shè)計不足及時進行了彌補，完善了設(shè)計缺陷，取得了良好的控制效果。課題研究背景“DCS”控制系統(tǒng)，在提高生產(chǎn)過程自動化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動效率等方面有重要的意義。隨著各種新控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的涌現(xiàn)，新的控制方案和思想對傳統(tǒng)DCS發(fā)展提供了更多挑戰(zhàn)，DCS系統(tǒng)只有緊跟時代潮流，不斷采用最新的技術(shù)和思想來擴展、完善自己?，F(xiàn)在的DCS正在朝著檢測和控制完全分散化狀態(tài)發(fā)展，DCS與FCS的有機結(jié)合、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)軟件、共享通信協(xié)議、Internet應(yīng)用等都是當(dāng)今DCS系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。DCS控制的意義集中控制操作員根據(jù)按工藝流程預(yù)先編制的程序，將設(shè)備起動與停車機旁控制人員在機旁手動開、停設(shè)備，以便單機調(diào)試檢修方式集中遙控和機旁均不能啟動設(shè)備，確保檢修時人員的安全。故障停車時，中控操作室和機旁均能緊急停車。DCS控制的意義

DCS系統(tǒng)在水泥粉磨生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)后，改變了以往“傻、大、笨、粗”的形象，中控室一人控制和監(jiān)護全廠設(shè)備的開停和運行情況，為公司的集中管理分散控制創(chuàng)造了條件，提高了勞動效率，提高了設(shè)備安全運行，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，積極響應(yīng)了國家節(jié)能降耗的政策。DCS控制的意義主要實現(xiàn)功能一所有進入DCS系統(tǒng)設(shè)備的啟?？刂?、故障報警和設(shè)備之間的連鎖運行等；主要實現(xiàn)功能二調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)，如配料計量給定、頻率設(shè)定、風(fēng)門刻度調(diào)整等；主要實現(xiàn)功能三主要工藝參數(shù)的歸檔記錄和顯示，如電流、磨音、壓力、溫度、輥縫值等主要實現(xiàn)功能四改善生產(chǎn)環(huán)境，降低工人勞動強度。水泥粉磨系統(tǒng)DCS控制的發(fā)展?fàn)顩r常規(guī)控制PID比例積分微分其他簡單的控制算法

使工業(yè)生產(chǎn)過程的被控變量，如溫度、電流、壓力、風(fēng)量等，在遭受到外來擾動情況下，穩(wěn)定地維持在預(yù)先的給定值上。水泥粉磨系統(tǒng)DCS控制的發(fā)展?fàn)顩r起步于70年代初期市場基本被國外產(chǎn)品壟斷進入90年代后國產(chǎn)DCS系統(tǒng)取得了較大進步，國產(chǎn)系統(tǒng)的市場占有率逐漸攀升近年來國產(chǎn)DCS系統(tǒng)逐步成熟其中北京和利時公司和浙大中控公司憑借自身雄厚的實力，成為國產(chǎn)DCS廠家中的佼佼者主要研究的內(nèi)容主要研究的內(nèi)容設(shè)備名稱規(guī)格型號主要技術(shù)性能輥壓機RP140-110入磨料度≤60mm，電機功率2×800KW(電壓10KV)，能力460-510t/h，最高入料濕度5%球磨機（雙滑履）φ4.2×13m主電機功率3150KW(電壓10KV)，轉(zhuǎn)速15.6r/min，裝球量209t，生產(chǎn)能力120-150t/h，出磨比表面積3600-3800Cm2/kg選粉機O-SepaN-3000電機功率110KW，能力110-180t/h，最大給料量500t/h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速135-170r/min循環(huán)風(fēng)機M4-73NO.18F電機功率250KW(電壓10KV)，風(fēng)量180000m3/h主排風(fēng)機6-2X29NO.23.5F電機功率630KW(電壓10KV)，風(fēng)量210000m3/h主要設(shè)計中央控制定設(shè)工程師站1臺，操作員站機3臺操作員站設(shè)有攝像裝置及“電視監(jiān)控墻”進行監(jiān)測?，F(xiàn)場控制站測量和控制電纜通過電纜橋架進入電力控制室和集中控制室。實現(xiàn)磨機等設(shè)備和電力控制的統(tǒng)一運行管理現(xiàn)場設(shè)備磨機等現(xiàn)場設(shè)備以DCS的操作員站的液晶顯示器為中心對設(shè)備的運行進行監(jiān)視和控制。主要設(shè)計中央控制室工程師站操作員站通訊服務(wù)器光電轉(zhuǎn)換設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備及現(xiàn)場控制站CPU主機電源I/O模塊通訊模塊光纖收發(fā)器以太網(wǎng)通訊卡選型時我們考慮到與駐馬店確山豫龍同力總公司整體控制系統(tǒng)一致，以便維護和備件配備，因此，確定使用性價比高的施耐德公司的Quantum、Momentum模塊，編程軟件采用CONCEPT。主要設(shè)計熟料輸送與儲存部分設(shè)有冗余的Modbus網(wǎng)絡(luò)接口，171CCC96030是控制熟料輸送與儲存主機、輔機等設(shè)備的遠(yuǎn)程I/O站，完成熟料輸送與儲存各設(shè)備的信號采集與傳遞。水泥粉磨部分冗余的控制器CPU41412A、上位機、工業(yè)交換機以及水泥粉磨系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O站分布在這里，完成水泥粉磨系統(tǒng)各設(shè)備的信號采集、運算處理及設(shè)備控制等功能。水泥包裝部分設(shè)有冗余的Modbus網(wǎng)絡(luò)接口，171CCC96030是控制包裝主機、輔機等設(shè)備的遠(yuǎn)程I/O站，完成包裝各設(shè)備的信號采集與傳遞。主要設(shè)計整個系統(tǒng)主干網(wǎng)為樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用光纜作為介質(zhì)，通訊速率達(dá)100M/s。中央控制室內(nèi)采用ModbusTCP/IP通訊協(xié)議通過交換機和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)與現(xiàn)場水泥粉磨主站系統(tǒng)的通訊，水泥粉磨主站采用MB+通訊實現(xiàn)與分站熟料輸送與儲存、水泥包裝站系統(tǒng)之間通訊。主要設(shè)計水泥磨主站系統(tǒng)選用Schneider公司ModiconTSXQuantumPLC熟料輸送與儲存、水泥包裝站系統(tǒng)采用MomentumPLC組成Quantum+Momentum的MB+主從系統(tǒng)熟料輸送與儲存170PNT11020MB+通訊適配器水泥磨主站通過140NOE77100模塊實現(xiàn)Ethernet網(wǎng)絡(luò)通訊，通過140XBE10000背板擴展模塊實現(xiàn)模塊間擴展，采用遠(yuǎn)程電纜TAP接頭水泥包裝站系統(tǒng)的MB+電纜主要設(shè)計名稱單位數(shù)量壓力變送器臺9差壓變送器臺2一體化溫度計支50流量計套1料位計臺13攝像監(jiān)控系統(tǒng)套1接線箱400×250×6008UPS電源4GCK低壓控制柜800×1000×22006按鈕盒30DELL工業(yè)機4顯示器DELL214打印機HP10201主要設(shè)計控制功能(1).采集和處理功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過液晶顯示器屏幕的顯示，為中控操作員提供運行設(shè)備的各種信息，具有開關(guān)和模擬量輸出、報警顯示和輸出、生產(chǎn)操作指導(dǎo)、打印報表、畫面復(fù)制等功能。(2).模擬量控制系統(tǒng)模擬量控制系統(tǒng)為DCS的一部分，能全面采集各類模擬量，協(xié)調(diào)磨機、輥壓機及輔機的運行。主要控制回路有：磨機負(fù)荷、配料、輥壓機壓力、排風(fēng)機風(fēng)量、循環(huán)風(fēng)機風(fēng)量、高效選粉機風(fēng)量等的自動控制?？刂葡到y(tǒng)的輸出信號是4～20mA連續(xù)信號，設(shè)上下限，確?？刂葡到y(tǒng)出線故障時磨系統(tǒng)設(shè)備的運行安全。主要設(shè)計(3).磨機緊急跳閘保護系統(tǒng)。能在下列等情況下實現(xiàn)緊急停機：1）潤滑系統(tǒng)油壓下降低于跳閘值（磨頭、磨尾、主電機、主減速機四個油站的任何一個油壓低于0.15MP）；2）磨機滑履溫度超過跳閘值（設(shè)定為68℃，報警值為63℃）；3）電機軸承溫度超過跳閘值（設(shè)定為80℃，報警值為75℃）；4）電機繞組溫度超過跳閘值（設(shè)定為115℃，報警值為110℃）；主要設(shè)計系統(tǒng)點數(shù)設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量和安全等需要，對設(shè)備開停的開關(guān)量和電流、磨音、壓力、溫度、輥縫值等模擬量進行設(shè)計，匯總現(xiàn)場控制I/O點數(shù)共1584個。這樣現(xiàn)場控制站的I/O點數(shù)共1584個，其中開關(guān)量1344個，輸入量（DI）960個，輸出量(DO)384個；模擬量240個，輸入量(AI)176個，輸出量(AO)64個（現(xiàn)場控制站I/O點數(shù)布局見下表）。主要設(shè)計名稱DIDOAIAO備注1#現(xiàn)場控制站28812888熟料、石膏2#現(xiàn)場控制站3841609616水泥磨3#現(xiàn)場控制站288967240包裝合計960384176641584主要設(shè)計工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的重要性，初步設(shè)計了12個監(jiān)控點，由12臺34電視機組成顯示屏幕，在中控操作室內(nèi)制作成電視監(jiān)控墻進行顯示，以便中控操作員隨時監(jiān)控到現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)。12個監(jiān)控點分別是水泥磨機、入磨皮帶機、調(diào)配后混合料皮帶、4臺計量稱各一臺，上熟料皮帶、破碎機皮帶、2臺包裝機各一臺和水泥散裝機1臺。主要設(shè)計DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)熟料、石膏、沸石、粉煤灰等原材料按一定比例配料混合經(jīng)水泥磨粉磨制成不同標(biāo)號的水泥成品（粉煤灰從球磨機尾部加入）最后水泥成品經(jīng)袋裝和散裝向外發(fā)售，完成整個生產(chǎn)工藝流程DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)上位機組態(tài)該流程通過DCS系統(tǒng)組態(tài)在中央控制室中分為熟料庫水泥粉磨、水泥庫、水泥包裝四個畫面來完成，操作員通過鼠標(biāo)切換不同的畫面進行操作如圖所示。

DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)MonitorPro7.0（MP7）上位機圖形監(jiān)控軟件，利用MonitorPro分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

的SQL/ODBC/OPC關(guān)系數(shù)據(jù)庫連接功能，并在Ethernet網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫共享，數(shù)據(jù)交換能力強，實時性好，能較好地實現(xiàn)控制功能。MP72的Server中的Tag通過,DBLOG任務(wù)定義一張張表格,從而形成一個歷史數(shù)據(jù)庫,并通過另一個任務(wù)Historian與ODBC中的數(shù)據(jù)源名(DataSourceName)相連接,最后存儲到SQL2000中特定的數(shù)據(jù)中;形成報表本歷史查詢趨勢圖。歷史記錄的原理:DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)即MP72的Server中的Tag通過DBLOG任務(wù)定義一張張表格,從而形成一個歷史數(shù)據(jù)庫,并通過另一個任務(wù)Historian與ODBC中的數(shù)據(jù)源名(DataSourceName)相連接,最后存儲到SQL2000中特定的數(shù)據(jù)中即,MP72的Server中的Tag通過,DBLOG任務(wù)定義一張張表格,從而形成一個歷史數(shù)據(jù)庫,并通過另一個任務(wù)Historian與ODBC中的數(shù)據(jù)源名(DataSourceName)相連接,最后存儲到SQL2000中特定的數(shù)據(jù)中。DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，我們的趨勢圖主要有磨機電流溫度變化趨勢圖、循環(huán)風(fēng)機電流、高效選粉機電流、輥壓機輥縫和壓力值、磨機溫度、入磨斗提機電流等如圖所示。DCS控制系統(tǒng)的工程實現(xiàn)下位機組態(tài)水泥粉磨DCS控制系統(tǒng)的各項功能，必須圍繞著水泥粉磨工藝來進行。這些功能利用Concept

2.5軟件來編程實現(xiàn)。下圖是水泥磨主電機啟停及連鎖運行的LD編程實現(xiàn)。安裝、調(diào)試及改進由于DCS控制系統(tǒng)設(shè)備大部分屬于弱電元件，在安裝中要做好接地、加強環(huán)境通風(fēng)、避免碰撞等，同時在安裝過程中針對現(xiàn)場實際情況對設(shè)計不合理的進行了及時改進，優(yōu)化設(shè)計，滿足生產(chǎn)要求。按照規(guī)范依照設(shè)計的接線圖接線，如圖安裝、調(diào)試及改進(1)檢查硬件設(shè)備的安裝和線路的連接：現(xiàn)場的設(shè)備是在設(shè)備供應(yīng)商先安裝到控制柜上后，再運送到我公司的?？刂乒裨诎惭b過程中的錯誤，以及設(shè)備在運輸和吊裝過程中的震動等造的松動等檢查是和供應(yīng)商、監(jiān)理三方前期共同進行檢查的重點工作。(2)網(wǎng)絡(luò)通信的調(diào)試：上位機、Quantum+Momentum主站和從站之間要進行通訊，所以，在正式調(diào)試前，先要保證上述設(shè)備間的通信連接成功。(3)電氣設(shè)備的工作情況檢查：即在空載情況下，檢查設(shè)備的工作是否正常，重點是檢查二次回路對一次回路的控制正確與否。(4)手動調(diào)試控制程序：即手動進行設(shè)備的啟動/停止操作，在上位機的在線監(jiān)控環(huán)境下，檢測PLC程序中的每個變量是否正確，驗證程序運行的結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期目的。(5)自動聯(lián)動調(diào)試：按照功能塊的先后順序關(guān)系，逐次將模塊植入進行調(diào)試。在這個過程中，需要根據(jù)實際要求和現(xiàn)場情況對一些功能、參數(shù)和流程作適當(dāng)?shù)男薷?。安裝、調(diào)試及改進DCS調(diào)試結(jié)合現(xiàn)場人員及實際情況制定科學(xué)的調(diào)試計劃和方案，系統(tǒng)調(diào)試從試驗室模擬和現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試兩方面實施。(1)模擬調(diào)試模擬調(diào)試中上位機只和QuantumPLC主機在線聯(lián)絡(luò)，不和現(xiàn)場各種信號進行直接連接，所以測試之前應(yīng)先設(shè)計一些用于調(diào)試的模擬信號程序，強制輸入輸出變量的值，模擬現(xiàn)場設(shè)備的的輸入輸出，觀察結(jié)果，以檢驗程序的邏輯。安裝、調(diào)試及改進(2)現(xiàn)場設(shè)備的線路連接及測試在現(xiàn)場調(diào)試過程中應(yīng)遵循先調(diào)現(xiàn)場設(shè)備再調(diào)DCS、先調(diào)單臺設(shè)備再系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、先調(diào)局部程序再調(diào)系統(tǒng)程序的原則進行。此階段按如下順序進行：A.接地系統(tǒng)檢查，接地一般分兩種：系統(tǒng)接地：系統(tǒng)接地主要作用是為系統(tǒng)提供工作基準(zhǔn)地；保護接地：保護接地主要作用是提供系統(tǒng)的安全地。DCS系統(tǒng)接地要求小于4歐。B.現(xiàn)場儀表的調(diào)試，主要包括現(xiàn)場測量儀表的標(biāo)定、現(xiàn)場測量儀表量程與DCS系統(tǒng)內(nèi)儀表量程統(tǒng)一和調(diào)節(jié)閥的調(diào)校等。C.回路調(diào)試，按照控制回路對每一控制回路進行聯(lián)調(diào)。D.順序控制調(diào)試，水泥庫頂、水泥磨磨后、水泥磨磨前工藝應(yīng)用了順序控制，檢驗現(xiàn)場設(shè)備的情況是否與工藝要求一致。E.聯(lián)鎖條件調(diào)試，在水泥粉磨、輥壓機、水泥包裝出料等系統(tǒng)中，工序的相關(guān)性強，在工藝控制設(shè)計時采用了大量聯(lián)鎖條件來保證設(shè)備和生產(chǎn)的安全性。安裝、調(diào)試及改進(3)I/O信號測試這個過程的調(diào)試運行可以與現(xiàn)場設(shè)備的線路連接及測試過程互相交叉進行的。包括以下幾個方面：(A)模擬量輸入、輸出信號測試(B)開關(guān)量輸入、輸出信號測試安裝、調(diào)試及改進(4)現(xiàn)場程序調(diào)試調(diào)試過程中要遵循先部分后整體、由小到大的原則。在調(diào)試過程中，不僅要求調(diào)試人員對程序的整個流程非常清楚，還要清楚在系統(tǒng)運行過程中，控制系統(tǒng)對系統(tǒng)的控制是怎樣具體實現(xiàn)的。需要對系統(tǒng)中各種設(shè)備的工作方式、控制方法非常熟悉，以便調(diào)試。調(diào)試注意問題環(huán)境溫度問題DCS模塊的電子原器件對溫度的變化比較敏感，因此DCS對環(huán)境溫度都有一定的要求,按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，控制室的溫度應(yīng)控制在18℃-24℃。模擬量和開關(guān)量轉(zhuǎn)換問題粉磨站水泥庫底流量閥設(shè)計為4-20mA模擬量信號，但廠家提供的是開關(guān)量信號，只需增加開關(guān)量模塊和中間繼電器便能把開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號以滿足生產(chǎn)需要。信號問題模擬量信號進入隔離器時上、下限值應(yīng)調(diào)試好，避免中控室出現(xiàn)反信號。如磨音電耳大小值與磨機噪音成反比，與磨內(nèi)物料填充率成正比；飽磨時中控室應(yīng)接收4mA信號，空磨時應(yīng)接收20mA信號接線排端子緊固問題D