控制仪表课程设计.docx

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1、控制仪表课程设计 编号：xxx xx xx 班级组号序号控制仪表与装置课程设计 锅炉液位调节系统 设计报告 学院： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 设计时间： 成绩： 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理

2、、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散，因此DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。随着社会的发展与城市的现代化和集中化，锅炉的应用也越来越普遍，然而锅炉控制场所又是很危险的地方，如若控制不当，轻则使锅炉设备损毁，重则危及现场操作人员及周边群众的生命安全。由此可见，锅炉的合理控制极为重要，且锅炉控制系统中最重要的是锅炉的液位控制。 关键字：集散控制系统；微处理器；液位控制 1. 概述 (1) 1.1课程设计的性质、目的和任务 (1) 1.2课程设计的主要内容与要求 (1) 1.2.1主要设计内容 (1) 1.2.2设计基本要求 (1) 2. 被控对象设计 (2

3、) 2.1实验装置简介 (3) 2.2被控对象特性说明（过程工艺分析） (3) 2.3被控对象的结构设计 (3) 2.4被控对象工艺流程图 (4) 3.控制系统设计 (4) 3.1控制系统原理分析及控制方案设计 (4) 3.2一次仪表选型设计 (5) 3.3DCS选型设计 (6) 3.4控制系统接线设计 (7) 4.DCS组态设计 (8) 4.1DCS硬件组态设计 (8) 4.1.1DCS卡件配置图 (8) 4.1.2DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表 (8) 4.2DCS软件组态设计 (9) 4.2.1I/O组态 (9) 4.2.2控制回路组态 (11) 4.2.3操作站组

4、态 (12) 4.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明 (16) 5.设计总结与体会 (17) 6.参考文献 (17) 1. 概述 1.1课程设计的性质、目的和任务 控制仪表与装置课程设计是自动化专业必修实践性教学环节。按自动化专业培养计划要求，在学完专业限选课控制仪表与装置后，安排控制仪表与装置课程设计。其目的是使学生在深入理解已学的有关过程控制仪表和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统组态设计方法、系统设计原则的基础上，结合联系实际的课程设计题目，使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法，初步掌握控制系统的工程性设计步骤，进一步增强解决实际工程问题的能力。 1.2课程设计

5、的主要内容与要求 1.2.1主要设计内容 以过程控制实验室的“EFPT过程控制实验装置”为被控对象、“SUPCON JX-300 DCS”为控制装置，构成一个闭环系统，本课程设计将完成该闭环系统的下列一系列工程性设计：（1）被控对象特性设计组态； （2）控制系统一次仪表选型设计； （3）控制系统设计； （4）DCS控制装置的I/O点配置与组态设计； （5）DCS控制回路组态设计； （6）DCS操作站组态设计； （7）DCS系统闭环运行调试。 1.2.2设计基本要求 （1）被控对象特性设计组态 通过“EFPT过程控制实验装置”的管道和阀门的开/闭状态，构造一个实验者所希望实 现的对象特性，用于本

6、课程设计的控制系统被控对象。列写出“EFPT过程控制实验装置” 阀门状态表，画出被控对象工艺流程图。 （2）控制系统一次仪表选型设计 根据被控对象组态设计，确定“EFPT过程控制实验装置”中一次仪表的使用情况，查阅 一次仪表型号、量程等参数，编制一次仪表位号，列出一次仪表选型表。 （3）控制系统测控点和控制回路设计 画出带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）。 画出控制回路方框图。 （4）DCS的硬件配置和I/O点配置设计 根据过程控制实验室的“SUPCON JX-300 DCS”硬件配置（见“控制仪表与装置实验指 导书”），确定本课程设计所需的DCS卡件和I/O点。画出DCS卡件配置图。 （

7、5）控制系统一次仪表和DCS I/O点接线设计 画出控制系统一次仪表和DCS I/O点接线图（参照“控制仪表与装置实验指导书”）。 （6）控制系统接线实施 根据所设计的控制系统一次仪表和DCS I/O点接线图，在实验系统上完成一次仪表与 DCS的信号连接。 （7）DCS系统硬件组态设计 在工程师站上完成DCS系统的主控卡件组态、通信卡件组态、I/O卡件组态和DCS I/O 点组态设计。列出I/O卡件、I/O点地址表，列出I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表。 （8）DCS控制回路组态设计 根据控制回路设计，组态主控卡控制回路。 （9）操作站和操作小组设计 按照课程设计小组成员组成

8、，设计和定义实验小组所有成员为控制系统操作站。 （10）DCS操作站组态设计 根据控制系统设计，进行DCS系统总貌画面组态设计、分组画面组态设计、趋势画面组态设计、工艺流程画面组态设计。 （11）DCS系统闭环运行调试 课程设计小组内的每个成员轮流下载自己设计的程序，进行系统闭环运行调试。 （12）DCS系统多操作站运行监视 在课程设计小组内的某个成员下载程序运行调试时，利用DCS工程师站的传送功能将自己设计的程序传送给课程设计小组内的其他成员，实现DCS系统的多操作站监视功能。（13）操作站人机界面设计剪切 每个学生应将自己设计的操作站人机界面剪切下来，用于课程设计报告中； （14）学生进入

9、实验室前应完成上述设计基本要求的初步设计，经指导教师检查后方可进入实验室进行上机设计实验。 2. 被控对象设计 2.1实验装置简介 该系统的实验装置包括水箱、水槽、锅炉各一个，各种变送仪表共计八块，以及各种管道阀门若干。由本系统的各实验装置可构成锅炉进水流量定值调节，并联管路压力定值调节，锅炉液位定值调节等系统典型生产工艺流程。由于第六组实验装置中流量显示装置已损坏，故实验中为引进流量显示，实验装置清单如下： 水槽一个水箱一个 锅炉一个水泵一个 电磁流量传感器两个（FE1，FE2）DYBG压力变送器两个（LT1，LT2） QS智能型电动调节阀两块（M1，M2）管线和阀门若干 2.2被控对象特性

10、说明（过程工艺分析） 本系统中被控对象是锅炉，因锅炉是用于加热的容器，所以存在上下限制值，而且由于加热效率等问题，就期望锅炉液位可以稳定在某一给定值上，所以以锅炉液位作为被控变量，进水发门开度为控制变量。以锅炉液位为反馈变量构成单回路控制系统，并采用PID算法进行控制，通过改变阀门开度，实现锅炉水位稳定在给定值附近的目的。 2.3被控对象的结构设计 为实现上述的对象特性，完成对被控对象的控制，需将管路中的阀门按下表设置。 阀门标号状态阀门标号状态阀门标号状态 V25 开V35 开V40 开 V21 开V51 开V30 开 V33 开V39 开V38 开 V42 开V43 开V27 开 2.4被

11、控对象工艺流程图 V27 V30 V21 V25 水泵 V39 V43 V38 V42 V33 VC1 2LIC 1 FIT V51 M 电机 380V PE-1（） 高位水箱 溢流 （） 计量水槽 大 M1 0-100%进水流量 锅炉 0-100%V35 VC2 M2 0-400mm 反作用 0-250KPa 进水压力0-300L/h 2FIT 2 FI 0-300L/h 2 LT LT 2 FE 1FIT 1 H 2 V40 FE 2 2 PT FIT 2 0-100% PI 1LT LT 1 拟 制 审 核太原理工大学信息工程学院自动化系 标 题文档编号 实验名称 项目编号第 张共 张批

12、 准 谢刚 syzds-03proctrllab-01 锅炉液位调节流程图 (P&ID)：实验二 仪表控制系统调试 3 3 3. 控制系统设计 3.1控制系统原理分析及控制方案设计 （1） 根据所组态的被控生产流程（被控对象）的工艺要求，确定控制系统的控制方案为单回 路控制系统，要求控制系统原理框图如下： 控制系统原理框图 （2） 根据被控对象的生产流程和控制要求，确定调节阀为气开形式，控制器为反作用空控制。 （3）工艺管道流程图（P&ID 图）。 3.2一次仪表选型设计 根据被控对象组态设计，确定“EFPT 过程控制实验装置”中一次仪表的使用情况，查阅一次仪表型号、量程等参数， （1） 编制

13、一次仪表位号。 （2） 列出一次仪表选型表。 仪表型号 仪表位号 功能 QS 智能型电动调节阀QSVP-16K M1 调节进水阀位 M2 调节出水阀位 电磁流量传感器 LDG 10S FE1 测量进水流量 FE2 测量出水流量 DYBG 压力变送器 LT1 水箱液位 LT2 出水压力 3.3DCS 选型设计 （1） I/O 清单如下： （2） 根据系统I/O 清单，确定DCS 的硬件配置清单如下： 仪表 型号 QS 智能型电动调节阀QSVP-16K 电磁流量传感器 LDG 10S LD2-4B 型电磁流量转换器 DYBG 压力变送器 参 数 公称通径：20MM 流量范围：00.3M3/h 输出

14、信号：420MA 防爆标志：i b CT6 公称压力：16MPa 工作温度：0120 负载电阻：0250 输出：420mA-DC 介质温度：-40200 工作压力：4MPa 电源220V ，50HZ 量程04kPa 信号范围：420MA DAC 精确度：1级 消耗功率30VA 工作压力:68kPa 行程：SCD ：10MM SCC ：16MM 防护等级：ZP65 精度：0.5 信号类型 不冗余点数 冗余点数 总点数 AL 电流信号 6 0 6 AO 模拟量输出 2 2 卡件名称 卡件代码 卡件数量 卡件名称 卡件代码 卡件数量 电源供电卡 PS221 1 电流信号输入卡 PS313 2 主控卡

15、 PS243X 1 模拟量输出卡 PS322 1 数据转发卡 PS233 1 3.4控制系统接线设计 控制系统接线图。 4.DCS 组态设计 4.1DCS 硬件组态设计 4.1.1DCS 卡件配置图 4.1.2DCS 系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表 站名 机位 IP 地址 6#控制站 6# 128.128.1.6 工程师站 D6 128.128.1.136 工程师站 E5 128.128.1.145 工程师站 E6 128.128.1.146 工程师站 F5 128.128.1.155 工程师站 F6 128.128.1.156 （各站点IP 地址） 4.2DCS 软件组态设计 4.2.1I /O 组态 I/O 卡件 地址 I/O 卡件 地址 位号 量程 单位 阀特性 信号制 注释 00 电流信02 AI0M1 0100 % 进水阀位 0 2 5 6 13 是否冗余 冗余 不冗余 不冗余 不冗余 不冗余 模块名称 电源供电卡 主控制卡 数据转发卡 电流信号输入卡 电流信号输入卡 模拟 量输 出卡 型号 PS221 SP243X SP233 SP313 SP313 SP322