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1、锅炉液位控制系统设计报告学 院： 阳理工学院专 业：班 级：学生姓名：学 号：摘 要本文档是控制仪表与装置课程设计报告的格式要求与各部分内容的撰写说明。课程设计报告是同学完成课程设计后的技术总结报告，属于专业技术文献的一种，要求其内容完整、叙述清晰、设计原理正确，版面设计简单、格式统一。参加本课程设计的同学要按照本文档要求，提交一份设计报告及相应的电子文档（包括组态文件和设计报告文档）。目 录1. 概述11.1课程设计的性质、目的和任务11.2课程设计的主要内容与要求11.2.1主要设计内容11.2.2设计基本要求12. 被控对象设计32.1实验装置简介32.2被控对象特性说明（过程工艺分析）
2、32.3被控对象的结构设计32.4被控对象工艺流程图43.控制系统设计43.1控制系统原理分析及控制方案设计43.2一次仪表选型设计53.3DCS选型设计63.4控制系统接线设计74.DCS组态设计84.1DCS硬件组态设计84.1.1DCS卡件配置图84.1.2DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表84.2DCS软件组态设计94.2.1I/O组态94.2.2控制回路组态104.2.3操作站组态104.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明125.设计总结与体会136.参考文献13信息工程学院课程设计报告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
3、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
4、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
5、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。（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
6、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，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
7、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
8、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。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）LD24B型电磁流量转换器两个（FIT1，FIT2）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
9、，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被控对象工艺流程图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
10、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） 编制一次仪表位号。仪表型号仪表位号功能QS智能型电动调节阀QSVP-16KM1调节进水阀位M2调节出水阀位电磁流量传感器LDG10SFE1测量进水流量FE2测量出水流量LD2-4B型电磁流量转换器FIT1显示进水流量FIT2显示出水流量DYBG压力变送器LT1水箱液位LT2锅炉液位（2） 列出一次仪表选型表。仪表型号QS智能型电动调节阀QSVP-16K电磁流量传感器LDG10SLD2-4B型电磁流量转换器DYBG压力变送器参数公称通径：2
11、0MM流量范围：00.3M3/h输出信号：420MA防爆标志：ibCT6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：10MMSCC：16MM防护等级：ZP65精度：0.53.3DCS选型设计（1） I/O清单如下：信号类型不冗余点数荣誉点数总点数AL 电流信号606AO 模拟量输出202 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PS2211电流信号输入卡PS3132主控卡P
12、S243X1模拟量输出卡PS3221数据转发卡PS2331（2） 根据系统I/O清单，确定DCS的硬件配置清单如下：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025613是否冗余不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PS221SP243XSP233SP313SP313SP3224.1.2DCS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2#控制站2#CS128.128.1.2工程师站/操作站A1128.128.1.131工程师站/操作站A21
13、28.128.1.132工程师站/操作站B1128.128.1.141工程师站/操作站B2128.128.1.142工程师站/操作站C1128.128.1.151工程师站/操作站C2128.128.1.152Server(卡1)128.128.1.129 （个工作小组分布情况） （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电流信号输入02AI0M10100%进水阀位03AI0M20100%出水阀位01电流信号输入00AI0FE10400L/h进水流量01AI0EF20400L/h出水流量02AI0LT10400ml水
14、箱液位03AI0LT20400ml锅炉液位10模拟量输出卡00AO0M1气开型型进水阀控制01AO0M2气开型型出水阀控制4.2.2控制回路组态4.2.3操作站组态小组设计及操作权限设计说明；六个工作点中，其中一个为工程师站（C1或C2），负责将程序下载到DCS控制系统中，以及当控制系统出现时修改程序；其余五个为操作员站，负责观察监控现场各项指标。课程设计小组内个人自己设计的DCS系统总貌画面；课程设计小组内个人自己设计的DCS系统分组画面；课程设计小组内个人自己设计的DCS系统趋势画面；课程设计小组内个人自己设计的DCS系统工艺流程画面；4.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明（1） 控制系统闭环运行曲线。（2）由上图可以看出对于被控对象水箱液位的控制不是很稳定，曲线波动值较大，原因可能是单回路控制方案不能满足本系统的控制要求，从而导致系统的不稳定，可以选择采用其他控制方案来改善系统的稳定性。5.设计总结与体会6.参考文献1 控制仪表实验指导书2 EFPT过程控制实验装置实验指导书3 SUPCON JX-300 DCS手册4 控制仪表与装置（教材）11