控制儀表課程設(shè)計(jì)

1、編號(hào)：xxx xx xx序號(hào)組號(hào)班級(jí)控制儀表與裝置課程設(shè)計(jì)鍋爐液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué) 院：專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)時(shí)間：成 績(jī)：摘 要集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以微處理器為基礎(chǔ)的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過(guò)程控制，全部信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又

2、實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散，因此DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控制中起著重要的作用。隨著社會(huì)的發(fā)展與城市的現(xiàn)代化和集中化，鍋爐的應(yīng)用也越來(lái)越普遍，然而鍋爐控制場(chǎng)所又是很危險(xiǎn)的地方，如若控制不當(dāng)，輕則使鍋爐設(shè)備損毀，重則危及現(xiàn)場(chǎng)操作人員及周邊群眾的生命安全。由此可見(jiàn)，鍋爐的合理控制極為重要，且鍋爐控制系統(tǒng)中最重要的是鍋爐的液位控制。 關(guān)鍵字：集散控制系統(tǒng)；微處理器；液位控制目 錄1. 概述11.1課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和任務(wù)11.2課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與要求1主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1設(shè)計(jì)基本要求12. 被控對(duì)象設(shè)計(jì)32.1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介32.2被控對(duì)象特性說(shuō)明（過(guò)程工藝分析）32.3被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3

3、2.4被控對(duì)象工藝流程圖43.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1控制系統(tǒng)原理分析及控制方案設(shè)計(jì)43.2一次儀表選型設(shè)計(jì)53.3DCS選型設(shè)計(jì)63.4控制系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)74.DCS組態(tài)設(shè)計(jì)84.1DCS硬件組態(tài)設(shè)計(jì)8卡件配置圖8系統(tǒng)（控制站卡件及設(shè)計(jì)小組各操作站）地址配置表84.2DCS軟件組態(tài)設(shè)計(jì)9組態(tài)9控制回路組態(tài)11操作站組態(tài)124.3DCS系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行調(diào)試結(jié)果分析與說(shuō)明165.設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)176.參考文獻(xiàn)171. 概述1.1課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和任務(wù)控制儀表與裝置課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)必修實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。按自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃要求，在學(xué)完專業(yè)限選課控制儀表與裝置后，安排控制儀表與裝置課程設(shè)計(jì)。其目的是使學(xué)

4、生在深入理解已學(xué)的有關(guān)過(guò)程控制儀表和DCS系統(tǒng)的基本概念、組成結(jié)構(gòu)、工作原理、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，結(jié)合聯(lián)系實(shí)際的課程設(shè)計(jì)題目，使學(xué)生熟悉和掌握DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，初步掌握控制系統(tǒng)的工程性設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)一步增強(qiáng)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與要求主要設(shè)計(jì)內(nèi)容以過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室的“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”為被控對(duì)象、“SUPCON JX-300 DCS”為控制裝置，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，本課程設(shè)計(jì)將完成該閉環(huán)系統(tǒng)的下列一系列工程性設(shè)計(jì)：（1） 被控對(duì)象特性設(shè)計(jì)組態(tài)；（2） 控制系統(tǒng)一次儀表選型設(shè)計(jì)；（3） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；（4） DCS控制裝置的I/O點(diǎn)配

5、置與組態(tài)設(shè)計(jì)；（5） DCS控制回路組態(tài)設(shè)計(jì)；（6） DCS操作站組態(tài)設(shè)計(jì)；（7） DCS系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行調(diào)試。設(shè)計(jì)基本要求（1） 被控對(duì)象特性設(shè)計(jì)組態(tài)通過(guò)“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”的管道和閥門的開(kāi)/閉狀態(tài)，構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)者所希望實(shí)現(xiàn)的對(duì)象特性，用于本課程設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)被控對(duì)象。列寫出“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”閥門狀態(tài)表，畫(huà)出被控對(duì)象工藝流程圖。（2） 控制系統(tǒng)一次儀表選型設(shè)計(jì)根據(jù)被控對(duì)象組態(tài)設(shè)計(jì)，確定“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”中一次儀表的使用情況，查閱一次儀表型號(hào)、量程等參數(shù)，編制一次儀表位號(hào)，列出一次儀表選型表。（3） 控制系統(tǒng)測(cè)控點(diǎn)和控制回路設(shè)計(jì)畫(huà)出帶測(cè)控點(diǎn)的工藝管道流程圖（P&

6、ID圖）。畫(huà)出控制回路方框圖。（4） DCS的硬件配置和I/O點(diǎn)配置設(shè)計(jì)根據(jù)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室的“SUPCON JX-300 DCS”硬件配置（見(jiàn)“控制儀表與裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)”），確定本課程設(shè)計(jì)所需的DCS卡件和I/O點(diǎn)。畫(huà)出DCS卡件配置圖。（5） 控制系統(tǒng)一次儀表和DCS I/O點(diǎn)接線設(shè)計(jì)畫(huà)出控制系統(tǒng)一次儀表和DCS I/O點(diǎn)接線圖（參照“控制儀表與裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)”）。（6） 控制系統(tǒng)接線實(shí)施根據(jù)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)一次儀表和DCS I/O點(diǎn)接線圖，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成一次儀表與DCS的信號(hào)連接。（7） DCS系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計(jì)在工程師站上完成DCS系統(tǒng)的主控卡件組態(tài)、通信卡件組態(tài)、I/O卡件組態(tài)和DCS

7、 I/O點(diǎn)組態(tài)設(shè)計(jì)。列出I/O卡件、I/O點(diǎn)地址表，列出I/O點(diǎn)位號(hào)、注釋、量程、單位、報(bào)警限及配電設(shè)置表。（8） DCS控制回路組態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)控制回路設(shè)計(jì)，組態(tài)主控卡控制回路。（9） 操作站和操作小組設(shè)計(jì)按照課程設(shè)計(jì)小組成員組成，設(shè)計(jì)和定義實(shí)驗(yàn)小組所有成員為控制系統(tǒng)操作站。（10） DCS操作站組態(tài)設(shè)計(jì)根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行DCS系統(tǒng)總貌畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì)、分組畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì)、趨勢(shì)畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì)、工藝流程畫(huà)面組態(tài)設(shè)計(jì)。（11） DCS系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行調(diào)試課程設(shè)計(jì)小組內(nèi)的每個(gè)成員輪流下載自己設(shè)計(jì)的程序，進(jìn)行系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行調(diào)試。（12） DCS系統(tǒng)多操作站運(yùn)行監(jiān)視在課程設(shè)計(jì)小組內(nèi)的某個(gè)成員下載程序運(yùn)行調(diào)試時(shí)，利用

8、DCS工程師站的傳送功能將自己設(shè)計(jì)的程序傳送給課程設(shè)計(jì)小組內(nèi)的其他成員，實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的多操作站監(jiān)視功能。（13） 操作站人機(jī)界面設(shè)計(jì)剪切 每個(gè)學(xué)生應(yīng)將自己設(shè)計(jì)的操作站人機(jī)界面剪切下來(lái)，用于課程設(shè)計(jì)報(bào)告中；（14） 學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前應(yīng)完成上述設(shè)計(jì)基本要求的初步設(shè)計(jì)，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行上機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。2. 被控對(duì)象設(shè)計(jì)2.1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置包括水箱、水槽、鍋爐各一個(gè)，各種變送儀表共計(jì)八塊，以及各種管道閥門若干。由本系統(tǒng)的各實(shí)驗(yàn)裝置可構(gòu)成鍋爐進(jìn)水流量定值調(diào)節(jié)，并聯(lián)管路壓力定值調(diào)節(jié)，鍋爐液位定值調(diào)節(jié)等系統(tǒng)典型生產(chǎn)工藝流程。由于第六組實(shí)驗(yàn)裝置中流量顯示裝置已損壞，故實(shí)驗(yàn)中為

9、引進(jìn)流量顯示，實(shí)驗(yàn)裝置清單如下：水槽一個(gè)水箱一個(gè)鍋爐一個(gè)水泵一個(gè)電磁流量傳感器兩個(gè)（FE1，F(xiàn)E2）DYBG壓力變送器兩個(gè)（LT1，LT2）QS智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩塊（M1，M2）管線和閥門若干2.2被控對(duì)象特性說(shuō)明（過(guò)程工藝分析） 本系統(tǒng)中被控對(duì)象是鍋爐，因鍋爐是用于加熱的容器，所以存在上下限制值，而且由于加熱效率等問(wèn)題，就期望鍋爐液位可以穩(wěn)定在某一給定值上，所以以鍋爐液位作為被控變量，進(jìn)水發(fā)門開(kāi)度為控制變量。以鍋爐液位為反饋?zhàn)兞繕?gòu)成單回路控制系統(tǒng)，并采用PID算法進(jìn)行控制，通過(guò)改變閥門開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)鍋爐水位穩(wěn)定在給定值附近的目的。2.3被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)象特性，完成對(duì)被控對(duì)象的控

10、制，需將管路中的閥門按下表設(shè)置。閥門標(biāo)號(hào)狀態(tài)閥門標(biāo)號(hào)狀態(tài)閥門標(biāo)號(hào)狀態(tài)V25開(kāi)V35開(kāi)V40開(kāi)V21開(kāi)V51開(kāi)V30開(kāi)V33開(kāi)V39開(kāi)V38開(kāi)V42開(kāi)V43開(kāi)V27開(kāi)2.4被控對(duì)象工藝流程圖3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)原理分析及控制方案設(shè)計(jì)（1） 根據(jù)所組態(tài)的被控生產(chǎn)流程（被控對(duì)象）的工藝要求，確定控制系統(tǒng)的控制方案為單回路控制系統(tǒng)，要求控制系統(tǒng)原理框圖如下：控制系統(tǒng)原理框圖（2）根據(jù)被控對(duì)象的生產(chǎn)流程和控制要求，確定調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)形式，控制器為反作用空控制。（3） 工藝管道流程圖（P&ID圖）。3.2一次儀表選型設(shè)計(jì)根據(jù)被控對(duì)象組態(tài)設(shè)計(jì)，確定“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”中一次儀表的使用

11、情況，查閱一次儀表型號(hào)、量程等參數(shù)，（1） 編制一次儀表位號(hào)。儀表型號(hào)儀表位號(hào)功能QS智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥QSVP-16KM1調(diào)節(jié)進(jìn)水閥位M2調(diào)節(jié)出水閥位電磁流量傳感器LDG10SFE1測(cè)量進(jìn)水流量FE2測(cè)量出水流量DYBG壓力變送器LT1水箱液位LT2出水壓力（2） 列出一次儀表選型表。儀表型號(hào)QS智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥QSVP-16K電磁流量傳感器LDG10SLD2-4B型電磁流量轉(zhuǎn)換器DYBG壓力變送器參數(shù)公稱通徑：20MM流量范圍：00.3M3/h輸出信號(hào)：420MA防爆標(biāo)志：ibCT6公稱壓力：16MPa工作溫度：0120負(fù)載電阻：0250輸出：420mA-DC介質(zhì)溫度：-40200工作壓力：

12、4MPa電源220V，50HZ量程04kPa信號(hào)范圍：420MA DAC精確度：1級(jí)消耗功率<30VA工作壓力:68kPa行程：SCD：10MMSCC：16MM防護(hù)等級(jí)：ZP65精度：0.53.3DCS選型設(shè)計(jì)（1） I/O清單如下：信號(hào)類型不冗余點(diǎn)數(shù)冗余點(diǎn)數(shù)總點(diǎn)數(shù)AL 電流信號(hào)606AO 模擬量輸出202 卡件名稱 卡件代碼卡件數(shù)量 卡件名稱 卡件代碼卡件數(shù)量電源供電卡PS2211電流信號(hào)輸入卡PS3132主控卡PS243X1模擬量輸出卡PS3221數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡PS2331（2） 根據(jù)系統(tǒng)I/O清單，確定DCS的硬件配置清單如下：3.4控制系統(tǒng)接線設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)接線圖。4.DCS組態(tài)設(shè)計(jì)4

13、.1DCS硬件組態(tài)設(shè)計(jì)卡件配置圖025613是否冗余冗余不冗余不冗余不冗余不冗余模塊名稱電源供電卡主控制卡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡電流信號(hào)輸入卡電流信號(hào)輸入卡模擬量輸出卡型號(hào)PS221SP243XSP233SP313SP313SP322系統(tǒng)（控制站卡件及設(shè)計(jì)小組各操作站）地址配置表站名機(jī)位IP地址6#控制站6#工程師站D6工程師站E5工程師站E6128.128.1.146工程師站F5工程師站F6 （各站點(diǎn)IP地址）4.2DCS軟件組態(tài)設(shè)計(jì)/O組態(tài)I/O卡件地址I/O卡件地址位號(hào)量程單位閥特性信號(hào)制注釋00電流信號(hào)輸入02AI0M10100%進(jìn)水閥位03AI0M20100%出水閥位01電流信號(hào)輸入00AI0F

14、E10400L/h進(jìn)水流量01AI0EF20400L/h出水流量02AI0LT10400ml水箱液位03AI0LT20400ml出水壓力10模擬量輸出卡00AO0M1氣開(kāi)型型進(jìn)水閥控制01AO0M2氣開(kāi)型型出水閥控制模擬量輸入輸出截圖（由于截圖太多，特選幾個(gè)重要設(shè)置截圖如下）：（1）主體信息設(shè)置（2）控制站參數(shù)設(shè)定（3）操作站參數(shù)設(shè)置 a總貌畫(huà)面設(shè)置 b.趨勢(shì)畫(huà)面設(shè)置 C分組畫(huà)面設(shè)置 d.一覽畫(huà)面設(shè)置 控制回路組態(tài)操作站組態(tài)小組設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)一覽；課程設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)報(bào)警一覽畫(huà)面；課程設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)故障檢測(cè)畫(huà)面；課程設(shè)計(jì)小組內(nèi)個(gè)人自己設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)總貌畫(huà)面； 課程設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)的

15、DCS系統(tǒng)分組畫(huà)面； 課程設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)的DCS系統(tǒng)趨勢(shì)畫(huà)面；課程設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)的DCS運(yùn)行后調(diào)整畫(huà)面4.3DCS系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行調(diào)試結(jié)果分析與說(shuō)明（1） 控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整曲線。（2）由上圖可以看出對(duì)于被控對(duì)象水箱液位的控制最初時(shí)由于預(yù)設(shè)值與實(shí)際值相差較大，所以不是很穩(wěn)定，曲線波動(dòng)值較大，原因是系統(tǒng)初始值與預(yù)設(shè)值相差過(guò)大，系統(tǒng)的控制很難在很短時(shí)間內(nèi)滿足控制要求；但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)后，可以明顯的觀察到，系統(tǒng)的實(shí)際值與預(yù)設(shè)值正在逐步接近，經(jīng)PID算法調(diào)節(jié)一段時(shí)間后，實(shí)際值在預(yù)設(shè)值上下波動(dòng)，基本滿足實(shí)驗(yàn)。5.設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)在這次控制儀表與裝置的課程設(shè)計(jì)中，我鞏固加深了所學(xué)的專業(yè)知識(shí)以及在團(tuán)隊(duì)合作方

16、面學(xué)到了很多東西，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到自己的很多不足。首先，在這次課程設(shè)計(jì)中，雖然老師認(rèn)真地講解并演示接線，但是自己接線是仍會(huì)有些許困惑與不解之處；其次，在組態(tài)時(shí)與隊(duì)友的合作中，才發(fā)現(xiàn)自己所學(xué)習(xí)的組態(tài)知識(shí)還有欠缺；最后，通過(guò)合作動(dòng)手連接線路、組態(tài)及調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，我基本熟悉了“EFPT過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置”為被控對(duì)象、“SUPCON JX-300 DCS”為控制裝置的單環(huán)路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與組態(tài)方法。我們做的是鍋爐液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，要想對(duì)它進(jìn)行組態(tài)和控制，必須了解它整個(gè)的工藝流程和被控對(duì)象的特點(diǎn)。此系統(tǒng)是個(gè)簡(jiǎn)單的單回路系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行組態(tài)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。鍋爐液位即進(jìn)水量和出水量的調(diào)節(jié)使水箱液位和鍋爐液位保持平衡，水量太多和太少，都會(huì)引起報(bào)警。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使書(shū)本上學(xué)到的較為理論的知識(shí)具體化到現(xiàn)實(shí)可見(jiàn)的事物中，從而通過(guò)課程設(shè)計(jì)可以更好的理解老師所講的一些理論的知識(shí)?？v然在課設(shè)中遇見(jiàn)了許多問(wèn)題，不過(guò)通過(guò)老師和同學(xué)的耐心解答與幫助都得到了圓滿的解決。通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，這一過(guò)程培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考、判斷，分析，解決問(wèn)題的能力；再次，在團(tuán)隊(duì)小組中通過(guò)大家的互幫互助，分工合作，提升了自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。大家在一起相互學(xué)習(xí)交流，也增進(jìn)了大家的友誼。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，能發(fā)現(xiàn)了自己的不足，并正視自己的不足，這樣才知道自己應(yīng)該在哪方面更加努力改進(jìn)。我相信這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我以后的工作是很