锅炉的DCS设计-毕业设计

1、 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 计算机与电子信息 专业 电气工程及其自动化 班 级： 电气08-3班 学生： 学号： 一、毕业设计(论文)课题 锅炉装置的DCS设计 二、毕业设计工作自 2012 年 3月 12日起至 2012年 6月 15 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院 四、毕业设计(论文)的内容要求 设计要求完成如下内容： 1、学习AdvanTrol-Pro软件，掌握各软件的使用方法以及控制系统的组态工作流程。 2、了解锅炉装置的工艺流程，完成锅炉控制系统的设计，前期包括：系统的构成、卡件布置情况、系统数据测量点数清单、数据分组、系统控制方案的选择、监控画面、报表内容等

2、。 3、对锅炉控制系统进行硬件组态、软件组态设计、流程图画面设计、实时监控的设计（报警画面、总貌画面、分组画面、调整画面、趋势画面）。 4、对设计好的系统进行工艺现场监控软件的模拟仿真。 5、按规范要求写出论文说明书； 6、做出PPT进行论文答辩。 指导教师 接受毕业设计任务开始执行日期 2012 年 3月 12日学生签名 摘要本课题以锅炉控制系统为对象，运用浙大中控设计的AdvanTrol-Pro软件对其进行DCS设计。文章介绍了集散控制系统的基本结构，并根据现场锅炉的特点，介绍了锅炉系统的工艺过程，分析了锅炉控制对象的特点和基本的控制过程；提出了相应的控制方案；针对锅炉房现场中各个传感器以

3、及输入设备之间数据通信的特点，确定出锅炉控制系统的结构、数据测量点数清单、卡件布置等,并根据计算机监控系统应满足的各项功能要求，设计计算机监控系统中数据采集，上下位机通讯及上位机管理子系统。完成的DCS设计包括硬件组态、软件组态，其中有流程图画面和实时监控的设计，最后是对工艺现场监控软件系统进行模拟仿真，仿真结果显示所设计的系统画面真实、动态效果好，基本能满足设计要求。关键词：锅炉 DCS 控制系统 AdvanTrol-Pro软件 组态ABSTRACTThis topic takes the boiler control system as the object, using the cent

4、ral control design AdvanTrol-Pro software of zhejiang university to design the DCS. This paper introduces the basic structure of the distributed control system And according to the characteristics of the boiler, this paper introduces the technological process of the boiler system, analyzes the chara

5、cteristics of the boiler control object and the basic control process, corresponding control scheme; for the characteristics of the each sensor in the boiler room and the input data communication equipment, to determine the structure of the boiler control system, data measurement points list, card a

6、 layout, and meet the requirements of function according to the computer monitoring system, design computer monitoring system of data acquisition, and the upper and lower level computer communication and PC management subsystem. Complete the DCS configuration design including hardware, software conf

7、iguration, the pictures of the flow chart of the real-time monitoring of design, the last is the process site monitoring software system simulation, the simulation results show that there is a real good effect of the system design, dynamic picture, mainly can meeting the design requirements.KEYWORDS

8、: The boiler DCS the control system AdvanTrol-Pro soft configuration目录毕 业 设 计 任 务 书I摘要IIABSTRACTIII目录V第一章 引言11.1 国内DCS系统应用现状11.2 国内锅炉产业调查31.3 设计背景41.3 本章小结4第二章 DCS系统介绍以及工艺要求52.1 DCS系统介绍52.2 JX-300 XP DCS系统介绍62.2.1 硬件介绍62.2.2 系统软件介绍82.2.3 软件功能介绍92.4 本章小结13第三章 锅炉设备系统方案设计143.1 系统组态的工作流程143.2 系统配置设计153.

9、3 上位机配置153.4 下位机配置153.5 本章小结15第四章 硬件设计164.1 测点统计164.2 控制站规模174.3 硬件组态174.4 测点配置清单174.5 本章小结17第五章 监控软件设计185.1 系统工作原理185.2 监控软件构架185.3 监控软件设计205.3.1 软件组态设计要求205.3.2 软件设计285.4 本章小结32结束语33致谢34参考文献35附录36第一章 引言国民经济的快速发展和其他行业的技术进步迫切要求信息化在工业方面得到广泛的应用，特别是需要新技术改造的传统产业，因此工业自动化技术得以快速发展，利用工业自动化技术改造传统产业和产业结构，提高自动

10、化、智能化、信息化水平，增强企业竞争能力，是一项非常迫切的任务。锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等行业必不可少的动力设备。在现代化的石油化工企业里，热力站的设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反应器、蒸馏塔、换热器、管道保温供热等提供能源，而且可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平等提供动力来源。在热电企业，锅炉燃烧产生的蒸汽可以驱动汽轮机发电。因此，锅炉往往成为工厂不可缺少的一部分。1.1 国内DCS系统应用现状上世纪70年代，由于经济的迅速发展，生产装置迅速向大型化方向发展，尤其是石油炼制、冶金、化工、建材、电力等行业，这些行业生产装置能够带来明显

11、的好处，如生产效率提高、原料消耗减少、劳动力成本降低等。生产设施的大型化要求设备之间具有更好的协调性，而且停机将带来更大的损失。因此用户迫切希望能够有一种产品或者系统能够解决生产设施大型化和连续化所面临的控制问题。与此同时，在20世纪70年代中期，大规模集成电路取得突破性的进展，8位微处理机得到了广泛的运用，使自动化仪表工业发生了巨大的变化，现代意义上的DCS也应运而生，1975年Honywell推出了第一个DCS产品。中国使用DCS始于1981年，当时吉化公司化肥厂在合成氨装置中引进了YoKogawa的产品，表现出良好的控制性能和可靠性。随后中国引进的30套大化肥项目和大型炼油项目都采用了D

12、CS控制系统，提高了生产设施的效率和产品的质量的连续性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS产品在石油和化工行业的成功应用也促进了其他行业控制系统的发展，在随后的几年，冶金、建材、电力、轻工等行业的新建项目中也陆续应用了DCS产品，并成为这些行业的主流控制系统。经过30年的发展，现代的DCS产品与最初的产品相比在速度、可靠性、功能、通讯等方面取得了巨大进步。就其功能上已经不再局限于控制层，而是增加了更多的管理层功能，向上提供企业管理系统接口。与此同时，DCS向下不再局限于主工艺装置控制系统的控制，而是将更多的辅助系统纳入到整个控制系统。随着硬件技术的发展，DCS系统硬件的可靠性进一步增加，

13、在系统规模日益扩大的情况下，硬件的平均故障时间（MTBF）也保持在小时以上。现在的DCS控制站普遍采用32位处理器和多处理器技术，在最新的产品上已经开始使用64位处理器，相比8位处理器来说，运算的速度得到大幅度的提升。中国庞大而形成的体系的流程工业形成了过程控制系统的市场基础。而其中电力、化工、建材、造纸、市政、冶金的大幅度投资与增长，更形成了每年超过50亿元（2004）的DCS市场规模。同时市场的行业分布也与这些主要行业的投资情况息息相关。目前国内DCS应用来看，石化、化工和电力三分天下。国际著名ARC咨询机构于2003年发布了世界DCS市场的预测报告中指出，2003年，中国DCS市场规模为

14、45亿元，到2008年将增加到90亿元，也就是说中国DCS市场的年增长率预计将维持在15.1%。随着中国经济的发展，国家在新建项目和旧厂改造方面投入了大量的资金，形成了较大的市场，因此全球的DCS厂商几乎都来到了中国，加速了这个领域的竞争。趁着这股东风，国内的自动化厂商也如雨后春笋一样，经过激烈的竞争，国内DCS厂家，也保留下了几家比较有实力的公司，依次为：浙大中控、合利时、上海新华等。国内的厂商虽然在价格以及和实用性、本土化方面有独特的优势，可是一个现实就是，中国国内的自动化供应厂商市场依旧停留在小型项目上。这就要求我国科研技术人员在消化和吸收国外技术的同时，自主创新我国自己的DCS，利用自

15、身优势进军中大型项目。以下为目前在中国市场最著名的DCS品牌：1、ABB2、霍尼韦尔3、爱默生4、FOXBORO5、西门子6、和利时7、新华DCS市场规模的行业划分：电力占35.1%、化工占15.9%、石油占14.6%、建材占8.3%、造纸占7.7%、市政占4.8%、冶金占4.6%、其他行业占9.0%目前DCS市场大部分是洋品牌占领,还该有60%70%，主流的有ABB，霍尼韦尔，爱默生，等。国产系统占有30%40%的份额，从销售套数上讲，浙大中控最多；从销售额上讲，新华最多。和利时也是很有实力的公司。目前国产主流系统就这三家。1.2 国内锅炉产业调查中国的锅炉产业，它既不是“朝阳产业”，也不是

16、“夕阳产业”，而是与人类共存的永恒产业，且在中国还是一个不断发展的产业。20世纪80年代以后，中国的经济发生了突飞猛进的变化，锅炉行业更加突出，全国锅炉制造企业增加近二分之一，并形成了独立开发研制一代又一代新产品的能力，产品的技术性能已接近发达国家水平。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。工业锅炉目前是中国主要的热能动力设备，工业锅炉多于电站锅炉，近年来，中国电站锅炉行业取得了快速的发展。其一，产量大幅增长，行业产能快速提升。目前，整个行业的产能已经超过8000万千瓦，不仅能满足国内电力工业建设的需要，而且还进入了国际市场。2005年全年中国锅炉及原动机制造业实

17、现累计工业总产值154,846,232千元，比2004年同期增长37%；全年实现累计产品销售收入141,036,704千元，比2004年同期增长35.9%；全年实现累计利润总额9,696,312千元，比2004年同期增长39.3%。2006年1-12月，中国锅炉及原动机制造业实现累计工业总产值186,112,488千元，比上年同期增长22.93%；实现累计产品销售收入173,137,987千元，比上年同期增长26.78%，全年实现累计利润总额11,905,751千元，比上年同期增长了20.5%；2007年1-2月，中国锅炉及原动机制造业企业实现累计工业总产值29,052,541千元，比上年同期

18、增长18.61%；实现累计产品销售收入23,884,869千元，比上年同期增长16.63%，实现累计利润总额1,419,368千元，比上年同期增长1.7%。2005年1-12月，全国工业锅炉累计产量为150,397.90蒸发量吨，与2004年同期相比增长了9.59%；2006年1-12月，全国工业锅炉累计产量为192,378.44蒸发量吨，与2005年同期相比增长了11.26%；2007年1-2月，全国工业锅炉累计产量为29,540.58蒸发量吨，与2006年同期相比增长了31.7%。2005年1-12月，全国电站锅炉累计产量为321,331.60蒸发量吨，与2004年同期相比增长了37.5%

19、；2006年1-12月，全国电站锅炉累计产量为514,475.80蒸发量吨，与2005年同期相比增长了9.31%；2007年1-2月，全国电站锅炉累计产量为52,777.00蒸发量吨，与2005年同期相比增长了11.12%。2006年，中国蒸汽、过热水锅炉进口数量为为9,372,901.00台/公斤，比2005年同期下降54.9%，用汇183,365,503.00美元，比2005年同期下降9%；2006年的出口数量为86,940,454.00台/公斤，比上年同期增长68.7%，创汇325,970,114.00美元，比上年同期增长80.9%；2006年中国供暖锅炉进口数量为1,574,525.0

20、0台/公斤，比2005年同期增长2.8%，用汇65,961,186.00美元，比上年同期下降6%；2006年的出口数量为2,833,581.00台/公斤，比2005年同期增长20.4%，创汇10,832,594.00美元，比2005年同期增长11.74%。中国锅炉制造业取得了长足的进步，目前已可以生产多种不同压力等级和容量的锅炉，已成为当今世界锅炉生产和使用最多的国家。同时，轻工纺织、能源化工、钢铁煤炭等锅炉相关产业的迅速发展给锅炉行业带来了广阔的发展空间和发展动力。1.3 设计背景70年代中期，过程工业发展很快，但由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求

21、显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求，在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制(针对精细化工等行业的批量生产方式)，这们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。由于当时计算机并不普及，人们已习惯于常规自动化仪表的显示操作，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS；同时，用户已习惯于在购置系统的同时配置自动化仪表，所以开发DCS还应强调向用户提供整个系统。锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等行业必不可少的动力设备。在现代化的石油化工企业里，热力站的

22、设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反应器、蒸馏塔、换热器、管道保温供热等提供能源，而且可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平等提供动力来源。在热电企业，锅炉燃烧产生的蒸汽可以驱动汽轮机发电。因此，锅炉往往成为工厂不可缺少的一部分。由先进的自动化技术推动的工业自动化进程步骤加快，DCS应用也越来越广泛，DCS应用于锅炉工艺，使工厂节约了大量的原材料消耗、能耗、劳动力的成本等等。1.3 本章小结第一章通过对国内的DCS应用现状和锅炉产业的调查，引申出对本课题设计的工艺要求，在锅炉工业中引用成熟的DCS控制系统技术，实现工业过程自动化。第二章 DCS系统介绍

23、以及工艺要求集散控制系统（DCS）是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统，运用计算机技术、网络通讯技术、自动控制技术、冗余及自诊断技术，采用了多层分级的结构，适用现代化生产的控制与管理需求，目前已成为工业过程控制的主流系统。2.1 DCS系统介绍DCS，（Distributed Control System）分散控制系统的简称，国内一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS具有高可靠性以及开放性。由于DCS将系统控制功

24、能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCS采用的开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。其技术特点有： 1、基于现场总线思想的I/O总线技术 2、先进的冗余技术、带电插拔技术3、完备的I/O信号处理 4、基于客户/服务器应用结构

25、 5、Windows.NET平台,以太网,TCP/IP协议 6、OPC服务器提供互连 7、Web浏览器风格,ActiveX控件支持 8、ODBC,OLE技术,实现信息,资源共享 9、高性能的过程控制单元。 10、支持标准现场总线 11、Internet/Intranet应用支持基于DCS技术应用成熟的大前提下，本设计采用浙大中控JX-300XP DCS控制系统展开设计。2.2 JX-300 XP DCS系统介绍2.2.1 硬件介绍1、系统机柜尺寸、容量尺寸：2100*800*600容量：配置一个电源机笼，四个I/O机笼2、系统机笼的类型、容量电源机笼：配置4个电源I/O机笼：20个槽位，2块主

26、控卡，2块数据转发卡、16块I/O 卡件I/O机笼间互连：通过I/O机笼背面的SBUS-2S连接器和通讯3、系统电源的类型，供电方式单个电源模块（5V/24V），功率150WAC供电方式：两路220V交流电冗余配电，一路通过UPS给系统供电，一路市电直接给系统进行供电DC供电4、常用卡件介绍主控卡XP243：主控卡的地址范围设置在231之间，周期设置在0.15S之间。（采用双微处理器结构）主控卡是控制站软硬件的核心，协调控制站内软件硬件关系和各项控制任务。它是一个智能化的独立运行的计算机系统，可以自动完成数据采集、信息处理、控制运算等各项功能。它通过过程控制网络与过程控制级（工程师站和操作员站

27、）相连，接收上层的管理信息，并向上层传递工艺装置的特性数据和采集到的实时数据；向下通过SBUS网络和数据转发卡的程控交换与智能I/O卡件实时通信，实现与IO卡件的信息交换（现场信号的输入采样和输出控制）。数据转发卡XP233：XP233是机笼的核心单元，是主控卡联接I/O卡件的中间环节，它一方面驱动SBUS总线，另一方面管理本机笼的I/O卡件。XP233具有冷端温度采集功能，负责整个I/O单元的冷端温度采集，冷端温度测量元件采用专用的电流环回路温度传感器，可以通过导线将冷端温度测量元件延伸到任意位置处（如现场的中间端子柜），节约热电偶补偿导线。电流信号输入卡XP313：接受6路的标准型、型电流

28、信号。（分组隔离）电流信号输入卡XP313I：接受6路的标准型、型电流信号。（点点隔离）电压信号输入卡XP314：接受6路的标准型、型电压信号、020mV、0100mV，各种型号的热电偶信号。（分组隔离）电压信号输入卡XP314I：接受6路的标准型、型电压信号、020mV、0100mV、各种型号的热电偶信号。（点点隔离）热电阻信号输入卡XP316：接收路热电阻（PT100、Cu50）信号。（分组隔离）。热电阻信号输入卡XP316I：接收路热电阻（PT100、Cu50）信号。（点点隔离）。模拟量输出卡XP322：输出4路点点隔离的标准型、型电流。触点型开关量输入卡XP363：接收8路数字量输入信

29、号，响应干触点型信号。电平型开关量输入卡XP361：接收8路数字量输入信号，响应电平型信号。开关量输出卡XP362：8路无源晶体管开关触点输出，通过中间继电器驱动电动控制装置。5、设计卡件配置原则1) 所有卡件的备用通道必须组上空位号，空位号的命名原则：摸入点NAI*,描述采用“备用”模出点NAO*,描述采用“备用”开入点NDI*,描述采用“备用”开出点NDO*,描述采用“备用”其中“*”中第一位为主控卡地址，第二位为数据转发卡地址，第三位为卡件地址，第四位为通道地址，地址为整数。2) 同一控制站测点分配遵循如下原则：TIPIFILI分析AI其他AI信号AODIDO其他信号类型同一卡件尽量放在

30、同一机笼中热备用卡件组在同类卡件的最后6、系统常用卡件配套端子板 非冗余端子板 XP520冗余端子板 XP520R端子转接板 用于DI/DO连接的扩展7、系统操作站硬件工控PC机操作员键盘操作台：立式操作台，平面式操作台打印机2.2.2 系统软件介绍1、浙大中控AdvanTrol-Pro软件包是基于Windows2000操作系统的自动控制应用软件平台，在SUPCONWebField系列集散控制系统（DCS）中完成组态、数据服务和实时监控功能。软件支持系统结构： 图2-1 软件支持系统结构AdvanTrol-Pro在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等特征的操作网，在该操作网上实现操作站之间

31、包括实时数据，实时报警，历史趋势，历史报警，操作日志等的实时通信和历史数据查询。AdvanTrol-Pro支持用户根据实际情况构建系统结构，与异构系统的数据交换即可通过数据站来实现，也可通过各种通信接口卡执行。2、系统软件功能特点及性能指标1) 系统采用多任务、多线程，32位代码2) 良好的开放性能3) 系统组态结构清晰，界面操作方便4) 控制算法组态采用国际标准，实现图形组态与语言组态结合，功能强大5) 流程图功能强大，使用方便6) 报表功能灵活，应用简捷，并且具有二次计算能力7) 采用大容量、高吞吐量的实时数据库和两级分层（分组分区）的数据结构8) 操作站数据更新周期为秒，动态参数刷新的周

32、期为1秒9) 按键响应时间小于等于0.2秒10) 流程图完成显示时间小于等于2秒，其余画面小于等于1秒11) 命令响应时间小于等于0.5秒12) 实时和历史趋势操作灵活，支持历史数据离线浏览13) 强大的报警管理功能，可以分区分级设置报警，支持语音报警14) 提供基于API接口的多种数据访问接口15) 系统安全、可靠、长期运行稳定16) 支持Mudbugs和ProfiBus17) 支持在线下载功能18) 在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等C/S模式特征的操作网络服务3、系统软件运行环境配置要求1) 主机型号：奔腾4（1.8G）以上的工控PC机2) 主机内存：=256MB3) 显卡：显存

33、=16MB,显示模式可上1024*768，增强色（16位），刷新频率85Hz4) 主机硬盘：10G可用空间，推荐配置80G硬盘5) 操作系统：中文版Windows2000Professional+Sp4 4、系统软件构成AdvanTrol-Pro软件包可分成两大部分，一部分为系统组态软件，包括：用户授权管理软件（SCReg），系统组态软件（SCKey），图形化编程软件（SCControl），语言编程软件（SCLang），二次计算组态软件（SCTask），流程图制作软件（SCDrawEx），报表制作软件（SCFormEx），ModBus数据连接软件(AdvMBlink) ，另一部分为系统运行的实

34、时监控软件（AdvanTrol），故障分析软件（SCDiagnose），OPC实时数据服务器软件(AdvOPCServer)，C/S网络互连功能等等。2.2.3 软件功能介绍1、 用户授权管理软件（SCReg）在软件中将用户级别分为十个层次：观察员、操作员-、操作员、操作员+、工程师-、工程师、工程师+、特权-、特权、特权+。不同级别的用户拥有不同的授权设置，即拥有不同范围的操作权限。对每个用户也可专门指定（或删除）某种权限。2、 系统组态软件（SCKey）SCKey组态软件主要是完成DCS的组态工作。如设置网络节点、冗余状况、系统控制周期；I/O卡件的数量、地址、冗余状况、类型；设置每个I/

35、O点的类型、处理方法和其他特殊的设置；设置监控标准画面的信息；常规控制方案组态等。系统所有的组态完成后，最后要在该软件中进行系统联编、下载和传送。SCKey组态软件大量采用windows标准控件，使操作保持了一致性，该软件采用了分类的树状结构管理组态信息，使用户可以清晰把握系统的组态状况。如下图所示为系统组态软件界面：图2-2 SCKey组态软件界面3、 图形化编程软件（SCControl）图形化编程软件（SCControl）是SUPCON WebField系统控制用于编制系统控制方案的图形编程工具。按照IEC61131-3标准设计，为用户提供高效的图形编程环境。图形化编程软件集成了LD(梯形

36、图)编辑器，FBD编辑器、SFC编辑器、ST语言编辑器、数据类型编辑器、变量编辑器。该软件编程方便、直观，具有强大的在线帮助和在线调试功能，用户可以利用该软件编写图形化程序实现所设计的控制算法。在系统组态软件SCKey中使用自定义控制算法可调用该软件。4、 二次计算组态软件（SCTask）二次计算组态软件（SCTask）是 AdvanTrol-Pro软件包的重要组成部分之一，用于组态上位机号、事件、任务，建立数据分区，历史趋势和报警文件设置，光字牌设置，网络策略设置，数据提取设置等等。目的是在SUPCON WebField系列控制系统中实现二次计算功能、提供更丰富的报警内容、支持数据的输入和输

37、出、数据组与操作小组的绑定等。5、 流程图制作软件（SCDrawEx）流程图制作软件（SCDrawEx）是SUPCON WebField系统控制软件包的重要组成部分之一，是一个具有良好用户界面的流程图制作软件。他以中文windows2000操作系统为平台，为用户提供一个功能完备且简便易用的流程图制作环境。报表制作软件（SCFormEx）报表制作软件（SCFormEx）是全中文界面的制作工具软件，是软件包的重要组成部分之一。该软件提供了比较完备的报表制作功能，能够满足实时报表的生成、打印、存储、以及历史报表的打印等工程中的实际需要。实时监控软件（AdvanTrol）实时监控软件（AdvanTro

38、l）是控制系统实时监控软件包的重要组成部分，是基于windows2000中文版开发的SUPCON WebField系列控制系统的上位机监控软件，基本功能为：数据采集和数据管理。它可以从控制系统或者其他职能设备采集数据以及数据管理，进行过程监视（图形显示）、控制、报表、数据存档等等。其他软件介绍语言编程软件（SCLang）又叫SCX语言，是SUPCONWebField系列控制系统控制站的专用编程语言。在工程师站完成SCX语言程序的调试编辑，并通过工程师站将编译后的可执行代码下载到控制站执行。SCX属于高级语言，语法风格类似标准C语言，除了提供类似C语言的基本元素、表达式之外 ，还在控制功能实现方

39、面作了大量的扩充。用户可以利用该软件灵活强大的编辑环境，编写程序实现所设计的控制算法。ModBus数据连接软件(AdvMBlink)是连接AdvanTrol控制系统及其他设备进行数据连接的软件。它可以与其他支持ModBus串口通讯协议的设备进行数据通讯，同时与AdvanTrol控制系统进行数据交互。软件本身包括了组态与运行两部分。通过对ModBus设备进行位号组态后可直接与设备通讯测试。故障分析软件（SCDiagnose）故障分析软件（SCDiagnose）是进行设备测试、性能调试以及故障分析的重要工具。故障诊断软件主要功能包括：故障诊断、以太网络测试、网络响应测试、节点地址管理、控制回路管理

40、、网络通讯监听等。OPC实时数据服务器软件(AdvOPCServer)是将DCS实时数据以OPC位号的形式提供给各个客户端应用程序。C/S网络互连功能AdvanTrol-Pro2.5在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等C/S特征的操作网,在该操作网上实现操作站之间包括实时数据、实时报警、历史趋势、历史报警、操作日志等的实时数据通讯和历史数据查询。该项功能主要通过AdvOPNet.exe和AdvOPNetHis.exe(历史数据传输)及其他相关模块实现。此外还有时钟同步的功能。2.3 锅炉工艺要求常见锅炉设备的主要工艺流程图如下图所示：图2-3 锅炉设备主要工艺流程图由图可知，燃料和热空气

41、按一定的比例送入燃烧室，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽；然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。一定压力值的过热蒸汽，经负荷设备控制，供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经过引风机送入烟囱，排入大气。锅炉设备的控制任务时根据生产负荷的需要，提供一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量为负荷（即蒸汽需求量）、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引凤等；主要输出变量为汽包水位、蒸汽压

42、力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含烟量）等。这些输入和输出变量之间存在着严重的相互关联。因为锅炉设备是一个多输入和多输出且相互关联的控制对象，目前工程处理上做了一些假设后，将锅炉设备的控制问题划分为若干个控制系统，而主要控制系统包括：锅炉汽包水位的控制。被控变量是起包水位，操作变量为给水流量。主要任务是考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持起包水位中水位在工艺允许的范围内。这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。锅炉燃烧系统控制。其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量能适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料和空气量之间保持一定的

43、比值，以保证最经济燃烧（常以烟气成分为受控变量），提高锅炉的燃烧效率；使引风量和送风量相适应，以保证路膛负压在一定的范围内。为达到上述三个控制目的，操作变量也有三个，即燃料量、送风量和引风量。过热蒸汽系统的控制。被控变量一般是过热器出口温度，操作变量是减温水的喷水量。其控制任务是维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过工艺允许范围。锅炉系统配置图：图2-4 锅炉系统配置图按照给出的工艺要求，测点清单（如附表2-1所示）。要求根据以上锅炉工艺、流程图、测点清单设计一套锅炉DCS控制系统。2.4 本章小结第二章先介绍DCS技术特点、优势，由此选择采用中控的JX-300XP DCS控制系

44、统展开设计。接着介绍此系统的硬件构成，以及支持软件介绍，各部件和工具的功能；在本章的最后对给出测点，工艺流程图确定系统方案。第三章 锅炉设备系统方案设计系统组态是指在工程师站上为控制系统设定各项软硬件参数的过程。由于DCS的通用性和复杂性，系统的许多功能及匹配参数需要根据具体场合而设定。例如：系统由多少个控制站和操作站构成；系统采集什么样的信号、采用何种控制方案，怎样控制、操作时显示什么数据、如何操作等等。另外，为适应各种特定的需要，集散系统备有丰富的I/O卡件、各种控制模块及多种操作平台。在组态时一般根据系统的要求选择硬件设备。当与其他系统进行数据通讯时，需要提供系统所采用的协议和使用的端口

45、，这些都在系统方案里面详细介绍。3.1 系统组态的工作流程 DCS的组态过程是一个循序渐进、多个软件综合应用的过程，在应用组态软件对控制系统进行组态时，可针对系统的工艺要求，逐步完成对系统的组态。系统组态工作流程如下图所示：图3-1 系统组态工作流程图3.2 系统配置设计根据所给的工艺流程要求以及测点数据，确定系统设计的总体配置。表3-1类型数量IP备注控制站22、4冗余工程师站1129操作员站3130-1323.3 上位机配置为了让系统更加可靠运行，上位机（工程师站或者操作站）一般选用以下主机配置：1) 主机型号：奔腾4（1.8G）以上的工控PC机2) 主机内存：512MB3) 显卡：显存6

46、4MB，显示模式可上1024*768，增强色（16位），刷新频率85Hz4) 主机硬盘：80G可用空间5) 操作系统：中文版Windows2000Professional+Sp43.4 下位机配置JX-300 XP DCS 控制系统硬件3.5 本章小结第三章根据系统设计的组态流程图，对整个系统规模进行设计，包括对系统上位机操作站的配置、网络策略配置以及上下位机的配置环境。第四章 硬件设计本章针对工程项目对工艺的要求进行前期工程设计，敲定系统总体方案。其中包括系统规模、测点数目及特性、卡件布置、端子接线、控制室布置设计等。本章主要针对硬件组态展开设计，意义在于在工程项目作业流程中，工程设计初期将

47、根据工艺要求设计形成规范的文件，作为软件组态设计的依据。4.1 测点统计对给出的测点清单进行统计：表4-1 测点清单统计信号类型点数备用点数卡件型号卡件数目配套端子板端子板数目模拟量信号电流信号349XP3138XP520+XP520R3+1电压信号热电偶信号93XP3142XP5201热电阻信号71XP3162XP5201模拟量输出信号71XP3222XP520R1开关量信号开关量输入信号81XP3631XP5201开关量输出信号62XP3621XP5200总计71171684.2 控制站规模根据以上测点统计表确定控制站的规模；表4-2 控制站规模主控卡数据转发卡型号XP243XP233数量

48、22配置冗余冗余4.3 硬件组态表4-3 卡件布置图123400010203040506070809101112131415冗余冗余冗余XP243XP243XP233XP233XP313XP313XP313XP313XP313XP313XP313XP313XP314XP314XP316XP316XP322XP322XP363XP3634.4 测点配置清单根据I/O卡件配置图对I/O测点进行地址分配，形成I/O测点配置清单，如附表4-4测点配置清单所示4.5 本章小结第四章顺承第三章系统方案的设计，针对控制站的硬件系统进行设计。根据测点统计确定控制站规模，设计IO机笼卡件配置，其后对测点进行地址

49、分配第五章 监控软件设计5.1 系统工作原理DCS系统工作原理：图5-1 DCS系统工作原理图5.2 监控软件构架图5-2 监控软件构架系统软件通常安装在工程师站，各功能软件之间通过对象链接与嵌入技术，动态地实现模块间各种数据、信息的通讯、控制和管理。这部分软件以系统组态软件为核心，各模块彼此配合，相互协调，共同构成了一个全面支持SUPCONWebField系统结构及功能组态的软件平台。图5-3 系统组态软件构架5.3 监控软件设计5.3.1 软件组态设计要求1、按照系统方案建立四个操作下组：表5-1 设置要求操作小组名称切换等级对应分区总貌画面分组画面趋势画面一览画面工程师操作员操作员操作员

50、2、添加I/O数据，进行区域位号划分，数据分组表5-2 数据分组分区数据分组数据分区数据汽包水位控制燃烧系统控制过热蒸汽系统控制3、根据工艺设计常规控制方案 汽包水位控制方案：汽包水位是锅炉运行的主要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气将带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，若不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制。1)

51、单冲量控制系统单冲量控制系统是以汽包水位为被控变量，以给水流量为控制变量的单回路汽包水位控制系统。这里的冲量指的是变量，单冲量即汽包水位。如图5-4为一单冲量控制系统原理及框图。这种控制系统结构简单，参数整定方便，是典型的单回路控制系统。对于小型锅炉，由于水在汽包内停留时间长，当蒸汽负荷变化时，假水位现象不明显，配上一些连锁报警装置，这种单冲量控制系统也可以满足工艺要求，并保证安全操作。对于中、大型锅炉，由于蒸汽负荷变化，假水位现象明显，当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于假水位现象，控制器不但不能开大控制阀增加给水量，以维持锅炉的物料平衡，反而是关小调节阀的开度，减少给水量。等到假水位消失后，汽包水位严重下降，严重时甚至会使汽包水位下降到危险限而导致事故发生。因此中、大型锅炉不宜采用此控制方案。图5-4 单冲量控制系统原理及框图2) 双冲量控制系统单冲量控制系统不能克服假水位的影响，汽包水位的主要扰动是蒸汽流量变化，如果系统除了汽包水位控制外，还能利用蒸汽流量变化信号对给水流量进行补偿控制，就可以消除或减小假水位现象对汽包水位的影响，而且使给水调节阀的调节及时，这就构成了双冲量控制系统，如图5-5(a)所示，系统框图如图5-5(b)所示。双冲量控制系统实质是一个前馈(蒸汽流量)