分散控制系统与现场总线技术课程设计

1、分散控制系统与现场总线技术课程设计任务书目的与要求1. 本课程设计目的是使学生掌握DCS和FCS的设计思想，知道如何安装和使用 DCS和FCS，如何评价和选择 DCS和FCS,以及如何在工程设计中合理地应用 DCS 和 FCS。2. 按照被控系统的不同，将学生分成若干个设计小组，原则上每个小组的设计题目 不能相同。每个小组由四名学生组成，分别进行系统结构设计和硬件配置设计、 控制策略或控制逻辑设计、系统组态设计、以及系统人机界面设计。要求分工协 作，相互配合，形成一个完整的设计方案。主要内容1. 本课程设计共分为32个设计课题，我们小组选择的是一次风压力调节系统。2. 上述每个设计课题分成以下

2、四个组成部分，分别由四名学生完成（不足四人的优先选择位于前面的设计内容 ）：2. 1系统结构与硬件配置设计2. 2控制策略或控制逻辑设计2. 3系统组态设计2. 4系统人机界面设计三、进度计划序号设计（实验）内容完成时间负责人1系统结构与硬件配置设计2010.12.72控制策略或控制逻辑设计2010.12.83系统组态设计2010.12.94系统人机界面设计2010.12.9四、设计（实验）成果要求1.要求每人独立撰写课程设计报告。设计报告至少应包含以下内容:1 . 1系统结构与硬件配置设计者的设计报告中应包含设计说明书、系统配置图 和设备清单；12 控制策略或控制逻辑设计者的设计报告中应包含

3、设计说明书、控制系统 SAMA图或控制系统逻辑图；13 系统组态设计者的设计报告中应包含设计说明书、控制系统组态图；14 系统人机界面设计者的设计报告中应包含设计说明书、人机界面图；2 同一设计组的设计者应注意各部分设计的衔接性与一致性，使各部分设计形成一个完整的体系。五、考核方式1 设计文件审查1 1 检查系统结构设计是否合理，硬件选型是否恰当，硬件种类与数量是否 正确，是否与控制策略或控制逻辑的设计方案一致。1 2 检查控制策略或控制逻辑设计是否满足工艺系统的控制要求，控制功能 是否正确、合理，控制方案是否具有可行性，设计图纸是否符合技术规 范。1 3 检查 DCS 系统组态是否正确， 是

4、否忠实再现了控制策略或控制逻辑的设 计方案， I/O 变量的使用是否正确，组态方案是否简洁、可靠。1 4 检查人机联系画面的设计是否正确地提供了必要的显示、操作手段，画 面的颜色、符号和内容是否符合技术规范，画面上的动态元素是否已经 与数据库中的实时变量正确地连接在一起。2 答辩 由指导教师针对设计方案提出问题，通过学生对问题的回答，重点了解学 生对设计方案的理解程度，对基本概念的掌握程度，以及各部分设计的衔接是 否正确。学生姓名：指导教师：2010年 12月 13 日分散控制系统与现场总线技术课程设计 一次风压力调节系统1、系统配置1.1 概述 本控制系统规模小，由监控级、控制级和现场级三部

5、分组成。监 控级由工程师站 （西门子工控机） 和操作员站（西门子工控机） 组成； 控制级由控制器PM860、通行模块TU810、模拟量输入模块AI810、 模拟量输出模块 AO810 和数字量输出模块 DO810 构成；现场级由测 量变送器和执行机构组成。 监控级与控制级之间的通信网络选用以太 网Ethernet,控制器与通信模块之间的连接选用 Modulebus（光纤）。该控制系统的工作原理： AI810 采集现场的过程变量，通过通信 模块送到控制器,控制器根据已设定的控制策略运算得出控制信号, 控制信号经通讯模块到 AO810，再到执行机构，执行机构动作，从 而改变被控量按期望的方向变化。

6、 DO810 用来输出控制设备启停信 号。操作员站有丰富的外围设备和人机界面, 操作员通过画面监视现 场设备的运行状况。在遇到紧急状况时,按规定流程进行手动操作。 工程师站负责进行控制系统的组态、 控制模块参数的修改等工作, 并 能够将控制策略下装到控制器。1.2系统结构图1.3设备清单(1)监控级序号设备数量备注1SIMATIC IPC547C2操作员站和工程师站控制级序号设备数量备注1SD 811电源模件224VDC、2.5A2TU810通讯模块1支持双绞线连接3AI810模拟量输入模件1模拟量输入8通道4AO810模拟量输出模件1模拟量输出8通道5DO810数字量输出模件1数字量输出8通

7、道6PM860控制器2与以太网兼容通信7DIN RAIL 导轨1安装通讯和I/O模件8GYTA53光纤1连接控制器和通信模件9插槽2安装控制器(3)现场级序号设备数量备注1DBS308压力变送器1测量一次风压力2PTJ501差压传感器1测量一次风压力3RSYN-8-30角位移传感器2测量挡板的角度42SQ3031电动执行机构1改变挡板的角度2. 控制策略的设计一次风压指空预器后热一次风母管压力。而一次风压调节是指通 过控制系统的控制作用保持一次风压的稳定。其风压设定值为“锅炉 负荷的函数+运行人员的偏置”，并且有上下限值。一次风压调节的必要性：在电厂燃煤机组中，一次风是锅炉的燃 料输送系统的主

8、要动力来源。一次风压的高低直接影响煤粉的喷射， 轻则火焰燃烧不稳，重则引起炉膛灭火甚至炉膛爆炸。 一次风机都要 保证一次风母管风压的大致恒定，不然磨内存粉会因一次风压不稳而 忽多忽少，炉膛负压、主汽压力等关键参数频繁波动。同时一次风压 能影响炉膛效率和燃烧的安全性。因此一次风压调节是燃烧过程的任 务之一。一次风压力受到的主要扰动来源：磨煤机热风挡板开度扰动(外扰)下风压调节对象的动态特性：由于煤粉干燥度的变化及锅炉负荷的变化使得挡板开度变化，当开度增大时，风流量增大，一次风压减小。控制策略设计:为了实现无静差控制以及快速控制，设计单回路前馈加反馈控制 系统。在该系统中，控制量为风机入口调节挡板

9、位置，被控制量为一 次风压力。将磨煤机热风挡板位置扰动作为前馈引入系统。 该方案简 单，能快速响应磨煤机挡板位置扰动并且能维持风压的稳定，但是有节流损失，并且该方案对风门的调节特性以及气压的测量稳定性有比 较高的要求。该系统的结构框图如下：给 定 值系统SAMA图系统Sama图系统测点如下:序号类型测点名称信号类型单位变量名称1AI一次风压力测量信号420mAKPaFENGPRESS2AI磨煤机热风挡板位置测量信 号420mA%HOTPOSITION3AO一次风入口挡板位置指令 信号420mA%YICIPOSITION4AI一次风挡板位置反馈信号420mA%YICIFEEDBACK3、系统组态

10、4、系统人机界面设计4.1画面设计原则(1) 画面应尽可能简单清晰；(2) 画面不应过分闪烁或采用浅色背景，最常用的背景色是灰色和黑 色；(3) 每个画面最上面一行或两行应该设计为运行员所关心的一般性信息，最下面一行或两行留作人机联系，回送信息，提示信息或错误 信息；(4) 所有的画面颜色应该统一使用以避免造成运行员的记忆混乱，所用颜色应该遵循行业有关规定；(5) 某些危险工况下颜色不应当是提供信息的唯一手段。在改变颜色 的同时应辅以闪光加线或加框的方法，以保证可靠性。4.2设计步骤(1) 根据电厂实际结构设计初步框架。(2) 根据组态图指定按钮和动态变化值的变量。(3) 按照画面设计原则检查

11、并改正。4.3用户图形画面组态(1)用户图形编辑界面用户图形编辑界面包括标题行、菜单行、工具栏、图形编辑区、工具箱等。绘制静态图形在窗口中绘制静态图形aft vja 0mj mip- w irewiB d wjw wIHSS2)q 0鸟鬲也i j尊簡誌 m冋匚 &马呀歩用遍卫总 君侣洱绘臣1B5E1 H X宙0 W霑Q B軒科厅协岛左誌工s頂目'sjsneH'按凤压力=一机凤持檢位置士W#凤机入口档挖隹宵常令：删瞎煤机人口拦扱也置：#,#*#jgitm入口席酹口屋性丑聿1£注丙 Z3/3 鞋1 Trnd囱说中iJkPUI 力 41 书口居应誉犬小0: 0 13

12、66; TL£中性勺尽帯恂MH凤机入口挡板Startaofua吕示砂A /&Lrei*5i q(3)进行动画链接利用动画连接进行图形与数据库的连接。实时数据库:DbEanLgr C; YPrugi u FilesVPCAuto6Pr jectWc &p卫2工程也ALT工具帮助同曲盘匡吐貼卿田跑鸟回禅U霍嵯1-1已勢据库-兰|区威.ocIA1ELA&lHESC【说明】«toizmc i/oSffi点1FESGPRESS一泗医FV=dc>Hfc址2HDIFOSITIOK翻颗热冈挡按位置pvdti：tti 址3ncirosmo'：一次凤人挡按位宜指卅号PVdcs：HKit4yiCIFEEDBW：P¥=-ks：Wi 址5b；wp¥idei：Hi 址6AM手自动