锅炉液位课程设计

1、摘要集散控制系统(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、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。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的 作用。关键字：集散控制系统；微处理器；最优化控制目录 TO

2、C o 1-5 h z 概述1通用版及嵌入版MCGS组态软件4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1锅炉液位控制工程文件建立4 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 2.2锅炉液位控制画面设计8 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 被控对象设计133.1PLC 简介 13 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 3.2实验装置简介143.3被控对象特性说明（过程工艺分析）143.4被控对象的结构设计15

3、HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 3.5被控对象工艺流程图16控制系统设计17 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 4.1控制系统原理分析及控制方案设计17 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 一次仪表选型设计18 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document DCS选型设计20 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document DCS组态设计21 HYPERLINK l

4、bookmark110 o Current Document DCS硬件组态设计21DCS软件组态设计22 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document DCS系统闭环运行调试结果分析与说明25设计总结与体会26参考文献288附录软件设计29概述集散控制系统(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

5、 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、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。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的 作用。集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对 实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将 采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或 者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传

6、感器、变送器、执行机构等 等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中，这一 级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。拿军队 来举例的话，可以形容为最底层的士兵。它们只要能准确地服从命令，并且准确 地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现 场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到 干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调 节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。上面说到

7、现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制 级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给 现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士兵”反馈的 军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争。这个级别不是最高 的，相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上 校”也就是下面讲的过程管理级。过程管理级DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、 打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、 这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的

8、核心显示、操作跟管理装 置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行 情况，了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校” 了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调 整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通 路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的 最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”， 他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。 它的权限很大，可以

9、监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能 发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业 实现其计划目标。上世纪三四十年代，工业自动化装置采用的是分散性控制系统。 也就是所有设备都是独立运行，不联网控制。操作员根据生产需求进行计算后， 将独立设备的特性调节到适合的程度，然后就开始工作。之后采用了气动、电动 模拟仪表组成过程控制系统，实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。 较好的适应了工业生产的需求。可是，随着生产规模和复杂程度的不断提高，原 有的控制系统显得滞后、笨重、繁冗，因为一台仪表只有一种控制规律，要实现 某些复杂的控制就很困难。另外，控制仪表数

10、量越来越多，用原来落后的仪表盘 控制的话，控制盘越来越长，看得人眼睛都会花掉。最致命的就是老系统之间不 便于实现通信，很难分级控制和综合管理。再一个就是它的系统变更比较麻烦， 只有通过更换仪表和变更仪表连线才能实现。第三次科技革命开始后，随着计算 机技术的发展，人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的 功能特点，来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控 制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高，如果计算机出现故障，会导致很 严重的后果，这就是所谓的“危险集中”。若采用双机双工系统，虽可以提高系统 的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大，则经济性很差，用

11、户难以接 受。直到上世纪70年代开始，随着计算机技术的日渐成熟，大规模集成电路及微 处理器的诞生后，人们开始思考是否能将“危险分散”。就是原来靠一台大计算机 完成的“艰巨”任务，能否用几十台微处理来完成？这样的话，即使某一处理器 坏了，也不至于会“牵一发而动全身”，从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。 至此DCS就诞生了。进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被 应用到了 DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用 于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发 展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS

12、成为控 制系统的主角。集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特 点。1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而 成的。你可以把他想象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工 作站。系统组态很灵活。2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以 想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器 来实现。4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系 统中，并且

13、权限够大，你就能了解到你要的任何参数。5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头 发丝的电线，DCS系统算是很方便了。6、安全可靠性高。DCS系统的硬件结构DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组 成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集 中监视、操作及管理等功能。现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产 过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控 对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求， 选择配置不同的

14、现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程 控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控 制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对 大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。现场控制站是一个可以独立运 行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备， 所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不 同。通用版及嵌入版MCGS组态软件目标：应用通用版及嵌入版MCGS组态软件基本功能进行简单项目设计、仿真 运行。2.1锅炉液位控制工程文件建立终极目标：能建立MCGS新工程。促成目标

15、：1）掌握MCGS组态软件的安装与运行方法。2）能进行工程分析，建立工程文件。工作任务建立水位控制系统工程文件。能力训练MCGS （Monitor and Control Generated System 通用监控系统）是一套用于 快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，充分利用了 Windows图形功能完备、 界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有 通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS的安装1）启动 Windows o2）在相应的驱动器中插入光盘。插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如 没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运

16、行.”命令，运行光 盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如图2-2所示：3）在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软件通用版”，启动安装程序开始 安装。安装程序将提示指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装倒D:MCGS目 录下，如图2-1所示：酒择玉侦3L用站lUitt性斐安瞄 耳图2-1安装程序安装过程大约要持续数分钟，MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群 组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待。4）安装完成后，安装程序将弹出“设置完成”对话框，上面有两个复选框， “是，我现在要重新启动计算机”和“不，我将梢后重新启动计算机”。一般在 计算机上

17、初次安装时需要选择重新启动计算机，如图2-2,按下“结束”按钮，操 作系统重新启动，完成安装。如果选择“不，我将梢后重新启动计算机”，点击 “结束”，系统将弹出警告提示，提醒“请重新启动计算机后再运行MCGS组态软 件”。L 不,号祸i-U或.睥土里3姐ti图2-2安装完成对话窗口5）安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如图所示的两个图标，分 别用于启动。MCGS组态环境和运行环境：图2-3 MCGS桌面图标同时，Windows开始菜单中也添加了相应的MCGS程序组，如图2-4所示。MCGS程 序组包括五项：MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件以

18、及卸载MCGS组态软件。运行环境和组态环境为软件的主体程序，自述文件描述了 软件发行时的最后信息，MCGS电子文档则包含了有关MCGS最新的帮助信息。图2-4 MCG S程序组MCGS的运行方式1）MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。可执行文件McgsSet.exe对 应于MCGS系统的组态环境，可执行文件McgsRun.ex e对应于MCGS系统的运行环境。2）MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D:MCGS）下 创建有三个子目录：Program、Samples和Work。组态环境和运行环境对应的两个 执行文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在

19、子目录Program 中，样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。3）分别运行执行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能进AMCGS的组态环境 和运行环境。安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。用户可根据需 要创建和运行自己的新工程。工程建立1）用鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D：盘根目录 下，则会在D： MCGSWORK下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程 X.MCG”（X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等）。2）选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。3）在文件名一栏内输入

20、“锅炉液位控制系统+班级+学号”，单击“保存”按 钮，工程创建完毕。注意：文件名中不能包含空格，否则MCGS拒绝运行。拓展知识（1）常用组态软件有哪些国内的有MCGS、组态王、力控、瑞尔等，国外的有西门子Wincc、INTOUCH等。 从结构上说，组态王和MCGS一样，前台动画和后台集成在一起，在运行模式下一 起运行。而力控、瑞尔却由后台驱动、实时数据库和前台三部分组成。目前国产软件整体性能与国外软件相比虽有些差距，但在一般的工程中，国产软 件和国外软件已没有任何差别，在某些项目上，国产软件的性能比国外软件还要 好。（2）MCGS组态软件常用术语1）工程：用户应用系统的简称。引入工程的概念，是

21、使复杂的计算机专业技 术更贴近于普通工程用户。在MCGS组态环境中生成的文件称为工程文件，后缀 为.mcg，存放于MCGS目录的WORK子目录中。如： D:MCGSWORK水位控制系 统.mcg”。2）对象：操作目标与操作环境的统称。如窗口、构件、数据、图形等皆称为 对象。3）选中对象：鼠标点击窗口或对象，使其处于可操作状态，称此操作为选中 对象，被选中的对象（包括窗口），也叫当前对象。4）组态：在MCGS组态软件开发平台中对五大部分进行对象的定义、制作和编 辑，并设定其状态特征（属性）参数，将此项工作称为组态。5）属性：对象的名称、类型、状态、性能及用法等特征的统称。6）菜单：是执行某种功能

22、的命令集合。如系统菜单中的“文件”菜单命令， 是用来处理与工程文件有关的执行命令。位于窗口顶端菜单条内的菜单命令称为 顶层菜单，一般分为独立的菜单项和下拉菜单两种形式，下拉菜单还可分成多级， 每一级称为次级子菜单。7）构件：具备某种特定功能的程序模块，可以用VB，VC等程序设计语言编写， 通过编译，生成DLL、OCX等文件。用户对构件设置一定的属性，并与定义的数据 变量相连接，即可在运行中实现相应的功能。8）策略：是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法。9）启动策略：在进入运行环境后首先运行的策略，只运行一次，一般完成系 统初始化的处理。该策略由MCGS自动生成，具体处理的内容由用户充填。

23、10）循环策略：按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的内容，通常 用来完成流程控制任务。11）退出策略：退出运行环境时执行的策略。该策略由MCGS自动生成，自动 调用，一般由该策略模块完成系统结束运行前的善后处理任务。12）用户策略：由用户定义，用来完成特定的功能。用户策略一般由按钮、 菜单、其他策略来调用执行。13）事件策略：当开关型变量发生跳变时（1到0，或0到1），执行的策略， 只运行一次。14）热键策略：当用户按下定义的组合热键（如：Ctrl+D）时执行的策略， 只运行一次。15）可见度：指对象在窗口内的显现状态，即可见与不可见。16）变量类型：MCGS定义的变量有五种类型：数值型

24、、开关型、字符型、事 件型和组对象。17）事件对象：用来记录和标识某种事件的产生或状态的改变。如开关量的 状态发生变化。18）组对象:用来存储具有相同存盘属性的多个变量的集合，内部成员可包含 多个其他类型的变量。组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法， 而实际的操作则均针对每个成员进行。19）动画刷新周期：动画更新速度，即颜色变换、物体运动、液面升降的快 慢等，单位为ms。20）父设备：本身没有特定功能，但可以和其他设备一起与计算机进行数据 交换的硬件设备。如：串口通讯父设备。21）子设备：必须通过一种父设备与计算机进行通讯的设备。如：浙大中控 JL-26无纸记录仪、研华4017模块

25、等。22）模拟设备：在对工程文件测试时，提供可变化的数据的内部设备，可提 供多种变化方式，如正弦波、三角波等。23）数据库存盘文件：MCGSX程文件在硬盘中存储时的文件，类型为MDB文件， 一般以工程文件的文件名+ “D”进行命名，存储在MCGS目录下WORK子目录中，如 D:MCGSWORK水位控制系统 D.MDB。2.2锅炉液位控制画面设计2.2.1教学目标终极目标：掌握MCGS画面设计方法。促成目标：1）掌握绘图工具箱的使用。2）掌握实时数据库的创建方法。3）能实现图形的动画控制效果。工作任务完成水位控制系统的画面制作，实现动画控制效果。能力训练MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗

26、口、设备窗口、用户窗口、实时 数据库和运行策略五部分构成，如图2-5所示。图2-6 MCGS组态平台1.建立新画面新建窗口 在图2-6所示的MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用 户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新建的“窗口 0”。选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入图-7所示的“用户窗口属性设置” 对话框，将“窗口名称”改为“水位控制”；将“窗口标题”改为“水位控制”； 在“窗口位置是、”中选中“最大化显示”，其他不变，单击“确认”按钮。图2-7用户窗口属性设置选中“水位控制”，单击“动画组态”，进入图2-8所示的“动画制作”窗口。0菖CGS组态环境-动画组态水位控制*图2-8

27、 “动画制作”窗口工具箱使用单击工具条中的工具箱按钮，则打开动画工具箱，如图2-9所示。工具箱 *OOO乌A驾常用图将区ab|口UO_|-JO曰OrQio0OA醴O尚0置四E1a0Q0峋0Oa) b)图2-9动画工具箱及系统图符对象图标*对应于选择器，用于在图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标 禽用于打开和关闭系统图符工具箱，常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。 图形对象放置在用户窗口中，是构成用户应用系统图形界面的最小单元，MCGS中 的图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件3种类型，不同类型的图形对象有不同的属性，所能完成的功能也各不相同。MCGS的图元是以向量图形的格式存在的，

28、根据需要可随意移动图元的位置和 改变图元的大小，在工具箱中提供了8种图元。为了快速构图和组态，MCGS系统内 部提供了 27种常用的图符对象，称为系统图符对象。如图2-9b所示。（3）制作文字框图用鼠标单击图2-9a所示的“标签”按钮A，鼠标的光标变为 “十”字形，在窗口任何位置拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入文字“水位控制系统演示工程”， 按回车键或在窗口任意位置用鼠标单击一下，文字输入过程结束。如果用户想改 变矩形内的文字，先选中文字标签，按回车键或空格键，光标显示在文字起始位 置，即可进行文字的修改。（4）设置框图颜色设置框图颜色如图2-10所示

29、。1）设定文字框颜色：选中文字框，按“填充色”按钮蜉，设定文字框的背 景颜色（本例设为无填充色）；按“线色”按钮防改变文字框的边线颜色（本例设为没有边线）。则设定的结果是，不显示框图，只显示文字。a）文字框颜色设定b）文字的颜色设定图2-10设置框图颜色2）设定文字的颜色：按“字符字体”按钮A改变文字字体和大小。按“字符颜色”按钮人，改变文字颜色（本例设为蓝色）。（5）对象元件库管理 单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”打开动画工具 箱，工具箱中的图标色用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标也用于 把当前用户窗口中选中的图形对象存入对象元件库中。对裂元件库管理改名确定取消对象元件列表对

30、象类型-库 1 象 器!律爆度志应蹶表气块标拌道示关F 彩阀刻泵标反仪电模游搅管指开4 图口母宙宙宙宙宙宙宙宙宙宙宙宙e o.ie-:ie-:ie-:ie-:ie-:ie-:ie-.ie-:ie-:ie-:ie-:ie-:ie-:ie-:号./器灯上移删除 分类图2-11对象元件库管理从图2-11所示“对象元件库管理”中的“储藏罐”中选取中意的罐，按“确定” 按钮，则所选中的罐出现在桌面的左上角，可以改变其大小及位置，如“罐17”、“罐 53 ”。（6）流动块构件制作流动的水是用图2-9a所示“动画工具箱”中的“流动块”构 件制作。选中工具箱内的“流动块”动画构件口。移动鼠标至窗口的预定位置，

31、（鼠标的光标变为“十”字形），按下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成 一道虚线，拖动一定距离后，单击鼠标，生成一段流动块。再拖动鼠标（可沿原 来方向，也可垂直于原来方向），生成下一段流动块。当用户想结束绘制时，双 击鼠标即可；当用户想修改流动块时，先选中流动块（流动块周围出现选中标志: 白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，调整形状。被控对象设计3.1PLC简介可编程控制器基础PLC即可编程控制器是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的 电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式

32、或模拟式的输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、 能耗低等显著特点广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、 轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC的历史和发展趋势20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻 辑关系连接起来组成控制系统，控制各种机械设备，这就是传统的继电器控制系 统。到20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控 制装置构成的。20世纪60年代末，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家汽车 型号不断更新，它必然要求加工的生产线亦随

33、之改变，以及对整个控制系统重新 配置，这样，继电器控制系统就需要经常更新和安装，阻碍了更新周期的缩短。 为改变这一状况，美国通用汽车公司（GM）在1968年公开招标，要求用新的控制 装置取代继电器控制装置。目前比较著名的PLC生产厂家有日本的三菱公司、欧姆龙公司、富士电机、 松下电工，德国的西门子，法国的TE公司、施耐德公司，韩国的三星公司、LG 公司和美国的AB、通用（GE）公司。PLC现在的发展很快，总的趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、使 用方便、高性能和智能化方向发展。PLC的分类对于PLC的分类通常可以根据他的结构形式、容量或功能进行。按照硬件的 结构形式，可将PLC分为整体

34、式和模块式两类，还有一些PLC将整体式和模块式 的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。PLC的容量主要指其输入/输出点数。按容量大小，可将PLC分为：小型PLC： I/O点数一般在256点以下；中型PLC： I/O点数一般在256-1024点之间；大 型PLC： I/O点数一般在1024点以上。按PLC功能上的强弱可分为低档机，中档机，高档机。当然，分类的标准不 是固定的，而是随着PLC整体性能的提高不断变化。PLC的基本结构PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，主要由中央处理器 （CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O接口）、电源及编程器等几大部分组成。PL

35、C 的基本结构图如图 3-1图WT PLG的基本结构图中央处理器（CPU）LC的核心，一般由运算器、控制器、寄存器组成，这些 电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、 输入输出接口电路相连接。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方 式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断 电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等PL C中采用的C PU一 般有三大类：通用微处理器；单片机芯片；位处理器。3.2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

36、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。实验装置清 单如下：表3.1实验装置清单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3.3被控对象特性说明（过程工匚艺分析）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

37、 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。3.4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3.5被控对象工艺流程图图3.1被控对象工艺流程图控制系统设计4.1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：（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

38、式，控制 器为反作用空控制。图4.1系统原理方框图4.2 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） 编制一次仪表位号如表4.1表4.1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。表4.2 次仪表选型表仪表型号QS智能型电动调节阀QSVP-16K电磁流

39、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：20MM流量范围：00.3M3/h输出信号： 420MA防爆标志：ibIICT6公称压力：16MPa工作温度： 0120C负载电阻：0250Q输出：420mA-DC介质温度： -40200C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彳丁程：SCD：10MMSCC： 16MM防护等级：ZP65精度：0.54.3 DCS选型设计(1) I/O清单表4.3如下:表4.3 I/O清单表信号类型不冗余点数荣誉点数总点数AL电流信号

40、606AO模拟量输出202(2)根据系统I/O清单，确定DCS的硬件配置清单表4.4如下:表4.4配置清单表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PS243X1模拟量输出卡PS3221数据转发卡PS2331DCS组态设计5.1DCS硬件组态设计卡件配置表5.1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PS221SP243XSP233SP313SP313SP3225.1.2 DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址

41、配置如表5.1站名机位IP地址2#控制站2#CS工程师站/操作站A1工程师站/操作站A2工程师站/操作站B1工程师站/操作站B2工程师站/操作站C1工程师站/操作站C2Server（卡 1）表5.1地址配置表（个工作小组分布情况）（各站点IP地址）5.2DCS软件组态设计5.2.1 I/O组态如表5.2表5.2 I/O组态表I/O卡 件 地址I/O 卡件地址位号里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水箱液位03

42、AI0LT20400ml锅炉液位10模拟量输出卡00AO0M1气开型III型进水阀控制01AO0M2气开型III型出水阀控制图5.1 I/O卡件输入控制回路组态如图5.2白.伽0 AI0I1 AI0I常副回璋主控制卡回0 AI0IA10IA10IAI0I单回路回路：AIOLT1 S02_W00输出:A00M101手操器回路:AI0LTlS02_L001输出:A00M1设置设置0 AO1 AOC常雕制方案0臼1!9!0目W001总貌( 1-趋契画面g 1令绢画面常规回路设置正在存储控制 正在编译抻站(Il图5.2控制回路组态操作站组态六个工作点中，其中一个为工程师站（C1或C2）,负责将程序下载

43、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。课程设计小组内自己设计的DCS系统总貌画面如图5.3图5.3DCS系统总貌画面手工置值二P 0.000工程单位：| id?量程上限:100.000量程下限:0.000测量值P*240.879报警状态：NR遥1 遥1 限HH二00.000 高限 HI=100.000低限 L0二0.000 低低限LL二 0.000 死区 DZ二 一 0.000手工置值是汗否报警使能一&禁止L可用课程设计小组内自己设计的DCS系统趋势画面如图5.4图5.4 DCS系统趋势图5.3DCS系统闭环运行调试结果分析与说明（

44、1）控制系统闭环运行曲线如图5.4图5.5控制系统闭环运行曲线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。下图为历史数据图5-65-6历史曲线图设计总结与体会通过这次设计，完成了基本要求的全部设计要求，也完成了大部分发挥部分 要求的设计，使我学到了更多的有关电路方面的知识。本电路简单高效，失真小， 输出稳定，达到了设计目的和要求，但在电路的整个设计过程中存在很多问题，在 使用电容时更要小心因为电容的串联与并联正好与电阻的相反。在这次DCS集散控制系统原

45、理设计中，我在收获知识的同时，还收获了阅历， 收获了成熟，在此过程中，我通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力， 不仅培养了独立思考、设计的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的 是，在设计，我还学会了很多学习的方法以及相关软件的使用而这是日后最实用 的，真的是受益匪浅。我将所学知识运用到设计中，按照设计要求设计电路的参 数，在按对应的参数选取元器件，通过查找资料了解元器件的主要特性与相关使 用注意事项。在电路设计中选取最优元件来满足设计的要求。要面对社会的挑战， 只有不断的学习、实践，再学习、再实践。通过本次课程设计使我对集散锅炉液位系统有了更为深刻的了解，对其构造 组成及参数计算掌握的比以前熟练很多，特别是对锅炉液位的认识比以前更广泛， 虽然在课本中接触过锅炉液位的知识，但那个课本上的介绍十分简单也十分有限， 并且我对课本的记忆不是很深刻，但通过本次自己动手动脑设计之后记忆的就深 刻了。尤其是软件的应用虽然应用不是那么熟练但是却极大地增强了自己的动手 能力，在和组员的合作中也学会了 word的一些使用技巧。参考文献何衍庆，俞金寿.集散控制系统原理及应用.北京:化学工业出版社，2003.王慧峰.现场总线控制系统原理及应用.北京：化学工业出版社，2006.阳宪慧.工业数据通信与控制网络.北京：清华大学出版社，2003.王再英，刘淮霞，陈毅静.过程控制