控制仪表课程设计锅炉液位DCS控制系统设计报告.docx
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控制仪表课程设计锅炉液位DCS控制系统设计报告
控制仪表与装置课程设计
锅炉液位DCS控制系统
设计报告
课程设计内容摘要
以过程控制实验室的“EFPT过程控制实验装置”为被控对象、“SUPCONJX-300DCS”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。
设计报告目录
1.设计任务和要求----------------------------------------------------------------------3
2.课程设计小组成员名单及分工-------------------------------------------------4
3.被控对象的结构设计和模拟特性简要说明--------------------------------4
4.“EFPT过程控制实验装置”阀门状态表----------------------------------4
5.一次仪表选型表-----------------------------------------------------------------------5
6.带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）----------------------------------6
7.控制系统一次仪表和DCSI/O点接线图-------------------------------------6
8.DCS卡件配置图------------------------------------------------------------------------6
9.DCS系统（控制站卡件及设计小组各操作站）地址配置表---------7
10.DCSI/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表-------8
11.控制回路方框图------------------------------------------------------------------------8
12.操作小组设计及操作权限设计说明课程设计总结-----------------------8
13.控制过程截图----------------------------------------------------------------------------9
14.DCS系统闭环运行调试结果分析与说明-----------------------------------10
15.课程设计总结--------------------------------------------------------------------------11
16.主要参考资料--------------------------------------------------------------------------11
一、设计任务和要求
（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“SUPCONJX-300DCS”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DCSI/O点接线设计
画出控制系统一次仪表和DCSI/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DCSI/O点接线图，在实验系统上完成一次仪表与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DCSI/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；
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。
二、课程设计小组成员名单及分工
组员名单
分工
所有小组成员
设置控制站与I/O接口设置
所有小组成员
控制回路设置
所有小组成员
装置接线与阀门控制
所有小组成员
系统组态调试
所有小组成员
设置操作小组
所有小组成员
运行与检测
三、被控对象的结构设计和模拟特性简要说明
“EFPT过程控制试验装置”是一套可以用DCS或数字仪表实现对模拟锅炉系统自动控制的试验装置。
它既可在计算机上使用JK-300X进行组态与监控，也可在控制面板上数字仪表进行手动或自动控制。
其控制面板上有综合接线板变流频试验板数显变送报警仪加减运算器接触器模板单向温度调控温度调控器数显能调节仪按钮指示板DCS信号转接板等控制面板，并有电源单元可提供380V和单相220V的电源。
锅炉系统由管路和循环水泵电磁阀单热丝电动调节阀M1M2铂电阻温度变送器压力变送器电磁流量计压力表组成，通过管路上各阀门的开闭形成一个循环的系统。
四、“EFPT过程控制实验装置”阀门状态表
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
五、一次仪表选型表
仪表
参数
电磁流量转换器
电磁流量转换器
智能电动调节阀
Model电动机
压力变送器
仪表型号
LDZ-4B
QSL-100A
QSVP-16K
CHL2-20
QBYG
输出
4-20mA
4-20mA
4-20mA
精度
1级
0.5
防爆标志
Ib错误未找到引用源
防护等级
Ip65
工作压力
4mP
68KP
电源
220V50Hz
消耗功率
〈30VA
行程
16mm
工作温度
0-120℃
-40～120℃
公称压力
16KP
公称通径
20mm
负载电阻
0～750欧
N
2900r/min
Q
2m3/h
W
0.37kw
六、带测控点的工艺管道流程图（P&ID图）
七、控制系统一次仪表和DCSI/O点接线图
八、DCS卡件配置图
0
1
2
3
4
5
6
7
13
14
15
是否冗余配置
否
否
否
否
否
否
否
模块名称
主控制卡
数据转发卡
电流信号输入卡
电流信号输入卡
电流信号输入卡
模拟量输出卡
模拟量输出卡
型号
SP
243X
SP
243X
SP
233
SP
233
SP
313
SP
313
SP
313
SP
313
SP
322
SP
322
SP
322
九、DCS系统地址配置表
6#控制站DCS模块配置表
模块名称
性能
型号
主控卡
IP地址
数据模块地址
IO
模块地址
可用的IO通道地址
DCS信号
转接板端子号
电源指示卡
SP221
主控制卡
CPU
SP243X
128.128.1.4
数据转发卡
SP233
00
卡件挡板
SP000
电流信号输入卡
4路输入
（4~20mA）
SP313
00
02,03
NAI3,NAI4
电流信号输入卡
4路输入
（4~20mA）
SP313
01
00,01,02,03
NAI5,NAI6,
NAI7,NAI8
电流信号输入卡
4路输入
（4~20mA）
SP313
02
00,01,02,03
NAI9,NAI10,
NAI11,NAI12
卡件挡板
SP000
热阻信号输入卡
2路输入（Pt100）
SP316
04
热阻信号输入卡
2路输入（Pt100）
SP316
05
00,01
Pt-3,PT-4
热阻信号输入卡
2路输入（Pt100）
SP316
06
00,01
Pt-5,Pt-6
卡件挡板
SP000
脉冲量输入卡
4路输入，最高响应频率10KHz
SP335
08
03
P4
模拟量输出卡
4路输出
（4~20mA）
SP322
09
03
NAO4
模拟量输出卡
4路输出
（4~20mA）
SP322
10
00,01,02,03
NAO5,NAO6,
NAO7,NAO8
卡件挡板
SP000
触点型开关量
输入卡
7路输入
SP363
12
03,04,05,06
DI4,DI5,
DI6,DI7
继电器开关量
输出卡
7路输出
SP364
13
01,02,03,04,05,06
DO2,DO3,
DO4,DO5,
DO6,DO7
卡件挡板
SP000
卡件挡板
SP000
十、DCSI/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置
位号
注释
量程
单位
报警限
配电设置
阀特性
信号制
LT-1
水箱液位
0~400
毫米
0~400
否
LT-2
锅炉液位
0~400
毫米
20~380
否
FT-1
进水流量
0~300
升/时
否
FT-2
出水流量
0~300
升/时
否
MV-1
进水阀位
0~100
%
5~95
否
MV-2
出水阀位
0~100
%
5~95
否
MO-1
进水阀控制
气开阀
三型
MO-2
出水阀控制
气开阀
三型
十一、控制回路方框图
十二、操作小组设计及操作权限设计说明
每个人都是自己的工作组，自己的DCS组态。
但是在一个做工程师的时候，其他五个为操作员。
姓名
职称
工程师
操作员
操作员
操作员
操作员
操作员
十三、控制过程截图
报警一览控制分组
系统总貌调整画面
趋势图数据一览
故障诊断流程图
十四、DCS系统闭环运行调试结果分析与说明
在自动调节时，若锅炉实际液位比设定值低（高），输出流量不变时，控制系统会增大（减小）进水流量，以达到设定液位值；若系统已经稳定，出水流量突然增大（减小）产生干扰时，控制系统会相应地增大（减小）进水流量，以维持系统稳定。
在手动调节时，若锅炉实际液位比设定值低（高），输出流量不变时，需手动增大（减小）进水流量，以达到设定液位值；若系统已经稳定，出水流量突然增大（减小）产生干扰时，相应地手动增大（减小）进水流量，以维持系统稳定。
自动控制PID算法中，P的作用是比例，能够加快调节速度；I的作用是减小误差，从而消除静差；D的作用是改善系统的动态性能；可通过改变PID参数改变系统达到稳定的时间。
十五、课程设计总结
在这次课程设计之前，我对自动控制系统只停留在书本上的理论知识和脑海中的想象画面，对真正的的自动控制系统并没有准确的概念。
通过这次课程设计，我真正意义上的直面DCS控制系统，强烈的视觉冲击使我对自动化这一专业有了更深的了解，对自动控制现场有了真正的客观的认识，同时我学会了使用JX-300X组态与JX-300X监控软件系统，能够构建简单的DCS系统。
这次课设给我留下另外一个深刻印象的是小组合作的课设模式。
小组成员之间互帮互助，如果同伴有不懂的地方，都会主动提供帮助，
直到彻底搞清楚问题为止。
同时，小组各成员分工明确，让我看到一个和谐合作工业现场的雏形。
这次课设锻炼了我们的实践能力，提高了我们的团队合作意识和认真负责的处事态度，在此对老师的耐心讲解和悉心指导致以诚挚的谢意！
十六、主要参考资料
[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]《SUPCONJX-300DCS手册》
[4]《控制仪表与装置》（教材）
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