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Dcs课程设计
课程设计报告
（2012--2013年度第2学期）
名称：
控制装置与仪表A
（DCS部分）课程设计
题目：
过热汽温控制系统组态
院系：
自动化系
班级：
测控1003
学号：
201002030309
学生姓名：
李志鑫
指导教师：
翟永杰
设计周数：
一周
成绩：
日期：
2013年7月10日
《控制装置与仪表A（DCS部分）课程设计》
课程设计
任务书
一、目的与要求
1．了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。
2．以LN2000分散控制系统为平台，完成过热汽温控制系统的组态。
3．进行DCS的调试工作。
二、主要内容
分为组态设计和系统调试两个部分：
1．组态设计
1．1系统配置组态
主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O－卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。
此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。
1．2实时数据库组态
数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。
数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。
1．3控制算法组态
控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。
本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。
1．4操作员站显示画面组态
运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。
本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。
1．5报警显示
在数据库中进行温度报警值设置，在运行界面中显示报警窗口。
本设计要求能够模拟实现超温报警。
1．6趋势组态。
显示需要观察的数据点趋势图。
2．系统调试
设计要求进行动态调试。
实际工作中的动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。
由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。
动态调试一般包括以下内容：
1）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；
2）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；
3）对控制回路进行在线整定；
4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。
若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。
三、进度计划
序号
设计（实验）内容
完成时间
备注
1
了解设计内容，阅读并理解课程设计指导书的要求。
D1
2
熟悉LN2000分散控制系统软件的组态方法。
D1
3
进行组态设计要求的6项内容。
D1～D2
4
进行系统调试
D3～D4
5
撰写课程设计报告
D4
6
上机答辩考核
D5
四、设计（实验）成果要求
1．完成系统结构图及数据点清单，打印各步的组态设计图纸。
2．对系统设计过程进行总结，完成并打印设计报告。
五、考核方式
1．设计报告内容及格式考查。
2．按上述步骤逐项完成软件内容的设计，进行操作演示，并进行答辩。
《分散控制系统与现场总线技术》课程设计
报告书
一、分散控制系统课程设计的目的与要求
1、设计内容概要：
本次课程设计主要有两个方面的工作：
即是组态设计和系统调试：
1．1、组态设计:
1．1．1系统配置组态主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O－卡件信息，电源布置，控制柜内安装接线等。
此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。
1．1．2实时数据库组态数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作，因为只有有了数据库，其他的组态工作（控制回路组态、画面组态等）才可以调试。
数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。
1．1．3控制算法组态控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。
本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。
1．1．4操作员站显示画面组态运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。
本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。
1．1．5趋势组态，显示需要观察的数据点趋势图
1．2、系统调试：
设计要求进行动态调试。
所谓动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。
由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。
动态调试一般包括以下内容：
ｌ）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；２）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；３）对控制回路进行在线整定；４）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。
若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。
2、串级过热汽温控制系统工作原理
图1所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温发生变化，副调节器P就去改变减温水流量，初步维持后级过热器入口汽温在一定范围内，起粗调作用。
而过热器出口汽温的控制，则是通过主调节器PI来校正副调节器工作，只要未达到给定值，主调节PI的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量的变化，直到恢复到给定值为止。
稳态时，导前汽温可能稳定在与原来数值不同的数值上，而主汽温则一定等于给定值。
图1串级汽温控制系统工作原理
在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可以选用不同的调节器。
副回路及副调节器的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。
当到前汽温惯性较大时，也可选用比例微分调节器。
主回路及主调节器的任务是维持
恒定，一般选用比例积分调节器。
当过热器惰性区较大时，也可选用比例、积分、微分调节器
3、串级汽温控制系统设计
锅炉过热汽温控制采用串级汽温控制系统,控制系统方框图如图2:
已知系统中被控对象的传递函数为:
被控对象导前区：
（℃/%）
被控对象惰性区：
（℃/℃）
二、课程设计总结与结论
1、DCS的组态步骤及内容（以组态步骤为顺序，加入实际的设计内容）。
1．数据库组态图
2．控制逻辑组态图
3．流程界面组态图
4．操作窗口组态图
5．趋势图
6．报警实现及报警死区的作用
当信号值超过了报警上限值时，就会进入上限报警状态，如果超过了报警上上限，就进入了严重报警状态，这个时候，系统必须通知操作员采取措施，防止事故的发生。
越下限报警类似。
为了避免该数据点的值在报警值附近波动的时候，系统报警频繁发生，通常会加入一个报警死区。
在软件上，当一个点进入上限报警状态时，报警产生，当这个数据点的数值返回到报警上限值时，并不立刻消除报警状态，而是直到它回到高限和低限之内时，才取消报警。
报警死区的作用就是避免来回振荡。
在数据库中可以设定报警上下限，在线时，若当前值越限，则显示红色，否则显示为绿色
7.单回路趋势图
2、设计分析
1）手自动控制逻辑的组成及作用方式。
当主蒸汽温度坏质量、导前气温坏质量、汽温偏差大、阀门坏质量、阀门开度偏差大、阀门电气故障等其中一项或多项发生时，强制切手动。
在此设计中，由于没有硬件连接，很多都是坏质量，于是在逻辑图中只连接了一个切手动条件—SP1与PV1偏差大。
2）无扰切换的实现。
|
若没有跟踪，则手动切自动时，PID输出将立即变为0，带来的扰动很大。
利用跟踪手段实现无扰切换。
手动时，让PID2跟踪手操器输出，当切自动时，PID2的输出等于前一时刻的输出U（K-1）加上△U（K），为达到无扰切换，应使△U（K）=0，则应让PID1跟踪导前气温PV2（因为PID1的输出值即为PID1的设定值），这样几乎能达到无扰切换，但若要实现完全无扰切换，则应让SP1和PV1间连一个跟踪。
3）主副调节器正反作用的确定
信号极性：
设PV为正，SP为负。
由于单回路的PID为反作用，故PID输入为PV-SP
4）PID参数整定的步骤及方法。
衰减曲线法：
先整定内回路，再整定外回路。
副对象：
主对象：
副调节器：
P，主调节器：
PI。
（1）断开主回路，用衰减曲线法，整定内回路。
副调节器，Ｐ作用。
反复调整比例带δ，
做定值阶跃扰动实验，直到衰减率ψ＝0.75~0.9。
（2）闭合主回路，用衰减曲线法，整定外回路。
主PID，ＰI作用，反复调整主调节器比例带δ，做定值阶跃扰动实验，直到衰减率ψ＝0.9。
记下比例带δＳ，测量上升时间ｔｒ。
按照公式计算PID参数。
（3）按计算参数设置PID，做定值阶跃扰动，观察曲线。
（4）细调主副调节器参数，直到满意为止。
。
要求：
外回路衰减率约ψ＝0.9，副回路衰减
5）设定值扰动及内外干扰情况下系统的响应及分析。
3、对本课程设计的体会、意见和建议
1．这次课程设计让我们近距离的体会到电厂的实际控制，学习了LN2000Dcs控制软件，初步的了解了过程控制的内容，了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，完成过热汽温控制系统的组态。
调试的过程需要我们有耐心，感谢老师的帮助让我完成了此次的课程设计。
四、参考文献
[1]金以慧过程控制清华大学出版社（第一版）1993年4月
[2]王常力、罗安分布式控制系统（DCS）设计与应用实例电子工业出版社
200年8月
[3]
[4]
[5]
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