杨琦DCS课设DOC.docx
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杨琦DCS课设DOC
摘要
随着科学技术的飞速发展，人民生活水平日益提高，在电量供不应求的整体形式下，在火力发电厂中实现热力过程的自动化更具有重要意义。
近年来，网络技术的飞速发展使得计算机控制在电厂得到了广泛的应用，一个典型的例子是DCS（分散控制系统）利用网络信息控制技术成功地实现了系统各个控制站点的数据交换并应用到火电厂给水泵控制系统中，火电厂自动控制设备必将随着不可抗拒的潮流加速进人信息网络时代，火电厂乃至电力系统和电力企业集团将形成生产过程自动化和管理现代化的信息控制网络。
电梯作为高层建筑的代步工具，其使用量日益增多，运行性能越来越受到人们的广泛重视。
由于分散控制系统（DCS）主要是分散控制集中管理，因此可以大大提高电梯系统的运行性能。
本文以DCS系统为研究对象，围绕电梯的控制系统设计过程展开论述。
本次计算机控制系统课程设计基于Bailey公司的INFI-90分散控制系统，对其硬件结构进行研究，形成硬件结构图，并使用BaileyWintools软件进行组态应用，熟悉其组态步骤及操作。
应用INFI-90系统进行组态功能设计，完成了汽泵A控制系统功能组态设计，包括对其硬件接线与软件组态的设计，对使用到的模件与功能码进行说明，对汽泵A控制系统功能组态设计进行调试，验证其功能，并对其逻辑与工作原理进行分析。
关键词INFI-90，DCS，组态，电梯控制
目录
摘要I
目录II
1引言1
1.1DCS技术1
1.2INFI-90分散控制系统概述1
2INFI-90系统组态应用3
2.1模件3
2.2INFI-90软件组态步骤及操作3
2.3功能码介绍5
3汽泵A控制系统组态分析10
3.1火电厂主要水泵概述10
3.2组态分析10
3.2.1自动控制过程组态分析10
3.2.2手动控制过程组态分析11
结论12
致谢13
参考文献14
1引言
1.1DCS技术
现代工业对控制系统的要求己不仅仅局限于能实现自动数据采集和控制功能，还要求工业过程能长期在最佳状态下运行，这就要求解决工程整体的总目标函数最优化问题。
为了实现最优化控制，大系统控制理论中引入分解和协调的设计原则，分解就是在设计过程中将系统细分，分解成若干个底价的相关小系统，这些小系统之间相互问的耦合关系减至最小，以便于分别控制各个小系统目标对象达到小系统控制的最优化，进而达到整个系统的相对最优化控制。
协调就是在局部最优化的基础上考虑各小系统之间的相互影响和相互耦合作用，设计协调控制器，使各局部控制器协调起来，达到整个系统最优化。
这种具有分散控制，信息集中管理特点的分布式控制系统，又称为集散控制系统．简称DCS系统（Distributed Control System）。
DCS系统是一种成熟的综合技术，包括现场总线技术、仪表技术和计算机技术等，适合应用于连接过程控制和复杂控制系统。
目前DCS已经广泛应用于核电站、电力系统、轻工业、锅炉、热电系统等等，都取得了良好的经济效益和社会效益。
本次课程设计是给水控制为研究对象，以汽动给水泵A控制系统设计展开，设计汽泵A控制系统功能组态调试。
掌握infi90分散控制系统的硬件组成，学会硬件查线。
并了解功能块程序库中常用功能块的使用，学会运用baileywintools上机组态，并进行编译、修改、下载、调试、监视。
1.2INFI-90分散控制系统概述
INFI-90分散控制系统是美国Bailey公司1987年推出的产品。
该系统与Bailey公司1980年推出的N-90系统兼容，系统结构和功能也基本相同。
因而，INFI-90属于N-90的改进型产品，是一种集过程控制，过程管理为一体的现代化过程控制与管理系统。
INFI-90系统主要由过程控制单元（PCU）、运行员操作站（OIS）、计算机接口（CIU）和把它们联成一个系统的通讯环路以及作为应急手段的模拟控制站（SAC）和数字逻辑站（DLS）组成。
INFI网主环能带多达250个节点，多个子环通过就地和远程接口与主环相连，每个子环能带多达250个节点，一个主环最多连接250个子环，整个系统有带62500个节点的能力。
下面简单介绍一下厂区环路中个节点的组成和主要功能：
（1）过程控制单元（PCU）
它是INFI-90系统的核心部件。
由它完成闭环控制、顺序逻辑控制和数据采集的任务。
PCU柜包括模件安装单元（MMU）、端子安装单元（TMU）和电源安装单元（PMU）。
模
件安装单元（MMU）是一个为INFI-90模件提供电源和通信口的印刷板扦笼，模件安装单
元中的模件包括三种类型，它们是通信模件（也叫接口模件）、智能模件（也叫主模件）和I/O模件。
端子安装单元（TMU）供端子单元（TU）安装，端子单元提供现场信号与模件之间的连接。
电源安装单元（PMU）供电源系统模件安装。
现场来的信号经过端子板通过电缆进入模件，经过主模件处理后再经端子板返回现场，完成对信号的控制。
每个PCU柜最多可带32个主模件，每个主模件下可接64个子模件。
（2）运行员操作站（OIS）
运行员操作站是INFI-90系统的一个节点，为INFI-90系统提供了完整的操作接口、数据采集和记录报告能力。
它的主要功能包括：
过程监视和控制、报警管理、系统状态及诊断、系统组态及调整。
（3）计算机接口（PCI）
计算机接口是INFI-90系统的一个节点，通过它可以方便地将INFI-90系统和计算机连接起来。
使计算机可以从PCU输入过程数据，并向PCU输出控制数据。
计算机接口的组成包括：
环路接口模件（LIM）、总线转换模件（BTM）和厂环至计算机的转换模件（PCT）。
它的主要功能包括：
数据采集、组态、过程控制。
（4）厂区通讯环路（PCL）
厂区通讯环路是一个冗余的双股电缆系统。
是所有INFI-90设备共同享用的串行通讯通道，通讯速率是500K波特，支持63个节点，节点间最大距离为2000米。
节点是靠环路接口模件（LIM）连到环路上，这个环路接口模件能使一个节点上的模件与另一个节点上的模件通讯。
（5）模拟控制站（SAC）
模拟控制站为INFI-90系统应用提供常规的过程接口。
它是盘装设备，安装在主控室。
它可以与多功能处理器（MFP）进行通讯，并能监视和控制一个独立的控制回路。
面板上的按钮可供操作员调整设定点和控制输出，转换控制方式等。
（6）数字逻辑站（DLS）
数字逻辑站是用于对多功能处理器作数字输入/输出的带有按钮和状态指示灯的站。
它是盘装设备，安装在主控室。
它通过数字子模件（DSM）可以与多功能处理器进行通讯。
2INFI-90系统组态应用
2.1模件
本次课程设计涉及到的模件有以下几种：
（1）IEPASO01（电源模件）：
为各个模件提供适合的稳压电源。
（2）IMMFP01（多功能处理器模件）:
完成用户设计的模件和数字控制策略，其有执行、组态和出错三种工作方式。
其下最多可连接64个子模件。
（3）INLIM03、INBTM01（环路和总线接口模件）：
是INFI-90过程控制单元和工厂通信环路之间的主要通信接口。
（4）IMCIS02（控制输入/输出子模件）：
为INFI-90系统的处理和监控提供4个模拟和3个数字过程现场输入信号，并为过程控制输出4个数字和2个模拟信号。
2.2INFI-90软件组态步骤及操作
（1）新建文件夹，在E盘新建目标文件夹，并命名汽泵A控制。
（2）点击“开始菜单”→“程序”→“BaileyWintools”→“Toolset”，出现“WintoolsLauncher”图框→点击第二个彩色图标。
（3）建立工程，出现“ModuleToolsExecutive”图框→点击“File”→“New”→e：
\汽泵A控制→汽泵A.prj（新建）→点击确定（注：
若打开已存在的文件，则点“open”）。
（4）ProjectInformation设置
出现“ProjectInformation”图框
Location：
E
Description：
141
点击“OK”
（5）JobInfo设置
出现“JobInfo”图框
CustomerName：
WZM
Plantsite：
615
CantractingFirm：
123
BaileyJobNum：
141
CustOrderNum1：
01
CustOrderNum2：
02
点击“OK”
（6）节点地址设置
返回到“ModuleToolsExecutive”图框
点击菜单栏“Project”中“AddLoop”→输入Loop：
1→OK
点击菜单栏“Loop”中“AddPCU”→输入PCU：
11→OK
点击菜单栏”PCU“中AddModule→输入Module:
19→OK
（7）组态图描述
出现“ModuleInfo”→Loop：
1PCU：
11Module：
19图框
ModuleFilenamePrefix：
11119（由第6步中的Module地址设置生成）
ConfigurationDescription：
（组态描述）
ModuleType：
MFP01
FirmwareRevision：
F
ModuleID：
DA（模件标识）
DrawingTitle：
（组态图标题）
DrawingNumber：
（图编号）
（8）打开画图软件
在“WintoolsLauncher”图框上，点击第四个彩色图标。
点击菜单栏“File”→“NEW”→e:
\汽泵A控制\1\11\p11\m19→打开11119.mhd文件。
{01a}中输入01B→点击“OK”
（9）基本的组态操作
调组态图框：
法1：
点击工具栏中图标
法2：
点击菜单栏中Tool→Border
放大：
单击工具中图标，拖曳光标，可进行区域放大
调功能码：
法1：
单击工具栏中图标
法2：
点击Tool→FunctionCode，同时可进行块号的设置
连线：
法1：
单击工具栏中图标
法2：
点击Tool→Line
快速双击左键可结束当前画线命令。
打节点：
法1：
单击工具栏中图标
法2：
点击Tool→connectionpoint
修改参数：
左键单击选中所要修改参数的功能码，点击Function→ChangeBlockNumber
修改规格，点击Function→ModifySpecs。
编译功能：
在ModuleToolsExcutive图框中，单击右键Module→compile/Xref进行编译，编译结果保存在记事本文件中（该文件在工程项目下的文件夹中）。
下载功能：
在ModuleToolsExcutive图框中
右键单击Module→ConfigurationMaintenance
单击右键→PrimaryHard→DownloadConfigurationfile。
改变模件工作方式：
在CAD画图界面中点击任务栏中的Utilies→Inspect/ModeChange，
在出现的Inspect图框中，点击图标后，系统自动搜索主模件
选中目标模件，再选择右上角的方式按钮，可修改模件的工作方式。
监视：
在执行方式下，可观察CAD组态图中各功能码的实时信号状态
在CAD图界面菜单中点击Minitor后进行监视。
2.3功能码介绍
（1）功能码1—函数发生器
如图2.1，该功能码用于将输入输出的非线性关系的近似化。
将输入范围分成5段，每一段输入输出的对应关系都以线性关系来代替。
然后根据这5段折线计算出对应于输入的输出。
图2.1函数发生器模块
（2）功能码2—手动设定常数
手动设定常数块的输出是一个产生于本块内部的模拟量信号，其值等于。
本功能块以工程单位提供一个可调整的输出值。
如图2.2
图2.2手动设定常数模块
（3）功能码8—速率限制器
如图2.3，当输入信号的变化速率不超过S3和S4的限制值时，本块的输出和输入相等。
当输入信号的变化速率超过限制值时。
输出将依规定的速率变化直至和输入相等为止。
图2.3速率限制器模块
（4）功能码9—模拟切换器
如图2.4为模拟切换器模块，这个功能码根据布尔输入选择二个输入中的一个。
输出值等于哪一个输入要看是什么值。
有两个时间常数提供在两个方向上的平滑切换。
图2.4模拟切换器模块
（5）功能码11—小值选择器
如图2.5，该功能选择并且输出一个具有最小代数值的输入。
图2.5小值选择器模块
（6）功能码12－高／低比较器
本功能块有两个输出。
如图2.6当输入大于或等于高限时，输出N等于逻辑l。
当输入小于或等于低限时，输出N＋1等于逻辑l。
若输入的值在两个限值之间，则两个输出都为逻辑0。
图2.6高/低比较器
（7）功能码15—2输入加法器
该功能码执行两个输入信号的加权求和。
通过选择适当的输入和增益，本块可以执行比例、偏置或求偏差的功能。
通过将第二个输入引入一个常数块，它还可用作非零基信号的换算器。
本功能码的内部运算由下式描述：
输出=（×S3）＋（×S4）。
图2.72输入加法器
（8）功能码17－除法器
本功能将第一个输入（S1）除以第二个输入（S2），再将商乘以系数S3。
输出（工程单位）
图2.8除法器
（8）功能码31—检验质量
检验质量块能够检查l至4个输入点的质量。
这是一个四输入的或（OR）功能，如果所有要检测的点均为好质量，则输出逻辑0，若有一个或多个输入的测试点是坏质量，则输出为逻辑1。
如图2.9所示。
模拟量和数字量的I／O厂环，以及SYMPHONY－NET输入都能进行质量检测。
质量不通过模件功能块传播，所有内部点都要具有好质量。
图2.9检验质量模块
（9）功能码37—“与”（2输入）
用来实现逻辑“与”功能，只有全部输入都是逻辑1时，输出是逻辑1。
图2.10与模块
（10）功能码39—“或”（2输入）
实现“或”功能，如果输入之一或二者都是逻辑1。
则输出逻辑1。
图2.11“或”（2输入）模块
（11）功能码40—“或”（4输入）
实现4个以下数字输入逻辑“或”功能，如果一个或多个输入为逻辑1，则输出逻辑1。
图2.12“或”（4输入）
（12）功能码80—控制站
该控制站可有三种应用类型，包括基本站、串级站和比率站。
每种类型都可通过数字控制站（DCS）、模拟控制站（SAC）或诸如OIS等控制台进行控制。
在基本站上可产生一个设定值（SP——S2）并可进行手动／自动切换，在手动控制方式调整控制输出及在自动控制方式调整设定值。
在串级站上除可完成基本站的全部功能外，还可由另一个过程变量来控制设定值。
在比率站上可完成基本站的全部功能，但设定值的产生有所不同，设定值等于第二个非受控变量与一个比率调整因子之积。
通过调整控制站按键，可改变该站的方式、设定值、比率系数和控制输出。
在启动期间的控制输出（CO）值是可组态的。
如果S16规定了一个DCS站（S16等于0到7）或SAC站（S16等于0到63），则在启动期间控制输出值跟踪DCS或SAC上显示的控制输出值。
如果与一个站间的通讯出现故障，则在启动期间控制输出跟踪的控制输出跟踪信号。
图2.13控制站模块
（13）功能码156—新型PID控制器
新型PID控制器完成比例积分微分控制器的功能。
本功能码与传统PID控制器（功能码18和19）相比的某些新式特点如下：
1.前馈信号直接包括在PID控制器内。
2.对微分作用的算法作了改进。
3.由于引进外部积分或手动积分信号而改进了算法。
4.在串级组态方式时，当遇到限制值时，禁止增加和禁止减少信号能够约束控制器的输出。
这样当付回路输出达饱和状态时能够防止主回路出现积分饱和。
5.既可执行无互相影响的PID控制算法，也可以执行有互相影响的经典的PID控制算法。
6.具有快速饱和恢复选择
图2.14新型PID控制器模块
除上述新增特点外，功能码156还具有常规PID控制器的下述特点：
1.手动到自动无扰切换。
2.比例增益调整时无扰。
3.具有抗积分饱和功能。
4.有正向作用或反向作用选择开关。
5.设定值调整器选择使得改变设定值时无扰。
注：
分段控制块（功能码82）的PID积分方式（S5）和PID增益（S6）不影响新型PID控制器。
执行块（功能码53）的PID最大微分增益（S11）和PID的外部积分（S2）不影响新型PID控制器。
这些功能均由新型PID控制器本身控制。
因而在同一段中的PID控制器可以有或没有外部积分功能。
3汽泵A控制系统组态分析
3.1火电厂主要水泵概述
锅炉运行时不间断地向外送出大量蒸汽，因此，必须连续不断地向它供水，以维持锅炉内工质平衡，稳定汽包水位。
而且给水压力应当高出汽包压力25%左右，否则给水难于进入锅炉。
给水的压力是由给水泵提供的。
另外，由工程力学知，正是由于给水泵的提升作用，才使工质的热力循环得以维持下去。
所以给水泵是锅炉或热力循环的主要辅助设备之一。
泵是把机械能转变成流体的势能和动能的一种动力设备。
在火电厂中应用泵的地方相当多，如用给水泵向锅炉提供给水，用凝结水泵从凝气器抽送凝结水，用循环水泵向凝气器供应冷却水。
为使凝气器中的空气和气体排出，要用到真空泵或射水泵；为排除管路和加热器中的疏水，要用到疏水泵；为补充发电厂中的汽水损失，要用到补充水泵；燃煤锅炉的灰渣采用水力除渣，要用到灰渣泵，汽轮发电机组在启动和运行中各轴承与轴的润滑要用到顶轴油泵；启动油泵和主油泵等。
发电厂中的各种泵都直接参与电厂的生产过程，它的安全直接影响到电厂的安全生产。
如果给水泵突然发生故障，就影响到对锅炉的供水，甚至可能造成锅炉干锅的事故。
如主油泵的事故可能使汽轮发电机组轴承断油烧毁，汽轮机动静叶片碰磨的重大事故。
循环水泵因因故损坏将影响主机功率等。
火电厂中使用的泵的种类多，数量大，消耗的能量也大，例如一个1000MW的火电厂，一般厂用电占机组容量的5%-10%左右，而发电厂中的给水泵，凝结水泵，循环水泵就要占厂用电机组的一半以上。
所以对泵的安全，经济运行必须引起足够的认识，对泵的维修保养应予以高度重视，才能确保发电厂的总体安全与经济。
通常机组配置两台汽动给水泵，作为正常工作时保证锅炉功率需要的的给水，一台电动给水泵为备用，每台给水泵容量均为锅炉给水量的50%。
3.2组态分析
3.2.1自动控制过程组态分析
正常工作情况系统进行自动的调节，给水泵平均流量信号给到APID的的S1（即输入测量值），给水泵平均流量指令给到APID的S2（即输入给定值），在APID内进行运算比较之后输出一个调节信号作为给水泵流量公用指令，与泵最大平均流量求和后和汽泵A最大流量送入小选（块地址1009）输出值作为下一级PID（块地址1011）的给定值。
该PID的输出给到M/A站的S3，作为自动信号。
3.2.2手动控制过程组态分析
当系统出现给水流量信号故障，喷水流量信号故障，水冷壁出口母管温度信号故障，储水罐出口压力信号故障、主气压力信号故障、汽泵A入口流量信号故障、水冷壁出口集箱温度调节故障、给水总流量调节故障、汽泵A转速控制偏差大、和汽泵A调节故障时，将自动方式切换到手动方式，这些故障信号经过一个逻辑或门，作为给水泵站手动连锁公共判据。
因此当出现上述任意一种情况是“1”时输出一个“1”信号给S18，而S18的主要功能是将自动切换到手动，当出现这几种情况就表示自动控制的系统无法达到正确调节，此时，当S18为1时，直接手动设定外部常数来进行调节，此时串级PID不再起作用。
结论
在本次课程设计中，学到了很多东西，也对学习有了更深的感悟。
在课程设计过程中，自己动手后才知道把课堂知识和实践联系在一起的过程很难。
不过在经过查资料以及老师的帮助下，让我了解到了汽泵的工作原理以及工艺流程。
通过这次课设，我了解和熟悉了许多关于给水排水的知识，也学会了许多设计方面的常识，更增加了我对学习专业知识的浓厚兴趣。
同时，也提高了我们的CAD绘图能力。
初始阶段看一些关于些次设计的书籍，由基本设备开始、通过看书了解原理。
之后进入了实际设计阶段，分析组态图，由浅入深的研究，从中找到理论依据。
并看到了实际应用的具体解决方法。
理解了知识运用的灵活性。
为在以后的工作岗位上奠定了坚实的基础。
给水泵在电厂中的作用是至关重要的，如果给水泵突然发生故障，就影响到对锅炉的供水，甚至可能造成锅炉干锅的事故。
由工程力学知，正是由于给水泵的提升作用，才使工质的热力循环得以维持下去。
所以给水泵是锅炉或热力循环的主要辅助设备之一。
本次设计虽然在老师的帮助下顺利完成了，但还有很多不足，请老师指正和批评。
致谢
此次设计是在指导老师悉心指导下完成的。
老师为设计课题的研究提出了许多指导性的意见，为课程设计的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。
指导老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。
在次，特向我敬爱的老师致以最崇高的敬意和深深的感谢！
通过此次设计，一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。
再一方面也加强了我和老师的交流，认识到知识的渊博。
同时感谢我们小组的所有同学对我的帮助。
他们给了我无数的关心和鼓励，也让这次课设充满了温暖和欢乐。
如果没有他们的帮助，此次课设的完成将变得困难。
他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。
鉴于本人所学知识浅薄，经验不足，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师给予批评和指正。
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