分散控制系统与现场总线技术课程设计.docx
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分散控制系统与现场总线技术课程设计
《分散控制系统与现场总线技术》课程设计
任务书
一、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。
二、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
2010.12.7
2
控制策略或控制逻辑设计
2010.12.8
3
系统组态设计
2010.12.9
4
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；
1．2控制策略或控制逻辑设计者的设计报告中应包含设计说明书、控制系统SAMA图或控制系统逻辑图；
1．3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；
1．4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。
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
1
SIMATICIPC547C
2
操作员站和工程师站
（2）控制级
序号
设备
数量
备注
1
SD811电源模件
2
24VDC、2.5A
2
TU810通讯模块
1
支持双绞线连接
3
AI810模拟量输入模件
1
模拟量输入8通道
4
AO810模拟量输出模件
1
模拟量输出8通道
5
DO810数字量输出模件
1
数字量输出8通道
6
PM860控制器
2
与以太网兼容通信
7
DINRAIL导轨
1
安装通讯和I/O模件
8
GYTA53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
1
DBS308压力变送器
1
测量一次风压力
2
PTJ501差压传感器
1
测量一次风压力
3
RSYN-8-30角位移传感器
2
测量挡板的角度
4
2SQ3031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：
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
1
AI
一次风压力测量信号
4~20mA
KPa
FENGPRESS
2
AI
磨煤机热风挡板位置测量信号
4~20mA
%
HOTPOSITION
3
AO
一次风入口挡板位置指令信号
4~20mA
%
YICIPOSITION
4
AI
一次风挡板位置反馈信号
4~20mA
%
YICIFEEDBACK
3、系统组态
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。
（2）绘制静态图形
在窗口中绘制静态图形。
（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：
设计的画面如下：
参考文献
电厂热工自动控制与保护中国电力出版社王付生
热工自动控制系统水利电力出版社张玉铎
600MW火电机组培训教材中国电力出版社贾品丽
电厂热工过程控制系统西安交通大学出版社巨林仓
分散控制系统与现场总线控制系统中国电力出版社白焰、杨国田
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