C题工程设计文件.docx

1、C题工程设计文件2012年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程设计文件设计开发型竞赛组参赛队伍编号：XXXXXXXX年 月 日一、方案设计依据、范围及相关标准PROFIBUS是一种国际性的开放式的现场总线标准，即EN50170欧洲标准。PROFIBUS分散型外部设备的协议的约定根据ISO74981国际标准。DP传输技术EIA-485传输，采用屏蔽双绞线的电缆共用一根导线。二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）锅炉设备是一个复杂的被控对象主要输入变量包括负荷的蒸汽需求量，燃料量等和一些输出量1控制要求分析 （1）模糊控制的响应速度快但存在静态余差，PID控

2、制可以消除静态余差，对蒸汽内的温度压力的控制，使用PID控制和模糊控制结合起来，构成模糊智能PID控制。当偏差大于某一阀值时，选择模糊控制，以提高系统的阻尼性和快速性，减少响应过程中的超调，当偏差减少到某一阀值时，选择PID控制，以消除系统余差，提高控制精度 (2）液位控制，进料系统出现拢动时，控制作用缓慢，以及负荷变化时，需要引起液位的变化后才起作用，总之控制之后于液体变化，时间过长，所以应用液位蒸汽流和二次蒸汽流量的控制，此处可用基于内膜控制机构和预先优化相结合的非线性液位控制方法即冲 量控制系统实质上是一个前反馈串级控制系统。 2对象特性分析 锅炉液位最大特点是液体中及带着大量的蒸汽泡。

3、早锅炉内水量不变的情况下，蒸汽气泡的体积的变化会引起过路的液位变化。蒸汽泡的体积取决于锅炉的，锅炉内的水温和负荷需求。因此影响锅筒液位主要有给水量和蒸汽的流量等因素。 3工艺流程 将三者节藕，变成三变量独立控制，并通过一个总的控制器后接到三个分控制器来分别控制控制各变量的稳定性。4.系统安全要求 系统的响应速度和系统的不稳定程度使系统震荡加剧，紧急停车系统（ESO系统），对生产装置可能发生的危险不采取措施将会不断恶化的状况运行，及时的响应是生产装置进入一个预定义的安全停车状况。三、控制系统设计3.1 基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀

4、门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计，并说明设计理由）控制回路： 控制算法：PID控制：PID控制本质上是一种负反馈控制，特别适用于过程的动态性能良好而且控制性能要求不太高的情况。他包含三种控制策略：比例控制（控制器的输出信号u与输入信号e成比例关系）、积分控制、微分控制。被控变量：蒸发器液位、 压力、温度操纵变量：过热蒸汽、载热剂蒸汽、冷凝水排量通过冷凝水排放量的控制，改变蒸发器内液位，导致传热面变化，改变传热量，这种方案有利于冷凝液的排放，传热变化缓慢，防止局部过热、开放式控制。控制规律：在实际控制中，采用减少及消除耦合的方法，通过解耦装置解决被控变量与操纵变量的耦合。在此处，利用计算机实

5、现单位矩阵设计解耦系统，这样改善了过程的动态特性和大大提高了系统的稳定性，减少了系统过渡时间和最大偏差，提高了系统的控制变量。阀门特性：选用带自整定功能的气动控制阀、稀液进料口阀门V120、过热蒸汽进料口讴阀门V105。可改善系统冷凝液排量方案迟的缺点。选用气开式控制阀，一旦控制阀失去能源时处于关闭状态，避免浪费。二次蒸汽控制阀选用气闭式，一旦发生事故，控制阀全开，防止蒸发器内压强国法而发生安全事故。顺序逻辑：三者去耦后独立进行控制、循环 。安全保障：若三者变量某一超出范围进强制停车。3.2 安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计，并说明设计理由）声光报警:（1）

6、当三者晕正常时，三盏绿灯亮；（2）当有一中不正常时，对应红灯亮；（3）有两三个或三个均不在正常范围内时，对应红灯亮且警报声响。安全联锁:紧急停车:当按下紧急停车按钮后，首先停止送气，然后停止加热，待锅炉内恢复平稳。安全仪表:显示该时刻的T/L/P以及与正常值的偏差3.3 绿色生产、节能减排降耗方面的考虑我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境被破坏的代价，这两者之间的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。只有坚持节约发展、清

7、洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快的发展同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球变化的迫切需要。锅炉的生产必会排出一些气体和残留一些剩余物，但是不是所有剩余物都是有害环境健康的，我们要重点控制那些对环境有影响的部分，完全消除排出气体和残余物的污染是不可能的，我们可进自己最大的努力去减少污染，达到绿色环保的效果。节能减排降耗，推进资源综合利用，推进垃圾资源化利用，全面推进清洁生产。 组织编制重点行业循环经济推进计划。制定和发布循环经济评价指标。深化循环经济试点，利用国债资金支持一批循环经济项目。全面推行清洁生产，对节能减排目标未完成的企业

8、，加大实行清洁生产审核的力度，限期实施清洁生产改造方案， 找到锅炉最适合生产条件，以降低能源的消耗，达到最大的功率，拥有最好的收益。3.4 控制系统管道仪表流程图（包括基础控制系统、安全控制系统等）四、系统设备选择与系统连接4.1 系统设备选择（包括控制器、测量变送装置、执行机构，DCS规模、IO模块配置、仪表盘、控制柜、配电装置等）控制器：蒸发器液位控制器：siemens的DPSH-A型智能液位控制器 稀液流量控制器：siemens的S7-300可编程控制器 蒸发器温度控制器：XMT8008KP带通讯可编程温度控制器 过热蒸汽流量控制器：防爆型的SZQ流量型控制器 浓缩液流量控制器：siem

9、ens的S7-300可编程控制器测量变送装置： 温度变送器：四线制温度变送器 差压变送器：ST3000差压变送器执行机构: 气动执行机构：siemens SIPART PS2气动执行器控制柜： Siemens 型号为SK032 的PLC 控制器 IO模块控制：数字量输入模块SM321数字量输出模块SM322模拟量输入模块SM331模拟量输出模块SM3324.2 系统连接（用工程语言描述系统的连接）五、实施效果5.1 操作说明5.2 监控画面（包括流程画面、趋势画面、报警画面、操作画面等）5.3 响应曲线及性能分析六、经济效益分析经济效益，是通过商品和劳动的对外交换所取得的社会劳动节约，即以尽量

10、少的劳动耗费取得尽量多的经营成果，或者以同等的劳动耗费取得更多的经营成果。经济效益是资金占用、成本支出与有用生产成果之间的比较。所谓经济效益好，就是资金占用少，成本支出少，有用成果多。提高经济效益对于社会等具有十分重要的意义。提高经济效益，意味着生产更多产品和劳务，从而有利于人民不断增长的物质和文化生活需要的满足。提高经济效益，意味着提高投资效益和资源利用效益，从而有利于缓解中国人口多与资源相对不足、资金短缺的矛盾，提高经济增长的速度。 对于锅炉的经济效益分析，要想获得最好的效益，就是要投入最少的原料生产出尽可能多的产品以满足社会的需要，但是也不能一位的产出过多的产品，最后导致通货膨胀。锅炉的输入端有稀液，过热蒸汽等，而输出端有二次蒸汽，冷凝水，浓缩液等。要是锅炉达到一个较好的效益，锅炉内的液位的控制是一个重要指标，锅炉的液位受输入端，输出端，温度和压强的影响，控制好这些条件可以得到一个更好的经济效益。原料还可以得到二次利用，得到更好的应用，多于那些达不到二次利用标准的输出物可以利用在其他方面。