工业锅炉除氧器液位控制DCS系统设计.doc

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1、天 津 理 工 大 学自动化学院专业设计报告题目：工业锅炉除氧器液位把握 DCS 系统设计学生姓名赵明学号 20221001届2022班级08 电气 5 班指导教师张惊雷专业电气工程及其自动化第 16 页 共 14 页说明1. 专业设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三局部，其中任务书、指导 书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书挨次装订成册。2. 学生依据指导教师下达的任务书、指导书完成专业设计工作，合作完成的专业 设计，要在设计报告概述中明确说明分工。3. 设计报告内容建议主要包括：设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具 体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容，不同类型的设计可

2、有所区分。4. 设计报告字数应在 3000-4000 字，图纸设计应承受电子绘图、且符合相应符合国标，文字标准借鉴参考毕业设计要求。5. 专业设计成绩由寻常表现50%、设计报告30%和辩论成绩20%组成。专业设计应给出适当的评语。成绩寻常成绩报告成绩辩论成绩总评成绩专业设计评语专业设计评语及成绩汇总表工业锅炉除氧器液位把握 DCS 系统设计前言集散把握系统Distributed control system ：是以微处理器为根底的对生产过程进展集中监视、操作、治理和分散把握的集中分散把握系统，简称DCS 系统。该系统将假设干台微机分散应用于过程把握，全部信息通过通信网络由上位治理计算机监控，实

3、现最优化把握，整个装置继承了常规仪表分散把握和计算机集中把握的 优点，抑制了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机把握系统危急性高度集中的缺点，既实现了在治理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危急性三方面的分散。 DCS 系统在现代化生产过程把握中起着重要的作 用。集散控 制系统的根本组成 ：现场把握级、过程把握级、过程治理级、经营治理级DCS 系统的硬件构造DCS的硬件系统主要由集中操作治理装置、分散 过程控 制装置和通 信接口 设备等组成。通过 通信网络将这些硬件设备连接起来，共同 实现数 据采集、分 散把握 和集中监视、操作及 治理等功能。现场把握站现场把握站 是一

4、个可以 独立运 行的计算机检测 把握系 统。 由于它 是专为 过程检测、把握 而设计 的通用型设 备，所 以其机柜、电源、输入输出通道和把握计算 机等，与一般的 计算机系统有所不同。操作站为了实现监视 和治理等功 能， 操作站必需配置以下 设备： 1、操作台，也就是高档电脑桌； 2、微处理机 系统，就是高档电脑； 3、外部存储设备 ，简洁说就是大容量硬盘；4、图形显示设备， 就是电脑显 示器； 5、操作键盘跟鼠标； 6 打印输出设备。集散把握系统构造图随着 DCS 系统在工业自动化领域的广泛应用，工业自动化已经在各行各业开放本设计以工业锅炉为争辩对象，通过对工业锅炉中除氧器 DCS 系统的设计

5、和把握，初步把握 DCS 系统把握思想和把握方法，为后续毕业设计打下根底。一、 硬件系统介绍SMPT-1000 的硬件主要包括：设计盘台、数值是软仪表、接口硬件、嵌入式工控机、关心操作台二、 软件系统介绍SMPT-1000 软件系统主要包括上位机软件 SMPTLAB、实时仿真引擎软件 SMPTRuntime 以及其他软件、硬件接口电路。上位机 SMPTLAB：主要实现试验工程的治理、实时数据的监视、把握系统的组态等日常试验功能。实时仿真引擎软件 SMPTRuntime：完成实时动态仿真计算以及数据治理功能。软件系统主界面三、除氧器局部介绍：除氧器局部构造示意图：设计说明：通常状况下，液位把握有

6、三个目的：要求液位必需维持在设定值上，这个设定值代表了一个重要的操作点。比方锅炉汽包水位，过高会消灭蒸汽带水，过低会导致设备过热或爆炸危急。此种状况下，把握器必需参加积分作用，以防止负荷变化时，由于余差而使液位偏离设定值。为了建立物料或能量的平衡，以便在稳态时系统的流入量和流出量相等。这种状况下，液位不肯定必需维持在设定值不变，通常用纯比例作用即可满足把握要求， 而且比参加积分作用响应更快、更简洁稳定。用于缓冲容器的液位把握。比方除氧器液位，当生产量较大时，液位应当设定得高一些，这样一来，当上游来料削减时，容器的存量可以维持下游的供料。而当下游生产量减小时，容器的液位应处于低位， 以便吸取存储

7、上游连续流过来的原料量。这种状况下也不应当参加积分作用，而应当用纯比例作用。除氧器出口软化水是锅炉汽包上水的主要来源。为了保持锅炉汽包水位的稳定，必需保证锅炉上水流量稳定。锅炉上水流量，也就是除氧器出口流量，更应当用来把握汽包水位。而为了保证锅炉上水流量稳定，必需要保持除氧器液位的稳定，不能波动。假设液位波动， 锅炉上水流量除氧器出口流量将会受到影响。由于从公用工程来的锅炉给水除氧器入口流量经常波动，可能会造成除氧器液位不稳定。 为了保持除氧器液位的稳定，就设置了除氧器液位单回路把握系统，使用除氧器入口流量作为操纵变量。四、除氧器液位把握 DCS 系统设计及其仿真调试第一局部：针对液位 LI1

8、101 的单回路 PID 把握系统组态1、翻开SMPT-1000 监控环境，建除氧器工程，取名为DearatorTest。2、点击工具栏中的 按钮，翻开阀门/挡板把握配置对话框，将阀门FV1106 设置为“内控”状态，FV1101 和PV1101 均设置为“手操”状态。3、点击工具栏中的 按钮，切换当前窗口至流程图窗口。双击FV1106 图标，翻开阀门/挡板类设备属性对话框，将阀门特性设置为线性。4、点击工具栏中的按钮，将当前窗口切换到把握组态画面，进展把握系统组态。（1） 设置数据采集点，采集除氧器液位实测值作为把握器输入。 在模块库左侧属性列表中，翻开“信号源”名目，双击“信号源”图标，在

9、工具箱右边将加载“信号源”模板页。 用鼠标左键选中“变送器采集点”不放，拖动至把握组态窗口中放开，即在把握组态窗口中生成了一个“变送器”模块。 双击该模块符号，弹出“数据采集点配置”对话框。在“选择位号”下拉框中，选择LI1101，即表示当前“变送器采集点”模块将从现场猎取LI1101 位号对应的实时数据。 点击【确定】按钮，完成对除氧器液位信号的配置。（2） 把握器组态。 在模块库工具箱的左侧树形列表中，翻开“运算模块”名目，双击“把握器”图标，右边将加载“控制器”模块页。选中PID 把握器图标，并将它拖放至把握组态窗口， 生成如以下图所示的PID 把握器图标。双击该图标，弹出“PID 把握

10、器配置”对话框。说明：在根本设置栏中，将把握器取名为LIC1101，填入位号框中。在把握器投用之前，先将把握状态设为手动。选择把握器为反作用。设定值栏中，将设定值SP 设为60，即需要将液位把握在60%。 配置完成后，点击【确定】按钮，当前PID 把握器的图标将更。（3） 设置执行单元。为了让把握器的输出信号，能够送给执行机构如把握阀，需要在把握组态窗口中引入“带定位器的把握阀”模块。该模块负责接收把握器的OP 输出，并将该输出信号送至流程盘台上的某一个把握阀以把握其开度，到达对流程实施把握的目的。 在模块库的左侧树形名目中，翻开“信号输出”名目，双击“信号输出”图标，右侧将加载“信号输出”模

11、块页。选中“带定位器的把握阀”图标，并将该图标拖动至把握组态窗口中，生成一个的“带定位器的把握阀”模块。 双击该图标，弹出“数据输出点配置”对话框。在该对话框的位号下拉框中，选择要输出的把握阀位号，如以下图所示的为FV1106。数值范围栏中的上、下限框自动根据数据点定义中FV1106 的仪表上下限进展填写。 在数据输出类型栏中，需要设置接收把握器OP 输出的数据类型为确定量还是增量。缺省状况下，模块使用确定量，即代表接收把握器的OP 输出值，即为把握阀的目标开度MV。 配置完成后，点击【确定】按钮，当前PID 把握器的图标将更。（4） 信号连接。完成上述步骤后，把握组态窗口如以下图所示。为了将

12、“变送器”模块检测到的实时数据数据“PID 把握器”模块，并将把握器模块的输出通过“带定位器的把握阀”模块调整流程盘台上的FV1106 把握阀开度，需要在上图所示的图中添加信号线，以连接三个模块。 点击把握组态窗口工具栏中信号线按钮 ，将鼠标移至数据采集点中心黑色实心小圆孔处，待圆孔四周消灭红色方框时单击。然后将鼠标移到PID 把握器图形的左侧小字“PV”处的空心圆点处，待圆孔四周消灭红色方框时再次单击，系统将生成一条从“变送器LI1101”模块至“PID 把握器LIC1101”模块的信号连接线，表示从变送器获得的现场LI1101 液位的实时数据，将作为PV 值被送入LIC1101 把握器。

13、用相像的方法，建立从“LIC1101 把握器”模块的OP处至“带定位器的把握阀FV1106”模块的信号连接，表示PID 把握器的输出OP 值，将被送入“带定位器的把握阀FV1106”模块所对应的把握阀，作为该把握阀的目标开度。至此，针对液位LI1101 的单回路PID 把握系统组态完成。其次局部：针对液位LI1101 的单回路PID 把握系统的仿真分析1、点击工具栏中的按钮 ，建立趋势曲线画面，添加LI1101、FV1106、FV1101 的实时曲线。2、将阀门FV1101 固定开度为33，点击工具栏中的运行按钮3、把握系统投运和把握器参数整定。，让除氧器工程运行起来。把握系统的投运是将系统由

14、手开工作状态切换到自开工作状态的过程。在DCS 中，这一过程是通过将把握器上的手动-自动切换开关按钮 从手动位置切换到自动位置来完成的。该切换过程必需是无平衡、无扰动切换，不应造成被控参数的波动，不应当破坏系统原有的平衡状态。为了保证这一点就必需保证切换时刻把握阀的开度不发生变化。（1） 把握系统的投运在把握器组态画面，选中LIC1101 把握器图标，点击工具栏中的按钮，翻开LIC1101 把握器的操作面板。把握器状态为“手动”，可进展手动把握。不断修改OP 值，也就是不断转变阀门FV1106开度，观看SP 和PV 的值。你会觉察PV 和SP 的值将不断变化，当其值到达50%左右时，将把握器状

15、态设置为“自动”，将把握器投自动。（2） 比例放大倍数的整定点击LIC1101 把握器操作面板的【配置】按钮，翻开LIC1101 把握器配置窗口。将比例增益Kc 设置为5，将SP 由原来的50%变为60%，待液位稳定，观看并记录除氧器液位的趋势曲线。将Kc 改为10，再将SP 由60%变为50%，待液位稳定，观看并记录除氧器液位的趋势曲线。将Kc 改为20，同样修改SP，马上液位SP 由60%变为50%，待液位稳定后再将SP 由50%变为60%，观看并记录除氧器液位的趋势曲线。依据比例增益的特点，不断修改Kc 的值，每修改一次都要通过修改SP 值来参加阶跃干扰，直到除氧器液位的变化曲线到达4:

16、1 衰减比。记录4:1 衰减变化曲线和此时Kc 的值： 。（3） 施加干扰系统稳定之后，将除氧器出口管线阀门FV1101 开度从33 变为50，观看在有扰动的状况下除氧器液位曲线的变化趋势。通过观看可以觉察，经过一段时间的调整，除氧器液位又重到达稳定，也就是说除氧器液位单回路把握系统具有抗干扰的力量。试验完毕时，点击工具栏中的按钮，保存工程。然后关闭SMPT-1000 试验系统。五、小结通过对工业锅炉除氧器液位把握 DCS 系统的设计，初步生疏了 SMPT-1000 试验操作平台，通过对工业锅炉除氧器的简洁 PID 把握，初步把握了 DCS 系统的根本构造和原理，大大增加了实践创力量。为毕业设

17、计打下了良好的设计和实践根底。专业设计任务书、指导书专业设计题目：工业锅炉除氧器液位把握DCS 系统设计.专业设计任务书一、专业设计的内容和要求包括原始数据、技术要求基于试验室水汽热能半实物仿真系统，利用运行在在工控机上的SMPTLAB 组态软件设计典型工业锅炉除氧器液位把握DCS 系统， 配置P、PI 把握器，并对各I/O 实时、动态监控。设计技术要求：1. 生疏SMPT-1000锅炉各组成局部及工艺流程。2. 学会使用系统自带的SMPTLAB 组态软件配置DCS 系统。3. 列出除氧器液位把握系统中的I/O 点表。4. 学习比例(P)调整器、比例积分(PI)调整器的配置和运用。5. 学会常

18、用过程工业中流体液位的把握方法。6. 依据例如工艺制作监控画面。7. 运行和调试制作的监控画面。工作量：利用SMPTLAB 配置 DCS 系统占 30%，制作监控画面占40%， 调试 I/O 与上位机的通讯占30%。二、专业设计参考资料1. SMPT-1000水气热能半实物仿真系统试验手册。2. SMPT-1000使用说明。.专业设计指导书一、 专业设计要点、设计步骤设计要点：生疏嵌入式实时操作系统WinCE，并在工控机上建立典型的过程工业 DCS 把握系统，利用水气热能半实物仿真系统自带的组态软件编制一个工业锅炉的监控画面，实现液位、温度、阀门等开关量、模拟 量的监控，并实现除氧器液位把握系

19、统I/O 与工控机的通讯的调试。设计步骤：1. 建立一个的SMPTLAB 工程。2. 建立上位机与I/O 之间的通讯连接。3. 建立在监控画面中要使用的把握变量或内部变量点。4. 在图形编辑器中画图和进展图形对象的变量定义。5. 在变量记录编辑器中定义要进展周期记录的变量。6. 在报警记录编辑器中定义作为报警的变量点。7. 运行监控画面，在画面上进展操作。二、 主要技术关键的分析、解决思路1. SMPTLAB 实现动画问题，建议参照手册上的内容，先正确配置变量，然后编辑脚本程序。2. 上位机与 I/O 通讯问题，建议参照手册上内容，使用组态软件的通讯设置，调整通讯通道等，先进展一个开关量的调试，然后测试模拟 量通道，再依次进展比例调整器、积分调整器、比例积分调整器的调 试试验，最终联机调试全部汽包上水流量把握子系统。三、专业设计进度安排起 迄 日 期工作内容2022.11.21-2022.11.28在 PC 机上生疏 SMPTLAB 组态环境。2022.11.29-2022.12. 7配置 I./O、各类调整器等。2022.12.8-2022.12.15编制监视画面，并虚拟运行2022.12.16-2022.12.19进展整个把握系统的联调，撰写设计报告