1、華州電力去呼課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2014-2015年度第二學(xué)期）名 稱：控制裝置與儀表A（DCS部分）課程設(shè)計(jì)題 目：過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)組態(tài)院系：自動(dòng)化系班級(jí)：測(cè)控1201班學(xué)號(hào)：201202030102學(xué)生姓名：蔡文斌指導(dǎo)教師：翟永杰設(shè)計(jì)周數(shù)：二1成 績(jī)：日期：2015年7月15日?qǐng)?bào)告書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求1.1 設(shè)計(jì)目的1. 了解DCS應(yīng)用過(guò)程中的主要工作內(nèi)容及應(yīng)該注意的問(wèn)題，并能根據(jù)應(yīng)用目的， 進(jìn)行分散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組態(tài)、調(diào)試操作等工作。2 .以LN2000分散控制系統(tǒng)為平臺(tái)，完成過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的組態(tài)。3 .進(jìn)彳T DCS的調(diào)試工作。1.2主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)分為組態(tài)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試兩個(gè)部分。1.

2、2.1 組態(tài)設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)配置組態(tài)主要是指DCS中工程師站、操作員站、控制站的主機(jī)系統(tǒng)配置信息及外設(shè)類型，I/O 卡件信息，電源布置，控制柜內(nèi)安裝接線等。此部分內(nèi)容作為了解內(nèi)容，不進(jìn)行具體組態(tài)。（二）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)是系統(tǒng)組態(tài)中應(yīng)盡早完成的工作，因?yàn)橹挥杏辛藬?shù)據(jù)庫(kù)，其他的組態(tài)工作（控制回路組態(tài)、畫(huà)面組態(tài)等）才可以調(diào)試。數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)一般通過(guò)專用軟件進(jìn)行，數(shù)據(jù)錄入時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，數(shù)據(jù)庫(kù)中一個(gè)小的錯(cuò)誤就會(huì)給運(yùn)行帶來(lái)極大的麻煩，如造成顯示錯(cuò)誤、操作不當(dāng)甚至死機(jī)故障。（三）控制算法組態(tài)控制算法組態(tài)指的是將系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的模擬量控制、開(kāi)關(guān)量控制等功能用 DC新法予以實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)以主汽溫度串級(jí)控制策

3、略為對(duì)象，并且模擬控制對(duì)象，構(gòu)成閉環(huán)回路，完成這些控制算法的組態(tài)工作。（四）操作員站顯示畫(huà)面組態(tài)運(yùn)行人員主要通過(guò)操作員站畫(huà)面來(lái)觀察生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行情況，并通過(guò)畫(huà)面提供的軟操作器來(lái)干預(yù)生產(chǎn)過(guò)程，因此畫(huà)面設(shè)計(jì)是否合理、操作是否方便都會(huì)對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)關(guān)于主汽溫控制的簡(jiǎn)單流程圖畫(huà)面、趨勢(shì)畫(huà)面、參數(shù)顯示畫(huà)面、操作畫(huà)面，并把有關(guān)的動(dòng)態(tài)點(diǎn)同控制算法連接起來(lái)。（五）報(bào)警顯示在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行溫度報(bào)警值設(shè)置，在運(yùn)行界面中顯示報(bào)警窗口。3本設(shè)計(jì)要求能夠模擬實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。（六）趨勢(shì)組態(tài)顯示需要觀察的數(shù)據(jù)點(diǎn)趨勢(shì)圖。1.2.2 系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計(jì)要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。實(shí)際工作中的動(dòng)態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相連時(shí)的調(diào)試

4、。 由于生產(chǎn)過(guò)程已經(jīng)處于運(yùn)行 或試運(yùn)行階段，此時(shí)應(yīng)以觀察為主，當(dāng)涉及到必需的系統(tǒng)修改時(shí)， 應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備及安全 措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。動(dòng)態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容：1）觀察過(guò)程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作是否正常；2）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當(dāng)時(shí)候投入自動(dòng)運(yùn)行；3）對(duì)控制回路進(jìn)行在線整定；4）當(dāng)系統(tǒng)存在較大問(wèn)題時(shí)，如需進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測(cè)點(diǎn)等，應(yīng)盡量在停機(jī)狀態(tài)卜重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進(jìn)行在線組態(tài)， 但要熟悉在線組態(tài)的各個(gè)環(huán)節(jié)并做好 應(yīng)急措施。1.2 串級(jí)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)圖1所示的串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，只要導(dǎo)前汽溫2發(fā)生變化，副調(diào)節(jié)器

5、p就去改變減溫主調(diào)節(jié)PI"1恢復(fù)到則一水流量 玲，初步維持后級(jí)過(guò)熱器入口汽溫力在一定范圍內(nèi)，起粗調(diào)作用。而過(guò)熱器出口汽W6的變化，直到溫句的控制，則是通過(guò)主調(diào)節(jié)器 PI來(lái)校正副調(diào)節(jié)器工作， 只要內(nèi)未達(dá)到給定值, 的輸出信號(hào)就不斷遞變化，使副調(diào)節(jié)器不斷去控制減溫水噴水量給定值為止。穩(wěn)態(tài)時(shí)，導(dǎo)前汽溫 °2可能穩(wěn)定在與原來(lái)數(shù)值不同的數(shù)值上，而主汽溫在串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)中，由于兩個(gè)回路的任務(wù)及動(dòng)態(tài)特性不同，可以選用不同的調(diào)節(jié)器。副回路及副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是快速消除內(nèi)擾，要求控制過(guò)程的持續(xù)時(shí)間較短，但不要求無(wú)差，故一般可選用純比例調(diào)節(jié)器。當(dāng)?shù)角捌麥貞T性較大時(shí)，也可選用比例微分調(diào)節(jié)器。主回路

6、及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是維持 由恒定，一般選用比例積分調(diào)節(jié)器。當(dāng)過(guò)熱器惰性區(qū)較大時(shí)，也可選用比例、積分、微分調(diào)節(jié)器。1.3 串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐過(guò)熱汽溫控制采用串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)方框圖如圖2。已知系統(tǒng)中被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：被控對(duì)象導(dǎo)前區(qū)： W2(s)= 一"L = 018- (C /%)W (1 15s)圖2串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)構(gòu)成二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1 用級(jí)控制系統(tǒng)和單回路控制系統(tǒng)的比較2.1.1 用級(jí)控制系統(tǒng)(一)串級(jí)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)圖串級(jí)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)圖如圖3所示。Hp娶素統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)文樣的家言咱站的配置怪圾配置37據(jù)月配題a互看M蝴牛切嗓向超的制。自1茁暗K陷n屏*Rr

7、aDPU_20| 1 s 1點(diǎn)名I說(shuō)明I播炭號(hào)單位當(dāng)?shù)闹礟V1*唐汽溫度工QOP在物器噴出0PS七0PT上汽出匚起度0SPDO設(shè)出g狂雷!黑狀態(tài)t01圖3串級(jí)汽溫控制系統(tǒng)構(gòu)成9（二）串級(jí)控制系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)圖串級(jí)控制邏輯 SAM闔如圖4和圖5所示。IPVISP 了 依Te 5 PHDKTI g一二H57魚(yú)1-B521664,必1-14圖4第一頁(yè)SAM福圖5第二頁(yè)SAM福（三）串級(jí)控制系統(tǒng)流程界面組態(tài)圖串級(jí)控制系統(tǒng)流程界面圖組態(tài)如圖6所示。Bfll一用福油器反樂(lè)掛司閥FV1 PV2 SP 0P圖6串級(jí)控制系統(tǒng)流程界面圖組態(tài)圖甘溫 FVI號(hào)前海PV2設(shè)定值 SP校制器黜DP(四)串級(jí)控制系統(tǒng)操作窗

8、口組態(tài)圖串級(jí)控制系統(tǒng)操作窗口組態(tài)圖如圖7所示。嗨 辛«005圖形 =1亙1|EJ3文件的帝輯排列(A) 工具EP三圜庠fL 數(shù)靠寫(xiě)16 后口 (W) 整助(H)今日醞ZI叵E圖7串級(jí)控制系統(tǒng)操作窗口組態(tài)圖手動(dòng)aac王汽溫 PV1導(dǎo)前汽溫 PV2設(shè)定值 SP1控制器輸出 OP(五)串級(jí)控制系統(tǒng)趨勢(shì)圖串級(jí)控制系統(tǒng)在給定值擾動(dòng)下的趨勢(shì)圖如圖8所示V P低;導(dǎo)郭溫莊600.00600.00550.00100.00 o,-oo. 44O.ro 450.00 450. 0CMinsV 酬：也£蓄慚出圖11單回路控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)圖11圖8串級(jí)控制系統(tǒng)在給定值擾動(dòng)下的趨勢(shì)圖串級(jí)控制系統(tǒng)在

9、外擾下的趨勢(shì)圖如圖9所示。0 Mins6口也M600. 00550. QO too. 000.00440. 00450.00450. 04)4S:U 期二設(shè)定值PVL主索汽溫度P*'2：導(dǎo)m溫度0P二控制器輸出ftrr圖9串級(jí)控制系統(tǒng)在外擾下的趨勢(shì)圖2.1.2 單回路控制系統(tǒng)（一）單回路控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)圖單回路控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)圖如圖11所示。真件氐 才喘口百貨工用瀾霄111苞長(zhǎng)隹普工1中#皿 珈和看胤 朝屋如白 卜時(shí)¥ 偏施TW斯號(hào)引o D o o ITrE r-陽(yáng)21礴%出fii（二）單回路控制系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)圖單回路控制系統(tǒng)控制邏輯組態(tài)圖如圖12和圖13所示。PT1上

10、極辿器液汽出口溫度圖12第一頁(yè)SAMA®部44邑一d1700脛制雷優(yōu)毒SP1設(shè)定值圖13第二頁(yè)SAMAa19（三）單回路控制系統(tǒng)流程界面組態(tài)圖單回路控制系統(tǒng)流程界面組態(tài)圖如圖14所示。剛DTnQM 腫0mspiFTM-C05AK06圖14單回路控制系統(tǒng)流程界面組態(tài)圖（四）單回路控制系統(tǒng)操作窗口組態(tài)圖單回路控制系統(tǒng)操作窗口組態(tài)圖如圖15所示。圖15單回路控制系統(tǒng)操作窗口組態(tài)圖（五）單回路控制系統(tǒng)趨勢(shì)圖單回路控制系統(tǒng)在給定值擾動(dòng)下趨勢(shì)圖如圖16。GOC.OO 600. 00200.0043:0SP1:設(shè)定值 P主熱汽昌度 0P1:控制黠輸出36:024:012:00.00450.0045

11、0.006D:QB 539.33X0 Kins圖16單回路控制系統(tǒng)在給定值擾動(dòng)下趨勢(shì)圖單回路控制系統(tǒng)在外擾下趨勢(shì)圖如圖17。 MO. 00eoo oo m on36:0 0.00 450,00 450.0043:0sn：設(shè)定值PV:主蒸汽居度OP1:控制叁輸出圖17單回路控制系統(tǒng)在外擾下趨勢(shì)圖三、課程設(shè)計(jì)分析和總結(jié)3.1課程設(shè)計(jì)分析（一）串級(jí)控制系統(tǒng)中無(wú)擾切換的實(shí)現(xiàn)在監(jiān)視與操作過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)穩(wěn)態(tài)時(shí)，控制器有一定的輸出，若這時(shí)切自動(dòng)，輸出會(huì)突然變成零，其原因在于PID控制器沒(méi)有進(jìn)行組態(tài)跟蹤， 在SAM闔中進(jìn)行組態(tài)跟蹤。如圖21,可實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。37i-ia29C©控制器輸出OP

12、1小31：槍 控審?fù)罓顟B(tài)DOM5341145spM6 圖21實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換的兩路跟蹤示意圖 (1)手動(dòng)投自動(dòng)時(shí)無(wú)擾動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤M/A站手動(dòng)輸出，主調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)跟蹤導(dǎo)前氣溫溫度信號(hào)。將M/A站的輸出反饋到副調(diào)節(jié)器 PID2的跟蹤端，因串級(jí)系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器 PID2 在不斷工作，只有使其輸出為零， 才能實(shí)現(xiàn)無(wú)擾，因此還需使副調(diào)節(jié)器 PID2的PV反饋到主 調(diào)節(jié)器PID1的TR端。這樣，手動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器 PID2模塊因跟蹤PV2,其輸出增量為零， 使得PID2的輸出值等于 M/A站的輸出值，從而使切換瞬間無(wú)擾動(dòng)。(2)自動(dòng)切手動(dòng)無(wú)擾動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：自動(dòng)切向手動(dòng)的瞬間輸出值等于

13、切換前的自動(dòng)輸出值，故切換瞬間不產(chǎn)生擾動(dòng)。 在這之后，調(diào)節(jié)器的輸出是在原來(lái)的基礎(chǔ)上加增量，也不會(huì)發(fā)生突變，因此達(dá)到了無(wú)擾動(dòng)切換的目的。(二)主副調(diào)節(jié)器正反作用的確定(1)判斷主調(diào)節(jié)器 PID1作用導(dǎo)前汽溫溫度的升高會(huì)導(dǎo)致主氣溫溫度的升高，從而使主調(diào)節(jié)器的PV值升高，此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度增大，即增大M/A模塊的Y值，而副P(pán)ID調(diào)節(jié)器的輸出AO值和PV值都會(huì)增大， 故SP應(yīng)減小，故主調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用。(2)判斷副調(diào)節(jié)器PID2作用當(dāng)導(dǎo)前汽溫溫度升高時(shí)，需要調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度增大，即增大M/A模塊的Y值，故副P(pán)ID調(diào)節(jié)器的輸出AO值應(yīng)增大，又因?yàn)閷?dǎo)前汽溫溫度的升高會(huì)使副 PID調(diào)節(jié)器的PV值增大，故 副調(diào)節(jié)

14、器應(yīng)為正作用。（三）PID參數(shù)整定的步驟及方法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值預(yù)設(shè)置 PID參數(shù)，再進(jìn)行調(diào)試調(diào)整。先令SP為540攝氏度，閥門(mén)開(kāi)度為50% 手動(dòng)調(diào)節(jié)至平衡，即使主汽溫值為540攝氏度為止，然后調(diào)自動(dòng)，將SP改為550攝氏度，觀察主氣溫值的變化，看是否可變?yōu)?50攝氏度，若不能，則調(diào)節(jié)兩個(gè)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直至在550攝氏度時(shí)穩(wěn)定為止，之后再改變一下SP值，若主氣溫值能隨其改變，則說(shuō)明參數(shù)已調(diào)好。方法：提出一種穩(wěn)定域約束的串級(jí) PID控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，首先要得到串級(jí)PID控制器參數(shù)的穩(wěn)定域約束條件然后利用遺傳尋優(yōu)算法獲得ITAE性能指標(biāo)最優(yōu)的串級(jí) PID控制器參數(shù)。而我在實(shí)驗(yàn)中用的是拼湊法和經(jīng)驗(yàn)

15、法， 通過(guò)觀察趨勢(shì)曲線來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè) PID的參數(shù)， 通過(guò)反復(fù)改動(dòng)使得參數(shù)合適。（四）設(shè)定值擾動(dòng)及外擾情況下系統(tǒng)的響應(yīng)及分析當(dāng)設(shè)定值擾動(dòng)使得設(shè)定值增大或者減小時(shí)，主副調(diào)節(jié)器作用，使得閥門(mén)開(kāi)度減小或者增大，主汽溫輸出值增大或者減小，最終主汽溫輸出值等于設(shè)定值。當(dāng)外部擾動(dòng)使得主汽溫輸出值增大時(shí)，使得PID調(diào)節(jié)器變化，主調(diào)節(jié)器反作用，副調(diào)節(jié)器正作用，使得閥門(mén)開(kāi)度增大，從而調(diào)節(jié)主汽溫輸出值降低，達(dá)到設(shè)定值。反之，當(dāng)外部擾 動(dòng)使得主汽溫輸出值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器作用，使得閥門(mén)開(kāi)度減小，從而調(diào)節(jié)主汽溫輸出值升高，達(dá)到設(shè)定值。（五）單回路控制與串級(jí)控制的對(duì)比分析在選用串級(jí)控制的時(shí)候，當(dāng)出現(xiàn)定值擾動(dòng)及外部擾動(dòng)時(shí)，主汽溫仍能快速的跟蹤。當(dāng)去掉一個(gè)PID模塊，即去掉副調(diào)節(jié)器構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)時(shí)，需要把PID模塊的動(dòng)作方向改為正作用。類似串級(jí)控制的調(diào)試方法，但是在手動(dòng)投到自動(dòng)時(shí)，控制器輸出直接跳變到100,主汽溫?zé)o法跟蹤設(shè)定值。 3.2課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)4天的DCSFB分的課程設(shè)計(jì)，我成功的完成了完成過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的組態(tài)并進(jìn)行 DCS的調(diào)試工作，同時(shí)對(duì)電廠的 DCS的有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì) 分散控制系統(tǒng)