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1、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
2、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) ： 21 系统结构与硬件配置设计 22 控制策略或控制逻辑设计 23 系统组态设计 24 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： 11 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
3、、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； 13 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； 14 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 11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。 12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
4、是否具有可行性，设计图纸是否符合技术规 范。 13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。 14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
5、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
6、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 SIMATIC IPC547C 2 操作员站和工程师站 (2)控制级 序号设备数量备注 1 SD 811电源模件2 24VDC、2.5A 2 TU810 通讯模块1 支持双
7、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 Modulebus Ethernet 工程师站操作员站 控制器 通讯模块 TU810 模拟量输入 模块 AI810 模拟量输出 模块 AO810 现 场 变 送现 场 执 行 机 数字量输出 模块 DO810 7 DIN RAIL 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 DB
8、S308 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，
9、 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
10、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： 位置变送器 调节器 K 一次风母管 位置变送器 管道 一次风挡板 系统 SAMA 图 PT K TRACK A/M H/L K ZT TRACK F(x) ZT A 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420mAKPa FENGPRESS 2 AI 磨煤机热风挡板位置测量信 号 420mA % HOTPOSITION 3 AO 一次风入口挡板位置指令 信号 420mA % YICIPOSITION 4 AI 一次风挡板位置反馈信
11、号420mA % 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