DCS液位集散控制新版系统锅炉液位控制新版系统专业课程设计方案报告Word文档格式.docx
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经过专门通信接口和高速数据通路相连,综合监视系统各单元,管理全系统全部信息。
这是全厂自动化系统最高一层。
只有大规模集散控制系统才含有这一级。
相当于军队中“元帅”,她们所面向使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。
它权限很大,能够监视各部门运行情况,利用历史数据和实时数据估计可能发生多种情况,从企业全局利益出发,帮助企业管理人员进行决议,帮助企业实现其计划目标。
上世纪三四十年代,工业自动化装置采取是分散性控制系统。
也就是全部设备全部是独立运行,不联网控制。
操作员依据生产需求进行计算后,将独立设备特征调整到适合程度,然后就开始工作。
以后采取了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统,实现了一定程度上集中监视、操作和分散控制。
很好适应了工业生产需求。
可是,伴随生产规模和复杂程度不停提升,原有控制系统显得滞后、粗笨、繁冗,因为一台仪表只有一个控制规律,要实现一些复杂控制就很困难。
另外,控制仪表数量越来越多,用原来落后仪表盘控制话,控制盘越来越长,看得人眼睛全部会花掉。
最致命就是老系统之间不便于实现通信,极难分级控制和综合管理。
再一个就是它系统变更比较麻烦,只有经过更换仪表和变更仪表连线才能实现。
第三次科技革命开始后,伴随计算机技术发展,大家开始尝试将计算机用于过程控制。
试图利用计算机所含有功效特点,来克服常规模拟仪表不足。
但当初采取措施是用一台计算机控制几十甚至上百个回路,这么做危险性很高,假如计算机出现故障,会造成很严重后果,这就是所谓“危险集中”。
若采取双机双工系统,虽能够提升系统可靠性,但成本太高,假如工厂生产规模不大,则经济性很差,用户难以接收。
直到上世纪70年代开始,伴随计算机技术日渐成熟,大规模集成电路及微处理器诞生后,大家开始思索是否能将“危险分散”。
就是原来靠一台大计算机完成“艰巨”任务,能否用几十台微处理来完成?
这么话,即使某一处理器坏了,也不至于会“牵一发而动全身”,从而使危险系数大大降低。
答案是肯定。
至此DCS就诞生了。
进入九十年代以后,计算机技术突飞猛进,更多新技术被应用到了DCS之中。
PLC是一个针对次序逻辑控制发展起来电子设备,它关键用于替换不灵活而且粗笨继电器逻辑。
现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛,以至于有些人已做出估计:
基于现场总线FCS将替换DCS成为控制系统主角。
集散控制系统特点
DCS控制系统和常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比,含有很显著特点。
1、系统组成灵活。
从总体上看,DCS就是由各个工作站经过网络通信系统组网而成。
你能够把她想象成“因特网”。
依据生产需求,你能够随时加入或撤去工作站。
系统组态很灵活。
2、操作管理便捷。
DCS人机反馈全部是经过CRT跟键盘、鼠标等实现。
你能够想象成在因特网冲浪一样,你能够监视生产装置乃至整个工厂运行情况。
3、控制功效丰富。
原先用模拟控制回路实现复杂运算,经过高精度微处理器来实现。
4、信息资源共享。
你能够把工作站想象成因特网上各个网站,只要你在DCS系统中,而且权限够大,你就能了解到你要任何参数。
5、安装、调试方便。
相比原先模拟控制系统,那么多飞线头,一大堆类似头发丝电线,DCS系统算是很方便了。
6、安全可靠性高。
DCS系统硬件结构
DCS硬件系统关键由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。
经过通信网络将这些硬件设备连接起来,共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功效。
现场控制站
现场控制站中关键设备是现场控制单元。
现场控制单元式DCS直接和生产过程进行信息交互IO处理系统,它关键任务是进行数据采集及处理,对被控对象实施闭环反馈控制、次序控制和批量控制。
用户能够依据不一样应用需求,选择配置不一样现场控制单元组成现场控制站。
它能够是以面向连续生产过程控制为主,辅以次序逻辑控制,组成一个能够实现多个复杂控制方案现场控制站;
也能够是以次序控制、连锁控制功效为主现场控制站;
还能够是一个对大批量过程信号进行总体信息采集现场控制站。
现场控制站是一个能够独立运行计算机检测控制系统。
因为它是专为过程检测、控制而设计通用型设备,所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等,和通常计算机系统有所不一样。
2.通用版及嵌入版MCGS组态软件
目标:
应用通用版及嵌入版MCGS组态软件基础功效进行简单项目设计、仿真运行。
2.1锅炉液位控制工程文件建立
终极目标:
能建立MCGS新工程。
促成目标:
1)掌握MCGS组态软件安装和运行方法。
2)能进行工程分析,建立工程文件。
2.1.1工作任务
建立水位控制系统工程文件。
2.1.2能力训练
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统)是一套用于快速结构和生成计算机监控系统组态软件,充足利用了Windows图形功效完备、界面一致性好、易学易用特点,比以往使用专用机开发工业控制系统更含有通用性,在自动化领域有着更广泛应用。
MCGS安装
1)开启Windows。
2)在对应驱动器中插入光盘。
插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口(如没有窗口弹出,则从Windows“开始”菜单中,选择“运行...”命令,运行光盘中AutoRun.exe文件),MCGS安装程序窗口图2-2所表示:
3)在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软件通用版”,开启安装程序开始安装。
安装程序将提醒指定安装目录,用户不指定时,系统缺省安装到D:
\MCGS目录下,图2-1所表示:
图2-1安装程序
安装过程大约要连续数分钟,MCGS系统文件安装完成后,安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎,这一过程可能连续几分钟,请耐心等候。
4)安装完成后,安装程序将弹出“设置完成”对话框,上面有两个复选框,“是,我现在要重新开启计算机”和“不,我将梢后重新开启计算机”。
通常在计算机上首次安装时需要选择重新开启计算机,图2-2,按下“结束”按钮,操作系统重新开启,完成安装。
假如选择“不,我将梢后重新开启计算机”,点击“结束”,系统将弹出警告提醒,提醒“请重新开启计算机后再运行MCGS组态软件”。
图2-2安装完成对话窗口
5)安装完成后,Windows操作系统桌面上添加了图所表示两个图标,分别用于开启。
MCGS组态环境和运行环境:
图2-3MCGS桌面图标
同时,Windows开始菜单中也添加了对应MCGS程序组,图2-4所表示。
MCGS程序组包含五项:
MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件和卸载MCGS组态软件。
运行环境和组态环境为软件主体程序,自述文件描述了软件发行时最终信息,MCGS电子文档则包含了相关MCGS最新帮助信息。
图2-4MCGS程序组
MCGS运行方法
1)MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。
可实施文件McgsSet.exe对应于MCGS系统组态环境,可实施文件McgsRun.exe对应于MCGS系统运行环境。
2)MCGS系统安装完成后,在用户指定目录(或系统缺省目录D:
\MCGS)下创建有三个子目录:
Program、Samples和Work。
组态环境和运行环境对应两个实施文件和MCGS中用到设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中,样例工程文件存放在Samples目录下,Work子目录则是用户缺省工作目录。
3)分别运行实施程序McgsSet.exe和McgsRun.exe,就能进入MCGS组态环境和运行环境。
安装完成后,运行环境能自动加载并运行样例工程。
用户可依据需要创建和运行自己新工程。
工程建立
1)用鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项,假如MCGS安装在D:
盘根目录下,则会在D:
\MCGS\WORK\下自动生成新建工程,默认工程名为:
“新建工程X.MCG”(X表示新建工程次序号,如:
0、1、2等)。
2)选择文件菜单中“工程另存为”菜单项,弹出文件保留窗口。
3)在文件名一栏内输入“锅炉液位控制系统+班级+学号”,单击“保留”按钮,工程创建完成。
注意:
文件名中不能包含空格,不然MCGS拒绝运行。
2.1.3拓展知识
(1)常见组态软件有哪些
中国有MCGS、组态王、力控、瑞尔等,国外有西门子Wincc、INTOUCH等。
从结构上说,组态王和MCGS一样,前台动画和后台集成在一起,在运行模式下一起运行。
而力控、瑞尔却由后台驱动、实时数据库和前台三部分组成。
现在国产软件整体性能和国外软件相比虽有些差距,但在通常工程中,国产软件和国外软件已没有任何差异,在一些项目上,国产软件性能比国外软件还要好。
(2)MCGS组态软件常见术语
1)工程:
用户应用系统简称。
引入工程概念,是使复杂计算机专业技术更贴近于一般工程用户。
在MCGS组态环境中生成文件称为工程文件,后缀为.mcg,存放于MCGS目录WORK子目录中。
如:
“D:
\MCGS\WORK\水位控制系统.mcg”。
2)对象:
操作目标和操作环境统称。
如窗口、构件、数据、图形等皆称为对象。
3)选中对象:
鼠标点击窗口或对象,使其处于可操作状态,称此操作为选中对象,被选中对象(包含窗口),也叫目前对象。
4)组态:
在MCGS组态软件开发平台中对五大部分进行对象定义、制作和编辑,并设定其状态特征(属性)参数,将此项工作称为组态。
5)属性:
对象名称、类型、状态、性能及使用方法等特征统称。
6)菜单:
是实施某种功效命令集合。
如系统菜单中“文件”菜单命令,是用来处理和工程文件相关实施命令。
在窗口顶端菜单条内菜单命令称为顶层菜单,通常分为独立菜单项和下拉菜单两种形式,下拉菜单还可分成多级,每一级称为次级子菜单。
7)构件:
含有某种特定功效程序模块,能够用VB,VC等程序设计语言编写,经过编译,生成DLL、OCX等文件。
用户对构件设置一定属性,并和定义数据变量相连接,即可在运行中实现对应功效。
8)策略:
是指对系统运行步骤进行有效控制方法和方法。
9)开启策略:
在进入运行环境后首先运行策略,只运行一次,通常完成系统初始化处理。
该策略由MCGS自动生成,具体处理内容由用户充填。
10)循环策略:
根据用户指定周期时间,循环实施策略块内内容,通常见来完成步骤控制任务。
11)退出策略:
退出运行环境时实施策略。
该策略由MCGS自动生成,自动调用,通常由该策略模块完成系统结束运行前善后处理任务。
12)用户策略:
由用户定义,用来完成特定功效。
用户策略通常由按钮、菜单、其它策略来调用实施。
13)事件策略:
当开关型变量发生跳变时(1到0,或0到1),实施策略,只运行一次。
14)热键策略:
当用户按下定义组合热键(如:
Ctrl+D)时实施策略,只运行一次。
15)可见度:
指对象在窗口内显现实状况态,即可见和不可见。
16)变量类型:
MCGS定义变量有五种类型:
数值型、开关型、字符型、事件型和组对象。
17)事件对象:
用来统计和标识某种事件产生或状态改变。
如开关量状态发生改变。
18)组对象:
用来存放含有相同存盘属性多个变量集合,内部组员可包含多个其它类型变量。
组对象只是对相关联某一类数据对象整体表示方法,而实际操作则均针对每个组员进行。
19)动画刷新周期:
动画更新速度,即颜色变换、物体运动、液面升降快慢等,单位为ms。
20)父设备:
本身没有特定功效,但能够和其它设备一起和计算机进行数据交换硬件设备。
串口通讯父设备。
21)子设备:
必需经过一个父设备和计算机进行通讯设备。
浙大中控JL-26无纸统计仪、研华4017模块等。
22)模拟设备:
在对工程文件测试时,提供可改变数据内部设备,可提供多个改变方法,如正弦波、三角波等。
23)数据库存盘文件:
MCGS工程文件在硬盘中存放时文件,类型为MDB文件,通常以工程文件文件名+“D”进行命名,存放在MCGS目录下WORK子目录中,如D:
\MCGS\WORK\水位控制系统D.MDB。
2.2锅炉液位控制画面设计
2.2.1教学目标
终极目标:
掌握MCGS画面设计方法。
促成目标:
1)掌握绘图工具箱使用。
2)掌握实时数据库创建方法。
3)能实现图形动画控制效果。
2.2.2工作任务
完成水位控制系统画面制作,实现动画控制效果。
2.2.3能力训练
MCGS生成用户应用系统,其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成,图2-5所表示。
图2-5用户应用系统
图2-6MCGS组态平台
1.建立新画面
(1)新建窗口在图2-6所表示MCGS组态平台上,单击“用户窗口”,在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮,则产生新建“窗口0”。
选中“窗口0”,单击“窗口属性”,进入图2-7所表示“用户窗口属性设置”对话框,将“窗口名称”改为“水位控制”;
将“窗口标题”改为“水位控制”;
在“窗口位置是、”中选中“最大化显示”,其它不变,单击“确定”按钮。
图2-7用户窗口属性设置
选中“水位控制”,单击“动画组态”,进入图2-8所表示“动画制作”窗口。
图2-8“动画制作”窗口
(2)工具箱使用单击工具条中工具箱按钮,则打开动画工具箱,图2-9所表示。
a)b)
图2-9动画工具箱及系统图符对象
图标
对应于选择器,用于在图形时选择用户窗口中指定图形对象;
图标
用于打开和关闭系统图符工具箱,常见图符工具箱包含27种常见图符对象。
图形对象放置在用户窗口中,是组成用户应用系统图形界面最小单元,MCGS中图形对象包含图元对象、图符对象和动画构件3种类型,不一样类型图形对象有不一样属性,所能完成功效也各不相同。
MCGS图元是以向量图形格式存在,依据需要可随意移动图元位置和改变图元大小,在工具箱中提供了8种图元。
为了快速构图和组态,MCGS系统内部提供了27种常见图符对象,称为系统图符对象。
图2-9b所表示。
(3)制作文字框图用鼠标单击图2-9a所表示“标签”按钮
,鼠标光标变为“十”字形,在窗口任何位置拖拽鼠标,拉出一个一定大小矩形。
建立矩形框后,光标在其内闪烁,可直接输入文字“水位控制系统演示工程”,按回车键或在窗口任意位置用鼠标单击一下,文字输入过程结束。
假如用户想改变矩形内文字,先选汉字字标签,按回车键或空格键,光标显示在文字起始位置,即可进行文字修改。
(4)设置框图颜色设置框图颜色图2-10所表示。
1)设定文字框颜色:
选汉字字框,按“填充色”按钮
,设定文字框背景颜色(本例设为无填充色);
按“线色”按钮
改变文字框边线颜色(本例设为没有边线)。
则设定结果是,不显示框图,只显示文字。
a)文字框颜色设定b)文字颜色设定
图2-10设置框图颜色
2)设定文字颜色:
按“字符字体”按钮
改变文字字体和大小。
按“字符颜色”按钮
,改变文字颜色(本例设为蓝色)。
(5)对象元件库管理单击“工具”菜单,选中“对象元件库管理”打开动画工具箱,工具箱中图标
用于从对象元件库中读取存盘图形对象;
用于把目前用户窗口中选中图形对象存入对象元件库中。
图2-11对象元件库管理
从图2-11所表示“对象元件库管理”中“储藏罐”中选择中意罐,按“确定”按钮,则所选中罐出现在桌面左上角,能够改变其大小及位置,如“罐17”、“罐53”。
(6)流动块构件制作流动水是用图2-9a所表示“动画工具箱”中“流动块”构件制作。
选中工具箱内“流动块”动画构件
。
移动鼠标至窗口预定位置,(鼠标光标变为“十”字形),按下鼠标左键,移动鼠标,在鼠标光标后形成一道虚线,拖动一定距离后,单击鼠标,生成一段流动块。
再拖动鼠标(可沿原来方向,也可垂直于原来方向),生成下一段流动块。
当用户想结束绘制时,双击鼠标即可;
当用户想修改流动块时,先选中流动块(流动块周围出现选中标志:
白色小方块),鼠标指针指向小方块,按住左键不放,拖动鼠标,调整形状。
3.被控对象设计
3.1试验装置介绍
该系统试验装置包含水箱、水槽、锅炉各一个,多种变送仪表累计八块,和多种管道阀门若干。
由本系统各试验装置可组成锅炉进水流量定值调整,并联管路压力定值调整,锅炉液位定值调整等系统经典生产工艺步骤。
试验装置清单以下:
水槽一个
水箱一个
锅炉一个
水泵一个
电磁流量传感器两个(FE1,FE2)
LD2—4B型电磁流量转换器两个(FIT1,FIT2)
DYBG压力变送器两个(LT1,LT2)
QS智能型电动调整阀两块(M1,M2)
管线和阀门若干
表3.1试验装置清单
3.2被控对象特征说明(过程工艺分析)
本系统中被控对象是锅炉,因锅炉是用于加热容器,所以存在上下限制值,而且因为加热效率等问题,就期望锅炉液位能够稳定在某一给定值上,所以以锅炉液位作为被控变量,进水发门开度为控制变量。
以锅炉液位为反馈变量组成单回路控制系统,并采取PID算法进行控制,经过改变阀门开度,实现锅炉水位稳定在给定值周围目标。
3.3被控对象结构设计
为实现上述对象特征,完成对被控对象控制,需将管路中阀门按下表设置。
阀门标号
状态
V25
开
V35
V40
V21
V51
V30
V33
V39
V38
V42
V43
V27
3.4被控对象工艺步骤图
图3.1被控对象工艺步骤图
4.控制系统设计
4.1控制系统原理分析及控制方案设计
(1)依据所组态被控生产步骤(被控对象)工艺要求,确定控制系统控制方案为单回路控制系统,要求控制系统原理框图以下:
(2)依据被控对象生产步骤和控制要求,确定调整阀为气开形式,控制器为反作用空控制。
图4.1系统原理方框图
(3)工艺管道步骤图
图4.2工艺管道步骤图
4.2一次仪表选型设计
依据被控对象组态设计,确定“EFPT过程控制试验装置”中一次仪表使用情况,查阅一次仪表型号、量程等参数。
(1)编制一次仪表位号如表4.1
表4.1次仪表位号
仪表型号
仪表位号
功效
QS智能型电动调整阀QSVP-16K
M1
调整进水阀位
M2
调整出水阀位
电磁流量传感器
LDG——10S
FE1
测量进水流量
FE2
测量出水流量
LD2-4B型电磁流量转换器
FIT1
显示进水流量
FIT2
显示出水流量
DYBG压力变送器
LT1
水箱液位
LT2
锅炉液位
(2)列出一次仪表选型表。
仪表
型号
参
数
公称通径:
20MM
流量范围:
0~0.3M^3/h
输出信号:
4~20MA
防爆标志:
ibⅡCT6
公称压力:
16MPa
工作温度:
0~120℃
负载电阻:
0~250Ω
输出:
4~20mA-DC
介质温度:
-40~200℃
工作压力:
4MPa
电源220V,50HZ
量程0~4kPa
信号范围:
4~20MADAC
正确度:
1级
消耗功率<
30VA
工作压力:
68kPa
行程:
SCD:
10MM
SCC:
16MM
防护等级:
ZP65
精度:
0.5
表4.2一次仪表选型表
4.3DCS选型设计
(1)I/O清单表4.3以下:
表4.3I/O清单表
信号类型
不冗余点数
荣誉点数
总点数
AL电流信号
6
AO模拟量输出
2
(2)依据系统I/O清单,确定DCS硬件配置清单表4.4以下:
卡件名称
卡件代码
卡件数量
卡件
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