基于DCS的温度控制系统的设计与应用.doc

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2009届毕业设计说明书

基于DCS的温度控制系统的设计与应用

院、部：

电气与信息工程学院

学生姓名：

指导教师：

职称

专业：

自动化

班级：

完成时间：

2013年5月

摘要

温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。

在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有着极为重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。

对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。

DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便、运行安全可靠的特点。

它能够适应工业生产过程的各种需要，进一步提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率，保证生产安全。

本文介绍了DCS的组态、下装及控制原理，完成了DCS温度定值控制系统的设计，通过操作员站、DCS分布式过程控制系统、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置，对温度进行定值控制，并对结果进行了讨论和总结。

这次设计可以使我了解DCS的控制原理和使用方法，为以后的学习和工作奠定基础。

关键词：

DCS；温度定值控制；组态

ABSTRACT

Temperatureisthecommonindustrialproductionprocessparameter,anyphysicalchangeandchemicalreactionprocesscloselyisrelatedwiththetemperature.Inscientificresearchandproductionpracticeinmanyfieldsoftemperaturecontrolintheoccupiedanextremelyimportantpositionespeciallyinthemetallurgical,chemical,buildingmaterials,food,machinery,petroleumindustry,whichplayadecisiverolerole.Fordifferentproductionconditionsandtechnologicalrequirementsoftemperaturecontrol,thewayofheating,fuel,controlschemeisalsodifferent.DCShavestronggenerality,flexiblesystemconfiguration,controlfunctionconcentratedoperationoftheperfect,convenientdataprocessing,display,man-machineinterfacefriendly,simpleinstallation,convenientdebuggingandrunningcharacteristicsofsafeandreliable.Itisabletomeettheneedsofindustrialproductionprocessofallkinds,tofurtherimprovethelevelofproductionautomationandmanagementlevel,improvelaborproductivity,ensuresafeproduction.ThispaperintroducesthecurrentsituationofthedevelopmentoftheDCScontrolsystem,allkindsofTemperaturecharacteristics,DCSconfiguration,removetheatricalmakeupandcostumeandcontrolprinciple,completedtheDCSrealizeTemperaturesettingvaluecontrolsystemexperimentdevelopment,throughtheoperatorsstand,DCSdistributedprocesscontrolsystem,THJ-3typeofadvancedprocesscontrolobjectsystemexperimentdevicefortheTemperatureinfixedvaluecontrol,theexperimentalresultsarediscussedandsummarizedinthispaper.ThisexperimentcanmakeIunderstandtheDCScontrolprincipleandmethodofuse,forthefuturestudyandworklaythefoundation.

Keywords:

DCS；Temperaturesettingvaluecontrol；Theconfiguration

目录

1绪论 1

2系统设计方案 3

2.1任务和要求 3

2.2设计方案和工作原理 3

2.1.1设计方案 3

2.2.2PID原理和特点 3

2.2.3PID控制参数整定方法 4

3系统硬件设计 6

3.1控制对象 6

3.1.1THJ-3过程装置简介 6

3.1.2各模块的功能介绍 7

3.2.控制系统 8

3.2.1MACS系统简介 8

3.2.2各模块的介绍 9

4系统软件设计 11

4.1MACS系统软件介绍 11

4.2MACSV组态 11

4.2.1建立工程 11

4.2.2设备组态 14

4.2.3服务器算法组态 17

4.2.4控制器算法组态 17

4.2.5图形组态 18

5系统调试 21

5.1调试步骤 21

5.2调试结果 22

6结束语 29

参考文献 30

致谢 31

1绪论

过程控制是自动化的重要分支，其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、建材、环境等众多的领域，在国民经济中占有极其重要的地位。

无论是在现代复杂工业生产过程中还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着非常重要的作用。

过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数（温度、压力、流量、物位、成分、湿度、PH值和物性等）进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，是连续型生产过程自动的进行下去。

实际的生产过程千变万化，要解决生产过程的各种控制问题必须采用有针对性的特殊方法与途径。

这就是过程控制要研究和解决的问题。

温度是一个描述物体物理特性的冷热程度的物理量，但是对于工业生产、日常生活过程，它却有极其很重要的作用。

控制温度对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都有重要影响，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度更是重中之重。

无论是在生活中还是在工业生产过程中，在某些环节中如果温度发生变化也许会带来不同程度的影响，水温的高低可能直接影响到设备的安全和使用寿命，发生严重的安全事故或者给产品的质量和产量带来一系列问题。

锅炉在日常生活生产中的影响非常大。

在锅炉里面燃烧化石燃料（比如说煤、石油、天然气等）产生的热水或水蒸汽的可直接提供工农业生产和生活所需要的热能。

早在200多年前锅炉就已经问世，但锅炉在工业方面的应用和发展是最近几十年才开始的。

在国外，工农业中对锅炉的控制在五六十年代发展的最快，于七十年代发展至最高点。

反观我国，锅炉在新中国成立以后才开始建立和发展在工农业方面的应用。

上海在1953年率先成立了一座上海锅炉厂。

鉴于锅炉在工农业生产生活中所扮演的角色的不同，我们把锅炉分为三类：

发电厂使用的是电站锅炉；居民所需要的热水和取暖所需要的是生产锅炉；工农业生产需要的驱动机械的能源则是由工业锅炉来提供的。

在锅炉日渐为工农业生产生活提供方便的时候，问题也随之产生，那就是对于锅炉的控制问题。

随着科学技术发展，控制理论和技术也有了很大的发展，对于锅炉的自动化控制的掌握程度也在慢慢的提高。

从六十年代第一台计算机在控制中的应用开始，并随着计算机科学技术以及通信、控制技术等等的快速发展，人们对于锅炉的自动化控制中也逐渐的采用了计算机。

锅炉的自动控制技术从三四十年代的单参数仪表控制开始，经历了四五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，一直到六十年代兴起的计算机过程控制，越来越说明了计算机正在成为这一领域的主要角色并且在锅炉的自动控制的适用范围越来越广。

在工农业生产生活中，对于一些工艺过程，温度的浮动直接会对产品的质量以及产量产生影响，在这种情况下，设计出一套针对温度的较为理想的控制系统会非常有价值。

国外从1970左右就开始研究如何对温度进行控制。

在1970年至1979年这段时间内，温度控制技术简单来说就是利用模拟式的组合仪表来采集工农业生产过程中的信息，然后再进行计算、推导，对温度进行记录和控制。

一直到1989年左右分布式系统才第一次出现在世人面前。

到了21世纪10年代，也就是2012年，世界各国的科学家们已经在开始研发那种由计算机来采集和控制信息的“多因子综合控制系统”了。

随着科学技术的快速发展，温度控制技术也随之逐步提高，甚至有些国家已经在向着更高的自动化控制水平——无人化自动控制发展了。

中国虽然在世界上影响力不小，但是中国的发展并比不上发达国家。

作为发展中国家，相对于其他发达国家，我国的科学家们在1980年才开始在吸取其他国家技术的基础上慢慢地学习并掌握针对单项环境因子的温度室内微机技术。

现如今，我国对涉及到微机的温度控制技术已经由吸取经验到简单应用再向着综合应用方向发展。

但是现在我们还没有真正的多参数综合控制系统，比起其他国家，我国在技术上还是落后不少。

眼下我国的温度测控技术比起国外工厂化的温度测控技术仍然差得很远，在实际生产中我国的温控系统的软件、硬件资源还是不能共享，不能达到很高的产业化水平，装备也不能很好的配套，这些难题都需要科学家、技术人员去解决。

到目前为止，我国在温度的控制这方面仍然比较落后，总体水平处于20世纪80年代中后期水平，要想用于一些控制滞后、复杂、时变的温度系统控制，还是有不小的困难。

至于更高控制要求的智能化、自适应控制仪表，和发达国家相比还是有不少的差距。

在形成商品化、控制参数自整定方面，我们还没