学生毕业论文(设计) .doc
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1、学生毕业论文(设计)题 目: CS2000三位槽自控设计 姓 名: 宋明 学 号: 201201010003 系 别: 自信系 班 级: 自动化1212 指导教师: 李丽霞(副教授)钟国华(高级工程师) 2012年 12 月 10 日声明本人郑重声明,此次论文的整个过程设计中,并无窃取他人成果,是在指导老师李丽霞的精心教导和本组成员共同努力下,完成了此篇论文。本文不包含任何个人和集体已发表或撰写过的研究成果,对此次论文设计的个人和集体均在本文已明确方式表明。 作者:宋明 日期:2014.12.10CS2000三位槽装置自控设计说明【摘要】本次毕业设计的课题项目是CS2000三位槽装置自控设计,
2、该装置是集智能仪表技术、故障排除、自动控制技术,且结合相关控制理论教科书。本次项目采用了浙大中控的JX-300XP DCS 系统。在工业控制系统中简单、串级控制系统占大多数,因此,本次设计我们采用三个简单回路和一个串级控制系统,符合我理论联系实际的学习作风。本次设计分为三个阶段;第一阶段初步完成项目各任务的实际,第二阶段完善和确定各任务的设计,第三阶段整理工作。本次设计的意义,引导我们从实际应用出发,综合考虑控制要求和经济利益来设计控制系统;培养我们综合素质。【关键词】 控制 智能 串级 回路CS2000 3-slot Device Control Design Descriptions【Ab
3、stract】The graduation design projects is CS2000 three slot control design, this device is the collection of intelligent instrument technology and troubleshooting, automatic control technology, and unifies the related textbooks control theory and knowledge. The project adopts the zhejiang university
4、of central JX - 300XP DCS system.In industrial control system is simple, cascade control system majority, accordingly, the design we adopt three simple loop and a cascade control system, accord with my theory with practice learning style. This design is divided into three stages, The first phase of
5、each task completed preliminary project reality, the second phase perfect and determines various tasks, the design of the third phase finishing work. This design, the significance of leads us from actual application perspective, comprehensive and consider control requirements and economic interests
6、to design the control system; Foster our comprehensive quality.【Keywords】 Control Intelligent Cascade Circuits 目 录引 言6第一章CS2000三位槽装置项目组态71.1工艺简介71.1.1 工艺简介71.1.2 CS2000型体统主要特点71.2组成结构71.2.1 检测装置71.2.2 执行装置81.3 组态要求81.3.1 工艺常规控制方案81.3.2 控制站及操作站配置91.3.3 操作小组配置91.3.4 用户配置91.3.5 监控操作要求10第二章 自动控制方案的确定12
7、2.1自动控制方案的确定122.1.1串级控制系统122.1.2简单控制系统13第三章 检测控制回路图14第四章 控制装置的选择154.1 DCS系统品种的选择154.2 DCS的主要功能如下15第五章 仪表选型165.1选型原则165.1.1 弹簧管压力表(就地显示)165.1.2流量变送器165.1.3温度变送器175.1.4液位变送器175.1.5控制阀17第六章 DCS软件组态196.1 组态步骤:196.1.1 用户授权管理196.1.2 硬件组态196.2 仿真运行结果216.2.1 流程图监控画面216.2.2 调整画面监控图226.2.3 故障诊断画面226.2.4 数据一览画
8、面236.2.5 常规回路监控画面236.2.6 趋势图监控画面246.2.7 报表输出画面25第七章 仪表供电系统设计267.1 仪表供电设计内容267.2 供电质量的要求26第八章 DCS控制室288.1位置28第九章 仪表正背面电气接线图30致谢语32参考文献33引 言化工自动化工程设计是以现代化工厂中某些典型生产装置或生产工序为对象,以这种对象的生产的生产工艺机理,流程特点,操作条件,设备及管道布置状况等为基础所进行的化工自动化工程模拟设计。实施毕业设计的为了培养我们综合运用所学的基础理论,基本知识和基本技能,分析和解决工程中实际问题的能力,强化工程计算,工程制图,和编制设计文件等能力
9、的训练,使我们对化工自动化工程设计的基础程序有一个较全面,系统的了解,加深印象,训练基本功,通过亲自动手做毕业设计后,基本达到化工仪表及自动化专业技术员所应具备的能力。本次毕业设计以CS2000实训装置为对象,该装置采用现在主流的常规仪表,和DCS控制系统,将相关专业知识融入实际中。项目的主要任务是工艺简介、组成结构、I/O清单、组态P&ID绘制、自控方案、仪表选型、供电仪表系统设计以及仪表电气接线图。本次设计依据:毕业设计任务书本次设计目的:使我们对化工自动化工程设计的基本程序有一个较全面系统的了解,加深印象,训练基本功,通过亲自动手做毕业设计后,基本上完成了化工仪表及自动化专业技术员所应具
10、备的能力。第一章CS2000三位槽装置项目组态1.1工艺简介 1.1.1 工艺简介 过程控制项目对象系统包含有:不锈钢水箱强制对流换热管系统,串接圆筒有机玻璃上、中、下水箱,单向2.5W电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加热筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉火套组成)。系统动力之路分为两路组成:一路由威乐泵、电动调节阀、差压流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀体组成:另一路由威乐泵、变频调节器、差压流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。系统中检测变送器和执行元件有:压力变送器、温度传感器、温度变送器、差压流量计、压力表、电动调节阀等。1.1.2 CS2000型体统主要特点(1)被调参数囊括了流量、压
11、力、液位、温度、四大热工参数。(2)执行器中既有电动调节阀(或气动调节阀)、单向SCR移相调压等仪表类执行机构,又有变频器等电力拖动类执行器。(3)调节系统除了有调节器的设置值阶跃扰动外,还有在对象中通过另一动力支路或手操作阀制造各种扰动。(4)锅炉温度系统包含了一个防干烧装置,以防操作不当引起的严重后果。(5)系统中的两个独立的控制回路可以通过不同的执行器、工艺线路组成不同的控制方案。(6)一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路,以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。(7)各种控制算法和调节规律在开放的组态项目软件平台都可以实现。1.2组成结构CS200
12、0项目对象的检测及执行机构装置包括:1.2.1 检测装置MC20C型液位变送器:分别用来测量上水箱、中水箱、下水箱的液位;电磁流量计用来检测单向水泵支路流量和变频器动力支路流量;WZP型的Pt100铂电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和强制对流换热器冷水出口、热水出口、热水进口温度。 1.2.2 执行装置单向可控硅移相调压装置用来调节单向加热管的工作电压;电动调节阀调节管道出水量;变频器调节水泵2的工作电压。1.3 组态要求1.3.1 工艺常规控制方案水槽液位控制,串级回路PID,回路名LIC-102,如图1-1所示:图1-1 上水箱液位串级控制方框图锅炉温度控制,单回路PID,回路
13、名TIC-103,如图1-2所示:图1-2 锅炉温度控制方框图换热器出口温度控制,单回路PID,回路名TIC-105,如图1-3所示:图1-3 换热器出口温度控制方框图流量控制,单回路PID,回路名FIC-102,如图1-4所示:图1-4 流量控制方框图1.3.2 控制站及操作站配置控制系统由一个控制站、一个工程师站、两个操作站。控制站IP地址为02,且冗余配置。工程师站IP地址为130、操作站IP地址为131、132。 1.3.3 操作小组配置操作小组名称切换等级教师组工程师学生组操作员1.3.4 用户配置根据操作需要,建立用户如下:权限用户名密码相应权限特权系统维护1111PID参数设置、
14、报表打印、报表在线修改、报警查询、报警声音修改、报警使能、查看操作记录、查看故障诊断信息、查找位号、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工置值、退出系统、系统热键屏蔽设置、修改趋势画面、重载组态、主操作站设置工程师工程师1111PID参数设置、报表打印、报表在线修改、报警查询、报警声音修改、报警使能、查看操作记录、查看故障诊断信息、查找位号、调节器正反作用设置、屏幕拷贝打印、手工置值、退出系统、系统热键屏蔽设置、修改趋势画面、重载组态、主操作站设置操作员 操作员1111重载组态、报表打印、报警查询、查看操作记录、查看故障诊断信息、屏幕拷贝打印、修改趋势画面、1.3.5 监控操作要求教师组进行监
15、控时:l 可浏览总貌画面:页码页标码内容1索引画面索引:教师组流程图、分组画面、以浏览画面的所有画图2模拟信号所有模拟输入信号l 可浏览分组画面:页码页标码内容1常规回路LIC-102、FIC-102、TIC-103、TIC-1052液位参数LI-101、LI-102、LI-1033温度参数TE-101、TE-102、TE-103、TE-104、TE-105、TE-106、l 可浏览一览画面:页码页标码内容1数据一览所有参数l 可浏览流程图画面:页码页标码内容1CS2000流程图绘制CS2000的流程图CS2000流程图见附图:ZDH-1111-01-01l 报表记录、要求:10分钟记录一次数
16、据,记录数据为LI-101、LI-102、LI-103;整点输出报表。效果样式如下图所示:CS2000 报表CS2000 报表_班_组 组长_记录员_年_月_日时间内容描述数 据LI-101上水箱液位LI-102中水箱液位LI-103下水箱液位学生组进行监控时:l 可浏览一览画面页码页标题内容1数据一览所有参数l 可浏览流程图:页码页标题内容1CS2000流程图绘制CS2000流程图 第二章 自动控制方案的确定自动控制方案的确定应当了解生产过程的机理,掌握工艺的操作条件和物料的性质等。然后,应用控制理论现过程控制工程的知识和实际经验,结合工艺情况确定所需的控制点,并决定整个工艺流程的控制方案。
17、2.1自动控制方案的确定通过对CS2000工序的研究,确定了以下自动控制系统:一个串级控制系统,三个简单控制系统。具体说确定方法如下:2.1.1串级控制系统根据工艺条件的需要,三位槽的液位要控制在一定的位置,而且上水箱的液位不能过高而溢出。一般的简单系统难以达到要求,因此我们采用了上水箱液位(主)与主管道水流量(副)的串级系统来达到要求。与简单控制系统质量相比,当扰动作用于副环(主管道水流量)时,串级控制系统的质量要提高10100倍;当扰动作用于主环(中水箱液位)时,串级控制系统的质量也提高25倍,因此这套控制系统能更好达到工艺控制指标。图2-1 上水箱液位串级控制方框图在此串级控制回路中,以
18、上水箱为主对象,上水箱的液位为主被控变量,以主管道流量为操纵变量,以主管道为副对象,以主管道流量为副被控变量,以控制阀作为执行器来进行控制。副环:根据控制阀作用形式选型安全优先原则,控制阀选开关式,当控制阀引起信号中断时候。阀处于全关状态,控制阀增益为正,测量变送环节增益为正,当阀门开大时候,流量上升,副对象的增益为正,因此整个副回路增益之积为负,从而推出副控制器的增益为负,为反作用。主环:主对象的输入信号为主管道流量(即副被控变量),输出信号为上水箱液位(即主被控变量),当主管道流量增大时中水箱液位也升高,即主对象增益为正,测量变送环节增益为正,控制阀增益为正,因此整个主控制回路增益之积为负
19、,为反作用2.1.2简单控制系统通过讨论我们设置了三个简单系统,锅炉内胆温度控制、泵2的出口流量控制,换热器出口流体温度控制,以换热器出口温度控制系统为例。本次设计是通过操纵进入换热器的热水的流量来控制换热器出口温度,因此采用一个简单控制系统即可达到要求。图2-2 换热器出口温度控制方框图在此换热器出口温度控制回路是以管道为被控对象,以管道的出口温度为被控变量,以进入管道的热水为操纵变量,以控制阀作为执行器来进行控制的。根据控制阀作用形式选型的安全原则,控制阀选气关式,当控制阀故障引起信号中断时候,阀处于全开状态,控制阀增益为负,测量变送环节增益为正,当操纵变量增大即管道流量增大时候,被控变量
20、即换热器出口温度也随着升高,因此被控对象的增益为正,因此整个控制回路增益之积为负,从而推出控制器的增益为正,为正作用。第三章 检测控制回路图检测仪表回路图的设计,首先需要明确的是,仪表回路图在整个设计过程中的意义和重要性。“仪表回路图”应用仪表回路图图形符号,表示一个检测或控制回路的构成,并标注该回路的全部仪表设备极端子号和接线。对于复杂的检测,控制系统,必要时另附原理图或系统图、运算式、动作原理等加以说明。简单的回路控制系统占工业控制体统的80%以上,而从CS2000里面回路的选择范围也是比较广泛的,例如:水箱液位定值(随动)控制、锅炉内胆水温定制控制(动态水流动)、差压流量计定制控制等。而
21、串级控制系统在所有复杂控制体统中也是应用最多的控制系统。根据CS2000集散控制系统整体来看,其特点主要体现在其技术成熟、性能稳定、可靠、开放的通信控制网络;分散、独立、功能强大的控制站;全智能化设计,冗余配置、I/O卡件贴片化设计、I/O端子可插拔设计;简单、易用的组态手段和工具;丰富、实用、友好的实时监控界面;事件记录功能、多功能的协议转换接口;当便实现与异构系统的集成,产品多元化,网络化,安装方便,维护简单。而对于整个课题的制作来讲,在老师的指导下,成功把各个模板分给组的每个成员设计,使每个成员都积极的参与进来,仪表回路图中,将仪表位置划分为两个大区域,一部分是现场部分,一部分是控制室部
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