基于dcs的温度控制系统的设计与应用说明书

基于dcs的温度控制系统的设计与应用说明书内容摘要：

输入 /输出控制各类型的机械或生产过程。 浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 4 DCS 与 PLC 的差异 PLC 系统与 DCS 系统的结构差异不大，只是在功能的着重点上有所不同。 DCS 着重与闭环控制及数据处理； PLC 着重与逻辑控制及开关量的控制，但也可实现模拟量控制。 现对于 PLC 系统， DCS 的明显特点如下。 （ 1） 控制功能强。 可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等。 也可实现顺序控制。 （ 2） 系统可靠性高。 （ 3） 采用 CRT 操作站有良好 的人机界面。 （ 4） 软硬件采用模拟化积木式机构。 （ 5） 系统容易开发，采用组态软件，编程简单、操作方便。 （ 6） 有良好的性价比。 FCS 的基本概念 计数机和网络技术的飞速发展，引起了自动控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（ fiedbus control system,FCS）在 20 世纪 90 年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字、串行、多点通信的数据总线。 现场总线是一种工业数据总线，是自动 化领域中底层数据通信网络。 简单来讲，现场总线就是以数字通信代替了传统 4~20mA 模拟信号及普通开关量信号的传输。 它是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能仪器仪表、控制器、执行机构扽现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。 DCS 与 FCS 的差异 FCS 可以说是新一代过程控制系统，是由 DCS 发展而来的。 FCS 与 DCS 之间有千丝万缕的联系，但又存在着本质的差异。 （ 1） DCS 系统是个大系统，其控制器功能强大，而且 在系统中的作用十分浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 5 重要，数据公路更是系统的关键。 所以，必须整体投资一步到位，其后的扩容难度较大。 而 FCS 功能下放较彻底，信息处理现场化，由于数字智能现场设备的广泛采用，使得控制器功能及重要性相对减弱。 因此， FCS 系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。 （ 2） DCS 系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。 而 FCS 系统是开放式系统，不同厂商、不同品牌的各种产品基本能同事连入同一现场总线，打到最佳的系统集成。 （ 3） DCS 系统的现场控制单元中 I/O 外围的信息全部是模拟信号形成的，必须通过 A/D 或 D/A 转换。 而 FCS 系统将 D/A 与 A/D 转换在现场仪表中完成，实现了全数字化通信，使精度得到很大提高。 而且， FCS 系统可以将 PID 闭环控制功能装入现场设备中，缩短了控制周期，提高了运算速度，从而改善调节性能。 （ 4） DCS 可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。 但是，由于自身的致命弱点，其 I/O 信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在 DCS 工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。 FCS 采用全数字化技术，数字智能现场装置可发送多变量信息，并且，具备检测信息差错的功能。 FCS 采用的是双向数字通信现场总线 信号制。 因此，它可以对现场装置（含变送器、执行机构等）进行远方诊断、维护和组态。 （ 5） 由于信息处理现场化， FCS 与 DCS 相比可以省去大量的隔离器、端子柜、 I/O 终端、 I/O 卡件、 I/O 文件及 I/O 柜，从而也节省了 I/O 装置及装置室的空间与占地面积。 同时， FCS 可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，因此，节省了设计、安装和维护费用。 （ 6） FCS 相对与 DCS 来说组态简单，由于机构性能标准化，因而便于安装、运行和维护。 浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 6 第 2 章 项目设计要求 工艺设计要求 系统装置 图 CS4000过程控制实验装置 系统组成 实验装置在对象系统上与 CS4000完全一致。 在控制系统上采用浙大中控的JX300XP DCS 进行控制，可组建网络化的过程控制实验室。 （ 1） 常规扩散硅压力液位变送器 （ 2）涡轮流量计 （ 3） 电磁流量计 （ 4） Pt100热电阻温度测量变送器 （ 1） 单相可控硅调压装置：用于调节电加热管的加热功率； （ 2） 电动调节阀：用于调节一路供水的流量； （ 3） 变频器：通过调节离心泵的转速以控制另一路供水的 流量。 （ 1） 学生实验控制柜 （ 2） DCS 控制系统 浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 7 （ 1） DCS 系统的组态软件与实验软件 （ 2） AdvanTrol 编程软件 （ 3） AdvanTrol 组态软件 （ 1） 供电电源：交流电，单相三线 220V （ 2） 最大功耗： （ 3） 设备尺寸： 1460 850 1950 实验系列 基于多变量先进控制实验装置 CS4000可完成一系列的控制实验，除完成常规过程控制实验装置外，还包括以下富有特色的复杂控制实验： （ 1） 下部两水箱液位多回路对象特性的获取 （ 2） 下部两水箱液位的多回路控制 （ 3） 下部水箱液位的前馈反馈控制 （ 4） 下部两水箱液位的选择控制 （ 5） 四容水箱液位的解耦控制 （ 6） 四容水箱液位的约束控制 （ 7） 四容水箱液位的多变量预测控制 2. 纯滞后对象的特性测试与闭环控制 （ 1） 短纯滞后环节温度的特性测试与单回路 PID 控制 （ 2） 长纯滞后环节温度的特性测试与单回路 PID 控制 （ 3） 纯滞后对象出口温度与加热装置出口温度的串级控 制 （ 4） 纯滞后对象出口温度的前馈反馈控制 （ 5） 纯滞后对象出口温度的 SMITH 补偿控制 （ 6） 纯滞后对象出口温度与加热装置出口温度的串级 SMITH 补偿控制 （ 7） 纯滞后对象出口温度的内模控制 （ 8） 纯滞后对象出口温度与加热装置出口温度的串级内模控制 浙江机电职业技术学院毕业设计说明书 8 系统设计要求 系统的主要技术概述 系统主要有现场控制站（ I/O站）、数据通讯系统、人机接口单元（操作员站 OPS、工程师站 ENS）、机柜、电源等组成。 系统具备开放的体系结构，可以提供多层开放数据接口。 硬件系 统在恶劣的工业现场具有高度的可靠性、维修方便、工艺先进。 底层汉化的软件平台具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；易于组态，易于使用。 支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要。 系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。 系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。 系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在 CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散。 整个系统的可利用率至 少为 %；系统 平均无故障时间 为 10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。 “ 域 ” 的概念。 把大型控制系统用高速实时冗余网络分成若干相对独立的分系统，一个分系统构成一个域，各域共享管理和操作数据，而每个域内又是一个功能完整的 DCS 系统 ，以便更好的满足用户的使用。