分散控制系统课程设计--串级汽温控制系统设计
分散控制系统课程设计
分散控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解分散控制系统的基本原理，掌握其主要组成部分及功能。
2. 学生能掌握分散控制系统在实际工业中的应用，了解其优缺点。
3. 学生能掌握分散控制系统中常见故障的诊断及处理方法。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，设计简单的分散控制系统方案。
2. 学生能通过实际操作，完成分散控制系统的调试和优化。
3. 学生能运用相关软件对分散控制系统进行模拟和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生能认识到分散控制系统在现代化工业生产中的重要性，增强对工业自动化技术的兴趣。
2. 学生在实际操作中，培养团队合作精神和解决问题的能力。
3. 学生在学习和实践过程中，树立正确的工程观念和安全意识。
课程性质：本课程为高年级专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际工程应用相结合，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的自动化基础知识和实践能力，对新鲜事物充满好奇心，具备较强的动手能力和创新精神。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调实际操作和案例分析，培养学生的工程素养和实际应用能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 分散控制系统原理及结构- 系统概述：介绍分散控制系统的基本概念、发展历程和应用领域。
- 系统结构：分析分散控制系统的组成，包括控制器、执行器、传感器等。
- 基本原理：讲解分散控制系统的控制策略和算法。
2. 分散控制系统在实际工业中的应用- 应用案例分析：分析典型工业过程控制中分散控制系统的应用，如化工、电力等。
- 优缺点分析：探讨分散控制系统在实际应用中的优点和潜在问题。
3. 分散控制系统的设计与实现- 设计方法：介绍分散控制系统设计的基本原则和方法。
- 系统实现：讲解系统硬件和软件的配置与选型。
4. 分散控制系统故障诊断与处理- 故障分析：分析分散控制系统中常见的故障类型及原因。
- 诊断方法：介绍故障诊断的常用方法和技巧。
热工控制系统--实验三--过热汽温串级控制系统仿真实验
实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验一、实验目的1、了解过热汽温串级控制系统的结构组成。
2、掌握过热汽温串级控制系统的性能特点。
3、掌握串级控制系统调节器参数的实验整定方法。
4、分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质的影响。
二、实验原理本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示：过热器过热器喷水减温器图3－1 过热汽温串级控制系统原理结构图由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下：扰动图3－2 过热汽温串级控制系统方框图● 主调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为：()11111111111T d p i d i W s T s K K K s T s s δ⎛⎫=++=++ ⎪⎝⎭式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)；1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。
● 副调节器在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为：()2221T p W s K δ==式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。
● 导前区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下导前区对象传递函数：()3.076251s -+（2）100％负荷下导前区对象传递函数：()0.815181s -+● 惰性区对象在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为：（1）50％负荷下惰性区对象传递函数：()31.119421s +（2）100％负荷下惰性区对象传递函数：()31.276181s +三、实验步骤1、在MATLAB软件的Simulink工具箱中，打开一个Simulink控制系统仿真界面，根据图3－2所示的过热汽温串级控制系统方框图建立仿真组态图如下：图3－3 过热汽温串级控制系统仿真组态图惰性区对象传递函数模块的建立惰性区对象传递函数为三阶惯性环节，在组态图中采用建立子模块的方式建立惰性区对象传递函数模块。
分散控制系统课设
<分散控制>课程设计学院:水电学院专业:热能与动力工程班级:一班学号: 100280135姓名:周明才指导老师:李临生引言随着自动化技术的发展和电力改革的深入以及厂网分开、竞价上网的政策实施,各电厂为实现降低成本、减少设备维护成本和缩短维护周期的目标要求,现代电力系统对自动化及工通讯的需求也日益提高。
另一方面,在火电厂,随着电力现场设备的增多及其自动化过程的复杂化,对辅控设备的数据采集与监控的要求也日益严格。
大型火力发电厂的辅助生产车间一般均是由水网、煤网、灰网组成,每一网都可独立成一个系统,每个控制点相对分散,不利于生产数据上传到网络。
随着企业对自动化要求的进一步提高,为便于生产管理者远方监控、调度、干预整个电厂的辅控车间运行的需要,达到减人增效之目的,使企业的经济效益最大化。
本文介绍了华电国际邹县发电厂(以下简称邹县电厂)四期工程2×1000MW机组用工业以太网实现的辅助车间控制网络系统的应用实例。
1 工业以太网的发展状况以太网及TCP / IP通信技术在IT行业获得了很大的成功,成为IT 行业应用中首选的网络通信技术,近年来已逐步向自动化行业发展,形成与现场总线技术竞争的局面,其发展状况可以归结如下2点：(1)自动化技术从单机控制发展到工厂自动化和系统自动化。
近年来,自动化技术发展使人们认识到,单纯提高生产设备单机自动化水平,并不一定能给整个企业带来好的效益;因此, 对企业自动化技术提出的进一步要求是将整个工厂作为一个系统实现其自动化,其目标是实现企业的最佳经济效益。
(2)工厂底层设备状态及生产信息集成、车间底层数字通信网络是信息集成系统的基础。
为满足工厂上层管理对底层设备信息的要求,工厂车间底层设备状态及生产信息集成是实现全厂M IS /SIS的基础。
这就决定了生产信息的实时性、可靠性以及兼容性,它必将成为现代电力产业工业通讯网络的发展目标。
2 工业以太网的特点2. 1 冗余性在程序控制系统中,PLC系统的专用通讯网络的冗余一直是一个比较难解决的问题,硬件方面如通讯网和通讯模块以及软件方面的通讯问题都不能解决,一旦通讯网和通讯块出现问题,整个通讯网络就会瘫痪。
华北电力大学分散控制系统课程设计报告
当今国内火电厂对单元机组的控制多采用分散控制系统（Distribute Control System，以下简称DCS），常见的DCS系统均含有事件顺序记录（Sequence of Event，以下简称SOE）系统。
SOE系统是DCS中用于异常记录的子系统。
随着火电机组日趋规模化和复杂化．生产过程信息瞬间千变万化。
当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施．这时就需要对事件进行追忆打印。
而一般的历史数据记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后．往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序．这就给事故分析造成了很大的困扰。
而事件顺序记录系统(SOE)以毫秒级的分辨率获取事件信息．为热工和电气设备事故分析提供有力的证据。
可以说SOE是电厂重要的运行状态监测、记录、事故分析用设备。
1 SOE 量的采集原理和作用1.1 采集原理SOE 模块产生的信号叫SOE 量，即事件顺序记录（Sequence of event），目前主要应用于要求准确记录开关量输入时间的监控对象，以便区分多个受控对象动作的先后顺序。
SOE 采集模块通常要求能够以毫秒级的时间间隔评估输入信号状态，能对模块的输入进行预处理并以二进制值、计数器值或事件的形式将这些输入传输给PLC。
由于时标的存在，使得SOE 模块与常规的输入模块很不一样。
该类模块通常使用软件时钟创建毫秒级间隔时间。
该软件时钟通常借助外部时间信号（标准时间接受器）以1 min 的时间间隔进行同步。
外部时间信号可采用DCF77 信号或者GPS 时钟对时。
因此，从某种意义上说，SOE 信号相当于一个带时标的开入量，但它的分辨率更高。
1.2 SOE 量的主要作用在电厂监控系统中，国家设计规范要求对机组的运行工况（停机、发电、调相、抽水等）、6 kV 及以上电压断路器、反映厂用电源情况的断路器和自动开关、反映系统运行状况的隔离开关的位置信号、主要设备的事故及故障信号、以及主要设备的总事故及总故障信号进行采集。
小型余热锅炉温度串级控制系统设计..
课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0804 指导教师：工作单位：自动化学院题目：小型余热锅炉蒸汽温度串级控制系统的设计初始条件在冶金等生产行业中依靠高温烟气作为热源的余热锅炉使用普遍,这种小型锅炉的主要作用是对烟气进行降温,同时产生蒸汽供其他生产工序使用。
特点是：由于烟气流量和温度由前一个工序决定,直接导致锅炉热源不稳定。
针对小型余热锅炉的特点，设计一控制系统(主被控变量为温度，副被控变量为锅炉内的水温，控制变量为流入锅炉的水流量，干扰变量为前一个工序产生的烟气流量和温度），使出口蒸汽温度为360℃，稳态误差为±6℃。
要求完成的主要任务：1、了解小型余热锅炉设备组成及其生产工艺2、基于对象特点分析并结合控制策略，绘制温度控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书5、总结课程设计的经验及收获.时间安排12月19日选题、理解课题任务、要求12月20日方案设计12月21—28日参数计算、撰写说明书12月29日答辩指导教师签名： 2011年 12月 29 日系主任(或责任教师）签名： 2011年 12月 29 日摘要节约能源，提高生产工艺过程中的能量利用率和开发研究新的节能技术已成为各国研究能源利用技术的主要课题。
冶金等生产行业依靠高温烟气作为热源的余热锅炉使用普遍，这种小型锅炉的主要作用是对烟气进行降温，同时产生蒸汽供其他生产工序使用。
本文先介绍了余热锅炉的结构和原理，控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能,关键字余热锅炉串级温度控制 PID整定 Matlab仿真武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书目录1小型余热锅炉设备组成及生产工艺 01。
1余热锅炉定义 01.2余热锅炉设备组成 01.3工作原理 (1)1。
4余热锅炉的分类与特点 (1)1。
5余热锅炉现状及发展 (2)2小型余热锅炉蒸汽温度控制系统设计 (4)2。
课程设计--加热炉温度串级控制系统（设计部分）
加热炉温度串级控制系统设计摘要：生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中．结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性．关键词：串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade co ntrol system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLA B-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (14)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
过热汽温串级控制系统的设计
引言火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的平安、经济运行。
本设计的工作意义是：大型火电厂锅炉过热汽温对电厂平安经济运行有着重要影响, 过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中温度最高点，如果蒸汽温度过高就会使过热器和汽轮机高压缸承受过高的热应力而损坏，威胁机组的平安运行。
如果过热蒸汽温度偏低，那么蒸汽含水量增加，会降低电厂的工作效率，甚至会使汽轮机带水，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命。
所以控制好过热器出口温度非常重要。
通常要求它的温度保持在额定值5范围内。
常规的蒸汽温度控制方案大致可分为两种: 一种是串级控制, 另一种是导前微分控制。
目前该领域的控制方法有：过热汽温FPID(模糊PID)控制系统, 基于控制历史的过热汽温模糊串级控制系统，过热汽温鲁棒PID控制系统，但以上方法都只是理论研究，应用于实际生产之中的控制方式以传统方法为主。
继续提高主汽温、再热汽温的控制品质，仍具有较高的理论与实用价值。
本文以过热汽温串级控制系统的思路对被控对象进行研究与分析，针对被控对象的大延迟，不确定等特点，选择串级控制系统能够获得较好的抗干扰性能和动态特性。
第一章单元机组燃烧系统本课题研究对象为200MW单元机组过热汽温串级控制系统，锅炉为高温、亚临界压力、中间再热、自然循环、单炉膛前后对冲燃烧、燃煤粉汽包炉，下面将先介绍锅炉的燃烧系统。
1.1 燃烧室(炉膛)炉膛断面尺寸为深12500mm、宽13260mm的矩形炉膛其深宽比为。
这样近似正方形的矩形截面为四角布置切圆燃烧方式创造了良好的条件。
从而使燃烧室四周的水冷壁吸热比拟均匀，热偏差较小。
燃烧室上部布置四大片分隔屏过热器，便于消除燃烧室上方出口烟气流的剩余旋转，减少进入水平烟道的烟气温度偏差。
汽包，壁厚145mm，筒身长20500mm，汽包横向布置在锅炉前上方，汽包内径为1743筒身两端各与半球形封头相接，筒身与封头均用BHW-35钢材制成。
分散控制系统课程设计
《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．通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；2．结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；3．培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；4．要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用方案的要求，进行方案的总体设计和分析评估；5.报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。
二、主要内容1．每个学生依据个人情况选择课程设计题目；2．分散控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施综述；3．分散控制系统工程应用方案设计分析；4．现场总线技术发展应用综述；5．基于现场总线技术的工程应用方案设计分析；6．分散控制系统差错、容错控制技术设计分析；7．工程师站、操作员站功能应用综述；8．现场控制站工程应用控制方案设计分析；8．SOE、事故追忆技术分析综述；9．分散控制系统接地系统设计与可靠性分析；10.分散控制系统电源安全供电系统配置方案综述。
三、进度计划四、设计成果要求1．针对所选题目的国内外应用发展概述；2．课程设计正文内容，包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；3．课程设计总结或结论以及参考文献；4．要求设计报告规范完整按照《华北电力大学课程设计标准格式》撰写。
五、考核方式《分散控制系统与现场总线技术》课程设计成绩评定依据如下：1．撰写的课程设计报告；2．独立工作能力及设计过程的表现；3．答辩时回答问题情况。
成绩综合评定分为优、良、通过、不通过四个等级。
学生姓名：蔡伟指导教师：2009年1 月14 日一、课程设计(综合实验)的目的与要求1.1课程设计目的分散控制系统与现场总线技术是目前国内外工程领域应用非常广泛而有效的计算机控制技术，作为自动化类本科学生应当具备和掌握与此相关的基础知识、概念和设计方法。
本课程设计是在分散控制系统与现场总线技术课程结束之后进行的一个综合性实践环节，主要目的是使学生在课程内容学习的基础上，运用所学的基础理论知识和设计方法，针对工程应用问题能够进行有关计算机监控系统等内容的综合分析设计以及仿真，通过该教学环节使学生进一步加深对分散控制系统与现场总线技术的认识和理解，同时也给学生提供了一个实践和增加感性认识的机会，为今后从事实际工作打下一定的基础。
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课程设计报告
( 2011-2012年度第二学期)
名称：DCS课程设计
题目：串级汽温控制系统设计院系：自动化系
班级：测控0
学号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数：一周
成绩：
日期：2012年6月14 日
任务书
一、目的与要求
1．了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。
2．以LN2000分散控制系统为平台，完成DCS的组态。
3．进行DCS的调试工作。
二、进度计划
四、设计（实验）成果要求
1．完成系统结构图及数据点清单，打印各步的组态设计图纸。
2．对系统设计过程进行总结，完成并打印设计报告。
五、考核方式
3．按上述步骤逐项完成软件内容的设计，进行操作演示，并进行答辩。
4．设计报告格式规范，内容详实。
学生姓名：
指导教师：
2012年6 月14日
一、课程设计正文
1、串级汽温控制系统的设计
锅炉过热汽温控制采用串级汽温控制系统,控制系统方框图如图2: 已知系统中被控对象的传递函数为: 被控对象导前区：2
22)
151(8
.0)(s W s W +=∆∆-
=θθ（℃/%） 被控对象惰性区：3
211)251(125
.1)(s s W +=∆∆=
θθ（℃/℃）
图2串级汽温控制系统构成
2、具体设计要求
参考《过程控制》实例《二级减温调节系统》，完成数据库组态、SAMA 图组态、流程图组态、操作器组态，趋势显示，并进行参数整定与系统调试。
3、串级过热汽温控制系统工作原理
图1所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温2θ发生变化，副调节器P 就去改变减
温水流量θW ，初步维持后级过热器入口汽温2θ在一定范围内，起粗调作用。
而过热器出口汽温1θ的控制，则是通过主调节器PI 来校正副调节器工作，只要1θ未达到给定值，主调节PI 的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量θW 的变化，直到1θ恢复到给定值为止。
稳态时，导前汽温2θ可能稳定在与原来数值不同的数值上，而主汽温1θ则一定等于给定值。
在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可以选用不同的调节器。
副回路及副调节器的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。
当到前汽温惯性较大时，也可选用比例微分调
节器。
主回路及主调节器的任务是维持1 恒定，一般选用比例积分调节器。
当过热器惰性区较大时，也可选用比例、积分、微分调节器。
P
Z
PI
+
+
θ2
θ1
W θ
图1 串级汽温控制系统工作原理
二、设计过程
1、采用如下设计方案
2、系统的平衡状态描述
（1）、PID1的参数设置：K1比例增益：2，K2积分增益：0.6，动作方向：反作用。
PID2的参数设置：K1比例增益：25，K2积分增益：0，动作方向：正作用。
（2）、上一级过热器出口温度：设定为定值520度，该温度测点在喷水减温器之前。
（3）、末级过热器出口温度：SP设定值为540度，为末级过热器出口温度。
系统在稳态下，喷水减温器之前温度值为520度，减温水阀开度为50%，经减温器引起40度的温降，形成末级过热器进口温度480度；实际末级过热器进口温度经惰性区，得到最终的末级过热器温度。
3、系统性能测试
（1）、主汽温度设定值的变化：将设定值SP进行改变，例如550度，观察自动调节系统的状态和工作变化。
（2）、上一级过热器出口温度的变化：改变模块6的输出，表示上一级过热器出口温度发生了变化，实现扰动，观察自动调节系统的克服扰动的能
截图如下：
1、系统数据库
2、组态流程图
3、减温器喷水控制阀
4、SAMA图1
5、SAMA图2
6、手动阀门开度50%
7、外部扰动
（设定值调为550）
7、内部扰动
四、总结
通过这次课程设计，使我已经对DCS的工程化设计有了一个初步的系统化概念。
首先我了解了这次课程设计的任务是要做一个单回路温度控制系统和过热器二级减温控制系统，接着通过阅读文档了解了将要使用的LN2000DCS的基本知识，完成了系统IO清单。
接着通过学习DAS组态使用说明，掌握了软件的使用注意事项，并按照步骤完成了单回路温度控制系统的设计，接着便把这些步骤应用到设计串级温度控制系统，数据库组态，SAMA图组态，流程界面组态，操作器组态，实时趋势图，并观看趋势图，达到了老师所要求的效果，完成了任务。
这次学习使我加深了DCS控制软件的使用，了解了自己以后工作的一些知识，对自己产生了深远的影响。
谢谢老师的悉心指导！
五、参考文献
[1]、金以慧过程控制清华大学出版社（第一版） 1993年4月
[2]、王常力、罗安分布式控制系统（DCS）设计与应用实例电子工业出版社
200年8月。