電站鍋爐汽溫控制系統(tǒng)仿真P3DCS上海電力

1、 課 題： 基于DCS技術的爐膛溫度串級控制 系統(tǒng)設計與仿真實現(xiàn) 專 業(yè)：自動化（電站方向） 班 級： 2XXXXXXX _ 姓 名：XXXXXXX 學 號：XXXXXXX 指導教師：XXXXXXX一、課程設計目的采用P3DCS系統(tǒng)設計完成電站鍋爐汽溫串級控制系統(tǒng)并進行參數(shù)整定和調試，包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)，SAMA圖組態(tài)，流程圖組態(tài)，操作器組態(tài)，設計手動和單回路自動控制，串級自動控制等控制方案，并實現(xiàn)手自動無擾切換和報警，設計相應的模擬量控制和邏輯控制方案并實現(xiàn)，進行仿真，參數(shù)整定與系統(tǒng)調試。2、 課程設計內容 采用P3DCS系統(tǒng)設計完成電站鍋爐汽溫串級控制系統(tǒng)并進行參數(shù)整定和調試，包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、

2、SAMA圖組態(tài)、流程圖組態(tài)、操作器組態(tài)，設計手動和單回路自動控制、串級自動控制等控制方案，并實現(xiàn)手自動無擾切換和報警，設計相應的模擬量控制和邏輯控制方案并實現(xiàn)，進行仿真、參數(shù)整定與系統(tǒng)調試。其中上減溫器出口汽溫的對象傳遞函數(shù)為過熱器出口汽溫的傳遞函數(shù)為其它執(zhí)行器和測量電路的傳遞函數(shù)簡化為K = 13、 系統(tǒng)概述電站鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)常采用經(jīng)典型串級控制系統(tǒng)結構。電站鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)的任務是使過熱器出口過熱汽溫維持在允許范圍內。電站鍋爐過熱汽溫受控對象的結構圖如圖1所示。由圖可見，減溫水流量W由減溫閥控制，減溫器出口的氣溫為，過熱器出口汽溫為 燃料在爐膛燃燒后。通過在P3DCS組態(tài)軟件的使

3、用下，設計一個串級控制系統(tǒng)。設計串級回路控制的目的就是在控制系統(tǒng)中加入副回路，從而加快系統(tǒng)的調節(jié)速度和增強系統(tǒng)的動態(tài)性能。主副回路控制系統(tǒng)的PID參數(shù)采用兩步整定法，先整定副回路爐膛溫度的PID參數(shù)使之達到穩(wěn)定，然后再整定主回路的參數(shù)使之達到穩(wěn)定的狀態(tài)。并通過P3DCS組態(tài)軟件對系統(tǒng)的曲線進行實時監(jiān)控，調出最優(yōu)PID參數(shù)。系統(tǒng)的工藝流程如下圖（圖 1）所示：W減溫器減溫水減溫閥過熱器圖 1根據(jù)電站鍋爐的結構，我們設置一個串級控制回路，把過熱器出口作為串級控制系統(tǒng)的主控制回路，減溫器出口溫度作為串級的副控制回路。從而得出串級控制系統(tǒng)的方框圖如（圖2）所示：過熱器減溫器 圖 24、 課題設計及其步

4、驟第一部分 硬件設計減溫器出口溫度過熱器出口溫度D/A轉換器電源伺服放大版CRT板內存板鍵盤及自診斷板濾波版鍵盤CPU板顯示器CRT打印機打印機STD（內部）總線外部總線根據(jù)圖2系統(tǒng)示意圖，硬件設計采用STD總線IPC來進行圖2-1-1 IPC硬件組成框圖硬件組成說明：1、 CPU板及打印機、CRT板及CRT、鍵盤及自診斷板及鍵盤、內存板、電源、構成了STD工業(yè)控制基本系統(tǒng)；2、 自診斷板：使用了WDT看門狗技術，無論何種原因引起死機，自診斷系統(tǒng)能在1s2s內測出并恢復正常運行，整個計算機系統(tǒng)工作可靠；3、 減溫器和測溫器出口溫度測量由測溫電路組成，檢測檢測主、副回路管道送來的溫度信號；4、

5、D/A轉換器是溫度信號的驅動口板，計算機系統(tǒng)檢測減溫器與過熱器出口溫度與設定值進行比較，并對其偏差進行PID運算，其運算結果通過D/A轉換器由數(shù)字量轉換為模擬電壓信號量輸出至伺服放大板，從而控制主調節(jié)閥；5、 伺服放大板：相當于電動單元組合儀表中的伺服放大器，接收來自D/A轉換器輸出的溫度信號，檢測溫度的實際值，若實際值與D/A轉換器輸出的溫度有偏差，則減溫閥動作，達到與D/A輸出一致的位置后停止，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)對調節(jié)閥的控制；6、 濾波板：對STD總線有關信號進行濾波處理，提高整個系統(tǒng)的可靠性。第二部分 軟件設計本次課程設計主要有兩個方面的工作：即是組態(tài)設計和系統(tǒng)調試：1、 組態(tài)設計1）系統(tǒng)

6、配置組態(tài)主要是指DCS中工程師站、操作員站、控制站的主機系統(tǒng)配置信息及外設類型，I/O卡件信息，電源布置，控制柜內安裝接線等。5、 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài) 數(shù)據(jù)庫組態(tài)是系統(tǒng)組態(tài)中應盡早完成的工作，因為只有有了數(shù)據(jù)庫，其他的組態(tài)工作（控制回路組態(tài)、畫面組態(tài)等）才可以調試。運行P3DCS軟件，首先進行I/O配置：點擊系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫圖標，進行各參數(shù)的點名與說明。由于本次設計要求是雙容水箱串級控制系統(tǒng)，所以數(shù)值量有爐膛溫度PV2、管道原油出口溫度PV1、設定值SP、主控制器輸出AO1、副控制器輸出AO2、控制器輸出AO等，邏輯量有控制器狀態(tài)DO等。保存后關閉窗口，進行SAMA圖組態(tài)的制作。如圖4所示：圖 43）控

7、制算法組態(tài)控制算法組態(tài)指的是將系統(tǒng)設計時規(guī)定的模擬量控制、開關量控制等功能用DCS算法予以實現(xiàn)。點擊SAMA圖組態(tài)圖標，打開SAMA圖制作窗口。SAMA圖組態(tài)用于將系統(tǒng)內部定義的功能算法模塊按照邏輯組合起來，編譯下裝到過程控制站中進行調用和執(zhí)行。由于本次課程設計是串級回路控制系統(tǒng)，所以我采用系統(tǒng)自帶的2個PID功能塊、1個M/A手操器功能塊和若干線性功能塊來構成SAMA圖的基本框架。PID1（左）用于控制原油出口溫度，PID2（右）用于控制爐膛溫度，M/A用于設定原油出口溫度的目標值，線性功能塊用于代表被控對象的特性。根據(jù)串級回路的結構特點，繪制SAMA圖如圖5所示：圖 5將各功能塊的參數(shù)設為

8、需要的值，并將其與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)點一一對應，再用輸入輸出功能塊引出，連接到顯示界面。TR為跟蹤接口，用于實現(xiàn)控制器的手動/自動的無擾切換。保存后關閉窗口。4） 操作員站顯示畫面組態(tài)用矩形、棒狀圖和折線繪制管式加熱爐、管道，閥門等，實時曲線繪制黑色表格。將加熱爐與對應的數(shù)據(jù)點連接起來，PV1對應過熱器出口溫度，PV2對應減溫器出口溫度，并設定上下限與填充色。實時曲線也同樣與數(shù)據(jù)點對應，設置上下限與顏色，保存文件。其效果圖如圖6：圖 6然后繪制操作窗口組態(tài)：同樣用矩形和棒狀圖繪制操作器數(shù)值顯示條，并將其與各模擬數(shù)據(jù)點一一對應，設置上下限并填充顏色。指示燈用于指示控制器工作狀態(tài)，6個按鈕用于自動控制

9、時增減設定值，手動控制時增減控制器輸出。將SAMA圖中模塊號對應到按鈕上，就能實現(xiàn)SP值的便捷修改，方便操作員在發(fā)現(xiàn)情況后直接修改參數(shù)。手動/自動按鈕用于切換控制狀態(tài)，SP增/減按鈕用于自動狀態(tài)下設定值的增減，AO增/減按鈕用于手動狀態(tài)下控制器輸出增減。效果圖如圖7：圖 7將操作顯示界面與監(jiān)控界面連接起來，如此一來在操作員站的監(jiān)控畫面下，可以直接點擊控制閥來調處操作顯示界面，進行參數(shù)的調節(jié)，或實現(xiàn)手動自動的切換。如圖8：圖 85） 趨勢組態(tài)趨勢組態(tài)用于顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)點的實時/歷史趨勢。為了方便讀取數(shù)據(jù)，我制作了實時趨勢圖。點擊趨勢顯示按鈕，新建實時趨勢顯示圖，將曲線與數(shù)據(jù)點對應連接起來，設定上下

10、限與填充色。2、系統(tǒng)調試 設計要求進行動態(tài)調試。所謂動態(tài)調試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調試。由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應以觀察為主，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調試一般包括以下內容： 1）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構操作是否正常； 2）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行； 3）對控制回路進行在線整定； 4）當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結構修改、增加測點等，應盡量在停機狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進行在線組態(tài)，但要熟悉在線組態(tài)的各個環(huán)節(jié)并做好應急措施。（1）PID參數(shù)

11、整定 1）斷開主回路，用衰減曲線法，整定內回路副調節(jié)器，P作用。反復調整，做定值階躍擾動實驗，直到衰減率0.750.9。 2）閉合主回路，用衰減曲線法，整定外回路主調節(jié)器，PI作用，反復調整主調節(jié)器并做定值階躍擾動實驗，直到衰減率0.9。記下比例帶，測量上升時間。按照公式計算PID參數(shù)。 3）按計算參數(shù)設置PID，做定值階躍擾動，觀察曲線。 4）細調主副調節(jié)器參數(shù)，直到滿意為止。五、課題設計實驗結果1.編譯SAMA圖，如圖9所示。圖 92.開始運行（圖10）與系統(tǒng)診斷（圖11）圖10圖113. 運行調試結果如圖12：圖 12使用matlab對串級系統(tǒng)經(jīng)行建模，運用了PI控制。先單獨調節(jié)副回路，

12、再將副回路放進主回路一起調整。最后得到兩個回路的參數(shù)。副回路：K1比例增益=1.2 K2積分時間=0；主回路：K1=1.2 K2=0.25.4.實時趨勢如圖13：圖 13超調量小于5%，系統(tǒng)穩(wěn)定時間在1.6分鐘左右，可見控制的效果還是不錯的.5.監(jiān)控顯示畫面效果如圖14所示：圖 146. 無擾切換：首先，如果將手動打到自動出現(xiàn)控制器輸出變0的情況（圖15）：圖 15其原因在于PID控制器沒有進行組態(tài)跟蹤，添加2個跟蹤信號編譯如圖16：圖 16最后在手動切到自動時控制器輸出不會變化，如圖17：圖 17勿擾切換下，手動方式，增加輸入AO,操作員組態(tài)如圖18；實時曲線如圖19所示：圖 18 操作員組態(tài)手動方式圖 19 手動方式增加輸出7.加入單位階躍擾動： SAMA圖如圖20所示；實時曲線如圖21所示。圖 20 單位階躍擾動SAMA圖圖 21 單位階躍擾動曲線自動方式下，增加設定值SP，曲線如圖22。圖 22 階躍擾動SP+15、 實驗心得小結由于之前沒有學過DCS軟件，不過在老師的PDF的幫助下我很快地就上手了。在繪制SAMA圖時由于一開始使用左鍵連線所以在監(jiān)控界面曲線沒顯示之后使用右鍵將線鏈接出來解決了問題。在無擾切換的環(huán)節(jié)時，通過采用2根跟蹤信號又解決問題了。通過這次實踐課，使我對在自控原理里學到的PID控制方法運用和過程控制中參數(shù)整定的加以練習，又對P3DCS這款軟件得到了初