集散控制系统设计论文

课程名称：集散控制系统设计班级：自动化

学号： Xb

*名：***

日期： 2013 年 12 月 17日

一、设计要求

本课程设计是针对学生学习和运用专业知识的综合考核和检查，使学生接受工程类基本训练的重要环节，是自动化（热工）专业的《集散控制系统》专业课程学习的必修内容之一。通过理论分析和设计室学生掌握一般工业工程的集散控制系统特点、原理和应用方法。了解发电厂集散控制系统的硬件选型、设计和软件组态基本构成。

本课程设计的特点是，内容所涉及的知识面较一般习题广，有较强的系统性和综合性，在运算、绘图、编写设计文本方面有较高的要求。

本课程实际应针对交通运算组织学课程涉及的相关理论与方法，结合具体实践背景，解决实际问题。要求：

（1）能从数字控制系统功能要求出发，制订或分析设计方案，合理地选择控制系统硬件设备，确定软件需求。

（2）能按工艺的控制要求，选择相关模块，设计组态图。

（3）能考虑控制系统安装与调整、使用与维护、经济和安全等问题，对集散控制系统的安装技术要求进行设计。

（4）图面符合国家有关标准及行规，技术要求完整合理。

硬件设计：确定集散控制对象，根据对象确定控制器基本参数、模拟量类型、控制点数和基本参数、开关类型、点数和基本参数、网络组成、类型和基本参数，绘制硬件原理图和工程设计图纸。

软件设计：根据确定控制对象，绘制操作员站软件框图、组态软件框图。

二、课程设计应完成的任务

任选一个下述被控对象，根据其控制要求，选用浙大中DCS系统JX-300制定控600MW机组主蒸汽温度控制系统，要求将锅炉出每个学生应完成：

总体方案图1张、接线图1张，组态图3张，SAMA图1张；

设计说明书一份，说明书应包括：确定总体方案，选定I/O点，控制系统的组态图等内容。

三、工作计划

本次课程设计安排时间为4周，2013年12月7日~2013年12月28日，具体工作计划如下：

1、2013年12月7日～8日，选择硬件模件和软件模件, 设计满足热工过程控制要求的集散控制系统总体方案；

2、2013年12月9日～12日，画出系统实现图；

3、2013年12月14日～16日，组态与仿真, 画出系统实现的有关组态图

4、2013年12月28日，书写说明, 撰写设计说明书上交评分。

口主汽温控制在±5℃范围内。制方案，设计满足控制性能的集散控制系

统。

600MW机组主蒸汽温度控制系统

1.1、过热汽温的粗调（即煤水比的调节）

对于直流锅炉，控制主蒸汽温度的关键在于控制锅炉的煤水比，而煤水比合适与否则需要通过中间点温度来鉴定。在直流锅炉运行中，为了维持锅炉过热蒸汽温度的稳定，通常在过热区段中取一温度测点，将它固定在相应的数值上，这就是通常所谓的中间点温度。实际上把中间点至过热汽出口之间的过热区段固定，相当于汽包炉固定过热器区段情况类似。在过热汽温调节中，中间点温度实际是与锅炉负荷有关，中间点温度与锅炉负荷存在一定的函数关系，那么锅炉的煤水比B/G按中间点温度来调整，中间点至过热器出口区段的过热汽温变化主要依靠喷水减温调节。对于直流锅炉，其喷水减温只是一个暂时措施，要保持稳定汽温的关键是要保持固定的煤水比。其原因是：从图1可以看

出直流炉G=D，如果过热区段有喷水量d，那么直流炉进口水量为(G-d)。如果燃料量B增加、热负荷增加，而给水量G未变，这样过热汽温就要升高，喷水量d必然增加，使进口水量(G-d)的数值就要减少，这样变化又会使过热汽温上升。因此喷水量变化只是维持过热汽温的暂时稳定（或暂时维持过热汽温为额定值），但最终使其过热汽温稳定，主要还是通过煤水比的调节来实现的。而中间点的状态一般要求在各种工况下为微过热蒸汽。

图1 超临界压力锅炉工作示意图

超临界压力直流锅炉中间点温度选择为内置式分离器的出口温度，以该点作为中间点有以下几方面的好处：

(1) 能快速反应出燃料量的变化。当燃料量增加时，水冷壁最先吸收燃烧释放出的辐射热，分离器出口温度的变化比依靠吸收对流热量的过热器快得多。

(2) 中间点选在两极减温器之前，基本上不受减温水流量变化的影响，即使发生减温水量大幅度变化，按锅炉给水量=给水泵入口流量-减温水量，中间点温度送出的调节信号仍保证正确的调节方向。

(3) 当锅炉负荷大于37%MCR时,分离器呈干态，分离器出口处于过热状态，这样在分离器干态运行的整个负荷范围内，中间点具有一定的过热度，而且该点靠近开始过热的点。从直流锅炉汽温控制的动态特性可知：过热汽温控制点离开工质开始过热点越近，汽温控制时滞越小，即汽温控制的反应明显。

根据中间点温度可以控制燃料——给水之间的比例。在运行中，当负荷变化时，如煤水比维持或控制得不准确，中间点温度就会偏离设定值。中间点温度的偏差信号指示运行人员或计算机及时调节煤水比，消除中间点温度的偏差。如能控制好中间点温度（相当于固定过热器区段），就能较方便地控制其后各点的汽温值。但需要强调的是，中间点温度的设定值与锅炉特性和负荷有关，如变压运行，饱和温度随压力下降而降低，中间点温度也随之下降（保证有一定的过热度），而不是一个固定值。

超临界压力直流锅炉是以锅炉给煤量与总燃料量为基础的函数作为基本的需求信号，再加上燃烧器摆角修正、分离器出口温度修正、分离器出口温度微分信号就产生了给水需求信号。在机组启动状态中，或机组自动启停系统(UAM)在自动方式下，则给水需求信号由自动启停系统发生，其原理如图2所示。

总燃料量给水需求

20

406080100

总燃料量，％

图2 给水需求信号原理图

分离器出口温度修正，即为中间点温度修正，其作用就是修正煤水比，其修正原理是：对给定的锅炉负荷，其允许的喷水量与分离器出口温度有一定关系。或者说，当喷水量与给水量的比例增加时，说明煤与水的比例中煤多一些，而煤量一多，反应最快的是分离器出口温度。正常的分离器出口温度与分离器压力有一定的函数关系，喷水量与给水量的比例又是锅炉负荷的函数。分离器出口温度修正原理与图3所示。