空氣分離DCS監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

全文64頁 約28000字 論述翔實

摘 要
隨著空氣分離工藝的改進，以計算機為基礎(chǔ)而構(gòu)成的控制、管理、決策為一體的DCS系統(tǒng)在空氣分離中起著越來越重要的作用。本文基于實際工程背景，研究與探討了無錫華潤氮氣生產(chǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析。該系統(tǒng)是一個將工業(yè)控制計算機系統(tǒng)與可編程邏輯控制器融合為一體的新型綜合集散控制系統(tǒng)。
本文首先根據(jù)無錫華潤氮氣生產(chǎn)線的建設(shè)，分析了水泥生產(chǎn)的工藝及要求，提出了相應(yīng)的控制方案。然后闡述了該DCS系統(tǒng)的選型、結(jié)構(gòu)及軟硬件的設(shè)計。在硬件設(shè)計系統(tǒng)中著重分析了現(xiàn)場設(shè)備層的電氣設(shè)計原理以及現(xiàn)場控制站的構(gòu)建與通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。軟件設(shè)計采用GE90-30系列PLC提供的CIMPLICITY系列開發(fā)工具Versapro.軟件，利用梯形圖法進行程序設(shè)計。根據(jù)對生產(chǎn)工藝的分析，完成了對生產(chǎn)線的邏輯控制設(shè)計。在回路控制設(shè)計中，分析了水泥生產(chǎn)過程的特點以及其物理化學的反應(yīng)，近似建立了控制回路的數(shù)學模型，設(shè)計了具有Smith預(yù)估補償器的PID調(diào)節(jié)器。集中操作監(jiān)視層采用Versapro.軟件，完成了工程師站的I/O數(shù)據(jù)點的建立及管理，在操作員站實現(xiàn)了報警、標準的畫面操作和報表打印等功能。最后分析了本系統(tǒng)在調(diào)試中遇到的問題及其解決方案。
系統(tǒng)總體的運行是可靠的，也較好地滿足了市場的需求，體現(xiàn)了先進性和實用性的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：DCS,可編程邏輯控制器,通信網(wǎng)絡(luò),回路控制,組態(tài)

DCS Application And Designing In Air separated
Abstract
DCS has the function of control, management, decision-making based on computer technology. It has played more and more role in hydronitrogen production with the development of hydronitrogen technology. With the background of practical production, a Distributed Control System (DCS) which is applied to hydronitrogen plant is discussed in this paper. The DCS consists of GE90-30 and PLC, and it realizes processing automation and information management automation.
First, this paper gives a brief introduce of the product line of Huarun hydronitrogen Plant. A controlling scheme is brought forward in this paper. And then, the type-selection, structure, hardware design and software design is expand on by this paper. Electric control logic of field device and network communication of field control station is mainly analyzed in the design of hardware. CIMPLICITYTools offered by GE90-30 Series PLC is used to program with the Ladder Diagram method. Logic control of production line is designed by giving diagnosis of cement technology. In the loop control, the process mathematical model is built by physicochemical research in production process. PID regulator with Smith algorithm is designed based on the mathematical model. Engineer station and operator stations’ software are made by Versapro.configuration. Engineer station’s configuration is mainly included the I/O data creation and administration. The configuration of Operator stations have the function of process monitoring, operation, report printing. The problem and the solution found in debugging are given at the end of the paper.
The operation of the system is reliable. It also meets the market demand.


Key Words: DCS; PLC; Network Communication; Loop control; configuration

目錄

1 緒論 1
1.1 系統(tǒng)簡介 1
1.2 空氣分離系統(tǒng)自動化的發(fā)展狀況 1
1.3 系統(tǒng)的技術(shù)特點及應(yīng)用前景 2
1.4 課題來源 2
1.5系統(tǒng)的技術(shù)要求及研究內(nèi)容 2
1.5.1設(shè)備連鎖啟停 3
1.5.2過程參數(shù)的調(diào)節(jié) 3
1.5.3監(jiān)控功能 3
1.5.4報表功能 3
1.5.5歷史數(shù)據(jù)采集與查詢 3
2 空氣分離工藝流程簡介及分類 4
2.1空分工藝流程簡介 4
2.2空分裝置的工藝流程分類 5
3 系統(tǒng)的控制方案設(shè)計 6
3.1 制氮流程簡介 6
3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的總體介紹 6
3.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分析 7
3.3.1 現(xiàn)場設(shè)備層 7
3.3.2 過程控制層 7
3.3.3 集中操作監(jiān)視層 8
3.4 系統(tǒng)軟件體系 9
3.4.1 現(xiàn)場控制站軟件 9
3.4.2 工程師站和操作員站軟件 10
3.5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系 10
3.5.1 工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)特點 10
3.5.2 網(wǎng)絡(luò)選取及分析 11
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 14
4.1 現(xiàn)場設(shè)備的控制 14
4.1.1變頻設(shè)備控制 14
4.2 過程控制層設(shè)計 15
4.2.1 現(xiàn)場控制站構(gòu)建 15
4.2.2 I/O地址號的分配 15
4.2.3 輸入輸出通道 17
4.3 集中操作監(jiān)視層硬件配置 18
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 19
5.1 現(xiàn)場控制站的軟件實現(xiàn) 19
5.2 過程控制層設(shè)計 19
5.1.1 空氣壓縮系統(tǒng)的自動控制 19
5.1.2純化系統(tǒng)的自動控制 20
5.1.3膨脹機制冷系統(tǒng)的自控 21
5.1.4 空氣分餾系統(tǒng)的自控 21
5.3 系統(tǒng)軟件組態(tài) 23
5.3.1 工程師站組態(tài) 23
5.3.2 操作員站組態(tài) 24
6 系統(tǒng)可靠性分析 25
6.1 現(xiàn)場控制站的可靠性措施 25
6.1.1串行通信的可靠性 25
6.1.2電源 25
6.1.3數(shù)字輸入信號 25
6.1.4解決好屏蔽 25
6.1.5機柜設(shè)計 26
6.1.6信號隔離 26
6.2 操作監(jiān)視層可靠性設(shè)計 26
7 系統(tǒng)的總體實現(xiàn)與結(jié)論 28
7.1 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 28
7.1.1 系統(tǒng)的安裝 28
7.1.2 系統(tǒng)調(diào)試 28
7.2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)論 29
8 總 結(jié) 30
參考文獻 31
致謝 32
附錄A 畢業(yè)設(shè)計開題報告 33
附錄B 畢業(yè)設(shè)計中期報告 34
附錄C 英文資料 35
附錄D 英文翻譯 46
附 錄E 操作站監(jiān)控畫面 55

部分參考文獻

[10] 于海生.微型計算機控制技術(shù).北京：清華大學出版社. 2000
[11] 胡壽松.自動控制原理.北京：國防工業(yè)出版社.2001
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[14] 朱三元.網(wǎng)絡(luò)通信軟件設(shè)計指南.北京：清華大學出版社.1994