集散控制系统课程设计.

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1、基于 DCS 制浆造纸纸浆浓度控制方案设计摘要 集散控制系统经过不断地改进和发展，在工业生产过程中有了很大的应用，其中的霍 尼韦尔控制系统是其中的一种。 本设计方案主要从以下几个方面介绍了集散控制系统在造纸 行业中制浆造纸纸浆浓度控制中的应用， 首先介绍了霍尼韦尔集散控制系统的发展前景和在 工业控制中的优越性， 充分利用霍尼韦尔系统的高效益， 分散控制， 集中管理的的特点对造 纸中的纸浆浓度进行控制；其次介绍了现代造纸业的工作流程和集散控制系统在其中的体 现，通过分析了解整个过程，从而对造纸业的DCS系统有了初步的认识。 纸浆浓度是造纸过程中最重要的物理量之一。纸浆浓度 尤其是上网浓度即文中提

2、到的抄前池出口 浓度对纸张的定量高低起着决定性的影响 .正是因为纸浆浓度如此重要 ,所以在制 浆造纸DCS系统中，对浓度回路的控制要求较之其它类型的回路都要高，在浓度控制设计中， 分析控制其数学模型对于以后的仿真和原理说明是很重要的， 其中整个控制的控制 策略的设计我们采用了专家 PID控制算法进行对浓度的控制； 最后，我们介绍了霍尼韦尔控 制系统在造纸行业中的连接方式， 对用到的现场总线， 控制器， 以及其中所用到的主要检测 仪表进行了简单的介绍和选型。关键词： DCS 纸浆浓度 PID 控制 检测仪表目录 第一章：发展背景 第二章： Honeywell Experion PKS 系统设备的

3、介绍 第三： DCS 系统的介绍（一）集散控制系统的整体系统结构（二）集散控制系统的硬件结构 第四：制浆造纸生产工艺流程（一）生产工艺流程图（二）制浆造纸生产工艺流程的简介 第五：制浆造纸纸浆浓度系统原理（一）造纸过程控制特点与控制策略（二）控制系统原理数学模型及浓度控制工作原理 第六：霍尼韦尔控制系统连接示意图（一）基于总线的连接示意图（二）各个检测仪表的简介 第七章：计算机监控系统心得体会参考文献 .第一章：发展背景 随着人民生活水平的提高，随着生活水平的提高, 造纸行业的发展更是日新月异。从现场操作到采用DCS控制，从靠工人的经验判断纸张质量的好坏到用QCS来控制产品质量，从靠工人的眼睛

4、来判断纸张外观纸病到在线WSI,这些技术的发展带来造纸行业的变革，使造纸无论从质量还是从产量上都是有了质的飞跃。集散控制系统，在造纸行业的应用十分广泛。 这不仅是因为它具有集中显示、 分散控制的传统优点， 而且随着计算机技术的发展， 现在的 DCS系统已经是一个可供数据融合的系统平台。它具有的开放性、兼容性、扩展性、各种信 息化、 人性化的功能不仅可以提供高品质的过程控制，而且为工厂管理、 企业信息自动化建设提供了坚实可靠的基础。近十年来，我国造纸工业的技术及装备有了很大进步，纸浆浓度是造纸过程中最重要的物理量之一 .纸浆浓度 尤其是上网浓度即文中提到的抄前池出口浓度 对纸张的定量高低起着决定

5、性的影响.正是因为纸浆浓度如此重要 ,所以在制浆造纸 DCS 系统中,对浓度回路的控制要求较之其它类型的回路都要高。 造 纸工业是一个技术密集型行业， 集散控制系统在造纸上的广泛应用， 更会在生产数据的采集、 处理和共享上为造纸业的信息化发展提供基础和动力。第二章： Honeywell Experion PKS 系统设备的介绍EPKS 霍尼韦尔控制系统 EPKS 集散控制系统是美国 Honeywell 公司最新推出的以 Microsoft Windows 2003为操作系统的集散控制系统，是一种低成本高效益的开放式控制系统， 适用于造纸工艺流程的生产过程控制， 提供的服务器、 操作员站及现场控

6、制器具有强 大的适应性，EPKSS制系统主要的特点有：无缝的集成平台，平台与 Honeywell其他系统完 全兼容， 也与其他供应商的过程自动化系统兼容； 集成的安全管理系统； 与现场总线的集成； 提供无线通信的解决方案； 协同决策支持工具； 过程知识的获得和共享； 支持医药和其他 FDA 有关的工业所需的电子签名。其系统分为三层结构，分别为控制级，生产管理级，工厂管理级，其中控制级和生产管理级构成了基本的DC腔制系统。EPKS霍尼韦尔控制系统的集散控制系统包括： 1：分散过程控制装置主要包括 C200 过程控制器， C300 过程控制器， 输入输出子系统，现场总线设备。其中 C200 控制器

7、由机架、电源、控制器处理模件(CPM)、ControlNet 接口, 冗余模件和 I/O 连接模件所组成 , 完成对过程的控制、与过程 I/O 接口的通信 , 通过监控网络将数据传送到服 务器等功能。 过程 I/O 接口主要包括接线端子、 输入 /输出 (I/O) 卡件和连接电缆等 ,主要实 现对数据的采集、处理和工程单位的变换。过程控制器完成下列功能:I/O 处理,RS232/RS485(Modbus)通讯,数据采集、模拟控制、批量控制、顺序控制。另外控制站还 可以具有复杂控制功能 , 如 PID 参数自整定 , 模糊控制和先进控制功能。控制器完成全部的 监测调节和顺序控制功能 , 包括(但

8、不限于 ): 温度、压力、流量、 浓度的监视、 PID 的调节和 各种复杂调节、 各种阀门的开关、 各种油泵的开关等顺序控制、 各种设备运行状态的监视及 联锁保护等。2:操作和管理装置主要包括服务器，操作站，数字视频管理站DVM应用控制环境，等。3:通信系统：EPKS霍尼韦尔控制系统主要采用分层结构，第零层是现场总线层，现场总线 仪表和设备经现场总线连接到现场总线接口模块FIM。第一层是将控制器和现场总线接口模块模块连接到第一层的交换机。 第二层是具有高可靠性和高可用性， 用于监视来自生产过程 的信息。 第三层被连接到具有交换机功能的路由器， 它与第二层交换机相连。 另外还有， DMZ 层，商

9、业网络层，容错以太网，以及 ControlNet 现场总线。第三章： DCS 系统的介绍集散控系统的体系结构(一) 集散控制系统的整体系统结构 随着 DCS 开放性的增强， 其层次化的体系结构特征更加显著， 充分体现了 DCS 集中管 理、分散控制的设计思想。 DCS 是纵向分层、横向分散的大型综合控制系统，它以多层局 部网络为依托， 将分布在整个企业范围内的各种控制设备和数据处理设备连接在一起，实现各部分的信息共享和协调工作，共同完成各种控制、管理及决策任务。按照DCS 各组成部分的功能分布， 所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是： 现场控制级、过程控 制级、 过程管理级和经营管理

10、级。 与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络 、监控网络和管理网络 。其系统框图如下( 如课本图 )：操作人员，管理人员操作管理装置操作管理装置通信系统T.- -分散过程控制装置分散过程控制置分散过程控装置LJ1qb-4k3生产过程（变送器，执行器）1.1. 现场控制级现场控制级设备直接与生产过程相连，是DCS的基础。典型的现场控制级设备是各类传感器、变送器和执行器。它们将生产过程中的各种工艺变量转换为适宜于计算机接收的电 信号送往过程控制站或数据采集站；过程控制站又将输出的控制器信号）送到现场控制级设备，以驱动控制阀或变频调速装置等，实现对生产过程的控制。1.2. 过程控制

11、级过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。其功能是过程控制站接收现场控制级设备送来的信号，按照预定的控制规律进行运算，并将运算结果作为控制信号，送回到现场的执行器中去。1.3. 过程管理级过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。操作站是操作人员与DCS相互交换信息的人机接口设备，是DCS的核心显示、操作和管理装置工程师站是为了控制工程师对DCS进行配置、组态、调试、 维护所设置的工作站。监控计算机的主要任务是实现对 生产过程的监督控制，如机组运行优化和性能计算，先进控制策略的实现等。1.4. 经营管理级经营管理级是全厂自动化系统的最高一层。经营管理级的设备可能

12、是厂级管理计算机， 也可能是若干个生产装置的管理计算机。它们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。（二）集散控制系统的硬件结构通过通信网络系统将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。2.1分散控制装置分散过程控制装置主要包括现场控制站、数据采集站、顺序逻辑控制站和批量控制站等，现场控制站是DCS与生产过程之间的接口，它是DCS的核心。2.2集中集中操作管理系统部分集中操作管理系统主要包括操作站外部设备服务器等，DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。其中工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口。2.3数据通信技术通信是指用特

13、定的方法，通过某种介质将信息从一处传输到另一处的过程。 数据通信系统由信号、发送装置、接收装置、信道和通信协议等部分组成。第四：制浆造纸生产工艺流程（一）生产工艺流程图（二）制浆造纸生产工艺流程的简介1. 制浆的过程制浆为造纸的第一步，一般将木材转变成纸浆的方法有机械制浆法、化学制浆法和半 化学制浆法等三种。制浆的基本流程：原料选择T蒸煮分离纤维T浓缩或抄成浆片T磨浆T 原木贮存T锯木T去皮、 除节T削片T蒸煮T洗涤T筛选、净化T漂白T漂白浆板T浸渍和磨浆T本色浆板。2. 调制过程纸料的调制为造纸的另一重点，纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张保存期 限的长短直接与它有关。一般常见的调制

14、过程大致可分为以下三步骤：a.散浆； b.打浆；c.加胶与充填。3. 抄造过程抄纸部门的主要工作为将稀的纸料，使其均匀的交织和脱水，再经干燥、压光、卷纸、 裁切、选别、包装。4. 纸张丝流浅解造纸另外一个要件是纤维打浆叩解，利用搅刀及大马力机械，使植物纤维分叉破碎，再抄制成纸匹俱有较大结合力，不像光洁丝状纤维容易滑脱；另外在打浆后所产生碎屑及糊状物， 在抄纸时有填塞孔隙及黏结纸匹功用。第五章：制浆造纸纸浆浓度系统原理（一）造纸过程控制特点与控制策略6.1 :造纸过程控制特点造纸控制对象是一个复杂的多变量控制对象对于网前部，网部，压榨部和烘干部等的局部控制，被控变量与控制变量的选择视不同纸机而异

15、。造纸过程控制是复杂的，系统的造 纸过程控制有一系列特点。6.1.1对象的不确定性造纸过程扰动因素多，特别是白水的浓度，纸机的车速，压辊的线压，网部的老化等这 些慢时变特性，导致造纸过程模型结构的不确定性和参数的不确定性。空气温度和湿度的变 化,纸浆打浆度和湿重的变化,也会引起造纸过程模型结构的变动。传感器和执行器的特性漂 移等易见地会造成造纸过程广义对象特性的改变。6.1.2对象的纯滞后性造纸过程具有纯滞后性，有的造纸过程具有特大纯滞后。纯滞后时间与纸机车速，定量 和流程长度有直接关系。6.1.3对象的非线性特性造纸过程是一个复杂的工业过程，造纸过程具有非线性，在某些局部非线性还十分严重。非线性严重的程度随不同的纸机而异，大多数都可以在工作点附近用线性方程来近似，有的还可以用双线性方程来替代 ，可是也有某些纸机非线性十分严重，只有用非线性方程来描述它的特性。6.2造纸过程的系统专家 PID控制策略纸浆浓度是造纸过程中最重要的物理量之一。纸浆浓度一一尤其是上网浓度即文中提到的抄前池出口浓度 一一对纸张的定量高低起着决定性的