分布式控制系统(DCS)系列:Emerson DeltaV_7.项目规划与设计.docx

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7.项目规划与设计

7.1项目需求分析

在进行分布式控制系统(DCS)项目的规划与设计之前,首要任务是对项目的需求进行详细分析。需求分析是确保项目成功的关键步骤,它帮助确定系统的功能、性能、安全性和可靠性等各个方面的要求。对于EmersonDeltaV系统,需求分析通常包括以下几个方面:

工艺流程分析:了解工艺流程的具体步骤和操作要求,确定需要控制的设备和参数。

控制目标:明确控制系统需要实现的具体目标,如温度控制、压力控制、流量控制等。

性能要求:确定系统的响应时间、精度、稳定性等性能指标。

安全要求:分析系统可能出现的安全风险,确定相应的安全措施和冗余设计。

法规和标准:确保系统设计符合相关行业标准和法规要求。

7.1.1工艺流程分析

工艺流程分析是需求分析的第一步,它涉及到对整个生产过程的详细理解。通过工艺流程分析,可以确定哪些设备需要接入DCS系统,哪些参数需要监控和控制。例如,在一个化工生产过程中,可能需要监控反应器的温度、压力和液位,控制阀门的开度和泵的转速。

示例:

假设我们有一个化工生产过程,涉及以下几个步骤:

原料混合:将两种原料按一定比例混合。

反应:在反应器中进行化学反应,需要控制温度和压力。

分离:将反应产物分离,需要控制分离器的液位和流量。

成品包装:将分离后的成品进行包装,需要控制包装机的速度和重量。

对于这个过程,我们可以分析如下:

原料混合:需要监控混合器的转速和原料流量,控制混合器的转速。

反应:需要监控反应器的温度、压力和液位,控制加热器的功率和阀门的开度。

分离:需要监控分离器的液位和流量,控制分离器的阀门开度。

成品包装:需要监控包装机的速度和成品重量,控制包装机的速度。

7.2系统架构设计

系统架构设计是将需求分析的结果转化为具体的系统设计。在EmersonDeltaV系统中,系统架构通常包括以下几个部分:

现场设备层:包含各种传感器、执行器和其他现场设备。

控制层:包含控制器、输入输出模块和通信模块。

操作层:包含操作员站、工程师站和历史数据服务器。

管理层:包含生产管理系统、数据管理系统和企业资源计划系统。

7.2.1现场设备层设计

现场设备层的设计主要涉及选择合适的传感器和执行器,确保它们能够准确地采集数据和执行控制指令。传感器的选择通常基于测量参数的类型和精度要求,执行器的选择则基于控制动作的类型和响应时间要求。

示例:

假设我们需要设计一个温度控制系统,现场设备层可能包括以下设备:

温度传感器:选择一个高精度的PT100温度传感器,用于测量反应器的温度。

压力传感器:选择一个量程为0-100bar的压力传感器,用于测量反应器的压力。

阀门执行器:选择一个气动阀门执行器,用于控制加热器的蒸汽阀门。

7.3控制策略设计

控制策略设计是确定如何通过DCS系统实现控制目标的过程。在EmersonDeltaV系统中,控制策略通常包括以下几个方面:

PID控制:最常用的控制策略,通过比例、积分和微分作用来实现精确控制。

顺序控制:按预定的步骤顺序执行控制任务。

前馈控制:根据输入变量的变化预先调整控制输出,以减少干扰的影响。

自适应控制:根据系统的实际运行情况动态调整控制参数。

7.3.1PID控制策略设计

PID控制是分布式控制系统中最常用的一种控制策略。通过调整比例(P)、积分(I)和微分(D)参数,可以实现对被控对象的精确控制。在EmersonDeltaV系统中,PID控制可以通过DeltaV控制模块来实现。

示例:

假设我们需要控制一个反应器的温度,可以设计一个PID控制策略。以下是一个简单的PID控制模块配置示例:

ModuleName=TemperatureControl

Input

TagName=TemperatureSensorType=AnalogUnit=°C/

TagName=SetPointType=AnalogUnit=°C/

/Input

Output

TagName=HeaterValveType=AnalogUnit=%/

/Output

PIDControl

Kp1.0/Kp!--比例增益--

Ki0.1/Ki!--积分增益--

Kd0.05/Kd!--微分增益--

ModeAuto/Mode!--控制模式,可以是Auto、Manual或Program--

SetPointTagSetPoint/SetPointTag!--设定值标签--

ProcessVariableTagTemperatureSensor/Pr

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