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摘要MACS 是和利时公司集多年的工程开发经验设计的大型综合控制系统。该系统采用了目前世界上先进的现场总线技术，对控制系统实现计算机监控，是一个完善、经济、可靠的控制系统。本课题主要的任务是通过了解集散型控制系统的特点和发展，熟悉和利时 MACS控制系统，了解其控制结构，掌握其组态流程，并实现对模拟锅炉温度控制系统的数据库组态，设备组态，图形组态，控制算法组态等的设计。同时利用 MATLAB中的 Simulink 搭建实验模型整定其 PID 参数，最终在操作员站上实现对模拟锅炉内胆和夹套温度的控制。27556
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毕业论文关键词 MACS 锅炉 组态 整定
Title Boiler Temperature Control System Based on Hollysys Macs
Abstract MACS is the hollysys company with years of experience in project development anddesign of large-scale integrated control system.The system uses the advancedfieldbus technology in the world,monitoring the control system over a computer，which is a perfect,economical and reliable control system.The main task of thisproject is to understand the characteristics and development of distributedcontrol systems familiar Hollysys Macs control system,to familiar hollysys MACScontrol system,understand its control structure,grasp the configurationprocess,and to simulate the configuration design of boiler temperature controlsystem,such as database configuration,device configuration, graphicsconfiguration, control algorithm configuration.While using matlab simulink tobuild an experimental model in its PID tuning parameters, and ultimately tosimulate boiler tank and jacket temperature control on the operator station.Keywords MACS Boiler Configuration Tuning
目 次
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义. 1
1.2 集散型控制系统的特点和发展. 2
1.3 工业锅炉温度控制的发展和现状 2
1.4 本课题的主要工作 3
2 控制系统. 4
2.1 体系结构. 4
2.2 MACS 技术特点. 5
3 基于 MACS 的锅炉温度控制组态设计 6
3.1 系统组态设计.. 6
3.2 控制器 12
4 模拟锅炉温度控制实验.. 16
4.1 实验系统组成 16
4.2 实验概述和前期准备 16
4.3 锅炉内胆水温定值控制实验 17
4.4 锅炉夹套水温定值控制实验 21
4.5 锅炉夹套与内胆水温串级控制.. 26
结 论 31
致 谢 32
参考文献.. 33
1 绪论1.1 课题背景及意义近年来，锅炉任被社会广泛使用，这种现象的原因大致有两个：一是由于发电站作为我国现代社会经济发展的主力军，国家给予高度重视，因此电力系统得以发展。近年来电力发展稍滞后于经济发展，因此国家投入资金建立大量新的火电厂。因此锅炉作为最重要而基础的热能动力设备，越来越广泛地被投入生产使用。电力系统作为国家经济命脉之一，如何提高它的经济效益，成为广受关注的问题。二是由于我国是以煤为主要能源的能源结构，每年使用的原煤百分之三十以上用于工业锅炉，因此与原煤相应的锅炉产业也相应得到发展， 。锅炉的大量使用使我们意识到如何实现锅炉控制的最优化成为当前较为紧迫的问题。锅炉控制的要点在于温度控制，因为温度控制是生产过程中最为基本的过程控制，其控制的效果将直接影响产品的质量， 因此如何提高锅炉的自动调节水平,提高锅炉的热效率,实现锅炉温度优化控制将具有深远意义。当前所采用的锅炉控制系统大部分采用的是以计算机为基础的过程控制技术，它大大提高设备的自动化程度和控制的准确度，比如 PLC、DSC 等系统。集散控制系统以其管理集中和控制分散的显著优点而在国内外工控领域获得广泛应用，本课题将基于和利时 MACS 系统，模拟锅炉温度控制系统的设计的“十优尔”大明确提出“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化” 。这一指示不仅为工业化和信息化发展指明了方向,同时也对信息化和工业化发展提出了新的要求【1】。经济的发展离不开工业的发展，我国的经济在持续发展中，工业领域也在不断扩张,相应的生产规模也将不断扩大,因而对工业过程控制中的整个生产过程的综合控制与管理能的要求力也不断提高。中国自动化产业已有五十年历史，随着科技技术的不断发展，现在自动化产业已向着更加智能化、网络化的方向发展，而且性能也向着更加高标准化发展，而工业控制软件慢慢成为主流。过程控制技术由于其先进性在现代工业生产过程中被越来越广泛地使用，它不仅最提高了经济效益和整体的劳动效率，而且降低人力损耗。因此，研发新型 DCS成为了国内外的主流,而本文所涉及的MACS 分散控制系统就是在这样的市场需求下提出的。 本课题通过研究集散控制系统和锅炉控制系统的特点，模拟锅炉温度控制系统，旨在验证MACS系统的动态性能，推动它的发展。1.2 集散型控制系统的特点和发展1.2.1 集散型控制系统的特点集散控制系统又被称为分散控制系统，英文全称为Distributed Control System。它是一种将集中管理和分散控制合二为一的系统，集自动控制技术、计算机技术、通讯技术、网络通信技术和仪表技术等技术为一体的现代化控制系统。通过网络通信技术，将几个操作员站、几个现场控制站以及几个工程师站连接起来，采用冗余技术提高系统的可靠性，并因此实现了设备的集中管理和分散控制，大大提高了管理水平，同时也避免因中心计算机的故障集而使整个系统崩溃的情况，具有更高安全性、可靠性和实时性，并且实现了日志管理、事故追忆、监视报警等功能，得到了社会的认可，现已被广泛使用。1.2.2 集散型控制系统的发展从日本横河公司生产的第一代DCS 产品诞生以来， 集散型控制系统已经历了三十多年的发展历程，可大致分为以下几个阶段：第一阶段依赖“4C”技术解决了“集中”和“分散”的问题；第二阶段实现了即生产过程自动化 PA(ProductionAutomation)、办公自动化OA(OfficeAutomation) 、 实 验 室 自 动 化 LA(LaboratoryAutomation) 、 工 厂 自 动 化FA(FactoryAutomation)的目标，推出 TPS(Total Plant Solution)全厂一体化控制系统；第三阶段则是引入了现场总线技术，它使生产现场的信息得到流通，现场设备作为企业信息网络底层加入工厂信息网络，最终实现了工厂底层信息的集成。在 DCS系统角逐的今天，国内的 DSC也开始慢慢发展起来，在中华民族自强不息的奋斗下，经过不断的发展，本土的控制系统公司逐渐壮大，如目前和利时、中控和新华公司三大代表，它们都具有完备的生产控制技术。在发展的长河中，DCS 的体系越来越完备，其性能与功能都向着更高的水平发展，实现了系统的功能从现场控制层向监督控制层发展、从原来的单一回路控制向顺序控制、程序控制、逻辑控制、批量控制等混合控制发展、使市场向更加开放化的方向发展、产品则向更加标准化的方向发展。1.3 工业锅炉温度控制的发展和现状锅炉温度控制的不断发展，各方面都在改进，而下面本文主要从控制器角度出发，介绍了单片机、PLC、DCS三种控制系统发展的三个阶段。采用单片机作为控制器来对温度进行控制较为方便灵活， 能够提高被控温度的技术指标，与过去单纯采用电子线路进行PID 调节的控制相比有很大优势【2】。单片机的缺点是它没有停机指令，只能通过主程序设置死循环并反复运行各个任务才能停止，十分麻烦；而且对于温度测量需通过频率的对比，再查表得出，也较为麻烦；以 PLC 为控制核心的温度串级控制系统是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置【3】。PLC 系统所具有的通用性强、抗干扰能力强、编程与操作简单、高可靠性等优点是单片机所不具有的。可编程控制器是在七十年代引进的，与之前相比增加了数据运算和传送等功能，成为了具有自动化控制功能以及计算机特征的工业控制器；在上世纪八十年代到九十年代期间快速发展,它提高了自身的数字运算能力、处理模拟量能力、网络能力和人机接口能力，开始进入过程控制领域,甚至在某些应用上取代了DCS 系统。现阶段锅炉许多采用和利时 DCS 系统，如 MACS 控制系统。它是利用以太网和现场总线技术的控制网络，将各工程师站、操作员站、现场控制站、数据服务器连接而成的综合自动化系统,与 PLC 相比，它操作平台采用以太网，采用标准或变形的 TCP/IP 协议，有较强的可扩展能力【4】；但现在大型PLC 也采用上位机平台为以太网，所以二者的差别越来越小。1.4 本课题的主要工作本课题的主要工作是通过查阅资料熟悉和利时MACS控制系统， 了解其系统的体系结构、功能、硬件结构、以及相应软件掌握系统组态流程，学习数据库总控组态设计、设备组态设计、 图形组态设计、 控制算法组态的编译方法， 并针对模拟锅炉温度控制系统， 采用 MACS5.2.3软件进行组态编辑，调试运行，利用 PID 控制参数，最终实现对模拟锅炉内胆和夹套温度的控制。
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