D CS-TS
—自动化综合实习仿真系统
用户使用手册
北京东方仿真控制技术有限公司，版权所有，2002_2006
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前言
随着现代化生产过程控制技术飞速发展，生产装置大型化，生产过程
连续化和自动化程度的不断提高，为保证生产安全稳定、长周期、满负荷、最优化地运行，职业教育和在职培训显得越来越重要。但是，由于一些工
艺过程复杂、工艺条件要求十分严格，常伴有高温、高压、易燃、有毒、
腐蚀等不安全因素，常规的职业教育和培训方法不能满足要求，而仿真技
术，能利用计算机模拟真实的操作控制环境，给职业教育提供丰富生动的
多媒体教学手段，为受训人员提供安全、经济的离线培训条件。
本套仿真教学软件适用于自动化专业进行实验，实习。
本套仿真教学软件主要包含单水槽液位控制系统、锅炉系统、化工综
合控制三个系统。
通过对本软件的学习，您可以熟悉单回路控制液位、温度、流量、压
力及单回路参数的整定，也可以了解大型生产装置工业锅炉、化工反应器
的结构组成，主要工艺流程和一般的操作方法。熟悉和掌握常用控制方案：单回路控制、双冲量控制、三冲量控制、负荷控制、串级控制、比值控制、分程控制、选择性控制等。熟悉和掌握大型生产装置工业锅炉、化工反应
器的冷态开车步骤，控制系统的投运方法、步骤以及各控制回路PID 参数
的整定和对控制质量的影响。测试和比较在不同的控制方案下的控制质量
和效果。
第一章 软件安装
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本软件建议使用配置为：Windows 98/NT 操作系统，pentium-166
以上，至少32M 内存，800x600的屏幕分辨率，建议使用32位真彩，
至少200M 的硬盘空间。
本软件的安装步骤如下：
将仿真软件安装盘放入CD_ROM 驱动器中，点击安装程序文件“自
动化仿真实习.EXE ”出现如下画面：
点击“NEXT ”即进行下一步：
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继续点击“NEXT ”即可进行标准安装，如用户需要安装在其他路径，可
点击浏览按钮“browse ”自己选择路径。但用户要记住此安装路径，在后
面要用到。
继续点击“NEXT"即出现安装进度条：
在安装的过程中，随时点击Cancel 键将出现提示对话框，提示您安装过程
尚未完成，是否要退出安装，如想继续安装则点击Resume 键，如想退出
安装则点击ExitSetup 键。
安装程序将程序拷备到您的系统后，将自动更新您的系统。
继续点击“FINISH ”完成标准安装。
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至此，控制实习仿真教学系统软件已成功地安装在您的计算机上了。您可
以在安装结束后点击“开始---程序”开始您的学习。出现如下界面：
第二章 软件概述
一、软件内容
本软件包括了六个控制系统：单水槽液位控制系统、换热器控制系统、
压力罐控制系统、三水槽控制系统、锅炉系统、化工综合控制系统。
本套软件主要功能可以让用户学习如何进行工控软件的组态；实际的
工控装置的操作；控制算法的组态；控制系统的投运，PID 参数的整定。
每套控制系统的仿真操作部分，用户可以通过实际操作各种阀门，仪
表,掌握仪表的使用，冷态开车的方法，比较各种控制方案下的不同控制效
果，调节参数对调节质量的影响。
二、软件启动
用鼠标点击“开始---程序---ForceControl---应用管理器ForceControl"进
入应用管理器，出现如下画面：
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选择相应的项目即可进入不同项目，开始仿真软件操作。
三、系统功能
下面以工业锅炉系统为例，介绍本软件共有的系统功能，包括共有部
分的功能和内容及使用，一些公共按钮的说明，及设备的调节、使用方法。请务必仔细阅读，在以后的实验步骤介绍中，遇到相关的部分的使用方法
问题，将不再做单独介绍。
选择工业锅炉进入运行状态后，出现工业锅炉的的流程图画面：
此画面有三个操作按钮：冷态、稳态和联锁投退按钮。
冷态——点击此按钮，即进入冷态开车状态。所有的阀门均处于关闭状态，所有的泵和风机处于停止位。用户可以按照操作规程一步一步从冷态开到
稳态。在此过程中，如对各回路的相互关系不是很了解，则操作不会成功。
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稳态——点击此按钮，系统即进入稳态。阀门处于正常位置，泵和风机处
于打开位置，系统处在正常稳定状态，用户可在此状态下，进行各控制回
路的参数整定，设定干扰，观察各干扰对系统的影响，及在不同干扰下如
何进行参数整定。
联锁投退页——点击此按钮即进入联锁投退保护页，在此页内可对各项保
护进行投入和退出的操作。在保护投入状态，如被测变量达到预先设定的
保护值，保护将动作，自动进行一些保护设备安全的操作。在保护退出的
状态下，如被测变量达到预先设定的保护动作值，保护不进行动作。投退
保护页画面如下：
在此画面中点击按钮
即可实现保护投入和退出的切换。
在流程画面下还有页面切换按钮可以切换到其他各个画面。
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在此画面中，点击各按钮 历史趋势 实时报警 历史报警 即进入相应
的画面。点击 退出 按钮将退出运行系统。
历史趋势画面
实时报警画面
历史报警画面
四、调节仪表的使用
本软件所使用的调节仪表均为统一形式，在流程图页用鼠标左键点击即可弹出调节仪表，以PIC103为例，如下图所示：
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此调节仪表的弹出画面中有四个区域：趋势显示区、数值显示区、指
针与棒图显示区和状态按钮切换区。
趋势显示区——显示测量值、给定值与输出值的实时趋势图。
数值显示区——显示测量值、给定值、输出值及比例系数、积分时间、微
分时间的当前值，并可在线修改比例系数、积分时间和微分时间，给定值
是在投自动的情况下可以再线修改，输出值是在投手动的情况下可以在线
修改。
指针与棒图显示区——红色指针表示给定值，蓝色指针表示输出值，
绿色棒图表示当前测量值。
状态切换区——按下手动、自动按钮，正向、反向按钮可进行状态之
间切换，中间白色区域为当前状态显示。关闭按钮可关闭此调节仪表的弹
出画面。
五、显示仪表的使用
显示仪表是用来显示一些重要数据的仪表，显示仪表面板上没有任何
操作，在此就不做介绍。
六、手动调节阀的的使用
本软件所用的手动调节阀门共有两种，如下图所示：
此两种调节阀门的使用方法相同，用鼠标左键按住红色滑块左右或上
下拖动，用来调节阀门的开度。阀门开度显示在显示框内，如下图所示：
调节阀门的开度也可以用鼠标的左键点击，开度显示框
，在线修改输入框回车即可。
七、泵的使用
本软件所涉及到的泵有两种，如下图所示
：
启动泵按下该泵旁边的开关按钮，红色按钮表示关，绿色按钮表示
开，此时相应的文字显示为ON或OFF 。
八、风机的使用
本软件所涉及到的风机如下图所示，其操作方法与泵的操作方法相同，在此不在重复说明。
第三章软件的操作
工程一、工业锅炉系统
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一、实习目的及要求
1.了解工业锅炉的结构组成、主要工艺流程和一般的操作方法。
2.熟悉和掌握工业锅炉控制系统的构成和常用控制方案：汽包液位控制、
蒸汽压力及温度控制、炉膛负压控制等。
3.熟悉工业锅炉的开车过程；掌握控制系统的投运方法和步骤。
4.掌握各控制回路PID参数的整定及对控制质量的影响。测试和比较在
干扰作用下，同一控制参数在不同控制方案下的控制质量和效果。
二、实习装置
1、工业锅炉的结构及工艺流程简介
锅炉是将燃料燃烧释放出的热能传递给水，使水转变成为具有一定压力和温度的蒸汽（或水）的动力装置。锅炉分动力锅炉和工业锅炉两大类。动力锅炉用于动力发电等方面，所产蒸汽的量、压力及温度都较高。工业锅炉用于工业生产和采暖等方面，所产蒸汽的量不是很大、一般是过热蒸汽和饱和蒸汽，或者是热水。本软件采用燃气、自然水循环、双汽包、产汽量65t/h过热蒸汽的工业锅炉为仿真实习装置，其控制系统流程图如图1所示。
锅炉是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。锅炉本体主要包括（上、下）汽包、对流管、下降管、上升管、水冷壁、（上、下）联箱、蒸汽过热器、减温器、省煤器、空气预热器、火嘴（喷燃器）等。辅助设备包括通风设备、给水设备、除灰设备和锅炉附件等。
蒸汽生产主流程为：除氧器V102中的水（约0.2MPa、105℃）用高压水泵P101抽出作为锅炉给水。一部分给水经减温器加热后与另一部分混合后进入省煤器，被烟气加热为248℃的饱和水后进入上汽包。上汽包中的热水由对流管流到下汽包，再通过下降管、下联箱进入水冷壁，吸收炉膛辐射热后成为汽水混合物，经上联箱进入上汽包进行汽水分离。上汽包分离出的饱和蒸汽经过热器低温段、减温器、过热器高温段后，成为448℃、3.77Mpa的过热蒸汽送入中压汽网供用户使用。
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工业锅炉控制系统流程图
燃烧系统流程为：来自外部的高压燃料气在气罐V101中经稳压后（约0.3MPa），送入锅炉燃烧室壁侧的火嘴。另外空气由鼓风机P102升压后，经风门送入锅炉燃烧室。燃烧室内的燃气和空气经点火后燃烧释放出热能，成为高温烟气（温度可达900℃），其中大部分热能被水冷壁吸收。高温烟气经蒸汽过热器、上升管、对流管、省煤器、空气预热器等，被逐步吸收热量，温度逐渐降低（到排烟段时降到180℃）。燃烧烟气最后经引风机P103送入烟囱，排入大气。炉膛负压由引风机控制烟气排出流量约为-0.2KPa。
2、 业锅炉控制系统简介
针对上述工艺流程，为满足工业锅炉安全、稳定、正常运行的要求，其控制系统一般都设计实现以下几个控制参数。另外为达到环保及经济效益指标，有的锅炉控制系统还设计有其他控制参数（如排烟氧含量）。
（1）上汽包液位的控制。这是保证工业锅炉安全、正常运行的最重要的一个控制参数。由于在蒸汽负荷变化及给水压力波动的情况下，工业锅炉都存在着“虚假液位”的现象，一般的汽包液位单回路控制方案不能有效地克服干扰，会出现锅炉水烧干甚至锅炉爆炸的严重事故。因而针对性地产生了“双冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位的前馈-反
馈控制）及“三冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位-给水流量的前馈-反馈-串级控制），这两种控制方案的控制效果和控制质量，比单回路控制得以提高，满足了生产工艺的要求。
（2）过热蒸汽压力及温度的控制。这是工业锅炉生产蒸汽产品的质量指标，达到蒸汽用户的要求。这两个控制参数一般都是单回路控制，控制质量要求高的，实现了串级控制。
（3）燃料气压力控制，这是保证燃料气稳定燃烧的重要指标。一般的单回路控制就可以满足要求。
三、实习内容
1、工业锅炉的开车直至产汽量达到额定负荷，锅炉进入正常运行状
态，控制系统全部投入自动。
2、2、在锅炉进入正常运行状态后，分别通过改变蒸汽负荷和给水压
力作为干扰，记录汽包液位参数值反应曲线。
四、实习步骤
1、工业锅炉的冷态开车
（1）锅炉上水：在除氧器V102工作正常的条件下，启动给水泵P101，打开给水泵循环阀SV101，调节给水泵出口压力为5.0Mpa。通过调节LIC101的输出值，手动控制给水调节阀LV101，使给水流量约10t/h, 锅炉开始上水。稍后可加大给水流量，并观察上汽包液位上升，直至达到50%左右。在下面的步骤中注意观察汽包液位的变化，随时进行调节，使液位稳定在50%左右。
（2）燃料系统的投运：手动调节PIC104输出值，缓慢打开调节阀PV104，燃料气进入缓冲气罐V101。当PIC104指示达0.3MPa时，将PIC104控制回路投自动，给定值设为0.3MPa。
（3）锅炉点火：全开上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV104。打开主汽阀SV102至80%开度。遥控全开鼓风机风门HV101、引风机风门HV102。启动鼓风机P102、引风机P103，先通风一段时间使炉膛内不含可燃性气体后，将鼓风机风门HV101、引风机风门HV102都调至20～40%开度。手动调节PIC103输出值至5%左右，并立即持续按压住点火按钮点燃燃气，放开点火按钮,炉膛火焰点着后。手动控制调节阀PV103的开度，逐渐加大燃料气流量。注意在加大燃料气流量的过程中，用鼓风机风门HV101调整烟气出口氧含量值AI101在0.9%～3.0%，用引风机风门HV102调整炉膛负压值PI106在-0.1～-0.25KPa。
（4）锅炉升压：严格按照锅炉的升压要求，继续手控调节器PIC103，使
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锅炉缓慢平稳地升压。当蒸汽压力PI102达0.7～0.8MPa时，关闭上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV104。当TIC101指示过热蒸汽温度达400℃时，手动调节TIC101输出值，逐渐开启减温水调节阀TV101A使过热蒸汽温度达到正常值（448℃）。继续手控调节PIC103，使蒸汽压力逐渐平稳至3.7MPa后保持3分钟。确认蒸汽压力稳定在3.72～3.77MPa范围内，蒸汽温度不低于400℃，上汽包水位在50%左右。当蒸汽压力稳定到3.77MPa 时，将PIC103投自动，给定值设为3.77MPa。
（5）负荷提升：逐渐开大主汽阀SV102，手控TIC101，当过热蒸汽温度稳定在448℃左右时，将TIC101投自动，给定值设为448℃。锅炉达到额定负荷（65t/h）后，将上汽包水位控制LIC101投入自动，给定值设为50%。至此，锅炉进入正常运行状态。
注意：各冷态开车的步骤中各参数变化是相互影响的，所以要观察各参数的变化综合调节。
2、上汽包水位的干扰实验
（1）在上述冷态开车步骤选定的控制方案下，在锅炉进入正常运行状态且各调节系统全部投入自动后，瞬间减小蒸汽管网压力PI103A到3.62MPa，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。
（2）在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，关小给水泵循环阀SV101到5%，使给水压力上升，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。
3、过热蒸汽温度值的干扰实验
在锅炉正常运行状态时，通过关小主汽阀SV102，使用户蒸汽用量减小到55 t/h左右，观察并记录过热蒸汽温度参数值反应曲线。并注意观察该分程控制中的两个调节阀（TV101A和TV101B）的动作过程，必要时可重新整定该温度控制回路TIC101的P、I、D参数。
工程二、三水槽液位控制系统
本流程为液位控制系统，通过对三个罐的液位及压力的调节，使学员掌握简单回路及复杂回路的控制及相互关系。
缓冲罐V101仅一股来料，8Kg/cm2压力的液体通过调节产供阀FIC101向罐V101充液,此罐压力由调节阀PIC101分程控制,缓冲罐压力高于分程点（5.0Kg/cm2）时，PV101B自动打开泄压，压力低于分程点时，PV101B 自动关闭，PV101A自动打开给罐充压，使V101压力控制在5Kg/cm2。缓冲罐V101液位调节器LIC101调节，一般液位正常控制在50%左右，自V101
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底抽出液体通过泵P101A打入罐V102,该泵出口压力一般控制在9Kg/cm2，FIC102流量正常控制在20000Kg/hr。
罐V102有两股来料，一股为V101通过LIC101调节后来的流量；另一股为8Kg/cm2压力的液体通过调节阀LIC102进入罐V102,一般V102液位控制在50%左右,V102底液抽出通过调节阀FIC103进入V103,正常工况时FIC103的流量控制在30000 kg/hr。
罐V103也有两股进料，一股来自于V102的底抽出量，另一股为8kg/cm2压力的液体通过FIC103与FI103比值调节进入V103,比值系数为2:1，V103底液体通过LIC103调节阀输出，正常时罐V103液位控制在50%左右。
本单元复杂控制回路说明：
FFIC104:为一比值调节器。根据FIC1103的流量，按一定的比例，相适应比例调整FI103的流量。
比值调节：工业上为了保持两种或两种以上物料的比例为一定值的调节叫比值调节。对于比值调节系统，首先是要明确那种物料是主物料，而另一种物料按主物料来配比。在本单元中，FIC103为主物料，而FI103的量是随主物料的量的变化而改变。
该单元主要包括以下设备：
V-101：缓冲罐
V-102：恒压中间罐
V-103：恒压产品罐
P101A：缓冲罐V-101底抽出泵
P101B：缓冲罐V-101底抽出备用泵
二、装置的操作规程
1、冷态开车规程：
装置的开工状态为V-102和V-103两罐已充压完毕，保压在2.0kg/cm2，缓冲罐V-101压力为常压状态，所有可操作阀均处于关闭状态。
1.1 缓冲罐V-101充压及液位建立：
（1）确认事项：
·V-101压力为常压
（2）V-101充压及建立液位：
·在流程图上，打开调节阀FIC101,阀位一般在30%左右开度,给缓冲罐V101充液。
·待V101见液位后再启动压力调节阀PIC101,阀位先开至20%
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充压。
·待压力达5kg/cm2左右时,PIC101投自动.
1.2 中间罐V-102液位建立：
（1）确认事项：
·V-101液位达40%以上
·V-101压力达5.0kg/cm2左右
（2）V-102建立液位：
·启动泵P101A.
·打开出口调节阀LIC101,手动调节FV102开度,使泵出口压力
控制在 9.0kg/cm2左右.
·打开液位调节阀LV102至50%开度.
·V-101进料流量调整器FIC101投自动，设定值为20000.0kg/hr.
·操作平稳后调节阀LIC101投自动调节V101液位. 设定值为50%.
·V-102液位达50%左右,LIC102投自动，设定值为50%.
1.3 产品罐V-103建立液位：
（1）确认事项：
·V-102液位达50%左右
（2）V-103建立液位：
·在流程图上，打开FIC103及FFIC104,阀位开度均为50%.
·当V103液位达50%时,打开液位调节阀LIC103开度为50%.
·LIC103调节平稳后投自动，设定值为50%.
2、正常操作规程：
正常工况下的工艺参数：
(1) FIC101投自动，设定值为20000.0kg/hr.
(2) PIC101投自动（分程控制），设定值为5.0kg/cm2
(3) LIC101投自动，设定值为50%.
(4) FIC103投自动，设定值为30000.0kg/hr
(5) FFIC104投自动(与FIC103比值控制)，比值系统为常数2.0.
(6) LIC102投自动，设定值为50%
(7) LIC103投自动，设定值为50%
(8) 泵P101A出口压力PI101正常值为9.0kg/cm2
(9) V-102外进料流量FI101正常值为10000.0kg/hr.
（10）V-103产品输出量FI102的流量正常值为45000.0kg/hr.
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3、停车操作规程：
3.1 正常停车：
（1）关进料线:
·将调节阀FIC101改为手动操作，关闭FT01，
·将调节阀LIC102改为手动操作，关闭LIC102，使V-102外进料流量FI101为0.0kg/hr.
·将调节阀FFIC104改为手动操作，关闭FFIC104.
（2）将调节器改手动控制：
·将调节器LIC101改手动调节。
·手动调节LIC101，维持泵P101A出口压力，使V-101液位缓慢降低.
·将调节器FIC103改手动调节，维持V-102液位缓慢降低.
·将调节器LIC103改手动调节，维持V-103液位缓慢降低.
（3）V-101泄压及排放：
·罐V101液位下降至10%时,先关出口阀FV102,停泵P101A。
·打开排凝阀V4。
·罐V-101液位降到0.0时,PIC101置手动调节,打开PV101为100%放空.
（4）当罐V-102液位为0.0时,关调节阀FIC103。
（5）当罐V-103液位为0.0时,关调节阀LIC103.
3.2 紧急停车：
紧急停车操作规程同正常停车操作规程。
第四章 DCS组态
本软件是在力控组态软件上开发的产品，具体组态步骤参见力控组态软件的再线帮助。
第一步：建立新应用。
在计算机 开始---程序---ForceControl---应用程序管理器 进入力控的组态开发环境。
点击 添加新应用 出现如下画面
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在应用名和路径内填写该工程项目的名称及存放的路径。点击“确认”即可。
第二步：进行组态。
选中要进入的应用程序名称，单击“进入组态”按钮，启动ForceControl 组态环境。
出现如下画面：
第三步：添加设备
导航器采用分层的树形结构显示和浏览项目。点击实时数据库I/O 设备驱
动，可以添加用户所需的新设备。
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第四步：定义数据库
在浏览器中点击“实时数据库---数据库组态”可出现如下画面：双击“创建新点”即可以建立您所需要的变量点。
第五步：创建画面：
在浏览器的窗口上点击右键—新建画面，弹出如下窗口：