串双容水箱仿真PDCS.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse薄螃蒈上海电力学院罿羇膂计算机测控系统课程设计芈螇肅薂罿螈课题:基于DCS技术的水箱水位串级控制膃系统设计与仿真实现肁专业:虿班级:____衿姓名:薆学号:蒀指导教师:葿一、课程设计目的蚇采用P3DCS系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试,包括数据库组态,SAMA图组态,流程图组态,操作器组态,设计手动和单回路自动控制,串级自动控制等控制方案,并实现手自动无扰切换和报警,设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现,进行仿真,参数整定与系统调试。蚄课程设计内容膄采用P3DCS系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试,包括数据库组态、SAMA图组态、流程图组态、操作器组态,设计手动和单回路自动控制、串级自动控制等控制方案,并实现手自动无扰切换和报警,设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现,进行仿真、参数整定与系统调试。膀其中上水箱水位的对象传递函数为蚈上水箱水位对下水箱水位传递函数为肇其它执行器和测量电路的传递函数简化为K=1薃羀系统概述蒅两个水箱的串联在工业中运用的非常广泛,上下水箱组成一个串联,这样的一个串联系统跟单容水箱在控制时间上对比有了一定的迟延,这是由于容积迟延造成的,通过在P3DCS组态软件的使用下,设计一个串级控制系统。设计串级回路控制的目的就是在控制系统中加入副回路,从而加快系统的调节速度和增强系统的动态性能。主副回路控制系统的PID参数采用两步整定法,先整定副回路上水箱的PID参数使之达到稳定,然后再整定主回路的参数使之达到稳定的状态。并通过P3DCS组态软件对系统的曲线进行实时监控,调出最优PID参数。膅系统的工艺流程如下图(图1)所示:羃蚁图1薇芃根据水箱系统的结构,我们设置一个串级控制回路,把下水箱作为串级控制系统的主控制回路,上水箱作为串级的副控制回路。从而得出串级控制系统的方框图如(图2)所示:蒂蒁图2蚈课题设计及其步骤蚆第一部分硬件设计袁膁上水箱水位板莅下水箱水位板螄D/A转换板芁电源袂伺服放大版蒇CRT板膆内存板羄莈键盘及自诊断板薈芅滤波版莃膈键盘莆CPU板莃显示器袃CRT衿打印机打印机莇STD(内部)总线螆外部总线根据图2系统示意图,硬件设计采用STD总线IPC来进行节虿蒈袄蚂莀芆膆肁肀芇莅螄袀荿图2-1-1IPC硬件组成框图蒃硬件组成说明:芄CPU板及打印机、CRT板及CRT、键盘及自诊断板及键盘、内存板、电源、构成了STD工业控制基本系统;薁自诊断板:使用了WDT看门狗技术,无论何种原因引起死机,自诊断系统能在1s—2s内测出并恢复正常运行,整个计算机系统工作可靠;膆上、下水箱水位板由计数电路组成,检测检测主、副回路管道送来的水位信号;螅D/A转换板是水箱水位的驱动口板,计算机系统检测两水箱水位与设定值进行比较,并对其偏差进行PID运算,其运算结果通过D/A转换器由数字量转换为模拟电压信号量输出至伺服放大板,从而控制主调节阀;蚃伺服放大板:相当于电动单元组合仪表中的伺服放大器,接收来自D/A转换板输出的阀位信号,检测阀的实际位置,若实际位置与D/A转换板输出的阀位有偏差,则阀动作,达到与D/A输出一致的位置后停止,实现计算机系统对调节阀的控制;莁滤波板:对STD总线有关信号进行滤波处理,提高整个系统的可靠性。芇羄第二部分软件设计肂本次课程设计主要有两个方面的工作:即是组态设计和系统调试:肁组态设计艿1)系统配置组态芆主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型,I/O-卡件信息,电源布置,控制柜内安装接线等。蒂实时数据库组态袂数据库组态是系统组态中应尽早完成的工作,因为只有有了数据库,其他的组态工作(控制回路组态、画面组态等)才可以调试。运行P3DCS软件,首先进行I/O配置:点击系统数据库图标,进行各参数的点名与说明。由于本次设计要求是双容水箱串级控制系统,所以数值量有上水箱水位PV2、下水箱水位PV1、设定值SP、主控制器输出AO1、副控制器输出AO2、控制器输出AO等,逻辑量有控制器状态DO等。保存后关闭窗口,进行SAMA图组态的制作。如图4所示:肆莄图4羁3)控制算法组态芈控制算法组态指的是将系统设计时规定的模拟量控制、开关量控制等功能用DCS算法予以实现。点击SAMA图组态图标,打开SAMA图制作窗口。SAMA图组态用于将系统内部定义的功能算法模块按照逻辑组合起来,编译下装到过程控制站中进行调用和执行。由于本次课程设计是串级回路控制系统,所以我采用系统自带的2个PID功能块、1个M/A手操器功能块和若干线性功能块来构成SAMA图的基本框架。PID1(左)用于控制下水箱水位,PID2(右)用于控制上水箱水位,M/A用于设定下水箱的目标值,