串双容水箱仿真DCS.doc

蒂薀膆上海电力学院袄膁薀计算机测控系统课程设计薇蚆芄蚀羈肄课题:基于DCS技术的水箱水位串级控制羃系统设计与仿真实现蝿专业:荿班级:____螆姓名:螂学号:衿指导教师:蒆一、课程设计目的芄采用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。薁课程设计内容罿采用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。袇其中上水箱水位的对象传递函数为羆上水箱水位对下水箱水位传递函数为薄其它执行器和测量电路的传递函数简化为K=1聿芈系统概述蒄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。莃系统的工艺流程如下图(图1)所示:腿虿图1膅肁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:腿聿图2薃课题设计及其步骤膄第一部分硬件设计艿芆上水箱水位板莅下水箱水位板袃D/A转换板荿电源蚇伺服放大版肇CRT板蚂内存板蒈肈键盘及自诊断板蒅蒁滤波版薈葿键盘***CPU板蒄显示器蚈CRT薆打印机打印机蚅STD(内部)总线芃外部总线根据图2系统示意图,硬件设计采用STD总线IPC来进行螈羇莇肂肂莈袄肅膂螈薆袃节腿羄图2-1-1IPC硬件组成框图薂硬件组成说明:莂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;莆自诊断板: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;螆上、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;莁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;蒁伺服放大板: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;螇滤波板:对STD总线有关信号进行滤波处理,提高整个系统的可靠性。蚆袆第二部分软件设计羃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:薀组态设计莈1)系统配置组态蚅主要是指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。肃实时数据库组态羁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:螆莄图4膃3)控制算法组态膈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,线性功能块用于代表被控对象的特性。根据串级回路的结构特点,绘制SAMA图如图5所示:薇膂图5芃