串级双容水箱仿真P3DCS.doc

上海电力学院计算机测控系统课程设计课题: 基于 DCS 技术的水箱水位串级控制系统设计与仿真实现专业: 班级: ____ 姓名: 学号: 指导教师: 一、课程设计目的采用 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。二、课程设计内容采用 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。其中上水箱水位的对象传递函数为 ses sG 32115 2)( ???上水箱水位对下水箱水位传递函数为 ses sG 51125 )( ???其它执行器和测量电路的传递函数简化为 K= 1 三、系统概述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。系统的工艺流程如下图(图 1 )所示: 图1 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: 图2 四、课题设计及其步骤第一部分硬件设计根据图 2 系统示意图,硬件设计采用 STD 总线 IPC 来进行图 2-1-1 IPC 硬件组成框图硬件组成说明: 1、 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; 2、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; 3、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; 4、 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上水箱水位板下水箱水位板 D/A 转换板电源伺服放大版 CRT 板内存板键盘及自诊断板滤波版键盘 CP U板显示器 CRT 打印机打 STD (内部)总线外部总线伺服放大板,从而控制主调节阀; 5、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; 6、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。第二部分软件设计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: 1、组态设计 1 )系统配置组态主要是指 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。 2) 实时数据库组态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: 图4 3 )控制算法组态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 PI