串级双容水箱仿真p3dcs-上海电力.doc

上海电力学院
计算机测控系统课程设计
课 题： 基于DCS技术的串级控制系统设计
仿真实现
专 业： 自动化〔电站〕
班 级： ____
姓 名：
学 号：
指导教师：
一、 设计目的
通过对计算机监控系统的设计、配置和实现，掌握计算机测控技术在过程控制领域的应用。完成一个监控系统的硬件配置和软件控制方案设计。其中硬件配置可以采用IPC构造配置、DCS构造配置，也可采用PLC的构造配置；监控系统方案设计选用一种P3DCS组态软件来实现监控功能，其中包括控制策略组态〔SAMA图组态〕、流程图组态、操作器组态〔具有手动/自动切换功能和自动设定功能〕，以及趋势曲线的组态；并通过参数整定与系统调试实现其监控功能。
二、 设计内容
题1 蒸汽温度监控系统
图1 所示的串级汽温控制系统和其相应的工艺流程，蒸汽温度控制系统需要将
过热器出口温度设定在一定的温度设定值上。
工艺系统和控制设计说明：只要导前汽温2 q 发生变化，副调节器P 就去改变减
温水流量，初步维持后级过热器入口汽温2 Wqq 在一定范围内，起粗调作用。而过
热器出口汽温1 q 的控制，那么是通过主调节器PI 来校正副调节器工作，只要1 q 未达
到给定值，主调节PI 的输出信号就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水
量的变化，直到1 Wqq 恢复到给定值为止。稳态时，导前汽温2 q 可能稳定在与原来
数值不同的数值上，而主汽温1 q 那么一定等于给定值。
在串级汽温控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可以选用不同
的调节器。副回路及副调节器的任务是快速消除内扰，要求控制过程的持续时间较
短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。当到前汽温惯性较大时，也可选
用比例微分调节器。主回路及主调节器的任务是维持1 q 恒定，一般选用比例积分调
节器。当过热器惰性区较大时，也可选用比例、积分、微分调节器。
图1 串级汽温控制系统工作原理
其中导前区的对象传递函数为
过热惰性区的传递函数为
其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1
题2 水箱水位监控系统
图2 和图3 所示的串级水箱水位控制系统方框图以及工艺流程图，水箱监控系统需要将下水箱水位控制在所需要的高度r1。
工艺系统和控制设计说明：只要上水箱水位hB2B 发生变化，副调节器就去改变调节阀开度u，初步维持上水箱水位hB2B在一定范围内，起粗调作用。而下水箱水位hB1B的控制，那么是通过主调节器来校正副调节器工作，只要hB1B未到达给定值，主调节的输出信号rB2B就不断递变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量的变化， 直调节阀的开度，直到下水箱水位hB1B到达给定值为止。

图 2 双容水箱串级控制系统框图
图3 双容水箱串级控制系统示意图
其中上水箱水位的对象传递函数为
上水箱水位对下水箱水位传递函数为-= +
其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1
三、课题设计及其步骤
第一局部 硬件设计
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
CPU板
显示器
CRT
打印机打印机
STD〔内部〕总线
外部总线
根据图2系统示意图，硬件设计采用STD总线IPC来进展

图4 IPC硬件组成框图
硬件组成说明：
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工业控制根本系统；
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；
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；
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展比拟，并对其偏差进展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；
伺服放大板：相当于电动单元