基于DCS技术的串级控制系统仿真.

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1、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仿真 专 业： 自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 双容水箱水箱水位串级控制系统设计一、课程设计目的1、熟悉掌握P3DCS的分散控制系统组态的步骤和流程。2、学会参照P3DCS和使用说明，进行DCS组态。3、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。4、学会设计简单的系统组态。2、 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

2、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 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 = 13、 系统概述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 系统连接图 根据水箱系统的结构，我们设置一

3、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 系统方框图4、 实验设计及步骤 1、打开主程序到登陆界面。 2、登入后进入系统主界面点击系统数据库图标，进行各参数的设置与说明。 图 3 进行各参数的设置与说明 3、进行sama图制作，对其中元件进行设定。对被控对象进行定值，然后对PID参数进行设置，主回路的K1设为2，K2 为0.25，副回路的K1为 2 ；然后再进行M/A模块的设置。 图 4 图5 模拟手动站功能块M/A的参数设置 4.调节PID参数5.将SAMA图进行编译并保存。 图64、操作员站显示画

4、面组态用矩形、棒状图和折线绘制双容水箱、进出水管，阀门等，实时曲线绘制黑色表格。将水箱与对应的数据点连接起来，PV1对应下水箱，PV2对应上水箱，并设定上下限与填充色。实时曲线也同样与数据点对应，设置上下限与颜色，保存文件。 图75、 在图形界面中，新建操作器.wnd文件并保存。 同样用矩形和棒状图绘制操作器数值显示条，并将其与各模拟数据点一一对应，设置上下限并填充颜色。指示灯用于指示控制器工作状态，6个按钮用于自动控制时增减设定值，手动控制时增减控制器输出。将SAMA图中模块号对应到按钮上，就能实现SP值的便捷修改，方便操作员在发现情况后直接修改参数。手动/自动按钮用于切换控制状态，SP增/

5、减按钮用于自动状态下设定值的增减，AO增/减按钮用于手动状态下控制器输出增减，然后再增加报警点。 图 86、进入虚拟DPU，点击绿色箭头运行，从左边变为右边 图 9 过程站巡行图7、将操作显示界面与监控界面连接起来，如此一来在操作员站的监控画面下，可以直接点击控制阀来调处操作显示界面，进行参数的调节。 图 102、系统调试PID参数整定 主PID参数如图所示图11 主PID参数副PID参数如图所示图 12 主PID参数五、课题设计实验结果1.编译SAMA图。2.开始运行与系统诊断 3.运行调试结果如上图 图 9 超调量为10%，系统稳定时间在2分钟左右，上水箱液位超调也很小.可见控制的效果还是

6、不错的.4.手自动切换 图 135、 实验心得小结 P3-DCS这个软件对我们来说是第一次操作，听老师说电厂的控制系统都是由这个软件制作，而且做一套要卖几千万，顿时感到这款软件的强大。不过我们这次学的是最简单的，根据老师给出的PDF教学软件后我很快就能上手了，我做了一个双容水箱的DCS系统，在图书馆找了一些指导书后画出了系统的sama图。后面一切都还顺利，就是在参数整定的时候遇到了不少困难，PID参数怎么也弄不对，最后在同学的帮助下艰难搞定。这次实验使我P3DCS这款软件得到了初步的熟悉。很好的与理论的知识相结合，知道了P3-DCS这款软件的强大之处。 过热蒸汽温度DCS控制系统一、实验目的1

7、、熟悉掌握P3DCS的分散控制系统组态的步骤和流程。2、学会参照P3DCS和使用说明，进行DCS组态。3、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。4、学会设计简单的系统组态。二、实验内容 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. 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。数据库组态一般通过专用软件进行，数据录入时一定要认真仔细，数据库中一个小的错误就会给运行带来极大的麻烦，如造成显示错误、操作不当甚至死机故障。 2.控制算法组态

8、 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。本设计以主汽温度串级控制策略为对象，并且模拟控制对象，构成闭环回路，完成这些控制算法的组态工作。 3.操作员站显示画面组态 运行人员主要通过操作员站画面来观察生产过程运行情况，并通过画面提供的软操作器来干预生产过程，因此画面设计是否合理、操作是否方便都会对运行产生重要影响。本设计要求设计关于主汽温控制的简单流程图画面、趋势画面、参数显示画面、操作画面，并把有关的动态点同控制算法连接起来。 4.趋势组态。 显示需要观察的数据点趋势图。 (2)系统调试 设计要求进行动态调试。所谓动态调试是指系统与生产现场相连

9、时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。动态调试一般包括以下内容： 1.观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2.检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3.对控制回路进行在线整定； 4.当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，应尽量在停机状态下重新组态下装。若条件不允许，也可进行在线组态，但要熟悉在线组态的各个环节并做好应急措施。 三、实验原理 串级过热汽温控制系统工作原理 图1所示的串级汽温控制系统，只要导前汽温2发生变化，

10、副调节器P就去改变减温水流量W，初步维持后级过热器入口汽温2在一定范围内，起粗调作用。而过热器出口温1的控制，则是通过主调节器PI来校正副调节器工作，只要 1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W 的变化，直到1恢复到给定值为止。稳态时，导前汽温2可能稳定在与原来数值不同的数值上，而主汽温1则一定等于给定值。 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

11、器的任务是维持1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 锅炉过热汽温控制采用串级汽温控制系统,控制系统方框图如图 2: 已知系统中各环节的传递函数为: 其中减温水的对象传递函数为 过热器传递函数为 其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1 图 2 串级汽温控制系统构成1 组态设计 2 实时数据库组态 图3 图4 操作员监空控画面 图 5二 系统调试PID参数整定 主PID参数如图所示图 6 主PID参数副PID参数如图所示图7 副PID参数实验结果1编译运行sama图 2打开操作员监控画面给一个设定值 运行结

12、果如下所示 图8 运行结果图 从图上可以看出系统稳定时间比较慢，但超调量比较小，曲线还算完美实验心得 本次实验我了解了P3DCS的DCS组态，需要经过建立系统数据库、SAMA图组态、图形界面组态，而后运行虚拟DPU、进行系统诊断和操作员监控来观测结果，这样一个流程。我也学会了如何在PID的STR引脚加跟踪信号，以达到手自动的无扰切换。虽然过程中遇到很大的问题，如PID引脚不知如何添加的问题，自己也利用大量的课余时间上网查询相关知识，但没有太大的实用效果。实验中的确遇到了不少问题，比如一切做好之后调试运行，结果输出值为0，还有SAMA有值了但是图像化界面又没图像等各种问题，最主要的问题是这个系统在WIN7上是可以制作的，但是虚拟DPU不能运行，多亏之前电脑有虚拟机WIN XP，才解决了这个最棘手的问题，自己所做的系统得以运行，得出曲线。还帮助了其他人装了虚拟机，解决了在自己电脑上虚拟DPU不能运行的问题。