基于DCS技術的串級控制系統(tǒng)仿真

1、上海電力學院 計算機測控系統(tǒng)課程設計 課 題： 基于DCS技術的串級控制系統(tǒng)仿真 專 業(yè)： 自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 雙容水箱水箱水位串級控制系統(tǒng)設計一、課程設計目的1、熟悉掌握P3DCS的分散控制系統(tǒng)組態(tài)的步驟和流程。2、學會參照P3DCS和使用說明，進行DCS組態(tài)。3、通過對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計、配置和實現(xiàn)，掌握計算機測控技術在過程控制領域的應用。4、學會設計簡單的系統(tǒng)組態(tài)。2、 課程設計內容 采用P3DCS系統(tǒng)設計完成水箱水位串級控制系統(tǒng)并進行參數(shù)整定和調試，包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、SAMA圖組態(tài)、流程圖組態(tài)、操作器組態(tài)，設計手動和單回路自動控制、串級自動控制等控制方案，并實現(xiàn)手自動

2、無擾切換和報警，設計相應的模擬量控制和邏輯控制方案并實現(xiàn)，進行仿真、參數(shù)整定與系統(tǒng)調試。 其中上水箱水位的對象傳遞函數(shù)為 上水箱水位對下水箱水位傳遞函數(shù)為 其它執(zhí)行器和測量電路的傳遞函數(shù)簡化為K = 13、 系統(tǒng)概述設計串級回路控制的目的就是在控制系統(tǒng)中加入副回路，從而加快系統(tǒng)的調節(jié)速度和增強系統(tǒng)的動態(tài)性能。主副回路控制系統(tǒng)的PID參數(shù)采用兩步整定法，先整定副回路上水箱的PID參數(shù)使之達到穩(wěn)定，然后再整定主回路的參數(shù)使之達到穩(wěn)定的狀態(tài)。并通過P3DCS組態(tài)軟件對系統(tǒng)的曲線進行實時監(jiān)控，調出最優(yōu)PID參數(shù)。 系統(tǒng)的工藝流程如下圖（圖 1）所示： 圖 1 系統(tǒng)連接圖 根據(jù)水箱系統(tǒng)的結構，我們設置一

3、個串級控制回路，把下水箱作為串級控制系統(tǒng)的主控制回路，上水箱作為串級的副控制回路。從而得出串級控制系統(tǒng)的方框圖如（圖2）所示： 圖 2 系統(tǒng)方框圖4、 實驗設計及步驟 1、打開主程序到登陸界面。 2、登入后進入系統(tǒng)主界面點擊系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫圖標，進行各參數(shù)的設置與說明。 圖 3 進行各參數(shù)的設置與說明 3、進行sama圖制作，對其中元件進行設定。對被控對象進行定值，然后對PID參數(shù)進行設置，主回路的K1設為2，K2 為0.25，副回路的K1為 2 ；然后再進行M/A模塊的設置。 圖 4 圖5 模擬手動站功能塊M/A的參數(shù)設置 4.調節(jié)PID參數(shù)5.將SAMA圖進行編譯并保存。 圖64、操作員站顯示畫

4、面組態(tài)用矩形、棒狀圖和折線繪制雙容水箱、進出水管，閥門等，實時曲線繪制黑色表格。將水箱與對應的數(shù)據(jù)點連接起來，PV1對應下水箱，PV2對應上水箱，并設定上下限與填充色。實時曲線也同樣與數(shù)據(jù)點對應，設置上下限與顏色，保存文件。 圖75、 在圖形界面中，新建操作器.wnd文件并保存。 同樣用矩形和棒狀圖繪制操作器數(shù)值顯示條，并將其與各模擬數(shù)據(jù)點一一對應，設置上下限并填充顏色。指示燈用于指示控制器工作狀態(tài)，6個按鈕用于自動控制時增減設定值，手動控制時增減控制器輸出。將SAMA圖中模塊號對應到按鈕上，就能實現(xiàn)SP值的便捷修改，方便操作員在發(fā)現(xiàn)情況后直接修改參數(shù)。手動/自動按鈕用于切換控制狀態(tài)，SP增/

5、減按鈕用于自動狀態(tài)下設定值的增減，AO增/減按鈕用于手動狀態(tài)下控制器輸出增減，然后再增加報警點。 圖 86、進入虛擬DPU，點擊綠色箭頭運行，從左邊變?yōu)橛疫?圖 9 過程站巡行圖7、將操作顯示界面與監(jiān)控界面連接起來，如此一來在操作員站的監(jiān)控畫面下，可以直接點擊控制閥來調處操作顯示界面，進行參數(shù)的調節(jié)。 圖 102、系統(tǒng)調試PID參數(shù)整定 主PID參數(shù)如圖所示圖11 主PID參數(shù)副PID參數(shù)如圖所示圖 12 主PID參數(shù)五、課題設計實驗結果1.編譯SAMA圖。2.開始運行與系統(tǒng)診斷 3.運行調試結果如上圖 圖 9 超調量為10%，系統(tǒng)穩(wěn)定時間在2分鐘左右，上水箱液位超調也很小.可見控制的效果還是

6、不錯的.4.手自動切換 圖 135、 實驗心得小結 P3-DCS這個軟件對我們來說是第一次操作，聽老師說電廠的控制系統(tǒng)都是由這個軟件制作，而且做一套要賣幾千萬，頓時感到這款軟件的強大。不過我們這次學的是最簡單的，根據(jù)老師給出的PDF教學軟件后我很快就能上手了，我做了一個雙容水箱的DCS系統(tǒng)，在圖書館找了一些指導書后畫出了系統(tǒng)的sama圖。后面一切都還順利，就是在參數(shù)整定的時候遇到了不少困難，PID參數(shù)怎么也弄不對，最后在同學的幫助下艱難搞定。這次實驗使我P3DCS這款軟件得到了初步的熟悉。很好的與理論的知識相結合，知道了P3-DCS這款軟件的強大之處。 過熱蒸汽溫度DCS控制系統(tǒng)一、實驗目的1

7、、熟悉掌握P3DCS的分散控制系統(tǒng)組態(tài)的步驟和流程。2、學會參照P3DCS和使用說明，進行DCS組態(tài)。3、通過對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計、配置和實現(xiàn)，掌握計算機測控技術在過程控制領域的應用。4、學會設計簡單的系統(tǒng)組態(tài)。二、實驗內容 本次課程設計主要有兩個方面的工作：即是組態(tài)設計和系統(tǒng)調試： （1）組態(tài)設計 1. 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài) 數(shù)據(jù)庫組態(tài)是系統(tǒng)組態(tài)中應盡早完成的工作，因為只有有了數(shù)據(jù)庫，其他的組態(tài)工作（控制回路組態(tài)、畫面組態(tài)等）才可以調試。數(shù)據(jù)庫組態(tài)一般通過專用軟件進行，數(shù)據(jù)錄入時一定要認真仔細，數(shù)據(jù)庫中一個小的錯誤就會給運行帶來極大的麻煩，如造成顯示錯誤、操作不當甚至死機故障。 2.控制算法組態(tài)

8、 控制算法組態(tài)指的是將系統(tǒng)設計時規(guī)定的模擬量控制、開關量控制等功能用DCS 算法予以實現(xiàn)。本設計以主汽溫度串級控制策略為對象，并且模擬控制對象，構成閉環(huán)回路，完成這些控制算法的組態(tài)工作。 3.操作員站顯示畫面組態(tài) 運行人員主要通過操作員站畫面來觀察生產過程運行情況，并通過畫面提供的軟操作器來干預生產過程，因此畫面設計是否合理、操作是否方便都會對運行產生重要影響。本設計要求設計關于主汽溫控制的簡單流程圖畫面、趨勢畫面、參數(shù)顯示畫面、操作畫面，并把有關的動態(tài)點同控制算法連接起來。 4.趨勢組態(tài)。 顯示需要觀察的數(shù)據(jù)點趨勢圖。 (2)系統(tǒng)調試 設計要求進行動態(tài)調試。所謂動態(tài)調試是指系統(tǒng)與生產現(xiàn)場相連

9、時的調試。由于生產過程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應以觀察為主，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調試一般包括以下內容： 1.觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構操作是否正常； 2.檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行； 3.對控制回路進行在線整定； 4.當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結構修改、增加測點等，應盡量在停機狀態(tài)下重新組態(tài)下裝。若條件不允許，也可進行在線組態(tài)，但要熟悉在線組態(tài)的各個環(huán)節(jié)并做好應急措施。 三、實驗原理 串級過熱汽溫控制系統(tǒng)工作原理 圖1所示的串級汽溫控制系統(tǒng)，只要導前汽溫2發(fā)生變化，

10、副調節(jié)器P就去改變減溫水流量W，初步維持后級過熱器入口汽溫2在一定范圍內，起粗調作用。而過熱器出口溫1的控制，則是通過主調節(jié)器PI來校正副調節(jié)器工作，只要 1未達到給定值，主調節(jié)PI的輸出信號就不斷遞變化，使副調節(jié)器不斷去控制減溫水噴水量W 的變化，直到1恢復到給定值為止。穩(wěn)態(tài)時，導前汽溫2可能穩(wěn)定在與原來數(shù)值不同的數(shù)值上，而主汽溫1則一定等于給定值。 在串級汽溫控制系統(tǒng)中，由于兩個回路的任務及動態(tài)特性不同，可以選用不同的調節(jié)器。副回路及副調節(jié)器的任務是快速消除內擾，要求控制過程的持續(xù)時間較短，但不要求無差，故一般可選用純比例調節(jié)器。當?shù)角捌麥貞T性較大時，也可選用比例微分調節(jié)器。主回路及主調節(jié)

11、器的任務是維持1恒定，一般選用比例積分調節(jié)器。當過熱器惰性區(qū)較大時，也可選用比例、積分、微分調節(jié)器。 圖 1 串級汽溫控制系統(tǒng)工作原理 鍋爐過熱汽溫控制采用串級汽溫控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)方框圖如圖 2: 已知系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為: 其中減溫水的對象傳遞函數(shù)為 過熱器傳遞函數(shù)為   其它執(zhí)行器和測量電路的傳遞函數(shù)簡化為K = 1 圖 2 串級汽溫控制系統(tǒng)構成1 組態(tài)設計 2 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài) 圖3 圖4 操作員監(jiān)空控畫面 圖 5二 系統(tǒng)調試PID參數(shù)整定 主PID參數(shù)如圖所示圖 6 主PID參數(shù)副PID參數(shù)如圖所示圖7 副PID參數(shù)實驗結果1編譯運行sama圖 2打開操作員監(jiān)控畫面給一個設定值 運行結果如下所示 圖8 運行結果圖 從圖上可以看出系統(tǒng)穩(wěn)定時間比較慢，但超調量比較小，曲線還算完美實驗心得 本次實驗我了解了P3DCS的DCS組態(tài)，需要經(jīng)過建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、SAMA圖組態(tài)、圖形界面組態(tài)，而后運行虛擬DPU、進行系統(tǒng)診斷和操作員監(jiān)控來觀測結果，這樣一個流程。我也學會了如何在PID的STR引腳加跟蹤信號，以達到手自動的無擾切換。雖然過程中遇到很大的問題，如PID引腳不知如何添加的問題，自己也利用大量的課余時間上網(wǎng)查詢相關知識，但沒有太