DCS實驗報告可編輯范本

華北電力大學-自動化系-自動實1101-潘浩基于DCS實驗平臺實現(xiàn)的水箱水位控制系統(tǒng)綜合設(shè)計華北電力大學實驗報告實驗名稱基于DCS實驗平臺實現(xiàn)的水箱液位控制系統(tǒng)綜合設(shè)計課程名稱計算機控制技術(shù)與系統(tǒng)專業(yè)班級：自動實1101學生姓名:潘浩學號：２０11020３01１7成績:指導(dǎo)教師：劉延泉實驗日期:201４/6/29-1-基于DCＳ實驗平臺實現(xiàn)的水箱液位控制系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗?zāi)康耐ㄟ^使用LＮ200０分散控制系統(tǒng)對水箱水位進行控制，熟悉掌握DCS控制系統(tǒng)基本設(shè)計過程。實驗設(shè)備PCＳ過程控制實驗裝置;LN２00０ＤCＳ系統(tǒng)；上位機（操作員站)系統(tǒng)控制原理采用DCS控制，將上水箱液位控制在設(shè)定高度。將液位信號輸出給DＣＳ，根據(jù)PIＤ參數(shù)進行運算，輸出信號給電動調(diào)節(jié)閥,由ＤDＦ電動閥來控制水泵的進水流量，從而達到控制設(shè)定液位基本恒定的目的。系統(tǒng)控制框圖如下：控制方案改進可考慮在現(xiàn)有控制方案基礎(chǔ)上,將給水增壓泵流量信號引入作為導(dǎo)前微分或控制器輸出前饋補償信號。操作員站監(jiān)控畫面組態(tài)本設(shè)計要求設(shè)計關(guān)于上水箱水位的簡單流程圖畫面(包含參數(shù)顯示)、操作畫面，并把有關(guān)的動態(tài)點同控制算法連接起來.１.工藝流程畫面組態(tài)在LN200０上設(shè)計簡單形象的流程圖,并在圖中能夠顯示需要監(jiān)視的數(shù)據(jù)。要求:界面上顯示所有的測點數(shù)值(共4個）,例如水位、開度、流量等；執(zhí)行機構(gòu)運行時為紅色,停止時為綠色；閥門手動時為綠色,自動時為紅色。2.操作器畫面組態(tài)與ＳAMA圖對應(yīng)，需要設(shè)計的操作器包括增壓泵及水箱水位控制ＤＤF閥手操器:A.設(shè)備驅(qū)動器的組態(tài)過程:添加啟動、停止、確認按鈕(啟動時為紅色，停止和確認時為綠色）添加啟停狀態(tài)開關(guān)量顯示(已啟時為紅色,已停時為綠色）B.Ｍ/A手操器的組態(tài)過程：PＶ(測量值)、ＳP（設(shè)定值）、ＯＵT(輸出值)的動態(tài)數(shù)據(jù)顯示，標明單位,以上三個量的棒狀圖動態(tài)顯示,設(shè)好最大填充值和最大值；手、自動按鈕(手動時為１，顯示綠色;自動時為0，顯示紅色)，以及SP、ＯＵT的增減按鈕；SP(設(shè)定值）、OUT（輸出值）的直接給值(用數(shù)字鍵盤)3．趨勢畫面組態(tài)趨勢顯示—-新建實時趨勢—添加三個觀察數(shù)據(jù)點:上水箱水位、上水箱水位設(shè)定值和ＤDF電動閥開度電動閥投自動后設(shè)給定值SP,上水箱水位PV應(yīng)逐漸逼近設(shè)定值SP對于趨勢畫面組態(tài)來說，我們可以看見圖中有很多如“加長”“縮短”“放大"“縮小”等按鈕，可以在我們需要的時候?qū)ξ覀兯^察的圖像曲線進行一定的加工,以期能夠得到更好的觀察結(jié)果。4．SAＭA圖組態(tài)本圖為本次實驗的上水箱水位控制ＳAMA圖組態(tài)模塊介紹:主要是ＡI、DI、AO、DO、ＡM、ＤＭ、ＰID控制器、M/Ａ手操器、設(shè)備驅(qū)動器，ＲS觸發(fā)器、比較器模塊，包括模塊實現(xiàn)的功能及其輸入輸出中間參數(shù)。（詳見算法手冊說明)本實驗需要組態(tài)的有:(１)設(shè)備驅(qū)動器:電動門、增壓泵（２）M/A手操器：水箱水位控制DDF閥手操器SＡMA圖功能說明:實現(xiàn)手自動無擾切換（利用跟蹤),偏差大的時候切手動，增壓泵流量只有在DDF電動閥有一定開度的時候才允許啟動。在給水流量為零的時候跳閘。ＳAMA圖設(shè)計思路說明：首先對上水箱水位進行測量,然后通過濾波環(huán)節(jié)處理后輸入到ＰID的PV（過程變量）口。同時對上水箱水位進行報警監(jiān)測,當上水箱水位高于20cm的時候進行高水位報警。PIＤ控制器的輸出輸入到M／A站.M/A輸出上水箱水位設(shè)定值,一是提供給PID控制器作為SＰ的輸入,二是將此設(shè)定值與上水箱水位實際值進行比較,如果兩者偏差的絕對值大于５，則進行強制切手動動作。PID控制器的TＲ口對M/Ａ站的輸出進行跟蹤,同時M/A站的ＳPT口也對實際的上水箱水位值進行跟蹤(為了滿足無擾動切換的要求）。在操作員站發(fā)出手自動切換指令的時候，Ｍ/Ａ站的S輸出口發(fā)出指令,發(fā)到ＰＩD控制器的STR口進行手自動切換的動作（在發(fā)出M/A站進行手動控制的指令時,S輸出開關(guān)量１,ＰID控制器ＳTR口收到指令后停止動作，滿足手動操作的要求;在操作員發(fā)出自動操作的指令的時候，Ｓ＝0,PIＤ控制器此時進行自動調(diào)節(jié)動作,M／A停止手動動作)。同時,通過Ｍ/A站的輸出，電動調(diào)節(jié)閥只有在電動調(diào)節(jié)閥開度大于一定程度（５％）的時候，會啟動電源；也會在電動調(diào)節(jié)閥開度為零的時候,關(guān)閉電動調(diào)節(jié)閥的電源。對增壓泵控制的系統(tǒng)來說，只有當電動調(diào)節(jié)閥開度大于一定程度(5%）的時候,對泵發(fā)出啟動指令的時候，可以啟動增壓泵。如果當增壓泵流量為零的時候增壓泵的DEVICE模塊的ＴO(shè)TP口得到1的開關(guān)量輸入,會發(fā)發(fā)出停止增壓泵的指令（即增壓泵流量為零時跳閘)。5.系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫的組態(tài)一般分為兩部分:數(shù)據(jù)采集測點的配置組態(tài)和中間計算點的組態(tài)。中間計算點是為了圖形數(shù)據(jù)顯示所形成的統(tǒng)計計算點。I/O測點清單如下：組態(tài)邏輯下裝步驟（2號站）:過程站操作——選擇需要下裝的站—－下裝備站—-執(zhí)行操作－—切換主備站－—執(zhí)行操作——從主站復(fù)制到備站——執(zhí)行操作——關(guān)閉.１號站直接下裝主站-執(zhí)行操作。七.系統(tǒng)運行調(diào)試實驗系統(tǒng)調(diào)試實驗主要包括以下內(nèi)容：(1）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構(gòu)操作是否正常,是否按要求變化；（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)系統(tǒng)擾動實驗(水位給定值擾動、給水(上水／下水）閥門擾動);（4)增壓泵流量信號:導(dǎo)前微分、前饋補償擾動實驗;(4)控制回路參數(shù)在線整定,ＰID參數(shù)可在線整定；(５)當系統(tǒng)存在較大問題時,如需進行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等,不能在線修改，應(yīng)重新離線組態(tài)、編譯、下裝。八.實際實驗進程內(nèi)容與所遇問題的解決辦法及解釋在對實際的水箱水位控制系統(tǒng)進行準確而仔細的分析后,先進行SＡMA組態(tài)圖的設(shè)計。在設(shè)計SAMＡ圖的過程中,需要對AＩ、DI、AＯ、DO、ＡM、DM、PID控制器、M/A手操器、設(shè)備驅(qū)動器，RS觸發(fā)器、比較器模塊，包括模塊實現(xiàn)的功能及其輸入輸出中間參數(shù)有充分的理解和認識,并且在實驗室中也通過對LＮ2０00算法手冊的閱讀進行了相關(guān)的學習。同時，本階段需要完成的任務(wù)是對電動門,增壓泵等設(shè)備驅(qū)動器環(huán)節(jié)和水箱水位控制DDF閥手操器的M/Ａ環(huán)節(jié)進行組態(tài)。在連線的過程中,一定要注意的是邏輯的合理性和連線的準確性。邏輯的錯誤會導(dǎo)致控制效果的失敗或錯誤。而連線的時候需要對實線和虛線的連線給予充分的注意.要對表示模擬量的實線和表示開關(guān)量的虛線擁有清晰的認知。如ＡI模塊的輸出,AO模塊的輸入一定是實線(模擬量);DI模塊的輸出,DO模塊的輸入一定是虛線（開關(guān)量）;比較器模塊的輸入一定是一個或者兩個實線（模擬量),而其輸出必然是能夠表征其比較結(jié)果的開關(guān)量—虛線;同樣的,針對PID控制器模塊，M/A手操器模塊和DEVICＥ設(shè)備模塊等輸入輸出口較多整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的模塊，更需要注意每個輸入輸出口是否正確的連接著對應(yīng)的量，以及是否符合正確的邏輯。只有這樣，才能為接下來的實驗打下堅實的基礎(chǔ)。對系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫組態(tài)進行研究認識(不要求手動配置)數(shù)據(jù)庫的組態(tài)一般分為兩部分:數(shù)據(jù)采集測點的配置組態(tài)和中間計算點的組態(tài)。中間計算點是為了圖形數(shù)據(jù)顯示所形成的統(tǒng)計計算點。諸如上水箱水位,下水箱水位和增壓泵流量等模擬量輸入數(shù)據(jù)便是數(shù)據(jù)采集測點能夠得到并輸入到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù).而上水箱水位設(shè)定值和上水箱水位控制手／自動信號即為中間計算點的中間變量，在之后的圖形界面組態(tài)設(shè)計和趨勢畫面組態(tài)設(shè)計中相應(yīng)曲線的實際數(shù)值來源。正確認知哪些是模擬量，那些是開關(guān)量,那些是輸入量,哪些是輸出量，哪些是數(shù)值量,哪些是時間量，也有助于我們之后的設(shè)計中正確的關(guān)聯(lián)相應(yīng)的量，進行正確的操作。對圖形界面組態(tài)進行設(shè)計（工藝流程畫面組態(tài)和操作器畫面組態(tài)）本次的實驗要求的是對單容水箱水位進行控制,即只對上水箱水位進行控制。在本環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中,遇到很多的問題,但經(jīng)過細心的思考和老師的指導(dǎo)后，問題都得到了解決。在工藝流程圖設(shè)計中，一定正確的使用不同的模塊來表示相應(yīng)的實際器件，同時設(shè)置相應(yīng)的顏色,關(guān)聯(lián)相應(yīng)的變量,然后正確使顏色隨著量的不同值進行變化.比如，在對多邊形進行設(shè)計的時候，發(fā)現(xiàn)畫完多邊形之后無論使用什么辦法都無法對多邊形內(nèi)的顏色進行填充。后來,發(fā)現(xiàn)是由于軟件缺陷,只能現(xiàn)在調(diào)色板內(nèi)選好顏色,在進行多邊形的設(shè)計，這樣就可以得到期望顏色的多邊形了.還有,在使用棒圖表征的上水箱中，關(guān)聯(lián)了上水箱水位這個變量以后一定要對所關(guān)聯(lián)量的上下限進行和理的設(shè)置，否則會在后面的運行中發(fā)現(xiàn)很低的上水箱水位便會導(dǎo)致工藝流程圖中棒圖表示的上水箱水位直接達到滿值。對于動態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)也要注意準確性.由于能夠顯示單位,我們在下裝運行的時候也還是能夠很清楚的看到動態(tài)數(shù)據(jù)的正確與否．但是我們能夠發(fā)現(xiàn),在多次的下裝運行之中，總會出現(xiàn)上水箱實際水位信號關(guān)聯(lián)的動態(tài)數(shù)據(jù)會出現(xiàn)反應(yīng)緩慢不靈敏，或者根本沒有變化的情況。后來經(jīng)過老師的講解，我認識到了這個是硬件和軟件方面的缺陷，和主要邏輯與設(shè)計思路無關(guān)。還有很多的很小但是也很重要的問題,都在經(jīng)過思考后得到了有效的解決。下裝運行階段(一號站）我所在組的一號站由于備用站無法使用,便能夠直接進行下裝運行操作。由于我在當天上午便完成了主要的設(shè)計(先于同組其他的同學),便獨自進行了多次的下裝運行實驗.但是對于實驗本身來說,一號站對應(yīng)五個同學(五個操作員站/過程站),在同一段時期內(nèi)，只能由一位操作員進行下裝運行操作,其他的操作員不能進行相關(guān)操作，但是可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及相關(guān)的運行情況進行監(jiān)控。而對于二號站來說,正確的組態(tài)邏輯下裝步驟是非常重要的:過程站操作——選擇需要下裝的站——下裝備站—－執(zhí)行操作——切換主備站——執(zhí)行操作-—從主站復(fù)制到備站-—執(zhí)行操作——關(guān)閉。在實驗當天下午的時候，二號站的幾位同學發(fā)現(xiàn)了二號站的五臺操作員站只能有其中一個站可以之行下裝運行操作。后來經(jīng)過同學們的討論和老師的指導(dǎo)發(fā)現(xiàn),二號站的操作員都必須正確的之行組態(tài)邏輯下裝步驟,這樣才能正常的之行下裝運行才做。而在同組別的操作員沒有執(zhí)行完操作之前，其余操作員是不允許進行下裝運行操作的。一旦進行，前一位操作員下裝在站內(nèi)的數(shù)據(jù)便會被當前操作員下裝的數(shù)據(jù)覆蓋.同樣的，也是由于軟件方面的缺陷,對泵的啟動與停止無法達到設(shè)計邏輯的要求。而由于流量計的硬件缺陷，一號站的增壓泵流量都會一直顯示負值，這也是與控制邏輯不相符合的.不過其余的邏輯都是滿足要求的,偏差過大強制手動,以及泵的啟動條件都是能夠很好的實現(xiàn)。在下裝運行階段,對SAＭA圖組態(tài)進行調(diào)試運行,對增壓泵流量后的比較器模塊進行強制輸出為1(實際意義為此時的增壓泵流量為零）,增壓泵即會停止下來,說明排除了軟硬件方面的缺陷，本系統(tǒng)本身的設(shè)計邏輯是沒有問題的。對DCS系統(tǒng)的認識集散型控制系統(tǒng)(DＣＳ)的實質(zhì)是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和現(xiàn)場前端分散控制相統(tǒng)一的新型控制技術(shù)。它的出現(xiàn)是工業(yè)控制的一個里程碑。工業(yè)過程控制的發(fā)展逐步從單機監(jiān)控、直接數(shù)字控珠展到集散控制，也必將由集散控制進展到擁有更廣闊應(yīng)用前景的計算機集成制造,近幾年的計算機集成制造(CIMS)技術(shù)的成就足以證明這一點。ＤCS系統(tǒng)主要有HYPERLINK”ｈttp:/／zhidao.bａｉ／seaｒcｈ？ｗord＝現(xiàn)場控制&fr=qb＿search_exp&iｅ=ｕtf8”現(xiàn)場控制站（I/O站)、HＹPERＬINK”ｈttp:/／zhidaｏ.bａiｄｕ.cｏｍ/ｓｅａrch？word＝數(shù)據(jù)通訊&fr=ｑｂ_search_exp&ie=ｕｔf8”數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、HＹPＥRLＩNK"hｔtｐ://ｚｈidao。baiｄ/search?ｗord＝人機接口&fｒ=qb＿sｅａrｃh_exp＆ie=utｆ8”人機接口單元（HYPEＲLIＮＫ"ｈtｔｐ:／/zhidao。baｉdu.cｏｍ/search？worｄ＝操作員站&fr=qb_seaｒch＿ｅｘp&iｅ=utf8＂操作員站OＰS、HYPERLINＫ"htｔｐ：//zhidao．baidｕ。com/ｓeａｒｃh?word=工程師站&fr=qb_seaｒcｈ_exp&ie=utf８"工程師站ENS）、HYPERLIＮK”httｐ:/／zhｉdａo。ｂaidu．com/searｃｈ?word=機柜＆ｆr=qb＿ｓeaｒch_eｘp&ie=ｕtf8"機柜、電源等組成。系統(tǒng)具備開放的HＹPＥRＬINK"ｈtｔｐ:/／zｈｉｄao。ｂaｉｄu.cｏｍ/seaｒcｈ?word=體系結(jié)構(gòu)＆fr＝qｂ＿seaｒch＿exp&ｉe=utf8"體系結(jié)構(gòu),可以提供多層開放數(shù)據(jù)接口。 DCS的HYPERLINK”httｐ:／/zhidａo.baidu.ｃom／sｅａrch？word=硬件系統(tǒng)＆fr=qb_ｓeａrch_exp＆ie=utｆ8”硬件系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場具有高度的可靠性、維修方便、工藝先進。底層漢化的軟件平臺具備強大的處理功能，并提供方便的ＨＹPERLＩNK"htｔp：//zhidａ／seａrch?worｄ=組態(tài)&fｒ=qb＿ｓeａrch＿exｐ&iｅ=ｕtf8"組態(tài)HYPERＬＩNK”ｈttp://zhidaｏ.baiｄu。cｏｍ/ｓｅarｃh？word=復(fù)雜控制系統(tǒng)＆ｆｒ＝ｑb_ｓeaｒch_ｅxp＆ie＝utf8"復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級HＹPEＲＬINK”http://zhidaｏ.bａ／searcｈ?wｏrd＝控制算法＆fr=ｑb_sｅaｒch_exp&ie=ｕtf８”控制算法的支持能力;易于HYPERLINK”ｈttp：/／zｈidao。baidu．coｍ／sｅarch?worｄ=組態(tài)