课程设计报告--基于DCS技术的水箱水位串级控制系统设计与仿真实现

1、 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： 自动化 班 级： _ 2 一、课程设计目的一、课程设计目的 通过对水位监控系统的设计和试验， 掌握组态软件的应用， 以及计算机监控系统的基本 组成和实现方法。了解 DCS 应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用 目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。以 P3DCS 分散控制系统为平台，完 成 DCS 的组态。 二、二、课程设计内容课程设计内容 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

2、，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 s e s sG 3 2 115 2 )( 上水箱水位对下水箱水位传递函数为 s e s sG 5 1 125 3.1 )( 其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1 三、三、系统概述系统概述 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

3、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 3 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、四、课题设计及其步骤课题设计及其步骤 本次课程设计主要有两

4、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。此部分内容作为了解内容，不进行具体组态。 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。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。 先进行“系统数据库”的建立，建立好之后如下图（图 3） ： 图 3 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 4 以实现。本设计以水箱水位高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，即运行“SAMA 图组态”来完成控制算法组态。如图 4： 图 4 4）操作员站显示