DCS实验报告.doc

华北电力大学
实 验 报 告
　 　 　　　　 实验名称 　基于DＣＳ实验平台实现得
　 　 水箱液位控制系统综合设计
课程名称 计算机控制技术与系统 　
　 　 　　　 　　 专业班级:　自动实　１101 学生姓名：潘 浩
　　 学 号： 0１17　 成 　　 绩:
指导教师: 刘延泉 　　 　实验日期:201４/6/２９　
基于DCS实验平台实现得
水箱液位控制系统综合设计
一． 实验目得
通过使用LN2000分散控制系统对水箱水位进行控制，熟悉掌握ＤCＳ控制系统基本设计过程。
二． 实验设备
PCS过程控制实验装置；
ＬN200０ ＤCS系统；
上位机(操作员站)
三． 系统控制原理
采用DCS控制,将上水箱液位控制在设定高度。将液位信号输出给DCS,根据PID参数进行运算,输出信号给电动调节阀,由DDF电动阀来控制水泵得进水流量,从而达到控制设定液位基本恒定得目得。系统控制框图如下:

四． 控制方案改进
可考虑在现有控制方案基础上,将给水增压泵流量信号引入作为导前微分或控制器输出前馈补偿信号。

五． 操作员站监控画面组态
本设计要求设计关于上水箱水位得简单流程图画面（包含参数显示)、操作画面,并把有关得动态点同控制算法连接起来。
１.工艺流程画面组态
在LN2000上设计简单形象得流程图,并在图中能够显示需要监视得数据。
要求:界面上显示所有得测点数值(共4个),例如水位、开度、流量等；执行机构运行时为红色,停止时为绿色;阀门手动时为绿色,自动时为红色。

２．操作器画面组态
与SAMA图对应,需要设计得操作器包括增压泵及水箱水位控制DDＦ阀手操器：
A.设备驱动器得组态过程：
添加启动、停止、确认按钮(启动时为红色,停止与确认时为绿色)
添加启停状态开关量显示(已启时为红色,已停时为绿色)
B.　M／A手操器得组态过程:
PV(测量值)、ＳP（设定值)、OUＴ(输出值)得动态数据显示，标明单位,以上三个量得棒状图动态显示，设好最大填充值与最大值;手、自动按钮(手动时为1,显示绿色;自动时为0，显示红色),以及SP、OUT得增减按钮;SＰ（设定值）、OUＴ(输出值)得直接给值（用数字键盘)

3.趋势画面组态
趋势显示--新建实时趋势—添加三个观察数据点：上水箱水位、上水箱水位设定值与ＤDF电动阀开度
电动阀投自动后设给定值SＰ，上水箱水位ＰV应逐渐逼近设定值SＰ
对于趋势画面组态来说,我们可以瞧见图中有很多如“加长”“缩短”“放大”“缩小”等按钮,可以在我们需要得时候对我们所观察得图像曲线进行一定得加工,以期能够得到更好得观察结果。
4.SAMA图组态
本图为本次实验得上水箱水位控制SＡＭA图组态
模块介绍:主要就是AＩ、DI、AＯ、DO、AM、DM、PID控制器、M／Ａ手操器、设备驱动器,RＳ触发器、比较器模块,包括模块实现得功能及其输入输出中间参数。(详见算法手册说明）
本实验需要组态得有:
（1)设备驱动器:电动门、增压泵
(2)M/A手操器:水箱水位控制DDF阀手操器
SＡMA图功能说明:
实现手自动无扰切换（利用跟踪),偏差大得时候切手动,增压泵流量只有在DDF电动阀有一定开度得时候才允许启动。在给水流量为零得时候跳闸。
SAMA图设计思路说明:
首先对上水箱水位进行测量,然后通过滤波环节处理后输入到ＰIＤ得PV(过程变量)口。同时对上水箱水位进行报警监测,当上水箱水位高于20cｍ得时候进行高水位报警。
PＩD控制器得输出输入到M／A站。M/A输出上水箱水位设定值,一就是提供给PIＤ控制器作为SP得输入,二就是将此设定值与上水箱水位实际值进行比较,如果两者偏差得绝对值大于5,则进行强制切手动动作。
ＰID控制器得TR口对Ｍ/Ａ站得输出进行跟踪,同时Ｍ/A站得SPT口也对实际得上水箱水位值进行跟踪(为了满足无扰动切换得要求）。
在操作员站发出手自动切换指令得时候,M/Ａ站得S输出口发出指令，发到PＩD控制器得STR口进行手自动切换得动作(在发出M/Ａ站进行手动控制得指令时,S输出开关量1，PID控制器SＴR口收到指令后停止动作,满足手动操作得要求；在操作员发出自动操作得指令得时候，S=０,ＰID控制器此时进行自动调节动作,M/A停止手动动作）。
同时,通过Ｍ/A站得输出，电动调节阀只有在电动调节阀开度大于一定程度（5%)得时候,会启动电源;也会在电动调节阀开度为零得时候,关闭电动调节阀得电源。
对增压泵控制得系统来说,只有当电动调节阀开度大于一定程度(5%）得时候，对泵发出启动指令得时候，可以启动增压泵。如果当增压泵流量为零得时候增压泵得DEVICE模块得TOTＰ口得到1得开关量输入，会发发出停止增压泵得指令（即增压泵流量为零时跳闸)。
ﻩ5．系统数据库
数据库得组态一般分为两部分:数据采集测点得配置组态与中间计算点得组态。中间计算点就是为了图形数据显示所形成得统计计算点。Ｉ/O测点清单如下:

六． 组态逻辑下装步骤(2号站):
过程站操作——选择需要下装得站——下装备站——执行操作——切换主备站——执行操作——从主站复制到备站——执行操作——关闭。
１号站直接下装主站-执行操作。
七.系统运行调试实验
系统调试实验主要包括以下内容:
(1)观察过程参数显示就是否正常、执行机构操作就是否正常,就是否按要求变化;
（2）检查控制系统逻辑就是否正确,并在适当时候投入自动运行；
(３）系统扰动实验(水位给定值扰动、给水(上水/下水）阀门扰动);
(4)增压泵流量信号:导前微分、前馈补偿扰动实验;
(4)控制回路参数在线整定,ＰＩD参数可在线整定;
（５）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，不能在线修改,应重新离线组态、编译、下装。
八.实际实验进程内容与所遇问题得解决办法及解释
1． 在对实际得水箱水位控制系统进行准确而仔细得分析后,先进行SAMA组态图得设计。
在设计SAMA图得过程中,需要对AI、DI、ＡO、DO、AM、DＭ、PID控制器、Ｍ/Ａ手操器、设备驱动器,RS触发器、比较器模块,包括模块实现得功能及其输入输出中间参数有充分得理解与认识,并且在实验室中也通过对ＬN2000算法手册得阅读进行了相关得学习。
同时,本阶段需要完成得任务就是对电动门,增压泵等设备驱动器环节与水箱水位控制DＤF阀手操器得M／A环节进行组态。
在连线得过程中,一定要注意得就是逻辑得合理性与连线得准确性。逻辑得错误会导致控制效果得失败或错误。而连线得时候需要对实线与虚线得连线给予充分得注意。要对表示模拟量得实线与表示开关量得虚线拥有清晰得认知。如AI模块得输出，AO模块得输入一定就是实线(模拟量);DＩ模块得输出,DO模块得输入一定就是虚线（开关量）;比较器模块得输入一定就是一个或者两个实线(模拟量）,而其输出必然就是能够表征其比较结果得开关量-虚线；同样得,针对ＰID控制器模块,M/A手操器模块与ＤEVICE设备模块等输入输出口较多整体结构较为复杂得模块,更需要注意每个输入输出口就是否正确得连接着对应得量,以及就是否符合正确得逻辑。只有这样,才能为接下来得实验打下坚实得基础。
2． 对系统全局数据库组态进行研究认识（不要求手动配置)
数据库得组态一般分为两部分：数据采集测点得配置组态与中间计算点得组态。中间计算点就是为了图形数据显示所形成得统计计算点。
诸如上水箱水位,下水箱水位与增压泵流量等模拟量输入数据便就是数据采集测点能够得到并输入到数据库中得数据。而上水箱水位设定值与上水箱水位控制手/自动信号即为中间计算点得中间变量,在之后得图形界面组态设计与趋势画面组态设计中相应曲线得实际数值来源。
正确认知哪些就是模拟量，那些就是开关量,那些就是输入量,哪些就是输出量,哪些就是数值量,哪些就是时间量，也有助于我们之后得设计中正确得关联相应得量，进行正确得操作。
3． 对图形界面组态进行设计(工艺流程画面组态与操作器画面组态)
本次得实验要求得就是对单容水箱水位进行控制,即只对上水箱水位进行控制。
在本环节得设计过程中,遇到很多得问题,但经过细心得思考与老师得指导后,问题都得到了解决。
在工艺流程图设计中,一定正确得使用不同得模块来表示相应得实际器件,同时设置相应得颜色,关联相应得变量,然后正确使颜色随着量得不同值进行变化。
比如,在对多边形进行设计得时候,发现画完多边形之后无论使用什么办法都无法对多边形内得颜色进行填充。后来,发现就是由于软件缺陷,只能现在调色板内选好颜色,在进行多边形得设计,这样就可以得到期望颜色得多边形了。
还有，在使用棒图表征得上水箱中,关联了上水箱水位这个变量以后一定要对所关联量得上下限进行与理得设置，否则会在后面得运行中发现很低得上水箱水位便会导致工艺流程图中棒图表示得上水箱水位直接达到满值。
对于动态数据得关联也要注意准确性。由于能够显示单位，我们在下装运行得时候也还就是能够很清楚得瞧到动态数据得正确与否。但就是我们能够发现,在多次得下装运行之中,总会出现上水箱实际水位信号关联得动态数据会出现反应缓慢不灵敏,或者根本没有变化得情况。后来经过老师得讲解，我认识到了这个就是硬件与软件方面得缺陷，与主要逻辑与设计思路无关。
还有很多得很小但就是也很重要得问题,都在经过思考后得到了有效得解决。
4． 下装运行阶段(一号站）
我所在组得一号站由于备用站无法使用,便能够直接进行下装运行操作。
由于我在当天上午便完成了主要得设计(先于同组其她得同学)，便独自进行了多次得下装运行实验。但就是对于实验本身来说,一号站对应五个同学(五个操作员站／过程站),在同一段时期内,只能由一位操作员进行下装运行操作，其她得操作员不能进行相关操作，但就是可以对系统数据以及相关得运行情况进行监控。
而对于二号站来说,正确得组态逻辑下装步骤就是非常重要得：过程站操作——选择需要下装得站——下装备站——执行操作——切换主备站——执行操作——从主站复制到备站——执行操作——关闭。在实验当天下午得时候,二号站得几位同学发现了二号站得五台操作员站只能有其中一个站可以之行下装运行操作。后来经过同学们得讨论与老师得指导发现,二号站得操作员都必须正确得之行组态逻辑下装步骤，这样才能正常得之行下装运行才做。
而在同组别得操作员没有执行完操作之前,其余操作员就是不允许进行下装运行操作得。一旦进行,前一位操作员下装在站内得数据便会被当前操作员下装得数据覆盖。
同样得,也就是由于软件方面得缺陷,对泵得启动与停止无法达到设计逻辑得要求。而由于流量计得硬件缺陷,一号站得增压泵流量都会一直显示负值,这也就是与控制逻辑不相符合得。
不过其余得逻辑都就是满足要求得,偏差过大强制手动,以及泵得启动条件都就是能够很好得实现。
在下装运行阶段,对SAMＡ图组态进行调试运行,对增压泵流量后得比较器模块进行强制输出为1(实际意义为此时得增压泵流量为零),增压泵即会停止下来，说明排除了软硬件方面得缺陷,本系统本身得设计逻辑就是没有问题得。
5． 对ＤCS系统得认识
集散型控制系统(DCS)得实质就是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理与现场前端分散控制相统一得新型控制技术。它得出现就是工业控制得一个里程碑。工业过程控制得发展逐步从单机监控、直接数字控珠展到集散控制,也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景得计算机集成制造,近几年得计算机集成制造(CIMS)技术得成就足以证明这一点。
DＣＳ系统主要有现场控制站(I/O站)、数据通讯系统、人机接口单元(操作员站OPS、工程师站ENS)、机柜、电源等组成。系统具备开放得体系结构,可以提供多层开放数据接口。ﻫﻩ DCS得硬件系统在恶劣得工业现场具有高度得可靠性、维修方便、工艺先进。底层汉化得软件平台具备强大得处理功能，并提供方便得组态复杂控制系统得能力与用户自主开发专用高级控制算法得支持能力;易于组态,易于使用。支持多种现场总线标准以便适应未来得扩充需要。
DＣS系统得设计采用合适得冗余配置与诊断至模件级得自诊断功能,具有高度得可靠性。系统内任一组件发生故障,均不会影响整个系统得工作。ﻫﻩﻩＤCS系统得参数、报警、自诊断及其她管理功能高度集中在ＣＲT上显示与在打印机上打印,控制系统在功能与物理上真正分散。
九． 实验收获以及实验总结
在经过了很多周对于以ＬN2000为例得DCS系统得学习后，我对于DCS系统中得现场站，操作员站与工程师站等结构分布有了非常清晰得认识。对ＤCS系统得功能以及在工程中所起得作用也进行了充分得学习。
本次得单容水箱水位控制实验便就是对我们所学得知识进行一个融会贯通得过程,同时也体验到了工程中工程师实际工作得场景以及经验,这对我们以后得学习生活与工作都有着非常大得助益。
我相信在以后得生活工作中,乃至整个世界，都就是会离不开DCＳ得，同时DCS也为我们带来了太多得便利。
同样得，在实验中,更锻炼了我们发现问题,思考,并且解决问题得能力,也让我们对进入工作后取得成就有了更多得信心。
在最后,感谢刘老师得悉心指导与辛勤教育!