"基于DCS技术的串级控制系统设计与仿真实现"

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基于DCS技术的串级控制系统设计仿真实现是一个涉及计算机监控系统设计、配置和实现的毕业设计课题。通过该课题的完成,旨在掌握计算机测控技术在过程控制领域的应用,并完成一个监控系统的硬件配置和软件控制方案设计。 在这个课题中,硬件配置可以采用IPC结构配置、DCS结构配置或PLC结构配置,并对监控系统方案设计选用了P3DCS组态软件来实现监控功能。其中包括控制策略组态(SAMA图组态)、流程图组态、操作器组态(具有手动/自动切换功能和自动设定功能),以及趋势曲线的组态。通过参数配置和调整,实现系统的串级控制。 在这个课题中,首先进行了基于DCS技术的串级控制系统的设计。通过对系统的要求和功能进行分析和确定,设计出了适合的硬件配置和组态软件选择方案。其次,进行了相应的仿真实现。在仿真平台上进行系统配置和参数调整,并进行模拟场景的测试。通过仿真实现,验证了系统的可行性和稳定性,同时也实现了对过程控制的监控和控制。 在整个设计过程中,需要考虑系统的稳定性、可靠性和高效性。为此,需要进行系统结构设计、控制策略设计和操作界面设计。通过合理的系统结构设计和控制策略配置,保证了系统的稳定运行和优化效果。同时,通过操作器的组态和趋势曲线的监控,实现了对系统运行状态的实时观测和调整。 在实现过程中,需要掌握P3DCS组态软件的使用方法。通过学习和实践,熟悉软件的功能和操作界面,能够进行系统的配置和参数调整。通过模拟和仿真,对系统进行全面的测试和评估,并对系统的性能进行优化和改进。 综上所述,基于DCS技术的串级控制系统设计仿真实现是一个涉及计算机测控技术的综合性课题。通过对系统的设计、配置和实现,可以掌握计算机测控技术在过程控制领域的应用,并提高对系统的监控和控制能力。通过对P3DCS组态软件的学习和实践,能够熟练运用该软件进行系统的配置和参数调整。通过仿真实现系统的测试和优化,提高了系统的稳定性和可靠性。此外,还通过对系统的操作器组态和趋势曲线的监控,实现了对系统运行状态的实时观测和调整。通过毕业设计的完成,对计算机测控系统的设计和实现有了更深入的理解和应用。
2023-06-01 上传
目录 第1章 系统总体方案选择与说明 1 第2章 系统结构框图与工作原理 2 2.1 隧道窑控制系统方案设计 2 2.2 系统控制量和被控量的选择 3 2.3 系统主副控制器的选择 3 2.4 系统各部分正反作用方式的确定 4 第3章 软件设计 6 3.1软件设计流程图 6 3.2参数整定 7 第4章 仿真与调试 8 第5章 总结 12 参考文献 13 电气与信息工程系课程设计评分表 14 第1章 系统总体方案选择与说明 过程控制是指在生产过程中,运用合适的控制策略,采用自动化仪表及系统来代替操 作人员的部分或全部直接劳动,使生产过程在不同程度上自动地运行,所以过程控制又 被称为生产过程自动化。 隧道窑是对陶瓷制品进行预热、烧成、冷却的装置。几个环节都涉及到温度的控制, 隧道窑的温度是生产工艺的一项重要指标,温度控制的好坏将直接影响产品的质量。制 品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结,烧结温度一般为1300 ,偏差不得超过 5C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一,因此将窑道烧成带的 温度作为被控变量,将燃料的流量作为操纵变量。随着现代工业生产的迅速发展,对工 艺操作条件的要求更严格,对安全运行及对控制质量的要求也更高,而因为隧道窑温度 的变化比较慢,所以滞后比较大。 若采用隧道窑温度简单控制系统,由于从控制阀到窑道烧成带滞后时间太大,如果燃料 的压力发生波动,尽管控制阀门开度没变,但燃料流量将发生变化,必将引起燃烧室温 度的波动,再经过传热、辐射,引起烧成带温度的变化。因为只有烧成带温度出现偏差 时,才能发现干扰的存在,所以对于燃料压力的干扰不能够及时发现。烧成带温度出现 偏差后,控制器根据偏差的性质立即改变控制阀的开度,改变燃料流量,对烧成带温度 加以调节。可是这个调节作用同样要经历燃烧室的燃烧、隔焰板的传热以及烧成带温度 的变化这个时间滞后很长的通道,当调节过程起作用时,烧成带的温度已偏离设定值很 远了。即使发现了偏差,也得不到及时调节,造成超调量增大,稳定性下降。如果燃料 压力干扰频繁出现,对于单回路控制系统,不论控制器采用PID的什么控制作用,还是参 数如何整定,都得不到满意的控制效果。为了克服较大的滞后,抑制较大的干扰以及使 控制更加的准确,简单控制系统已不能满足条件,故可选择串级控制系统。 第2章 系统结构框图与工作原理 2.1 隧道窑控制系统方案设计 隧道窑烧成带温度简单控制系统原理图如图1所示,原理方框图如图2所示。按照简单 控制系统,影响烧成带温度θ1的各种干扰因素都被包括在控制回路当中,只要干扰造成 θ1偏离设定值,控制器就会根据偏差的情况,通过控制阀改变燃料的流量,从而把变化 了的θ1重新调回到设定值。控制燃烧室的温度θ2并不是目的,真正的目的是烧成带θ1的 温度稳定不变,所以烧成带温度控制器应该是定值控制,起主导作用。而燃烧室温度控 制器则起辅助作用,它在克服干扰D2的同时,应该受烧成带温度控制器的操纵,操纵方 法就是烧成带温度控制器的输出作为燃烧室温度控制器的设定值。 图1 隧道窑温度—温度串级控制系统结构原理图 图2 隧道窑温度-温度串联控制原理方框图 所谓串级控制系统,就是采用两个控制器串联工作,主控制器的输出作为副控制器的 设定值,由副控制器的输出去操纵控制阀,从而对主被控变量具有更好的控制效果,这 样的控制系统被称为串级控制系统,级系统和简单系统有一个显著的区别,即其在结构 上形成了两个闭环。一个闭环在里面,被称为副环或者副回路,在控制过程中起着"粗调 "的作用;一个环在外面,被称为主环或主回路,用来完成"细调"任务,以最终保证被调 量满足工艺要求。无论主环或副环都有各自的调节对象、测量变送元件和调节器。 2.2 系统控制量和被控量的选择 制品在窑道的烧成带内按工艺规定的温度进行烧结,烧结温度一般为1300°C,偏差不 得超过5°C。所以烧成带的烧结温度是影响产品质量的重要控制指标之一,因此将窑道烧 成带的温度作为被控变量,将燃料的流量作为操纵变量。 2.3 系统主副控制器的选择 在串级控制系统中,主调节器和副调节器的任务不同,对于它们的选型即调节动作规 律的选择也有不同考虑。 副调节器的任务是要快动作以迅速抵消落在副环内的二次扰动,面且副参数则并不要求 无差,所以一般都选P调节器,也可以采用PD调节器,但这增加了系统的复杂性,而效果 并不很大。在一般情况下,采用P调节器就足够了。如主、副环的频率相差很大,也可以 考虑采用PI调节器。隧道窑串级控制系统中由于主、副对象都是对温度的采集,所以主 、副环的频率相差不大,副调节器选用P调节器即可达到设计要求。 主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求。凡是需要采用串级调节的场合,工 艺上对控制品质的要求总是很高的,不允许被