DCS课程设计 水箱液位串级控制解析

目录

1 题目背景与意义 (1)

1.1 题目背景 (1)

1.2 课题意义 (1)

2 设计题目介绍 (1)

2.1设计内容和要求 (1)

2.2 集散控制系统基本组成 (2)

2.3 设计原理及分析 (3)

3 系统设计方案 (6)

3.1双容水箱控制 (7)

3.2串级控制 (7)

4 系统硬件设计 (8)

4.1数据采集模块 (8)

4.1.1 模拟量输入模块 (8)

4.1.2 模拟量输出模块 (9)

4.2仪表和执行机构选型 (11)

4.3系统连线 (11)

4.3.1 模拟量输入模块FM148A接线 (11)

4.3.2模拟量输出模块FM151A接线 (12)

5 系统软件设计 (12)

5.1组态画面的设计 (13)

5.2通讯设置 (13)

6 系统仿真调试 (14)

7 结论 (16)

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1 题目背景与意义

1.1 题目背景

集散控制系统（Distributed control system），是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。随着工业自动化水平的不断提高，计算机的广泛运用，人们对工业自动化的要求也越来越高。而DCS 又有延续性和可扩充性，易学易用性和通用性，使得DCS得到长足的发展。DCS，分散控制系统，采用控制功能分散，显示操作集中，兼顾分散而自治的集散控制系统。并随着科学技术发展迅猛，在工控自动化领域发展中也得到很快的提高。

1.2 课题意义

集散控制系统是当前先进工业控制系统主要的结构形式，在高校，集散控制系统是最接近实际生产过程的一门专业课。通过此方向的课程设计，能够联系学生几年来学习的网络知识，计算机知识，仪表传感器知识，控制系统知识，培养学生的控制工程设计能力。主要要求锻炼学生以下两种能力：

1.通过工业数据通信与控制网络课程设计的学习，了解工业数据通信与控制网络的技术貌。

2.从介绍的基础知识入手，较深入的了解多种现场总线各自的技术特点、规范、通信控制芯片、接口电路以及控制网络的设计与应用，熟悉工控组态软件下的组态设计，并能进行较复杂的工业控制系统设计分析。

2 设计题目介绍

2.1设计内容和要求

根据所提供的双容水箱工艺对象，通过分析其对象动态特性，设计和实施完整的控制方案，具体完成：

①根据提供的工艺对象，实验室的和利时公司集散控制系统，完成系统的网络

配置，硬件系统配置。数据库的录入。

②基础控制系统的设计，包括温度，液位控制、流量控制、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性等的选择。并说明理由；

③设计相关的控制方案，进行控制算法组态，完成工程师在线下装；

④仪表选型与仪表连接，包括控制器、测量变送装置、执行机构的选择，并表达出各单元之间的信号连接；

⑤在MACSV或PCS7上完成DCS应用组态，包括控制算法组态和监控画面组态；

2.2 集散控制系统基本组成

现场控制级

又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。拿军队来举例的话，可以形容为最底层的士兵。它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。

过程控制级

又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。

上面说到现场控制级是“士兵”，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士兵”反馈的军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争”。这个级别不是最高的，相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。

过程管理级

DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、

这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。

经营管理级

又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。

这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”，他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。

它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。

图1 集散控制系统分布图

2.3 设计原理及分析

集散系统实质上是一种分散型自动化系统，又称做以微处理机为基础的分散综合自动化系统。集散系统具有分散监控和集中综合管理两方面的特征，而更将"集"字放在首位，更注重于全系统信息的综合管理。工业自动化不仅体现在工业现场，也体现在企业事务行政管理上。集散系统的发展及工业自动化的需求，