DCS实验报告

华北电力大学

实验报告

实验名称基于 DCS 实验平台实现的

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： 201102030117成绩：

指导教师：刘延泉实验日期： 2014/6/29

华北电力大学 - 自动化系 -自动实 1101- 潘浩基于 DCS 实验平台实现的水箱水位控制系统综合设计

基于 DCS 实验平台实现的

水箱液位控制系统综合设计

一．实验目的

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 电动阀来控制水泵的进水流量，从而达到控制设定液位基本恒定的目的。系统控制框图如下：

SP +e PID 控制器M/A 手操执行器液位

-

器上水箱

-

PV

液位变送器

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的简单流程图画面

（包含参数显示）、操作画面，并把有关的动态点同控

制算法连接起来。

1．工艺流程画面组态

在 LN2000 上设计简单形象的流程图，并在图中能够显示需要监视的数据。

要求：界面上显示所有的测点数值（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，需要设计的操作器包括增压泵及水

箱水位控制 DDF 阀手操器：

A．设备驱动器的组态过程：

添加启动、停止、确认按钮（启动时为红色，停止和

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 手操器的组态过程：

PV（测量值）、SP（设定值）、 OUT （输出值）的动态数据显示，标明单位，以上三个量的棒状图动态显示，设

好最大填充值和最大值；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 的增减按钮； SP（设定值）、OUT （输出值）的直接给值（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、上水箱水位设定值和 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，我们可以看见图中有很多如

“加长”“缩短”“放大”“缩小”等按钮，可以在我们需

要的时候对我们所观察的图像曲线进行一定的加工，以期能够得到更好的观察结果。

4． SAMA 图组态

本图为本次实验的上水箱水位控制SAMA 图组态模块介绍：主要是 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，包括模块实现的功能及其输入输出中间参数。(详见算法手册说明)

本实验需要组态的有：

（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），偏差大的时候切手

动，增压泵流量只有在DDF 电动阀有一定开度的时候才

允许启动。在给水流量为零的时候跳闸。

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 的 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 的时候进行高水位报警。

PID 控制器的输出输入到M/A 站。 M/A 输出上水箱水位

设定值，一是提供给 PID 控制器作为SP 的输入，二是将此设定值与上水箱水位实际值进行比较，如果两者偏差的绝对值

大于 5，则进行强制切手动动作。

PID 控制器的 TR 口对 M/A 站的输出进行跟踪，同时 M/A

站的 SPT 口也对实际的上水箱水位值进行跟踪（为了满足无扰动切换的要求）。

在操作员站发出手自动切换指令的时候， M/A 站的 S 输出口发出指令，发到 PID 控制器的 STR 口进行手自动切换的动作（在发出 M/A 站进行手动控制的指令时， S 输出开关量 1， PID 控制器STR 口收到指令后停止动作，满足手动操作的要

求；在操作员发出自动操作的指令的时候， 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 站的输出，电动调节阀只有在电动调节阀

开度大于一定程度（5%）的时候，会启动电源；也会在电动

调节阀开度为零的时候，关闭电动调节阀的电源。

对增压泵控制的系统来说，只有当电动调节阀开度大于一

定程度（ 5%）的时候，对泵发出启动指令的时候，可以启动

增压泵。如果当增压泵流量为零的时候增压泵的DEVICE 模块的 TOTP 口得到 1 的开关量输入，会发发出停止增压泵的

指令（即增压泵流量为零时跳闸）。

5．系统数据库

数据库的组态一般分为两部分：数据采集测点的配置

组态和中间计算点的组态。中间计算点是为了图形数据显

示所形成的统计计算点。I/O 测点清单如下：