p3dcs实验报告

一、课程设计目的

   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，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。

二、课程设计过程

运行P3DCS软件，首先进行I/O配置：点击系统数据库图标，进行各参数的点名与说明。由于本次设计要求是双容水箱串级控制系统，所以数值量有上水箱水位PV2、下水箱水位PV1、设定值SP、控制器输出AO等，逻辑量有控制器状态DO等。保存后关闭窗口，进行SAMA图组态的制作。如下图所示：

点击SAMA图组态图标，打开SAMA图制作窗口。SAMA图组态用于将系统内部定义的功能算法模块按照逻辑组合起来，编译下装到过程控制站中进行调用和执行。由于本次课程设计是串级回路控制系统，所以我采用系统自带的2个PID功能块、1个M/A手操器功能块和若干线性功能块来构成SAMA图的基本框架。PID1（左）用于控制下水箱水位，PID2（右）用于控制上水箱水位，M/A用于设定下水箱的目标值，线性功能块用于代表被控对象的特性。根据串级回路的结构特点，绘制SAMA图如下所示：

将各功能块的参数设为需要的值，并将其与数据库中的数据点一一对应，再用输入输出功能块引出，连接到显示界面。TR为跟踪接口，用于实现控制器的手动/自动的无扰切换。

保存后关闭窗口，接着进行图形界面组态的运用。

用矩形、棒状图和折线绘制双容水箱、进出水管，阀门等，实时曲线绘制黑色表格。将水箱与对应的数据点连接起来，PV1对应下水箱，PV2对应上水箱，并设定上下限与填充色。实时曲线也同样与数据点对应，设置上下限与颜色。其效果图如下：

保存文件，接着绘制操作器显示界面。

同样用矩形和棒状图绘制操作器数值显示条，并将其与各模拟数据点一一对应，设置上下限并填充颜色。指示灯用于指示控制器工作状态，6个按钮用于自动控制时增减设定值，手动控制时增减控制器输出。将SAMA图中模块号对应到按钮上，就能实现SP值的便捷修改，方便操作员在发现情况后直接修改参数。手动/自动按钮用于切换控制状态，SP增/减按钮用于自动状态下设定值的增减，AO增/减按钮用于手动状态下控制器输出增减。效果图如下：

将操作显示界面与监控界面连接起来：

如此一来在操作员站的监控画面下，可以直接点击控制阀来调处操作显示界面，进行参数的调节，或实现手动自动的切换。

趋势组态用于显示现场数据点的实时/历史趋势。为了方便读取数据，我制作了实时趋势图。点击趋势显示按钮，新建实时趋势显示图，将曲线与数据点对应连接起来，设定上下限与填充色，如图所示：

     制作完基本组态后可以进行PID参数的整定与系统的仿真运行：

开始运行：

系统诊断：

运行调试结果如图：

使用matlab对串级系统经行建模，运用了PI控制。先单独调节副回路，再将副回路放进

主回路一起调整。最后得到两个回路的参数。副回路：K=0.4 I=0.05，主回路：K=0.3 I=0.15

实时趋势如图：

超调量小于20%，系统稳定时间在3.5分钟左右，可见控制的效果还是不错的

监控显示画面效果如图所示：

无扰切换：

首先，如果将手动打到自动出现控制器输出变0的情况：

其原因在于PID控制器没有进行组态跟踪，添加2个跟踪信号编译如图：

最后在手动切到自动时控制器输出不会变化 如图：

分析结果及心得：

由于之前没有学过DCS软件，不过在老师的PDF的帮助下我很快地就上手了。在绘制SAMA图时由于一开始使用左键连线所以在监控界面曲线没显示之后使用右键将线链接出来解决了问题。在无扰切换的环节时，通过采用2根跟踪信号又解决问题了。通过这次实践课，使我对在自控原理里学到的PID控制方法运用和过程控制中参数整定的加以练习，又对P3DCS这款软件得到了初步的熟悉。对于今后在工作中奠定了一些契机，也能很好的与理论的知识相结合，与实际的实验结果相比较，更能让我们形象生动的理解并懂得这个实验的原理和PID的控制方法。