集散控制系统实验报告

自动化学院集散控制系统实验集散控制系统实验报告单容水箱液位控制仿真2013年12月自动化学院集散控制系统实验一、实验目的1.了解集散控制系统的组成和结构；熟悉系统规模、控制站规模；掌握控制站卡件型号、名称、性能及输入/输出点数；掌握控制站卡的地址设置；具体学习集西门子的集散控制系统PCS7组态软件；能够用组态软件建立工程，学习系统，设备组态以及数据和图形组态，最后能够对整个控制系统进行整体的系统调试；通过仿真，对单容对象特性能够进一步了解和掌握。二、实验内容在西门子PCS7集散控制系统环境下，完成如下内容：根据单容对象的特性，建立单容对象的仿真模型；实现液位控制，并通过PLCSIM进行仿真，建立OS连接，实现OS界面。三、实验原理3.1、单容对象的数学模型以单容水槽水位调节对象为例，分析其动态特性和数学模型。典型的单容水槽水位调节对象如下图所示E-1V-1P-2P-3V-2P-4P-5调节阀1调节阀2Q1Q2h各个变量定义：Q1：输入水流量（米3/秒）Q10：输入稳态水流量（米3/秒）。根据物料平衡关系，在正常工作状态下的稳态方程式为：Q10−Q20＝0自动化学院集散控制系统实验动态方程式是：dV/dt是流体储存量的变化率。它与被调水位h间的关系是：dV＝Fdh整理以上式子，可得化成以增量表示的微分方程式最终得到单容对象特性的拉氏变换为：1()(1()2())HSQSQSFS3.2、模式实现原理有模型图可知，当模型没有滞后时单容对象特性的拉氏变换为：INT-P:1()()VSUSTIS当模型有滞后时单容对象特性的拉氏变换为：PT1-P：1()()_1VSUSTMLAGS如果TM_LAG=0，表示没滞后，即V(S)=U(S)。四、仿真实现过程根据教学视频，可完成以下步骤：自动化学院集散控制系统实验4.1、在PCS7中创建模型1、打开SIMATICMANAGER软件；在菜单“选项-自定义”下，设定存放项目的目录；用向导创建项目。2、在组件视图的“图表”中，新建CFC对象，改名为LEVEL，打开，进行编辑。编辑时，用到CFC库中的原件INT-P,PT1-P,SUB-R等。自动化学院集散控制系统实验3、连线并定义管脚名称。4、将图表生成块类型：图表-编译-图表生成块类型。至此，对象仿真模型就生成了。4.2、实现液位控制程序自动化学院集散控制系统实验1、在工厂视图，编辑CFC(1)：改名为LEVEL-CTRL，在CFC库中找到上面创建的块LEVEL,以及CTRL-PID块。2、拖入、连接、编译生成程序。自动化学院集散控制系统实验4.3、组态网络1、AC站的设置：在组件视图下，选AC站，打开“硬件”配置网络，选中CP443-1，双击，打开属性，新建子网etherent(1),设置MAC地址。2、OS站的设置：双击PC站打开对象，在1号轨放置IEGeneral下的SWV6.2SP1。自动化学院集散控制系统实验3、双击IE通用，属性中，新建ethernet(1)，设置MAC地址。4、对WINCCApplication,插入一个新连接，连接伙伴为CPU417-4。保存并编译上述内容。自动化学院集散控制系统实验4.4、仿真器PLCSIM1、在【SIMATICManager】中，点击工具栏上图标，启动PLCSIM。2、选择CPU接入点为：CP443-1,ethernet(1)adr:MAC。3、在组件视图，右键菜单，选PLC-下载。程序下载后，可启动仿真器处于运行状态。自动化学院集散控制系统实验4.5、建立OS连接4.6、实现OS界面开发1、编辑PICTURE(4)、添加控件，设置控件属性，关联曲线变量。自动化学院集散控制系统实验4.7、OS站测试1、将输出变量V2设定一个值（0~100），选取SP-PV跟踪，设定PID参数。2、模式调为“自动”修改“SP”的值，观察响应曲线。自动化学院集散控制系统实验五、实验曲线对比分析单容对象的时间单数为T=70s。在PID调节中，对PID调节的参数进行合理的配置，观察液位的阶跃响应。PID参数及响应响应曲线如下（均为最右侧的响应曲线）：（1）比例系数P=12，积分时间Ti=15，微分时间Td=0.4。对应液位仿真响应曲线：由响应曲线可知，系统在阶跃输入的作用下，首先出现很微弱的超调，后再渐趋于稳定，最终达到稳态。（2）比例系数P=20，积分时间Ti=15，微分时间Td=0.2。对应液位仿真响应曲线：自动化学院集散控制系统实验由响应曲线可知，系统在阶跃输入的作用下，首先出现细微超调，后再渐趋于稳定，最终达到稳态。六、实验总结熟悉了西门子PCS7集散控制系统环境下的各种操作，包括创建模型，模块连接，组态网络，PLCSim仿真，建立OS连接，实现OS界面开发等。为后面的过程控制综合实验打下了基础，所以在做过控综合实验时，上手更快，也更熟练。