CS4000dcs实验指导书

─1─cs4000高级过程控制实验装置DCS实验指导书─2─目录一、概述.....................................................................................................3二、软件配置及安装说明........................................................................4三、CS4000系统介绍...............................................................................9一）、CS4000型系统主要特点.........................................................9二）、CS4000型实验对象组成结构...............................................10四、系统主题实验..................................................................................11实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验....................................11实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验....................................15实验三、加热水箱温度特性测试实验............................................19实验四、加热水箱温度二位式控制实验........................................21实验五、单容水箱液位PID控制实验............................................25实验六、双容水箱液位PID整定实验............................................28实验七、加热水箱温度PID控制实验............................................30实验八、短滞后温度PID控制实验................................................33实验九、电磁流量PID控制实验....................................................36实验十、双容水箱液位串级控制实验............................................39─3─一、概述生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化已经进入了计算机控制装置时代。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散结构的迅速增长，DCS（分布式集散控制系统）的应用日益普遍。其原因之一是：DCS系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用减少到最小，从而使成本费用大大的节省。其原因之二是：DCS具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。本书所叙述的控制系统采用开放的的DCS系统设备，本装置的目的是使自动化专业的学生能尽快的入门，使研究生和高校教师能容易地利用DCS实现所设计的自动化任务。─4─二、软件配置及安装说明1、系统网络图：iMaciMacPORT-APORT-BDCS控制站AB1号站2号站PORT-A网络IP:PORT-B网络IP:1号站2号站128.128.1.130128.128.2.130128.128.1.131128.128.2.131CS4000过程控制系统DCS控制网络图注：IP地址可以根据规则要求更改，并不唯一2、硬件和软件配置要求：一、DCS工程师站：软硬件特殊配置：1、网卡2张2、IP地址：128．128．1．130(A口)128．128．2．130(B口)3、浙大中控AdvanTrol-X3.16安装盘（工程师站）二、软件安装说明：─5─按照安装提示，安装的计算机作为工程师站请选择安装工程师站，安装的计算机作为操作员站请选择安装操作员站。若要根据自己要求安装请选择自定义安装。3、DCS工业标准机柜的组成1.电源部分：控制柜上方为系统供电电源部分（5V、24V）.2，DCS部分：从左往右卡件安排：序号卡件名称规格功能说明1SP243X主控制卡2SP243X主控制卡（冗余）3SP233数据转发卡4SP233数据转发卡（冗余）0SP3144路电压信号输入卡1SP3144路电压信号输入卡2SP3144路电压信号输入卡3SP3144路电压信号输入卡4SP3144路电压信号输入卡5SP3224路模拟量输出卡6SP3224路模拟量输出卡7SP000空卡件8SP3638路触点型开入卡9SP3648路继电器开出卡10SP000空卡件………4、CS4000过程控制系统控制软件1．DCS软件体系结构─6─2．DCS组态控制软件1）SCKey.exe组态软件，应用于对DCS硬件和软件的组态。如图1-1所示：图1-1在组态好以后需要下载在不同的控制站中，需选择不同的控制站。如图1-2所示：─7─图1-2上图所表示的是128.128.1.4控制站的组态.2）AdvanTrol.exe监控软件实验运行软件，运行界面如图1-3所示：图1-3─8─3)DCSI/O定义DCS卡件号卡件地址通道类型I/O信号定义输入/输出内容SP31400模拟量输入通道（1~5V）AI01号左上水箱液位信号SP31401模拟量输入通道（1~5V）AI11号右上水箱液位信号SP31402模拟量输入通道（1~5V）AI21号左下水箱液位信号SP31403模拟量输入通道（1~5V）AI31号右下水箱液位信号SP31410模拟量输入通道（1~5V）AI41号加热水箱温度信号SP31411模拟量输入通道（1~5V）AI51号短滞后温度信号SP31412模拟量输入通道（1~5V）AI61号长滞后温度信号SP31413模拟量输入通道（1~5V）AI71号电磁流量信号SP31420模拟量输入通道（1~5V）AI81号涡轮流量信号SP31421模拟量输入通道（1~5V）AI92号左上水箱液位信号SP31422模拟量输入通道（1~5V）AI102号右上水箱液位信号SP31423模拟量输入通道（1~5V）AI112号左下水箱液位信号SP31430模拟量输入通道（1~5V）AI122号右下水箱液位信号SP31431模拟量输入通道（1~5V）AI132号加热水箱温度信号SP31432模拟量输入通道（1~5V）AI142号短滞后温度信号SP31433模拟量输入通道（1~5V）AI152号长滞后温度信号SP31440模拟量输入通道（1~5V）AI162号电磁流量信号SP31441模拟量输入通道（1~5V）AI172号涡轮流量信号SP32250模拟量输出通道（4~20mA）AO01号电动调节阀控制信号SP32251模拟量输出通道（4~20mA）AO11号变频器控制信号SP32252模拟量输出通道（4~20mA）AO21号单相可控硅信号SP32260模拟量输出通道（4~20mA）AO32号电动调节阀控制信号SP32261模拟量输出通道（4~20mA）AO42号变频器控制信号SP32262模拟量输出通道（4~20mA）AO52号单相可控硅信号─9─三、CS4000系统介绍CS4000型过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的C3000智能仪表、S7-200PLC、DDC控制系统、DCS工业以太网控制系统，经过精心设计、多次实验和反复论证后，推出的一套基于本科生、研究生教学和学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。CS4000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。实验系统供电要求：单相220V交流电。一）、CS4000型系统主要特点1．被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。2．执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、单相SCR移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器。3．调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动。4．一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。5．某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，它们同时和工作时需对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。6．各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。─10─7．实验数据及图表可以永久存储，在MCGS组态软件中也可随时调用，以便实验者在实验结束后进行比较和分析。二）、CS4000型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱、串接圆筒有机玻璃上水箱、单相2.5KW电加热水箱、短滞后和长滞后水箱。系统动力支路分为两路组成：一路由磁力驱动循环泵、电动调节阀、电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由磁力驱动循环泵、变频调速器、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。对象系统中的检测变送和执行元件有：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、电动调节阀。三号左上液位控制水箱四号右上液位控制水箱一号左下液位控制水箱二号右下液位控制水箱主管路副管路V21V11V22V12V23V13V24V14V10V20V15V50五号加热水箱六号纯滞后水箱TT2TT3TT1LT1LT2LT3LT4调压模块V42V31V41V32V60通储水箱CS4000实验对象的检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器、电磁流量计、涡轮流量计、Pt100热电阻温度传感器。执行装置：单相可控硅移相调压装置用来调节单相电加热管的工作电压；电动调节阀调节管道出水量；变频器调节小流量泵。─11─四、系统主题实验实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二．实验设备CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1EPA控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取─12─h1(t)h1(∞)0.63h1(∞)0T对象参数。如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动