集散控制系統(tǒng)實驗報告

1、集散控制系統(tǒng)實驗報告單容水箱液位控制仿真 2013年12月一、實驗目的1. 了解集散控制系統(tǒng)的組成和結構；熟悉系統(tǒng)規(guī)模、控制站規(guī)模；掌握控制站卡件型號、名稱、性能及輸入/輸出點數(shù)；掌握控制站卡的地址設置；具體學習集西門子的集散控制系統(tǒng)PCS7組態(tài)軟件；能夠用組態(tài)軟件建立工程，學習系統(tǒng)，設備組態(tài)以及數(shù)據(jù)和圖形組態(tài)，最后能夠對整個控制系統(tǒng)進行整體的系統(tǒng)調試；通過仿真，對單容對象特性能夠進一步了解和掌握。二、實驗內容在西門子PCS7集散控制系統(tǒng)環(huán)境下，完成如下內容：根據(jù)單容對象的特性，建立單容對象的仿真模型；實現(xiàn)液位控制，并通過PLCSIM進行仿真，建立OS連接，實現(xiàn)OS界面。三、實驗原理3.1、單

2、容對象的數(shù)學模型以單容水槽水位調節(jié)對象為例，分析其動態(tài)特性和數(shù)學模型。典型的單容水槽水位調節(jié)對象如下圖所示 各個變量定義：Q1：輸入水流量（米3/秒） Q10：輸入穩(wěn)態(tài)水流量（米3/秒）。根據(jù)物料平衡關系，在正常工作狀態(tài)下的穩(wěn)態(tài)方程式為：Q10 Q200動態(tài)方程式是： dV/dt 是流體儲存量的變化率。它與被調水位h 間的關系是：dVFdh整理以上式子，可得 化成以增量表示的微分方程式最終得到單容對象特性的拉氏變換為：3.2、模式實現(xiàn)原理 有模型圖可知，當模型沒有滯后時單容對象特性的拉氏變換為：INT-P: 當模型有滯后時單容對象特性的拉氏變換為：PT1-P：如果TM_LAG=0，表示沒滯后，

3、即V(S)=U(S)。四、仿真實現(xiàn)過程根據(jù)教學視頻，可完成以下步驟：4.1、在PCS7中創(chuàng)建模型1、打開SIMATIC MANAGER軟件；在菜單“選項-自定義”下，設定存放項目的目錄；用向導創(chuàng)建項目。2、在組件視圖的“圖表”中，新建CFC對象，改名為LEVEL，打開，進行編輯。編輯時，用到CFC庫中的原件INT-P,PT1-P,SUB-R等。3、連線并定義管腳名稱。4、將圖表生成塊類型：圖表-編譯-圖表生成塊類型。至此，對象仿真模型就生成了。4.2、實現(xiàn)液位控制程序1、在工廠視圖，編輯CFC(1)：改名為LEVEL-CTRL，在CFC庫中找到上面創(chuàng)建的塊LEVEL,以及CTRL-PID塊。2

4、、拖入、連接、編譯生成程序。4.3、組態(tài)網(wǎng)絡1、AC站的設置：在組件視圖下，選AC站，打開“硬件”配置網(wǎng)絡，選中CP443-1，雙擊，打開屬性，新建子網(wǎng)etherent(1),設置MAC地址。2、OS站的設置：雙擊PC站打開對象，在1號軌放置IE General下的SW V6.2 SP1。3、雙擊IE通用，屬性中，新建ethernet(1)，設置MAC地址。4、對WINCC Application,插入一個新連接，連接伙伴為CPU417-4。保存并編譯上述內容。4.4、仿真器PLCSIM1、在【SIMATIC Manager】中，點擊工具欄上 圖標 ，啟動PLCSIM。2、選擇CPU接入點為：

5、CP443-1,ethernet(1) adr:MAC。3、在組件視圖，右鍵菜單，選PLC-下載。程序下載后，可啟動仿真器處于運行狀態(tài)。4.5、建立OS連接4.6、實現(xiàn)OS界面開發(fā)1、編輯PICTURE(4)、添加控件，設置控件屬性，關聯(lián)曲線變量。4.7、OS站測試1、將輸出變量V2設定一個值（0100），選取SP-PV跟蹤，設定PID參數(shù)。2、模式調為“自動”修改“SP”的值，觀察響應曲線。五、實驗曲線對比分析單容對象的時間單數(shù)為T=70s。在PID調節(jié)中，對PID調節(jié)的參數(shù)進行合理的配置，觀察液位的階躍響應。PID參數(shù)及響應響應曲線如下（均為最右側的響應曲線）：（1）比例系數(shù)P=12，積分時間Ti=15，微分時間Td=0.4。對應液位仿真響應曲線：由響應曲線可知，系統(tǒng)在階躍輸入的作用下，首先出現(xiàn)很微弱的超調，后再漸趨于穩(wěn)定，最終達到穩(wěn)態(tài)。（2）比例系數(shù)P=20，積分時間Ti=15，微分時間Td=0.2。對應液位仿真響應曲線：由響應曲線可知，系統(tǒng)在階躍輸入的作用下，首先出現(xiàn)細微超調，后再漸趨于穩(wěn)定，最終達到穩(wěn)態(tài)。六、實驗總結熟悉了西門子PCS7集散控制系統(tǒng)環(huán)境下的