基于DCS的温度控制系统的设计与应用毕业设计说明书

2009届毕业设计说明书 基于DCS的温度控制系统的设计与应用 院 、 部： 电气与信息工程学院学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 自动化 班 级： 完成时间： 2013年5月 摘 要 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中，温度控制占有着极为重要的地位，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便、运行安全可靠的特点。它能够适应工业生产过程的各种需要，进一步提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率，保证生产安全。本文介绍了DCS的组态、下装及控制原理，完成了DCS温度定值控制系统的设计，通过操作员站、DCS分布式过程控制系统、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置，对温度进行定值控制，并对结果进行了讨论和总结。这次设计可以使我了解DCS的控制原理和使用方法，为以后的学习和工作奠定基础。关键词：DCS；温度定值控制；组态 ABSTRACT Temperature is the common industrial production process parameter, any physical change and chemical reaction process closely is related with the temperature. In scientific research and production practice in many fields of temperature control in the occupied an extremely important position especially in the metallurgical, chemical, building materials, food, machinery, petroleum industry, which play a decisive role role. For different production conditions and technological requirements of temperature control, the way of heating, fuel, control scheme is also different.DCS have strong generality, flexible system configuration, control function concentrated operation of the perfect, convenient data processing, display, man-machine interface friendly, simple installation, convenient debugging and running characteristics of safe and reliable. It is able to meet the needs of industrial production process of all kinds, to further improve the level of production automation and management level, improve labor productivity, ensure safe production. This paper introduces the current situation of the development of the DCS control system, all kinds of Temperature characteristics, DCS configuration, remove theatrical makeup and costume and control principle, completed the DCS realize Temperature setting value control system experiment development, through the operators stand, DCS distributed process control system, THJ-3 type of advanced process control object system experiment device for the Temperature in fixed value control, the experimental results are discussed and summarized in this paper. This experiment can make I understand the DCS control principle and method of use, for the future study and work lay the foundation. Keywords: DCS；Temperature setting value control；The configuration 目 录1 绪论12 系统设计方案32.1任务和要求32.2设计方案和工作原理32.1.1设计方案32.2.2 PID原理和特点32.2.3 PID控制参数整定方法43 系统硬件设计63.1控制对象63.1.1 THJ-3过程装置简介63.1.2 各模块的功能介绍73.2.控制系统83.2.1 MACS 系统简介83.2.2各模块的介绍94 系统软件设计114.1 MACS系统软件介绍114.2 MACSV组态114.2.1建立工程114.2.2设备组态144.2.3服务器算法组态174.2.4控制器算法组态174.2.5图形组态185 系统调试21 5.1调试步骤21 5.2调试结果226 结束语29参考文献30致 谢311 绪论过程控制是自动化的重要分支，其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、建材、环境等众多的领域，在国民经济中占有极其重要的地位。无论是在现代复杂工业生产过程中还是在传统生产过程的技术改造中，过程控制技术对于提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件以及保护生态环境、优化技术经济指标等方面都起着非常重要的作用。过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数(温度、压力、流量、物位、成分、湿度、PH值和物性等)进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，是连续型生产过程自动的进行下去。实际的生产过程千变万化，要解决生产过程的各种控制问题必须采用有针对性的特殊方法与途径。这就是过程控制要研究和解决的问题。温度是一个描述物体物理特性的冷热程度的物理量，但是对于工业生产、日常生活过程，它却有极其很重要的作用。控制温度对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都有重要影响，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，温度更是重中之重。无论是在生活中还是在工业生产过程中，在某些环节中如果温度发生变化也许会带来不同程度的影响，水温的高低可能直接影响到设备的安全和使用寿命，发生严重的安全事故或者给产品的质量和产量带来一系列问题。 锅炉在日常生活生产中的影响非常大。在锅炉里面燃烧化石燃料（比如说煤、石油、天然气等）产生的热水或水蒸汽的可直接提供工农业生产和生活所需要的热能。早在200多年前锅炉就已经问世，但锅炉在工业方面的应用和发展是最近几十年才开始的。在国外，工农业中对锅炉的控制在五六十年代发展的最快，于七十年代发展至最高点。反观我国，锅炉在新中国成立以后才开始建立和发展在工农业方面的应用。上海在1953年率先成立了一座上海锅炉厂。鉴于锅炉在工农业生产生活中所扮演的角色的不同，我们把锅炉分为三类：发电厂使用的是电站锅炉；居民所需要的热水和取暖所需要的是生产锅炉；工农业生产需要的驱动机械的能源则是由工业锅炉来提供的。 在锅炉日渐为工农业生产生活提供方便的时候，问题也随之产生，那就是对于锅炉的控制问题。随着科学技术发展，控制理论和技术也有了很大的发展，对于锅炉的自动化控制的掌握程度也在慢慢的提高。从六十年代第一台计算机在控制中的应用开始，并随着计算机科学技术以及通信、控制技术等等的快速发展，人们对于锅炉的自动化控制中也逐渐的采用了计算机。锅炉的自动控制技术从三四十年代的单参数仪表控制开始，经历了四五十年代单元组合仪表、综合参数仪表控制，一直到六十年代兴起的计算机过程控制，越来越说明了计算机正在成为这一领域的主要角色并且在锅炉的自动控制的适用范围越来越广。在工农业生产生活中，对于一些工艺过程，温度的浮动直接会对产品的质量以及产量产生影响，在这种情况下，设计出一套针对温度的较为理想的控制系统会非常有价值。 国外从1970左右就开始研究如何对温度进行控制。在1970年至1979年这段时间内，温度控制技术简单来说就是利用模拟式的组合仪表来采集工农业生产过程中的信息，然后再进行计算、推导，对温度进行记录和控制。一直到1989年左右分布式系统才第一次出现在世人面前。到了21世纪10年代，也就是2012年，世界各国的科学家们已经在开始研发那种由计算机来采集和控制信息的“多因子综合控制系统”了。随着科学技术的快速发展，温度控制技术也随之逐步提高，甚至有些国家已经在向着更高的自动化控制水平无人化自动控制发展了。 中国虽然在世界上影响力不小，但是中国的发展并比不上发达国家。作为发展中国家，相对于其他发达国家，我国的科学家们在1980年才开始在吸取其他国家技术的基础上慢慢地学习并掌握针对单项环境因子的温度室内微机技术。现如今，我国对涉及到微机的温度控制技术已经由吸取经验到简单应用再向着综合应用方向发展。但是现在我们还没有真正的多参数综合控制系统，比起其他国家，我国在技术上还是落后不少。眼下我国的温度测控技术比起国外工厂化的温度测控技术仍然差得很远，在实际生产中我国的温控系统的软件、硬件资源还是不能共享，不能达到很高的产业化水平，装备也不能很好的配套，这些难题都需要科学家、技术人员去解决。 到目前为止，我国在温度的控制这方面仍然比较落后，总体水平处于20世纪80年代中后期水平，要想用于一些控制滞后、复杂、时变的温度系统控制，还是有不小的困难。至于更高控制要求的智能化、自适应控制仪表，和发达国家相比还是有不少的差距。在形成商品化、控制参数自整定方面，我们还没有开发出性能可靠的自整定软件，控制系统的参数的确定大多都是依靠经验或者现场调试。 随着科学技术的不断发展，温度控制系统的需求已越来越苛刻，高精度、智能化、人性化是国内外温度测控系统发展的必然趋势。 2系统设计方案2.1任务和要求(1)基于DCS系统中编制PID控制软件。(2)编制组态监控画面。(3)实现锅炉内胆水温定值控制2.2 设计方案和工作原理 2.2.1设计方案 单闭环系统结构简单，稳定性好、可靠性高，在工业控制中得到广泛的应用。单闭环锅炉水温定值控制系统的结构框图如图1，其中锅炉内胆为动态循环水，磁力泵、电动调节阀、锅炉内胆组成循环供水系统。而控制参数为锅炉内胆的水温，即要求锅炉内胆的水温等于设定值。先通过变频器-磁力泵动力支路给锅炉内胆打满水，然后关闭锅炉内胆的进水阀。待系统投入运行后，再打开锅炉内胆的进水阀，允许变频器-磁力泵以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。在锅炉内胆水温的控制过程中，由于锅炉内胆由循环水，因此锅炉内胆循环水水温控制相比于内胆静态水温控制时更充分，因而控制速度有较大的改善。在结构原理框图中可以清楚的看出，我们给定温度的设定值，将温度传感器的值与设定值相比较，把偏差值送入PID调节器，PID调节器的输出信号送入可控硅调压装置，经调压装置输出的电压信号来控制加热装置的阻值，从而控制锅炉内胆的水温。此控制系统为单闭环反馈系统，只要PID参数设置的合理，就能够使系统达到稳定。图1 锅炉水温定值控制系统的结构框图2.2.2 PID原理和特点 PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。其输入e (t）与输出u (t）的关系由公式(1)可见。 （1） 公式(1)中: u(t)为控制器的输出; e(t)为控制器的输入(常常是设定值与被控量之差, 即e(t)=r(t)-c(t);Kp、Ti、Td 分别为控制器的比例放大系数、积分时间常数、微分时间常数。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。PID控制在工业领域的应用已经有很多年了，现在依然广泛地被应用。P、I、D各有自己的长处和缺点，它们一起使用的时候又和互相制约，但只有合理地选取PID值，就可以获得较高的控制质量。人们在应用的过程中积累了许多的经验，对PID的研究现在已经达到了一个比较高的程度。(1) 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。若产生偏差，控制器就发生作用调节控制输出，使被控量向减小偏差的方向变化。偏差减小的速度由比例系数 Kp来决定，Kp越大偏差减小的越快。但这样会引起振荡，特别是在迟滞环节比较大的时候，比例系数Kp减小，振荡发生的可能性就会减小，但同时也会导致调节速度变慢。比例控制的缺点是不能消除稳态误差，必须要有积分控制来辅助。(2) 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。为了消除控制系统的稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项会随着时间的增加而增大。因此，就算误差很小，积分项也会慢慢变大，由它推动控制器的输出增大，使稳态误差慢慢减小至零。所以，比例积分 (PI) 控制器可以使系统在进入稳态后无稳态误差.但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。(3) 微分（D）控制在微分控制下，控制器的输出的微分增加了，输入误差信号的微分同时也会增加。而自动控制系统在对于误差的控制来说，会出现别的不必要的问题，比如波动，更严重的会失稳。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，但是加入的微分项却能够避免较大的误差出现，因为它可以预测误差变化的方向。但是微分控制会放大高频噪声, 降低系统的信噪比,导致系统抑制干扰的能力下降，也就是说微分控制不能消除余差。2.2.3 PID控制参数整定方法控制器参数的整定方法很多，归纳起来可分为两大类，理论计算整定法与工程整定法。顾名思义，理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据控制理论，通过理论计算来求取“最佳整定参数”；而工程整定法是根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制器参数整定方法。由于无论是用解析法或实验法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性，因而理论计算所得到的整定参数值可靠性不够高，在现场使用中还需进行反复调整。相反工程整定法虽未必得到“最佳整定参数”，但由于其不需知道过程的完整数学模型，使用者不需要具备理论计算所必须的控制理论知识，因而简便、实用，易于被工程技术人员所接受并优先使用。下面将介绍本次设计中在现场调试调节器参数时所采用的一种整定方法，现场经验整定法。这种方法是人们在长期的工程实践中，从各种控制规律对系统控制质量的影响的定性分析中总结出来的一种行之有效，并且得到广泛运用的工程整定方法。若将控制系统液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。表1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=（1/3 1/4）TD计算。表1 经验法整定参数系统参 数（%）T1(min)TD(min)温度20603100.53流量401000.11压力30700.43液位20803 系统硬件设计3.1控制对象3.1.1THJ-3过程装置简介 THJ-3型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。被控对象装置总貌图如图2所示。 图2 被控对象装置总貌图图2被控对象装置总貌图3.1.2各模块的功能介绍（1）被控对象由不诱钢储水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒构成)、冷热水交换盘管和敷朔不锈钢管道组成。模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙。管道：整个系统管道采用不诱钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀步打开直接将水排出。（2）检测装置变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不诱钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成420mA DC电流信号。Pt100传感器精度高，热补偿性较好。（3）执行机构电动调节阀：采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。电动调节阀型号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便，实用性强等众多优点，控制信号为420mA DC或1 5V DC,输出420mA DC的阀位信号，使用和非常校正方便。变频器：本装置采用日本三菱(FR-S520S-0.4K-CH(R)变频器，控制信号输入为(420mA DC)或05V DC，0220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不诱钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵。一只为下相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为420mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为2W-160-25，工作压力：最小压力为0Kg/，最大压力为7Kg/，工作温度：-58C。3.2.控制系统3.2.1 MACS系统简介 MACS是和利时公司集多年的开发、工程经验设计的大型综合控制系统。该系统采用了目前世界上先进的现场总线技术(ProfiBus-DP总线)，对控制系统实现计算机监控，具有可靠性高，适用性强等优点，是一个完善、经济、可靠的控制系统。MACS系统的体系结构如图3所示: 图3 MACS系统的体系结构MACS系统的网络由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络三个层次，监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场控制站与过程I/O单元的通讯。一个大型系统可由多组服务器组成，由此将系统划分成多个域，每个域可由独立的服务器、系统网络SNET和多个现场控制站组成，完成相对独立的采集和控制功能。域有域名，域内数据单独组态和管理，域间数据可以重名。各个域可以共享监控网络和工程师站。而操作员站和高级计算站等可通过域名登录到不同的域进行操作。数据按域独立组态，域间数据可以由域间引用或域间通信组态进行定义，并通过监控网络相互引用。MACS系统具有数据采集、控制运算、闭环控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事件顺序记录、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算、组态、调试、打印、下装、诊断的功能。3.2.2各模块的介绍（1）工程师站(ENS) 由高档微机组成，具有以下功能：系统数据库组态、设备组态、图形组态、控制语言组态、报表组态、事故库组态、离线查询、调试、下装。（2）操作员站(OPS) 由高档微机或工业微机组成，具有以下功能：流程图显示与操作、报警监视及确认、日志查询、趋势显示，参数列表显示控制调节、在线参数修改、报表打印。（3）现场控制站(FCS) 由专用控制柜和专用控制软件组成，控制柜中包括电源、主控单元、过程I/O单元、通信单元及控制网络等组件。可根据组态的数据库和算法完成：数据采集与处理、控制和联锁运算、控制输出。（4）系统服务器(SVR) 由高档微机或服务器构成，完成实时数据库管理和存取、历史数据库管理和存取、文件存取服务、数据处理、系统装载等功能的计算机。系统服务器可双冗余配置。（5）FM148 DCS模拟量输入模块 FM148八路模拟量输入现场总线I/O模块通过Profibus-DP现场总线都接入MCU主控单元（现场控制站）中，进而把对象上的所有电压型或电流型传感器检测信号传送到本现场控制站中，进行算法控制。FM148八路模拟量输入模块支持电流型（420mA）和电压型（05V/15V）信号输入方式，另外还支持更多的电压电流输入方式，每通道11位。（6）FM143A DCS热电阻输入模块FM143A八路热电阻输入现场总线I/O模块通过Profibus-DP现场总线都接入MCU主控单元（现场控制站）中，进而把对象上的所有温度传感器检测信号传送到本现场控制站中，进行算法控制。FM143八路热电阻输入模块支持PT100/Cu50热电阻信号输入方式，另外还支持更多的温度信号输入方式，每通道11位。（7）FM151 DCS模拟量输出模块 FM151八路模拟量输出现场总线I/O模块通过Profibus-DP现场总线都接入MCU主控单（现场控制站）中，通过现场控制站输出来控制对象上的的执行器信号。FM151八路模拟量输出模块支持电流型（420mA）和电压型（05V/15V）输出方式，另外还支持更多的控制信号输出方式，每通道11位。（8）MCU主控单元（冗余） 采用带PROFIBUS-DP总线通讯接口卡的最新MACS V系列FM801主控单元，该主控放置在专用的、带有背板总线的机笼上，专用带有背板总线的直流24V电源模块也放置在此机笼中。4 系统软件设计4.1 MACS系统软件介绍 MACS系统给用户提供的是一个通用的系统组态和运行控制平台，应用系统需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。 MACS系统所用软件为MACS V集成组态软件。MACS V组态软件具体分为：数据库组态软件；设备组态软件；服务器算法组态软件；控制器算法软件（CONMaker软件）；图形组态软件；工程师在线软件；操作员站软件；服务器软件。4.2 MACSV组态这是个简单的工程，因此点比较少，所以操作员站OPS只需要一个，兼任工程师站；服务器SVR采用单机结构；1个现场控制站FCS；锅炉内胆水温定值控制系统需要一个输入测量信号，一个输出控制信号，因此需要一个模拟量热电阻输入模块FM143A和一个模拟量输出模块FM151。现场IO模块数量及地址分配如表2所示；以太网结构：上层管理监控网和系统网公用，网段为128、129。表2 IO模块数量及地址分配IO模块 数量 地址 FM143A 1 3 FM151 1 4服务器算法：建立“服务器负荷率”计算方案页。控制器策略：采用CFC语言，实现锅炉内胆水温定值控制功能。4.2.1建立工程（1）打开：开始程序macsv组态软件数据库总控。（2）点击按钮或选择工程|新建工程，新建工程，输入工程名字：LLDZ，如图4所示。图4 添加工程（3）点击“确定”按钮，然后在空白处选择这个工程，此时会显示当前域号为65535等信息。（4）选择“编辑域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程从“未分组的域”移动到右边“该组所包括的域”里，点“确定”按钮。出现当前域号：0等信息，如图5所示。图5 域组号组态图（5）在数据库总控组态中添加变量。选择菜单栏，编辑编辑数据库，弹出窗口，输入用户名和口令hollymacs/macs。点击“确定”按钮，如图6所示。图6 进入数据库编辑系统窗口（6）选择系统数据操作，出现下面对话框，点击“确定”，如图7所示。图7 提示图 （7）因为温度定值控制系统用到一个模块，两个通道，所以需要编辑两个点号。点击“AI模拟量输入”选项出现如图8所示。 图8 模拟量设置(8）将右侧的选择项名选中，点击“确定”按钮。(9）选择后确定进入编辑数据界面。(10）数据库编辑，注意：设置它的参数，根据实际情况，设置设备号（即设备地址），通道号，量程上限下限，点名（注意：点名不能重复使用）。其他的可以不用设置。按照上面的步骤设置所有的变量，包括模拟量的输入和输出，如表3和表4所示。 表3 模拟量输入设置 记录序号 通道号 采样周期 设备号 点说明 量程下限 量程上限 输出格式 点名 信号范围 站号 1 1 1 3 温度 0 100 XXXXX TT1 PT100_RTD 10 表4 模拟量输出设置记录序号 当前值 通道号 采样周期 设备号 点说明 量程下限 量程上限 输出格式 点名 站号 2 0 3 1 4 调压模块输出 0 100 XXXXX AO2 10 (13）单击数据库编译基本编译，若显示数据库编译成功，则数据库组态完毕。4.2.2设备组态(1）根据以上工程描述，该工程的系统图如图9所示。 图9 工程的系统图 (2）在设备组态时仍按照“标准工程”组态，由于该工程采用单以太网结构，因此需要手动配置服务器前两块网卡和操作站两块网卡的IP地址。具体配置如下：服务器配4块网卡：其中前两块为上层管理监控网需要配置IP地址，需要手动配置IP。A网IP地址：128.0.0.1B网IP地址：129.0.0.1后两块网卡为系统网，系统网不必配置IP地址。50操作站配2块网卡。需要手动配置IPA网IP地址：128.0.0.50B网IP地址：129.0.0.50(3）完成工程 锅炉内胆水温定值控制的设备组态。4.2.3服务器算法组态（1）打开服务器算法组态，在菜单栏中选择文件新建文件，选择刚才新建的工程，如图10所示。图10 服务器算法组态选择工程图（2）选择文件新建站，获点击按钮新建站，在新建的工程下新建为服务器和控制站10，新建站保存到默认的安装目录下。点击“保存”按钮。（3）选中“服务器”，点击工具栏中的按钮，新建服务器算法方案，请选择“FM”类型方案建立服务器算法方案，如图11所示。图11 语言类型图保存方案，默认路径。（4）此时需要在“P1-1”右侧的空白框中键入“getsysper（_FUHE00）”几个字符，添加完毕，请保存方案页，如图12所示。图12 保存方案页（5）点击菜单栏“编译”中的“当前方案”实现本方案页编译，此时系统出现错误提示“FUHE00”数据库点类型未定义。（6） 打开“数据库总控”，选择“LLDZ ”工程，在“数据库编辑”下的“AM” 项名，全选后确定。（7）类型数据库里添加“FUHE00”中间量点，更新数据库，如图13所示。图13 更新数据库（8）中间量点添加完毕，点击菜单栏“编辑”中的“当前方案”，会发现错误提示消失，点击工具栏中保存，再次保存方案页。在左边一栏选择“工程”，如图14所示。 图14 编辑完成图（9）选中“服务器”点击鼠标右键，编译“服务器”站，选择“全部重编”，最终出现“站编译成功”。（10）选中工程“LLDZ ”点击右键，选择编译，出现提示窗口，选择“是”。（11）最终出现“工程编译成功”。（12）工程编译成功后，保存工程；点击菜单栏“文件”中“退出”项。（13）完全编译工程：打开数据库总控，选择工程 LLDZ ，并且保证当前的域号为0。选择工具栏里“完全编译”。直到编译成功，生成下装文件成功，关闭数据库，如下图15所示。图15 完全编译4.2.4控制器算法组态首先选择工程“锅炉内胆水温定值控制”的“10站”，完成PID模块的导入hasac.lib，资源的建立和模块的建立。（1）创建POU在对象组织器中，选中POUs，新建一文件夹，重命名为“LHF”，然后选中文件夹，单击鼠标右键，选中“添加”，弹出创建POU窗口，新POU命名为“S03_LOOP”、POU类型选“程序”、POU语言选“CFC”。（2）声明变量在资源全局变量中声明变量。注意：一条声明要写在一行中。VAR_GLOBAL SINGLE03:BOOL;PID04:HSPID:=(SP:=0,CP:=0.5,DL:=100,MC:=0,RM:=0,PT:=100,TI:=30,KD:=10,OT:=100,OB:=0,PK:=0,OM:=0,AD:=1,ME:=1,AE:=1,CE:=0,PU:=100,PD:=0);ENG_VAR（3）编写主程序P_H_E();P_H_RTD();P_H_CT();P_H_TC();P_H_PI();GetSysInfo();GetDPDevState();IF SINGLE03 THENS03_LOOP();END_IFP_E_H();（4）编写子程序子程序如图16所示。 图16 子程序（5）编译工程编写好程序后选择“工程全部再编译”，检查是否有错误。直至编译成功，保存工程，退出。4.2.5图形组态（1）绘制静态图形在工程“LLDZ”中，新建一个图形文件，利用绘图工具绘制如图17所示的锅炉内胆水温定值控制系统的静态图形。 图17 锅炉内胆水温定值控制系统的静态图形（2）设置文字动态特性单击锅炉内胆温度的文字特性XXX . X，右击鼠标选择动态特性。设置文字特性：在“文字”标签中选择“有文字特性”，点名为TT1，项名为AV，域号为0，其他选择默认。单击电动阀调节开度的文字特性XXX . X，右击鼠标选择动态特性。设置文字特性：在“文字”标签中选择“有文字特性”，点名为AO2，项名为AV，域号为0，其他选择默认。（3）设置推出窗口交互特性单击锅炉内胆温度的文字特性XXX . X，右击鼠标选择交互特性。设置交互特性：在“推出窗口”标签中选择“有推出窗口特性”，窗口类型为“PID窗口”，PID点名为“PID04”，域号为0，其他选择默认。（4）设置Tip显示交互特性单击锅炉内胆温度的文字特性XXX . X，右击鼠标选择交互特性。设置交互特性：在“Tip显示”标签中选择“有Tip显示特性”，选择“显示固定字符串”，输入显示内容“点击可修改参数！”其他选择默认。（5）设置在线修改交互特性单击电动阀调节开度的文字特性XXX . X，右击鼠标选择动态特性。设置文字特性：在“在线修改数据库点值”标签中选择“有在线修改特性”，点名为AO0，项名为AV，域号为0，其他选择默认。（6）保存文件将刚才绘制的锅炉内胆水温定值控制系统流程图保存，图形文件名为LLDZ，图形组态完毕。5 系统调试5.1 调试步骤（1）三项电源输出端U、V、W对应连接到三相SCR移相调压装置的三相电源输入端U、V、W端；三相SCR移相调压装置的三相调压输出端U0、V0、W0接至三相电加热管输入端U0、V0、W0；三相电源输出端U、V、W对应连接三相磁力泵（380V）的输入端U、V、W；电动调节阀220V输入端L、N接至单相电源III的3L、3N端。将控制屏上的直流24V电源（+、）端对应接到FM模块电源输入（+、）端。（2）按上述要求连接完实验系统，打开图1对象相应的水路（打开阀F1-1、F1-2、F1-5、F1-13，其余阀门关闭）；（3）用电缆线将对象和DCS控制台连接起来；（4）用电动阀支路给锅炉内胆和夹套均打满水，待实验投入运行之后，用电动阀支路以固定的小流量给锅炉内胆打循环水冷却；（5）合上DCS控制屏电源，启动服务器和主控单元；（6）在工程师站的组态中选择该工程进行编译下装；（7）启动操作员站，选择运行界面中的实验；（8）启动对象总电源，并合上相关电源开关（三相电源、单相III），开始实验（如果是控制柜，打开三相电源总开关、三相电源、单相开关，并同时打开三相调压模块和三相磁力泵电源开关、电动调节阀电源开关控制站电源开关）在流程图的温度测量值上点击左键，弹出PID窗口，进行相应参数的设置如图18所示。 图18 控制系统界面（8）设置好温度的给定值，先把调节器输出设为手动，待温度趋于给定值且不变后，把手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。按经验法整定调节器参数，选择PID控制规律，并按整定后的PID参数进行调节器参数设置。步骤：比例度，I：积分时间，D：微分时间红线： 给定值 绿线：测量值5.2 调试结果步骤：比例度，I：积分时间，D：微分时间红线：给定值 绿线：测量值（1）=1 ，如图19所示。 图19 水温控制曲线由图19可以看出=1太小，过渡过程易振荡。（2）=60，如图20所示。图20 水温控制曲线由图20可以看出=60过大，输出很长的时间内无法跟踪输入，也就是说，过渡过程太过平缓，稳态误差较大。（3）=40 ，10：27加上的阶跃信号，如图21所示。图21 水温控制曲线由图21可以看出=40时，过渡过程没有振荡，且稳态误差不大，所以=40时最适合。比例系数调好后，试着加入积分时间。（10：27加上的阶跃信号）（4）=40， I=80s，如图22所示。图22 水温控制曲线由图22可以看出=40， I=80s时，积分时间过大，此时的积分作用太弱，过渡过程平缓，消除稳态误差过慢。（11：00加上的阶跃信号）（5）=40, I=10s，如图23所示。图23 水温控制曲线由图23可以看出=40， I=10s时，积分时间过小，此时的积分作用太强，过渡过程振荡剧烈，消除稳态误差很快。（10：34加上的阶跃信号）（6）=40， I=60s， 如图24所示。图24 水温控制曲线由图24可以看出=40， I=60s时，积分时间适合，此时的积分作用适中，过渡过程振荡不剧烈，消除稳态误差很快（11：14加上的阶跃信号）。在此基础上，再加上微分作用。（7）=40，I=60s ，D=10s ，如图25所示。图25 水温控制曲线由图25可以看出=40， I=60s，D=10s时，微分时间过大，增加了过渡过程的波动程度（15：10加上的阶跃信号）。8）=40，I=60s ，D=2s 如图26所示。图26 水温控制曲线由图26可以看出=40， I=60s，D=2s时，微分时间过小，此时的过渡过程不稳定，最大偏差有点大（15：18加上的阶跃信号）。（9）=40，I=60s ，D=4s，如图27所示。图27 水温控制曲线由图27可以看出=40，I=60s，D=4s时，微分时间适合，此时的过渡过程稳定，最大偏差也不大（15：38加上的阶跃信号）。由此可以看出=40， I=60s，D=4s时，水温趋于稳定。7待锅炉内胆水温稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待水温平衡后，突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，此增量不宜过大，一般为设定值的515%为宜），于是锅炉内胆的水温便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水温稳定至新的设定值.内胆水温的响应过程曲线将如图28所示。 图28 内胆水温的响应过程曲线 6 结束语这次设计锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量,将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。其中，PID参数整定采用的是经验法，通过不同参数的设置 ，再看响应曲线的变化，经过不断的调试从而找到了最佳参数，比例度越小，越快达到稳定。比例调节能快速抵消干扰的影响，同时利用积分调节消除残差，故当比例度小些，最后稳态误差较小。在本次毕业设计的过程中，我了解了DCS软件的特点、组成和使用方法，组态的过程和控制原理，工程师站，操作员站，服务器，对现场控制站的组成和连接方式及各站在控制系统中的级别有一定的认识,锻炼了自己思考、自己独立动手的能力,为不久以后工作打下坚实的基础。参考文献1李友善.自动控制原理.北京：机械工业出版社，19812潘永湘，杨延西，赵跃编.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社，20073翁维勤.过程控制系统及工程.北京：化学工业出版社，20054孙虎章主编.自动控制系统. 北京：中央广播电视大学出版社，19845刘翠玲,黄建兵.集散控制系统M.北京:北京大学出版社，20066何衍庆,俞金寿.集散控制系统原理及应用M.北京：化学工业出版社，20027金以慧.过程控制（第三版）M.北京:清华大学出版社，20048王树青，戴连奎，于玲.过程控制工程M.北京：化工工业出版社，20089凌志浩.DCS与现场总线-控制系统M.上海：华东理工大学出版社，200810张岳.集散控制系统及现场总线.北京：机械工业出版社，200611阳宪惠.工业数据通信与控制网络.北京：清华大学出版社，200612浙江天煌科技实业有限公司.THJ-3型实验指导书M，200913HOLLiAS-MACS组态手册M.北京:北京和利时集团公司，200114毛金丽.数据通信原理.北京：北京邮电大学出版社，200015杨庆柏.现场总线仪表.北京：国防工业出版社,200516 陶永华.新型PID控制及其应用.北京：机械工业出版社，2002 致 谢本设计利用THJ3型过程控制实验装置为硬件基础做锅炉内胆水温控制系统实验分析，采用MACSV组态软件在上位机实现显示和控制。通过本次设计，来熟悉工业过程控制的控制流程以及其控制原理。 老师把任务布置下来时我有很多的疑惑和不解。在任务中有一些知识从来没有接触过，甚至不知该从哪下手。这次课程设计，我翻阅了很多的书籍和毕业论文，并上网搜索了很多关于锅炉水温定值系统的设计材料。并借鉴了许多期刊、论文、报告的指导，渐渐的知道了设计应该如何下手。通过一段时间的参考和设计，脑子里有了一个大概的方案.但是在学习和实验过程中，我遇到过很多问题，发现自己的理论知识掌握的不牢固。在老师的指点下，在大家的帮助下，经过自己的努力都顺利的解决了。回顾此次毕业设计，我从中受益匪浅。使我懂得了理论与实践相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能服务社会，从而提高自己的实际动手能力和独立思考能力。 这次毕业设计提供了一个让我们展示才能，开拓创新思维，激发创新灵感，交流学习的平台。通过这次设计，极大地提高了动手能力，磨练了意志，同时也培养了自主创新的意识。在设计过程当中，通过对所学知识的应用，加深了对过程控制系统的了解和学习，DCS控制和MACS系统的组成、功能及应用都有了进一步的了解。我想对易老师的指导表达我衷心的谢意，在他耐心的指导下，我才能顺利的完成这个设计课题。同时感谢此设计过程中帮助我的一些同学，在你们指导和帮助下，我才能顺利的完成这次毕业设计。31