基于DP总线的A3000实验和测试培训.doc

A3000 DP 型过程控制实验系统 补充测试实验培训指导 北京华晟高科教学仪器有限公司 前前 言言 A3000 DP 型过程控制实验系统补充测试实验培训指导 是根据 A3000 过 程控制实验系统的相关内容编写的 包括如下内容 1 S7 300 DP 设备 2 S7 300 PLC 控制系统编程和组态软件的连接 3 DP 总线实验 不介绍具体的 A3000 现场系统和组态软件 有关这些内容将在独立的培训 培训书中介绍 一般不涉及 PA 总线的内容 A3000 PA 型过程控制实验系统补 充测试实验培训指导 本培训书缺点和错误在所难免 敬请各位专家 院校师生和广大读者批评 指正 申明 本培训书内容只适合华晟高科 A3000 教学实验 范例和文档内容只 用于提供信息 对本书不承担任何保证 北京华晟高科教学仪器有限公司 二零零七年八月 第一章第一章 DP 设备的接线设备的接线 1 1 1 总体结构 1 1 2 DP 设备的接线 1 第二章第二章 S7 300 PLC 中控制编程中控制编程 2 2 1 增加 DP 设备 2 2 2 控制系统编程 5 2 3 组态软件 10 第三章第三章 DP 总线的实验总线的实验 13 3 1 培训范例说明 13 3 1 1控制和组态程序数据词典 13 3 1 2 变频器的控制 14 3 2 测试题 单容下水箱液位变频器 PID 单回路控制 15 3 2 1测试题目描述 15 3 2 2 上位组态要求 16 3 2 3 控制结果和评分标准 18 3 2 4 控制算法和编程 20 3 2 5 操作过程和调试 20 3 2 6 范例测试结果及记录 21 3 3 测试题 双容下水箱液位变频器 PID 单回路控制 21 3 3 1测试题目描述 21 3 3 2 上位组态要求 22 3 3 3 控制结果和评分标准 24 3 3 4 控制算法和编程 26 3 3 5 操作过程和调试 26 3 3 6 范例测试结果及记录 27 3 4 测试题 流量变频器 PID 单回路控制 27 3 4 1 测试题目描述 27 3 4 2 上位组态要求 28 3 4 3 控制结果和评分标准 30 3 4 4 控制算法和编程 32 3 4 5 操作过程和调试 32 3 4 6 范例测试结果及记录 33 3 5 测试题 液位和进口流量串级控制 33 3 5 1 测试题目描述 33 3 5 2 上位组态要求 35 3 5 3 控制结果和评分标准 37 3 5 4 控制算法和编程 38 3 5 5 操作过程和调试 39 3 5 6 范例测试结果及记录 40 3 6 测试题 流量 液位前馈反馈控制 41 3 6 1 测试题目描述 41 3 6 2 上位组态要求 43 3 6 3 控制结果和评分标准 45 3 6 4 控制算法和编程 46 3 6 5 操作过程和调试 47 3 6 6 范例测试结果及记录 48 第一章第一章 DP 设备的接线设备的接线 1 1 总体结构总体结构 PROFIBUS DP 控制网络如图所示 如果没有配置 DP 设备 也可以通过模拟量模块进行实验 序号设备名地址通道号 单位测点涉及的实验 AI CH0LT103 下水箱液位单 双容液位实验 AI CH1FT101 左边流量流量控制实验 串级控 制实验 RTD CH0TE101 锅炉温度锅炉温度控制实验 1ET200S9 RTD CH1TE104 换热器冷出换热器温度控制实验 2MM42010U101各个实验 1 2 DP 设备的接线设备的接线 DP 设备包括 ET200S 或者 ET200M 执行器包括变频器 在控制箱中 A3000C 板专门提供一个总线信号的连接 DP 头 S7 300 ET200S 地址 a9 MM420 地址 a10 POWE R LT103 FT101 TE101 TE104 第二章第二章 S7 300 PLC 中控制编程中控制编程 本章只介绍 DP 设备的编程问题 有关 STEP7 使用 以及 PLC 编程的基本 方法在 基于 S7 300 控制系统的 A3000 实验和测试培训 中详细介绍 2 1 增加增加 DP 设备设备 这里不介绍 S7 300 编程 在书 基于 S7 300 控制系统的 A3000 实验和测 试培训 中详细介绍 新建工程 增加 S7 300 站点 打开硬件组态界面 插入机架 插入 CPU 需要支持 DP 通讯 插入机架之前还需要进行机架 的更新和驱动的安装 设定 DP 通讯属性 选中图中 DP 线 右击 选择菜单 对象属性 如图 所示 选中 DP 线 插入 ET200S 在 CATALOG 窗口选择 PROFIBUS DP 双击 ET 200S IM151 如图所示 选中 ET200S 在下面的窗口中显示插入的模块 选择第一行 然后从右边 选择模块 包括电源 2AI 2RTD 模块 系统自动分配地址 如图所示 同样的方法插入 MM420 变频器 如图所示 首先双击选择 SIMOVERT MICROMASTER 4 然后下面的表中选中一行 然后选择 CATALOG 窗口中的 4 PKW 2PZD PPO1 2 2 控制系统编程控制系统编程 参考 基于 S7 300 控制系统的 A3000 实验和测试培训 复制创建 OB1 DB3 复制 FC200 FC201 插入 FB41 1 建立 SYMBOL 表如图所示 其中包括所有 DP 各个地址通道名称 这些通道地址在硬件组态中有 那 么程序中就可以通过符号来访问 比单纯的地址清楚多了 2 DB3 中建立如图所示的变量 其中包括实验选择 EXP NO 变频器控制位 ET200S 的输入工程值 我 们采用工程量来进行 PID 运算 3 建立输入转换 如图所示 流量 0 3 立方 小时 液位 25 厘米 温度 0 100 注意标定值不同 2AI 模块 4 毫安对应 0 20 毫安对应 32000 2RTD 为温度值的 10 倍 4 PID 运算 6 变频器准备操作如图所示 7 变频器启动操作如图所示 7 变频器清错操作如图所示 8 变频器输出控制如图所示 9 变频器状态读取操作如图所示 程序编写好之后就可以下装运行 2 3 组态软件组态软件 以组态王为例子 具体操作参考组态软件的说明 一个主界面 DP 的 7 个实验 包括单回路 串级 前馈反馈等实验 变量定义如图所示 典型的窗口如图所示 在窗口属性中增加 运行时 代码 如图所示 在变频器控制按钮上 增加代码 BITSET TR COMM 1 1 准备好 BITSET TR COMM 2 1 启动 BITSET TR COMM 3 1 清错 第三章第三章 DP 总线的实验总线的实验 3 1 培训范例说明培训范例说明 为了培训方便 所有组态软件和编程软件具有一致性 控制器编程分成几 个类别 包括 PID 控制 串级控制 前馈反馈控制 控制器中的寄存器地址也 是规定好的 在实验或测试时 并不需要按照这里的次序和变量名称 由于各个测试题的工程量转换可能不同 所以一个测试题一个组态工程 但是为了演示方便 我们还提供通用的组态软件 通用组态软件采用所有的工 程量都是 0 100 0 而用户必须按照变化正确工程量来进行转换 3 1 1 控制和组态程序数据词典控制和组态程序数据词典 在控制程序中定义了很多变量 如表 3 1 1 所示的变量将和组态软件交互数 据 表 3 1 1 程序中变量信息 3 1 2 变频器的控制变频器的控制 DP 总线对于变频器的控制比较特殊这里要说明一下 在第二章介绍有关变 频器的各种状态 在启动变频器之前应先观察变频器状态 如果是出错状态应 先进行 清错 后 再根据状态提示进行 准备 或 启动 等操作 变频器启动后 用户便可手动或自动设定相应频率值 如图 3 1 1 序号名称用途说明数据类型数据类型数据范围 1PID0 PVPID0 调节器测量值REAL0 100 0 2PID0 SPPID0 调节器给定值REAL0 100 0 3PID0 MVPID0 调节器输出值REAL0 100 0 4PID0 PPID0 调节器比例系数REAL实数 5PID0 IPID0 调节器积分时间REAL正实数 6PID0 DPID0 调节器微分时间REAL正实数 7PID0 AMPID0 调节器手 自动状态BOOL布尔型 9PID1 PVPID1 调节器测量值REAL0 100 0 10PID1 SPPID1 调节器给定值REAL0 100 0 11PID1 MVPID1 调节器输出值REAL0 100 0 12PID1 PPID1 调节器比例系数REAL实数 13PID1 IPID1 调节器积分时间REAL正实数 14PID1 DPID1 调节器微分时间REAL正实数 15PID1 AMPID1 调节器手 自动状态BOOL 16前馈系数前馈信号系数REAL实数 17实验选择实验选择USHORT0 65535 18FT101流量传感器 1REAL0 100 0 19真正输出值前馈反馈的调节输出REAL0 100 0 20 TR REAL FRE 变频器实际频率REAL0 100 0 21 TR ET FR E 变频器设定频率REAL0 100 0 22 TR STATU S 变频器的状态LONG 0 65535 23TR COMM 变频器的控制信号BYTE 0 255 图 3 1 1 变频器控制实验 3 2 测试题测试题 单容下水箱液位变频器单容下水箱液位变频器 PID 单回路控制单回路控制 3 2 1 测试题目描述测试题目描述 单容液位变频器 PID 单回路控制工艺流程图如图 3 2 1 所示 I 图 3 2 1 单容下水箱液位变频器 PID 单回路控制流程图 单容下水箱液位调节阀 PID 单回路控制测点清单如表 3 2 1 所示 表 3 2 1 单容下水箱液位调节阀 PID 单回路控制测点清单 序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量 1LT 103 压力变送器下水箱液位4 20mADC AI2 5kPa 2U 101 变频器频率控制2 10VDC AO 0 100 水介质由泵 P101 变频器驱动 从水箱 V104 中加压获得压头 经由管路 进入水箱 V103 通过手阀 QV 116 回流至水箱 V104 而形成水循环 其中 水 箱 V103 的液位由 LT 103 测得 通过调节手阀 QV 116 的开启程度来模拟负载 的大小 本例为定值自动调节系统 变频器 U 101 转速为操纵变量 LT 103 为 被控变量 采用 PID 调节来完成 3 2 2 上位组态要求上位组态要求 1 流程图界面要求 流程图界面要求 1 测试要求的组态流程图界面 如图 3 2 2 所示 图 3 2 2 组态流程图界面 2 动态点 交互控制点清单如表 3 3 2 所示 表 3 2 2 动态点 交互控制点清单 名称数据类型功能描述 U 101变频器I O 实型显示调节器输出值 MV LT 103液位变送器I O 实型显示水箱液位值 调节器测量值 PV SP调节器设定值I O 实型调节器自动状态下可改写 同时让 手动输出值跟踪这个数值 P调节器比例系数I O 实型可改写 I调节器积分系数I O 实型可改写 D调节器微分系数I O 实型可改写 手 自动PID 调节器状态I O 整型点击 调节器状态切换 M MVPID 调节器手动输出值I O 实型调节器手动状态下 点击则弹出输 入对话框 改变调节器输出值 自 动状态跟随调节器输出值 3 其他要求 设备 管路从图库中选 液位变化 管路中流体流动具动画效果 流程图界面中可包含实时曲线窗口 历史记录 操作记录 报表界面可 从流程图界面调出 2 实时曲线要求 实时曲线要求 引入调节器PV MV SP三个变量 三条曲线颜色便于区分 对应变量标示清楚 时间轴跨度两分钟 采样周期不大于两秒 振荡的幅值便于分析变化趋势 3 操作记录要求 操作记录要求 引入液位高 低限报警记录 记录中显示报警时间 报警限值 可自定 报警值及报警的具体描述 4 历史记录要求 历史记录要求 引入调节器PV MV SP三个变量 调用历史趋势曲线控件进行绘制 时间轴 数值轴的设置便于分析历史趋势 5 报表要求 报表要求 设计一个报表 实验开始后 每 20 分钟记录一组数据 包括变频器控制 V103 液位 SP 三个变量 3 2 3 控制结果和评分标准控制结果和评分标准 1 协助验证测试结果 协助验证测试结果 1 评分的必需条件 必须在流程图界面上可进行 PID 调节器的手 自动操 作 SP 可改变 手动可调输出值 实时曲线满足分析的需要 这也是实际工程 中所必须的 如果采用自动评分 那么则要求 SP 为外给定 信号来自评分系 统 2 验证控制结果 调节器置手动状态 改变输出值 测量值应相应变化 且变化正确 依据被测试者提交的实时曲线基本可判断调节器在自动状态下控制回路 是否稳定 调节器置自动状态 通过从窗口中修改SP值 变化量不超过当前值 10 进一步判断控制品质 详见评分标准 3 验证组态结果 参考具体要求 2 评分标准 评分标准 本题满分 100 分 首先系统必须满足前四项 能够达到稳定状态 否则不 能通过 具体评分标准如表 3 2 3 所示 表 3 2 3 本测试题评分标准 序号要求分值 1必须要求SP 可改变 而且可显示 2必须要求测量值和控制值可显示 或者实时曲线可以看出 是否稳定 3必须要求被测试者能让控制系统在自动状态下稳定 4必须要求自动状态下 SP 值变化原来的稳态值的 10 系统可以稳定 要求 超调量 最大偏差 不大于稳定值的 15 过渡时间 被控变量进入新的稳态值的 5 范围内 且不再超出时所经历的时间 不超过 1 分钟 或者 8 个振荡周期 余差不超过 5 60 分 5控制效果加分超调量 最大偏差 不超过 2 5 分 6控制效果加分过渡振荡周期不超过 4 个 衰减比 2 10 5 分 7流程图界面要求外观 具有水箱 液位检测点 管道 水泵 变 频器符号 具有测量值 给定值 控制量动态点 具有 PID 的参数设置 手动给定控制量 手 自 动切换 给定值交互点 10 分 8实时曲线信号幅度统一 标尺等分合理 时间标尺等分合 理 时间长度合理 可以看到完整的稳定过程 至少引入 SP PV 两个变量 10 分 9历史记录可以记录历史数据 并且可以看到历史记录 至5 分 少引入 PV 一个变量 10操作记录有报警信息记录或有修改参数的纪录5 分 11报表可以记录报警5 分 3 2 4 控制算法和编程控制算法和编程 采用范例程序如图 3 2 3 图 3 2 3 液位控制程序 3 2 5 操作过程和调试操作过程和调试 1 编写控制器算法程序 下装调试 编写测试组态工程 连接控制器 进 行联合调试 这些步骤不详细介绍 2 在现场系统上 打开手阀 QV 115 QV 106 电磁阀 XV101 直接加 24V 到 DOCOM GND 到 XV102 控制端 调节 QV 116 闸板开度 可以稍微大 一些 其余阀门关闭 3 打开设备电源 包括变频器电源 设置变频器 DP 总线的工作模式 变 频器直接驱动水泵 P101 4 连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆 启动控制系统 5 启动计算机 启动组态软件 进入测试项目界面 启动调节器 设置各 项参数 将调节器的手动控制切换到自动控制 6 设置 PID 控制器参数 可以使用各种经验法来整定参数 这里不限制 使用的方法 3 2 6 范例测试结果及记录范例测试结果及记录 参考的控制曲线如图 3 3 4 所示 曲线中 PI 参数设定如下 P 10 I 200000 3 3 测试题测试题 双容下水箱液位变频器双容下水箱液位变频器 PID 单回路控制单回路控制 3 3 1 测试题目描述测试题目描述 双容液位变频器 PID 单回路控制工艺流程图如图 3 3 1 所示 I 图 3 3 1 双容水箱液位变频器 PID 单回路控制流程图 单容下水箱液位调节阀 PID 单回路控制测点清单如表 3 3 1 所示 表 3 3 1 双容下水箱液位调节阀 PID 单回路控制测点清单 序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量 1LT 103 压力变送器下水箱液位4 20mADC AI2 5kPa 2U 101 变频器频率控制2 10VDC AO 0 100 水介质由泵 P101 变频器驱动 从水箱 V104 中加压获得压头 经由管路 进入水箱 V102 通过手阀 QV 117 至水箱 V103 其中 水箱 V103 的液位由 LT 103 测得 通过调节手阀 QV 116 的开启程度来模拟负载的大小 本例为定 值自动调节系统 变频器 U 101 转速为操纵变量 LT 103 为被控变量 采用 PID 调节来完成 3 3 2 上位组态要求上位组态要求 1 流程图界面要求 流程图界面要求 1 测试要求的组态流程图界面 如图 3 2 2 所示 图 3 2 2 组态流程图界面 2 动态点 交互控制点清单如表 3 3 2 所示 表 3 2 2 动态点 交互控制点清单 名称数据类型功能描述 U 101变频器I O 实型显示调节器输出值 MV LT 103液位变送器I O 实型显示水箱液位值 调节器测量值 PV SP调节器设定值I O 实型调节器自动状态下可改写 同时让 手动输出值跟踪这个数值 P调节器比例系数I O 实型可改写 I调节器积分系数I O 实型可改写 D调节器微分系数I O 实型可改写 手 自动PID 调节器状态I O 整型点击 调节器状态切换 M MVPID 调节器手动输出值I O 实型调节器手动状态下 点击则弹出输 入对话框 改变调节器输出值 自 动状态跟随调节器输出值 3 其他要求 设备 管路从图库中选 液位变化 管路中流体流动具动画效果 流程图界面中可包含实时曲线窗口 历史记录 操作记录 报表界面可 从流程图界面调出 2 实时曲线要求 实时曲线要求 引入调节器PV MV SP三个变量 三条曲线颜色便于区分 对应变量标示清楚 时间轴跨度两分钟 采样周期不大于两秒 振荡的幅值便于分析变化趋势 3 操作记录要求 操作记录要求 引入液位高 低限报警记录 记录中显示报警时间 报警限值 可自定 报警值及报警的具体描述 4 历史记录要求 历史记录要求 引入调节器PV MV SP三个变量 调用历史趋势曲线控件进行绘制 时间轴 数值轴的设置便于分析历史趋势 5 报表要求 报表要求 设计一个报表 实验开始后 每 20 分钟记录一组数据 包括变频器控制 V103 液位 SP 三个变量 3 3 3 控制结果和评分标准控制结果和评分标准 1 协助验证测试结果 协助验证测试结果 1 评分的必需条件 必须在流程图界面上可进行 PID 调节器的手 自动操 作 SP 可改变 手动可调输出值 实时曲线满足分析的需要 这也是实际工程 中所必须的 如果采用自动评分 那么则要求 SP 为外给定 信号来自评分系 统 2 验证控制结果 调节器置手动状态 改变输出值 测量值应相应变化 且变化正确 依据被测试者提交的实时曲线基本可判断调节器在自动状态下控制回路 是否稳定 调节器置自动状态 通过从窗口中修改SP值 变化量不超过当前值 10 进一步判断控制品质 详见评分标准 3 验证组态结果 参考具体要求 2 评分标准 评分标准 本题满分 100 分 首先系统必须满足前四项 能够达到稳定状态 否则不 能通过 具体评分标准如表 3 2 3 所示 表 3 2 3 本测试题评分标准 序号要求分值 1必须要求SP 可改变 而且可显示 2必须要求测量值和控制值可显示 或者实时曲线可以看出 是否稳定 3必须要求被测试者能让控制系统在自动状态下稳定 4必须要求自动状态下 SP 值变化原来的稳态值的 10 系统可以稳定 要求 超调量 最大偏差 不大于稳定值的 15 过渡时间 被控变量进入新的稳态值的 5 范围内 且不再超出时所经历的时间 不超过 1 分钟 或者 8 个振荡周期 余差不超过 5 60 分 5控制效果加分超调量 最大偏差 不超过 2 5 分 6控制效果加分过渡振荡周期不超过 4 个 衰减比 2 10 5 分 7流程图界面要求外观 具有水箱 液位检测点 管道 水泵 变 频器符号 具有测量值 给定值 控制量动态点 具有 PID 的参数设置 手动给定控制量 手 自 动切换 给定值交互点 10 分 8实时曲线信号幅度统一 标尺等分合理 时间标尺等分合 理 时间长度合理 可以看到完整的稳定过程 至少引入 SP PV 两个变量 10 分 9历史记录可以记录历史数据 并且可以看到历史记录 至5 分 少引入 PV 一个变量 10操作记录有报警信息记录或有修改参数的纪录5 分 11报表可以记录报警5 分 3 3 4 控制算法和编程控制算法和编程 采用范例程序如图 3 2 3 图 3 2 3 液位控制程序 3 3 5 操作过程和调试操作过程和调试 1 编写控制器算法程序 下装调试 编写测试组态工程 连接控制器 进 行联合调试 这些步骤不详细介绍 2 在现场系统上 打开手阀 QV 115 QV 106 电磁阀 XV101 直接加 24V 到 DOCOM GND 到 XV102 控制端 调节 QV 116 闸板开度 可以稍微大 一些 其余阀门关闭 3 打开设备电源 包括变频器电源 设置变频器 DP 总线的工作模式 变 频器直接驱动水泵 P101 4 连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆 启动控制系统 5 启动计算机 启动组态软件 进入测试项目界面 启动调节器 设置各 项参数 将调节器的手动控制切换到自动控制 6 设置 PID 控制器参数 可以使用各种经验法来整定参数 这里不限制 使用的方法 3 3 6 范例测试结果及记录范例测试结果及记录 参考的控制曲线如图 3 3 4 所示 曲线中 PI 参数设定如下 P 10 I 400000 D 1 3 4 测试题测试题 流量变频器流量变频器 PID 单回路控制单回路控制 3 4 1 测试题目描述测试题目描述 流量变频器控制流程图如图 3 4 1 所示 I 图 3 4 1 流量变频器 PID 单回路控制 测点清单如表 3 4 1 所示 表 3 4 1 流量变频器 PID 单回路控制测点清单 序号 位号或代 号 设备名称用途原始信号类型工程量 1FT 101 涡轮流量计给水流量4 20mADC AI 0 3m3 h 2U 101 变频器频率控制2 10V AO 0 100 水介质由泵 P101 变频器驱动 从水箱 V104 中加压获得压头 经由涡轮流量计 FT 101 及相应管路进入水箱 V103 通过手阀 QV 116 回流至水箱 V104 而形成水循环 其中 给水流量由 FT 101 测得 本例为定值自动调节系统 变频器 U 101 转速为操纵变量 FT 101 为被控变量 采用 PID 调节来完成 3 4 2 上位组态要求上位组态要求 1 流程图界面要求 流程图界面要求 1 测试要求的组态流程图界面 要求复显 如图 3 4 2 所示 图 3 4 2 组态流程图界面 2 动态点 交互控制点清单如表 3 4 2 所示 表 3 4 2 动态点 交互控制点清单 名称数据类型功能描述 U 101变频器I O 实型显示调节器输出值 MV FT 101涡轮流量计I O 实型显示流量值 调节器 PV SP调节器设定值I O 实型调节器自动状态下可改写 同时 可让手动输出值跟踪这个数值 P调节器比例系数I O 实型可改写 I调节器积分系数I O 实型可改写 D调节器微分系数I O 实型可改写 手 自动PID 调节器状态I O 整型点击 调节器状态切换 M MVPID 调节器手动输 出值 I O 实型调节器手动状态下 点击则弹出 输入对话框 改变调节器输出值 自动状态跟随调节器输出值 3 其他要求 设备 管路从图库中选 管路中流体流动具有动画效果 流程图界面中可包含实时曲线窗口 历史记录 操作记录 报表界面可 从流程图界面调出 2 实时曲线要求 实时曲线要求 引入调节器PV MV SP三个变量 三条曲线颜色便于区分 对应变量名标示清楚 时间轴跨度两分钟 采样周期不大于两秒 振荡时的幅值便于分析过渡过程 3 操作记录要求 操作记录要求 引入流量计流量高 低限实时报警记录 记录中显示报警时间 报警限值 可自定 报警值及报警的具体描述 4 历史记录要求 历史记录要求 引入调节器PV MV SP三个变量 调用历史趋势曲线控件进行绘制 时间轴 数值轴的设置便于分析历史趋势 5 报表要求 报表要求 设计一个报表 实验开始后 每 20 分钟记录一组数据 包括调节器 MV PV SP 三个变量 3 4 3 控制结果和评分标准控制结果和评分标准 1 协助验证测试结果 协助验证测试结果 1 评分的必需条件 必须在流程图界面上可进行 PID 调节器的手 自动操 作 SP 可改变 手动可调输出值 实时曲线满足分析的需要 这也是实际工程 中所必须的 如果采用自动评分 那么则要求 SP 为外给定 信号来自评分系 统 2 验证控制结果 调节器置手动状态 改变输出值 测量值应相应变化 且变化正确 依据被测试者提交的实时曲线 基本可判断调节器在自动状态下控制回 路是否稳定 调节器置自动状态 通过从窗口中修改SP值 变化量不超过10 进一 步判断控制品质 详见评分标准 3 验证组态结果 参考具体要求 2 评分标准 评分标准 本题满分 100 分 首先系统必须满足前四项 能够达到稳定状态 否则不 能通过 具体评分标准如表 3 4 3 所示 表 3 4 3 本测试题评分标准 序号要求分值 1必须要求SP 可改变 而且能够显示 2必须要求测量值和控制值可显示 或者实时曲线可以看出 是否稳定 3必须要求被测试者能让控制系统在自动状态下稳定 4必须要求自动状态下 SP 值变化原来稳态值的 10 系 统可以稳定 要求 超调量 最大偏差 不大于稳定值的 15 过渡时间 被控变量进入新的稳态值的 5 范围内 且不再超出时 所经历的时间 不超过 1 分钟 或者 8 个振荡周期 余差不超过 5 60 分 5控制效果加分超调量 最大偏差 不超过 2 5 分 6控制效果加分过渡振荡周期不超过 4 个 衰减比 2 10 5 分 7流程图界面要求外观 具有流量计 管道 变频器 水泵符号 具有测量值 给定值 控制量动态点 具有 PID 的参数设置 手动给定控制量 手 自动切换 给定值交互点 10 分 8实时曲线信号幅度统一 标尺等分合理 时间标尺等分合 理 时间长度合理 可以看到完整的稳定过程 至少引入 SP PV 两个变量 5 分 9历史记录可以记录历史数据 并且可以看到历史记录 至5 分 少引入 PV 一个变量 10操作记录有报警信息记录或有修改参数的纪录5 分 11报表可以记录报警5 分 3 4 4 控制算法和编程控制算法和编程 采用范例程序如图 3 3 3 所示 图 3 3 3 流量控制程序 3 4 5 操作过程和调试操作过程和调试 1 编写控制器算法程序 下装调试 编写测试组态工程 连接控制器 进 行联合调试 这些步骤不详细介绍 2 在测试系统的现场系统上 将手阀 QV 115 QV 106 完全打开 打开电 磁阀 XV101 直接加 24V 到 DOCOM GND 到 XV101 控制端 下水箱容器 只是作为水介质流通回路的一个部分 3 打开设备电源 包括变频器电源 设置变频器 DP 总线的工作模式 变 频器直接驱动水泵 P101 4 连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆 启动控制系统 5 启动计算机 启动组态软件 进入测试项目界面 启动调节器 设置各 项参数 将调节器的手动控制切换到自动控制 6 设置 PID 控制器参数 可以使用各种经验法来整定参数 这里不限制 使用的方法 3 4 6 范例测试结果及记录范例测试结果及记录 参考的控制曲线如图 3 4 4 所示 图 3 4 4 变频器流量控制曲线 曲线中 PI 参数设定如下 P 0 5 I 2000000 3 5 测试题测试题 液位和进口流量串级控制液位和进口流量串级控制 3 5 1 测试题目描述测试题目描述 液位和进口流量串级控制流程图如图 3 5 1 所示 II 图 3 5 1 液位和进口流量串级控制流程图 液位和进口流量串级控制测点清单如表 3 5 1 所示 表 3 5 1 液位和进口流量串级控制测点清单 序号 位号或代 号 设备名称用途原始信号类型工程量 1FT 102 2 流量计测量管路 2 流量4 20mADC AI0 3m3 h 2LT 103 V103 液位变 送器 测量液位4 20mADC AI0 2 5kPa 3FV 101 调节阀控制流量2 10VDC AO 0 100 水介质二路 II 路 由泵 P102 工频 从水箱 V104 中加压获得压头 经 流量计 FT 102 电动阀 FV 101 水箱 V 103 手阀 QV 116 回流至水箱 V104 而形成水循环 负荷的大小通过手阀 QV 116 来调节 其中 水箱 V103 的液位 由液位变送器 LT 103 测得 给水流量由流量计 FT 102 测得 本例为串级调节 系统 调节阀 FV 101 为操纵变量 以 FT 102 为被控变量的流量控制系统作为 副调节回路 其设定值来自主调节回路 以 LT 103 为被控变量的液位控制系 统 以 FT 102 为被控变量的流量控制系统作为副调节回路 流量变动的时间 常数小 时延小 控制通道短 从而可加快提高响应速度 缩短过渡过程时间 符合副回路选择的超前 快速 反应灵敏等要求 下水箱 V103 为主对象 流量 FT 102 的改变需要经过一定时间才能反应到 液位 时间常数比较大 时延大 由上分析知 副调节器选纯比例控制 反作用 自动 主调节器选用比例 控制或比例积分控制 反作用 自动 3 5 2 上位组态要求上位组态要求 1 流程图界面要求 流程图界面要求 1 测试要求的组态流程图界面 要求复显 如图 3 5 2 所示 图 3 5 2 组态流程图界面 2 动态点 交互控制点清单如表 3 5 2 所示 表 3 5 2 动态点 交互控制点清单 名称数据类型功能描述 FV 101调节阀I O 实型显示副调节器输出值 手动状态 下点击 弹出输入对话框 FT 102电磁流量计I O 实型显示 V103 进口水流量 LT 103液位变送器I O 实型显示 V103 液位 SP主调节器设定值I O 实型 副调节器设定值I O 实型 调解器自动状态下可改写 P主调节器比例系数I O 实型可改写 副调节器比例系数I O 实型 I主调节器积分系数I O 实型可改写 手 自动主调节器状态I O 整型 副调节器状态I O 整型 点击 调解器状态切换 主回路输出I O 实型显示调节器输出值 手动状态下 可点击 弹出输入对话框 3 其他要求 设备 管路从图库中选 管路中流体流动 V103液位变化具有动画效 果 流程图界面中可包含实时曲线窗口 历史记录 操作记录 报表界面可 从流程图界面调出 2 实时曲线要求 实时曲线要求 引入主 副调节器的MV SP PV六个变量 曲线颜色便于区分 对应变量标示清楚 时间轴跨度两分钟 采样周期不大于两秒 振荡的幅值便于分析变化趋势 3 操作记录要求 操作记录要求 引入入口流量 液位高 低限报警记录 记录中显示报警时间 报警限值 可自定 报警值及报警的具体描述 4 历史记录要求 历史记录要求 引入副调节器输出及主调节器SP PV三个变量 调用历史趋势曲线控件进行绘制 时间轴 数值轴的设置便于分析历史趋势 5 报表要求 报表要求 设计一个报表 实验开始后 每 20 分钟记录一组数据 包括 FT 102 LT 103 两个变量 3 5 3 控制结果和评分标准控制结果和评分标准 1 协助验证测试结果 协助验证测试结果 1 评分的必需条件 必须在流程图界面上可进行主 副调节器的手 自动 操作 主 SP 可改变 手动可调副调节器的输出值 实时曲线满足分析的需要 这也是实际工程中所必须的 如果采用自动评分 那么则要求 SP 为外给定 信号来自评分系统 2 验证控制结果 副调节器置手动状态 改变其输出值 V103液位 入口流量值应相应 变化 且变化正确 依据被测试者提交的实时曲线基本可判断主 副调节器在自动状态下控 制回路是否稳定 主 副调节器均置自动状态 通过从窗口中改变主调节器SP值 变化 量不超过10 进一步判断控制品质 详见评分标准 3 验证组态结果 参考具体要求 2 评分标准 评分标准 本题满分 150 分 首先系统必须满足前四项 能够达到稳定状态 否则不 能通过 具体评分标准如表 3 5 3 所示 表 3 5 3 本测试题评分标准 序号要求分值 1必须要求SP 可改变 而且能显示 2必须要求测量值和控制值可显示 或者实时曲线可以看出 是否稳定 100 分 3必须要求被测试者能够使控制系统在自动状态下稳定 4必须要求自动状态下 SP 值变化原来稳态值的 10 系 统可以稳定 要求 超调量 最大偏差 不大于稳定值的 15 过渡时间 被控变量进入新的稳态值的 5 范围内 且不再超出时 所经历的时间 不超过 1 分钟 或者 8 个振荡周期 余差不超过 5 5控制效果加分超调量 最大偏差 不超过 2 10 分 6控制效果加分过渡振荡周期不超过 4 个 衰减比 2 10 10 分 7流程图界面要求外观 具有下水箱容器 液位检测点 管道 变频器 水泵符号 具有测量值 给定值 控制量动态点 具有 PID 的参数设置 手动给定控制量 手 自动切换 给定值交互点 10 分 8实时曲线信号幅度统一 标尺等分合理 时间标尺等分合 理 时间长度合理 可以看到完整的稳定过程 至少引入主 副回路的 SP PV 四个变量 5 分 9历史记录可以记录历史数据 并且可以看到历史记录 至 少引入两个 PV 变量 5 分 10操作记录有报警信息记录或有修改参数的纪录5 分 11报表可以记录报警5 分 3 5 4 控制算法和编程控制算法和编程 串级控制系统方框图如图 3 5 3 所示 X 主调节 器 LIC101 副调节器 LIC102 下水箱液位 LT103 LT103 主回路干扰 给定值 图 3 6 3 液位流量串级控制系统框图 X 调节阀 FV101 流量计 FT102 流量 FT102 下水箱 液位 副回路干扰 以串级控制系统来控制下水箱液位 以第二支路流量为副对象 右边水泵 直接向下水箱注水 流量变动的时间常数小 时延小 控制通道短 从而可加 快提高响应速度 缩短过渡过程时间 符合副回路选择的超前 快速 反应灵 敏等要求 下水箱为主对象 流量的改变需要经过一定时间才能反应到液位 时间常 数比较大 时延大 将主调节器的输出送到副调节器的给定 而副调节器的输 出控制执行器 由上分析副调节器选纯比例控制 反作用 要想流量大 则调 节阀开度加大 自动 主调节器选用比例控制或比例积分控制 反作用 要想 液位高 则调节阀开度加大 自动 采用范例程序如图 3 5 4 所示 图 3 5 4 3 5 5 操作过程和调试操作过程和调试 1 编写控制器算法程序 下装调试 编写测试组态工程 连接控制器 进 行联合调试 这些步骤不详细介绍 2 在现场系统上 打开手动调节阀 QV 102 QV 105 调节 QV 116 具有 一定开度 闸板高度 6 毫米左右 其余阀门关闭 3 打开设备电源 包括变频器电源 设置变频器 DP 总线的工作模式 变 频器直接驱动水泵 P101 4 连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆 启动控制系统 5 启动计算机 启动组态软件 进入测试项目界面 启动调节器 设置各 项参数 将调节器的手动控制切换到自动控制 6 启动计算机 启动组态软件 进入测试项目界面 启动调节器 设置各 项参数 将调节器切换到自动控制 7 首先将主调节器置手动状态 调整其输出为某个输出值 将它作为副调 节器的 SP 值 8 在上述状态下 整定副调节器的 P 参数 9 预置主调节器的 P I 参数 不要设置的太大 再将主调节器切换到自 动状态 10 依据记录曲线 调整主调节器的 P I 参数 副调节器的 P 参数 一般 是副调节器较大 主调节器较小 副调节器 一般纯比例 P 控制 反作用 自动 KC2 副回路的开环增益 较大 主调节器 比例积分 PI 控制 反作用 自动 KC1 KC2 KC1 主回路开 环增益 11 待系统稳定后 类同于单回路控制系统那样 对系统加扰动信号 扰 动的大小与单回路时相同 12 通过反复对副调节器和主调节器参数的调节 使系统具有较满意的动 态响应和较高的静态精度 3 5 6 范例测试结果及记录范例测试结果及记录 参考的控制曲线如图 3 5 5 所示 图 3 5 5 液位流量串级控制曲线 主回路 PI 参数 P 0 2 I 20000 副回路 P 2 0 3 6 测试题测试题 流量流量 液位前馈反馈控制液位前馈反馈控制 3 6 1 测试题目描述测试题目描述 前馈控制又称扰动补偿 它与反馈调节原理完全不同 是按照引起被调参 数变化的干扰大小进行调节的 在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变 化 当干扰刚刚出现而能测出时 调节器就能发出调节信号使调节量作相应的 变化 使两者抵消 因此 前馈调节对干扰的克服比反馈调节快 但是前馈控 制是开环控制 其控制效果需要通过反馈加以检验 前馈控制器在测出扰动之 后 按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值 流量 液位前馈反馈控制流程图如图 3 6 1 所示 II 图 3 6 1 流量 液位前馈反馈控制流程图 流量 液位前馈反馈控制测点清单如表 3 6 1 所示 表 3 6 1 流量 液位前馈反馈控制测点清单 序号 位号或代 号 设备名称用途原始信号类型工程量 1FT 101 涡轮流量计给水流量 I4 20mADC AI0 3m3 h 2LT 103 液位变送器下水箱液位4 20mADC AI2 5kPa 3FV 101 电动调节阀阀位控制2 10VDC AO 0 100 水介质二路 II 路 由泵 P102 工频 从水箱 V104 中加压获得压头 经 电动阀 FV 101 水箱 V 103 手阀 QV 116 回流至水箱 V104 而形成水循环 另一路 I 路 经泵 P101 变频器驱动 涡轮流量计 FT 101 水箱 V103 手阀 QV 116 回流至水箱 V104 而形成水循环 负荷的大小通过手阀 QV 116 来调节 其中 水箱 V103 的液位由液位变送器 LT 103 测得 给水流量由流量计 FT 101 测得 本例为前馈调节系统 调节阀 FV 101 为操纵变量 在 LT 103 为被控变 量的定值液位控制系统中 接收由 I 路流量的前馈信号参予到定值系统中 整 体构成前馈 反馈控制系统 如果 I 路流量出现扰动 经过流量计 FT 101 测量之后 测量得到干扰的大 小 然后在 II 路通过调整调节阀开度 直接进行补偿 而不需要经过调节器 3 6 2 上位组态要求上位组态要求 1 流程图界面要求 流程图界面要求 1 测试要求的组态流程图界面 要求复显 如图 3 6 2 所示 图 3 6 2 组态流程图界面 2 动态点 交互控制点清单如表 3 6 2 所示 表 3 6 2 动态点 交互控制点清单 名称数据类型功能描述 FV 101调节阀I O 实型调节器输出值 手动状态下点击 弹出输入对话框 LT 104液位变送器I O 实型显示 V103 液位 调节器 PV 值 FT 101涡轮流量计I O 实型显示干扰流量 SP调节器设定值I O 实型调解器自动状态下可改写 P调节器比例系数I O 实型可改写 I调节器积分系数I O 实型可改写 D调节器微分系数I O 实型可改写 手 自动调节器状态I O 整型点击 调解器状态切换 K前馈运算系数I O 实型改变前馈信号处理系数 3 其他要求 设备 管路从图库中选 管路中流体流动 V103液位变化具有动画效 果 流程图界面中可包含实时曲线窗口 历史记录 操作记录 报表界面可 从流程图界面调出 2 实时曲线要求 实时曲线要求 引入FT 101及调节器PV MV SP四个变量 曲线颜色便于区分 对应变量标示清楚 时间轴跨度两分钟 采样周期不大于两秒 振荡的幅值便于分析变化趋势 3 操作记录要求 操作记录要求 引入 V103 液位高 低限报警记录 记录中显示报警时间 报警限值 可 自定 报警值及报警的具体描述 4 历史记录要求 历史记录要求 引入FT 101及调节器PV MV SP四个变量 调用历史趋势曲线控件进行绘制 时间轴 数值轴的设置便于分析历史趋势 5 报表要求 报表要求 设计一个报表 实验开始后 每 20 分钟记录一组数据 包括 FT 101 LT 103 两个变量 3 6 3 控制结果和评分标准控制结果和评分标准 1 协助验证测试结果 协助验证测试结果 1 评分的必需条件 必须在流程图界面上可进行调节器的手 自动操作 SP 可改变 手动可调输出值 实时曲线满足分析的需要 这也是实际工程中所 必须的 如果采用自动评分 那么则要求 SP 为外给定 信号来自评分系统 2 验证控制结果 K置零 调节器置手动状态 改变输出值 液位值应相应变化 且变化 正确 恢复K值 依据被测试者提交的实时曲线基本可判断调节器在自动状态 下控制回路是否稳定 恢复K值 调节器置自动状态 手动调节变频器 流量变化量不超过10 改变液位调节器的SP 进一步判断控制品质 详见评分标准 3 验证组态结果 参考具体要求 2 评分标准 评分标准 本题满分 150 分 首先系统必须满足前四项 能够达到稳定状态 否则不 能通过 具体评分标准如表 3 6 3 所示 表 3 6 3 本测试题评分标准 序号要求分值 1必须要求SP 可改变 而且能显示 2必须要求测量值和控制值可显示 或者实时曲线可以看出 是否稳定 3必须要求被测试者能够使控制系统在自动状态下稳定 4必须要求自动状态下 SP 值变化原来稳态值的 10 系 统可以稳定 要求 超调量 最大偏差 不大于稳定值的 15 过渡时间 被控变量进入新的稳态值的 5 范围内 且不再超出时 所经历的时间 不超过 1 分钟 或者 8 个振荡周期 余差不超过 5 100 分 5控制效果加分超调量 最大偏差 不超过 2 10 分 6控制效果加分过渡振荡周期不超过 4 个 衰减比 2 10 10 分 7流程图界面要求外观 具有下水箱容器 液位检测点 流量检测点 管 道 变频器 水泵符号 具有测量值 给定值 控制量动态点 具有 PID 的参数设置 手动给定控制量 手 自动切换 给定值交互点 10 分 8实时曲线信号幅度统一 标尺等分合理 时间标尺等分合 理 时间长度合理 可以看到完整的稳定过程 至少引入 SP PV 两个变量 5 分 9历史记录可以记录历史数据 并且可以看到历史记录 至 少引入 PV 一个变量 5 分 10操作记录有报警信息记录或有修改参数的纪录5 分 11报表可以记录报警5 分 3 6 4 控制算法和编程控制算法和编程 前馈控制又称扰动补偿 它与反馈调节原理完全不同 是按照引起被调参 数变化的干扰大小进行调节的 在这种调节系统中要直接测量负载干扰