过程控制实验指导书201435

1、过程控制系统实验指导书吴建国、姬文亮、陆平 编写2014.3 目 录1. 实验一:典型过程的工程建模2. 实验二:单回路控制系统设计及其工程整定3. 实验三:串级控制系统设计及其工程整定4. 实验四:集散控制系统实验5. 附录一:JX300X系统6. 附录二:900系列智能控制器实验一 典型过程的工程建模1、 实验目的 掌握典型过程的工程建模方法。其实验原理为：被调对象选为锅炉液位或锅炉温度；改变其操纵量使其产生阶跃扰动，测试阶跃变化时过渡过程曲线，并用阶跃响应法来实验辨识系统的数学模型、T0、K0（参见图1以及教材）。图1 阶跃响应曲线2、实验准备（被调对象选为锅炉液位）实验采用静压法测量锅

2、炉液位的扩散硅压力变送器LT-3、1#调节器、LIC3进水电动调节阀M1+VC1，以及被调对象构成了锅炉液位调节系统。 2.1 配管操作锅炉液位调节系统的流程图(用水箱水源和进水阀)见图2,按图2进行下列配管操作,去改变对象的工艺流程。 2.1 用带快速接头的软管将阀门相连通。 2.2 配线操作实验的仪表配线见图进行插棒连线(6根弱电,4根强电)。 2.3 记录曲线的方法(取其中之一即可) 2.3.1 在DCS系统上记录数据; 2.3.2 人工记录智能仪表上的数据. 3、实验步骤 3.1 阶跃响应法辨识数学模型 3.2 系统调整到相对稳定关闭锅炉出水阀，手操1#调节器使锅炉的液位为200mm左

3、右。然后改变1#调节器阀位使进水流量FIT-1为常用值(20-30%),手操锅炉出水阀使出水流量FIT-2与FIT-1相等，等待几分钟看液位基本不变，即达到系统相对稳定。3.3 系统的正向阶跃扰动 系统在相对稳定的基础上,手操1#调节器阀位阶跃增加5-10%。 同时记录手动(开环)时锅炉液位LT-3的阶跃响应曲线,分析求解系统数模的三大特性参数:、T0、K0。3.4 系统的反向阶跃扰动系统在正向阶跃扰动达到稳定后,再手操1#调节器阀位阶跃减少5-10%，同时记录锅炉液位LT-3的阶跃响应曲线,分析求解系统的、T0、K0。正、反向阶跃扰动求得的、T0、K0求平均值。4、实验报告 4.1 根据本实

4、验3.1测试到的锅炉液位的正、反向阶跃响应曲线，分别求解系统数学模型的三大特性参数：（1）时延时间、（2）时间常数T0、（3）过程放大倍数K0；再求其平均值。4.2 PID参数的整定。根据测试出的、计算、参数。5.实验研究改变3.2中的平衡位置（200mm），以及改变出水阀门的开度，重新按照3.3和3.4的步骤进行，求得的、T0、K0求平均值与原先有何区别？图2 锅炉液位实验框图实验二 单回路控制系统设计及其工程整定1、 实验目的以锅炉液位控制为例，掌握单回路控制系统的设计方法和调节器参数的工程整定方法。通过对PID参数的修改，研究PID参数对性能指标的影响 1.1 实验原理（锅炉液位控制为例

5、）静压法测量锅炉液位的扩散硅压力变送器LT-3、1#调节器、LIC3进水电动调节阀M1+VC1，以及被调对象构成了锅炉液位调节系统。在实验一的基础上，对PID参数进行整定，分析锅炉液位调节过程。1.2 PID参数影响测试并分析不良的P.I.D参数对过程控制性能指标的影响,掌握人工整定PID参数的方法。1.3 调节器参数设置熟悉掌握调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。2、实验准备 2.1 配管操作锅炉液位调节系统的流程图(用水箱水源和进水阀)见图2,按实验要求进行配管操作,改变对象的工艺流程。实验设计为进水调节阀调节，出水调节可采用调节阀的形式、也可采用手操阀的形式，后者的阀门开度要合适。

6、2.2 配线操作 实验的仪表配线见图1，按图1对2台P909调节器进行插棒连线(6根弱电,4根强电)。 2.3 调节器的参数设置 1# P909调节器用于LIC-3(锅炉液位的显示和调节),需要设置的参数如下:(未列出者用厂商缺省值)一、 在LEVEL1中，设置（1）输出限制 OUTL=100%（2）报警设定 AL1=150.0(mm)二、 在LEVEL2中，设置根据实验一计算的PID参数设置：（1）比例带、（2）积分时间、（3）微分时间。 三、 在LEVEL3中，设置 （1）输入另位 ANL1=0.0(2)输入满度 ANH1=600.0(mm) (3)小数点DP1=000.0(4)报警模式

7、Ald1=16(绝对值低报警)(5)通讯地址 IdNO=X(6)单位选择 UNIT=A(无单位) (7)正反作用OUD=HEAT(反作用) 3、实验步骤 3.1 测试分析设定值扰动下的过渡过程曲线 根据实验一中测试出系统的、T0、特性参数计算出、参数，设置到调节器并投入自动运行。分别进行设定值的正、反向阶跃扰动，同时纪录在自动（闭环）时锅炉液位的过渡过程曲线，求解自控系统的时域性能指标n、e（）、t。分析这些指标再进行人工微调参数以求最佳。3.2 测试分析对象扰动下的过渡过程曲线 用插棒连接KA1继电器的线圈供电，进水电磁阀VD1打开；改变手阀V11的开度可改变被调介质的扰动量。同理测试分析n

8、、e（）、tS指标并人工微调PID参数。3.3 测试不良比例带对过渡过程的影响 在最佳PID参数的基础上,较大幅度地增减比例带P,测试其在设定置阶跃扰动和对象阶跃扰动下的过渡过程曲线,并求解其n、e（）、tS指标。3.4 测试不良积分时间对过渡过程的影响 较大幅度地增、减积分时间I,同理进行测试求解其n、e（）、ts。、实验报告 4.1 根据、计算、参数。 .2根据本实验3.2测试到的系统在设定值正、反向阶跃扰动下的各个过渡过程曲线，分别求解系统的时域性能指标： （1）衰减比n=Y1/Y3，（2）超调量=Y1/Y（）*100%，（3）残余偏差e（）=SV-PV（），（4）调节时间ts。（参见教

9、材Pg6） 4.3 根据本实验测试到的系统在对象阶跃扰动下的过渡过程曲线,求解系统的时域性能指标n、e（）、ts。4.4 根据本实验测试到的较大幅度增、减比例带P后的系统过渡过程曲线，求解的时间域性能指标n、e（）、ts，分析其因。 4.5 根据本实验测试到的较大幅度增、减积分时间I后的系统过程过渡曲线，求解系统的时域性能指标并分析其原因。5实验研究5.1 若改为出水调节阀实现液位控制，实验中需改变的内容有哪些？5.2 对于液位控制，最佳的PID控制器结构是哪一种？实验三 串级控制系统设计及其工程整定 1、实验目的以流量、液位串级控制为例，掌握串级控制的构成与原理。并对比单回路控制，掌握串级控

10、制的优越性。2、系统组成图3 串级控制方块图2.1 主回路组成由静止法测量锅炉液位的扩散硅压力变送器LT-3（0600mm）、锅炉液位显示和控制的1#调节器LIC-3组成了串级控制的主回路。 2.2 副回路组成 由测量进水流量的电磁流量传感器FE-1及其变送器FIT-1（0300L/h）、主调节器LIC-3的输出420mA作为2#副调节器的串级外给定RSV、外给定控制开关RSV-K、进水流量显示和控制的2#副调节器FIC-1、进水电动调节阀M1+VC1以及被调对象组成了串级控制的副回路。 2.3 对象扰动之一 由KA1继电器、进水电磁阀VD1、手阀V11组成了本实验的对象阶跃扰动之一。 2.4

11、 对象扰动之二 由4#调节器的手操H-4、作执行器的交流变频器MMV、水泵及其对象组成了本实验的对象阶跃扰动之二。3、实验内容 3.1 建立数学模型掌握用阶跃响应法先后来实验辨识副回路控制系统的数学模型特性参数2、T02、K02和主回路控制系统的数学模型特性参数1、T01、K01，并以此计算主、副调节器的P、TI、TD调节参数。3.2 测试系统的性能指标当给定值或对象介质阶跃扰动时，掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指标。3.3 分析PID参数影响测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响,掌握人工整定PID参数的方法。3.4 调节器的使用熟悉掌握串级控制系统中主、副调

12、节器的参数设置和主、副回路的手动、自动的切换方法。4、实验准备 4.1 对象的配管操作 根据设计的工艺流程图用带快装接头的软管连接相应的阀门。 4.2 仪表的配线操作 对控制台上的1#调节器的输入、输出、电源，2#调节器的PV输入、RSV输入、RSV-K开关（插棒线）、输出、电源，4#调节器的输出、电源；对变频器的给定和使能开关信号；对KA4继电器输入、输出，分清强、弱电，分别用插棒一一连接。 在实验中间，需用插棒连接KA1继电器的线圈（输入）以制造对象阶跃扰动。 4.3 调节器的参数设置4.3.1 1#调节器(P909)用于LIC-3(锅炉液位的显示和控制),其需要设置的参数如下:(未列出者

13、用出厂默认值) 在LEVEL1中，设置： （1）输出限制 OUTL=100.0(%) （2）自整定 AT=NO(非自整定)在LEVEL2中，设置： （1）比例带 （2）积分时间 （3）微分时间 在LEVEL3中，设置： （1）小数点 dP1=000.0 （2）测量下限 LSPL=0.0(mm) （3）测量上限 USPL=600.0(mm)（4）通讯地址 IdNO=1(参考值) （5）正反作用 oud=HEAT(反作用)4.3.2 2#副调节器的参数设置 2#副调节器用于FIC1(进水流量的显示和调节)，选用台湾泛达公司的P909智能调节器，其需要设置的参数如下：(未列出者用出厂默认值)在LEV

14、EL1中，设置： （1）输出限制 OUTL=100.0(%) （2）自整定 AT=NO(非自整定)在LEVEL2中，设置： （1）比例带） （2）积分时间 （3）微分时间 在LEVEL3中，设置： （1）小数点 dP1=000.0 （2）测量下限 LSPL=0.0(L/h) （3）测量上限 USPL=300.0(L/h) （4）通讯地址 IdNO=2(参考值) （5）正反作用 Oud=HEAT（反作用）4.3.3 4#调节器(手动)的参数设置4#调节器用于PIH-2(压力显示和手操作变频器给定),其需要设置的参数如下:(未列出者用出厂默认值)在LEVEL1中，设置： （1）输出限制 OUTL=

15、100.0(%) （2）自整定 AT=NO(非自整定)在LEVEL3中，设置： （1）小数点 dP1=000.0 （2）测量下限 LSPL=0.0(KPa) （3）测量上限 USPL=100.0(KPa) （4）通讯地址 IdNO=4(参考值) 将4#调节器设置为手动状态(MAN灯亮)。5、实验步骤 5.1 阶跃响应法（反应曲线法）辨识数学模型 5.1.1 副回路数学模型的辨识 将副回路的2#调节器设置为手动，其数学模型的辨识方法与一般的单回路控制系统相同，辨识方法如下：开环系统调整到相对稳定先将锅炉液位控制系统投入自动并达到相对稳定，再手操2#调节器改变VC2开度，使进水流量达到常用范围（例

16、75L/h），待高位水箱溢流,本开环系统处于相对稳定状态。开环系统的正向阶跃扰动 开环系统在相对稳定的基础上,手操2#调节器阀位阶跃增加10%；同步记录系统开环时进水流量FT-1的阶跃响应曲线,求解系统数学模型的三大特性参数:、T0、K0。开环系统的反向阶跃扰动开环系统在正向阶跃扰动达到稳定后,再手操2#调节器阀位阶跃减少10%；同步记录进水流量FT-1的阶跃响应曲线,求解系统的、T0、K0及其平均值。 5.1.2 主回路数学模型的辨识 在副回路数学模型辨识得到特性参数2、T02、K02，从而计算出2#调节器的P、TI调节参数，将比例带P扩大后设置到2#调节器，2#调节器为偏弱的纯比例调节作用

17、串级副回路投入自动，（连接RSV的输入和RSV-K的开关）。由于副调节器可等效为一个比例环节，它作为主调节器广义对象的一部分，因此主回路的数学模型的辨识方法也可采用一般单回路控制系统的辨识方法。开环系统调整到相对稳定先关闭锅炉出水阀VA2,1#调节器置手动，手操到最大阀位进水,待锅炉液位达到常用范围(例300mm)时再打开VA2阀，待高位水箱溢流;手操1#调节器改变输出阀位使进水流量变送器（对象上）FIT-1为常用值(20-30%)；再调整手阀VA2开度，使出水流量变送器（对象上）FIT-2与FIT-1相等，等待几分钟看液位基本不变，即开环系统处于相对稳定状态。开环系统的正向阶跃扰动 开环系统

18、在相对稳定的基础上,手操1#调节器阀位阶跃增加10%；同步记录系统开环时锅炉液位LT-3的阶跃响应曲线,求解系统数学模型的三大特性参数:、T0、K0。开环系统的反向阶跃扰动开环系统在正向阶跃扰动达到稳定后,再手操1#调节器阀位阶跃减少10%；同步记录锅炉液位LT-3的阶跃响应曲线,求解系统的、T0、K0及其平均值。 5.3 计算PID参数 根据副回路的2、T02、K02特性参数平均值，计算出2#调节器的P、TI参数，比例带P要较大的偏弱处理后，再设置到2#调节器，TI也适当偏弱处理,使副调节器成为偏弱的PI调节器。其目的是，当主回路输出（即副回路的外给定）波动较大时，副回路不会引起振荡。 根据

19、主回路的1、T01、K01特性参数平均值，计算出1#调节器的P、TI参数，P、TI经适当偏弱处理后再设置到1#调节器。其目的是主回路的输出波动要小而平稳，以照顾副回路的响应速度。 5.3.1 测试给定值扰动下的过渡过程曲线 分别进行1#主调节器的给定值的正、反向阶跃扰动，同步记录串级系统中被调参数锅炉液位测量值LT-3的过渡过程曲线，由此求解串级系统的性能指标n、e（）、ts。也要同步记录主调节器的输出和副调节器的输出变化的二组曲线，分析其是否发生振荡或振幅衰减不良等问题，以决定是否需要修正主、副调节器的比例带P或积分时间TI。 5.3.2 测试对象扰动下的过渡过程曲线 进水电磁阀制造的对象扰

20、动之一 用插棒连接KA1继电器的线圈供电，进水电磁阀VD1打开，改变手阀V11开度可改变被调介质的扰动量。同步记录本串级系统中被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、ts。 将串级系统改为锅炉液位单回路控制系统，同3.4.1.1操作使VD1产生同样的对象扰动，同步记录单回路控制系统中被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、ts。 变频水泵制造的对象扰动之二将水塔控制板的变频器功能设置为调速执行器，用插棒连接KA4继电器的线圈供电，使变频器的使能开关信号接通;再将4#调节器手操输出作正、反向阶跃变化10%左右，使水泵出口压力有阶跃变化，从而

21、产生对象扰动之二。同步记录本串级系统中被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、ts。将串级系统改为锅炉液位单回路控制系统(同实验一),同3.4.2.1操作使变频水泵产生同样的对象扰动，同步记录单回路控制系统中被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、ts。5.3.3 测试不良比例带对过渡过程的影响改变副回路的比例带 较大幅度地增、减2#副调节器的比例带P，当1#主调节器的给定值阶跃变化时，同步记录被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、t。 改变主回路的比例带 较大幅度地增、减1#主调节器的比例带P，当主调节器的

22、给定值阶跃变化时，同步记录被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标:n、e（）、t。5.3.4 测试不良积分时间对过渡过程的影响 改变副回路的积分时间 较大幅度地增、减2#副调节器的积分时间TI，当主调节器的给定值阶跃变化时，同步记录被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标n、e（）、t。 改变主回路的积分时间 较大幅度地增、减2#副调节器的积分时间TI，当主调节器的给定值阶跃变化时，同步记录被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标n、e（）、t。6、实验报告6.1 数学模型和PID参数根据实验3.1测试到的主、副回路的开环阶跃响应曲线，求解其数学模型

23、的三大特性参数：（1）时延时间；（2）时间常数T0；（3）过程放大倍数K0，再求其正、反向阶跃作用的平均值，根据、T0、K0计算主、副调节器的P、TI、TD参数。(副调节器为流量控制时,用PI控制规律，其它参数控制时一般用P控制规律)。先对主、副调节器的比例带P和积分时间TI作适当的弱化处理后设置到调节器，再根据实验3.3实验3.6的试验，修正P、TI的弱化值。6.2 给定值阶跃扰动根据实验3.3测试到的主、副回路闭环时给定值阶跃扰动下的被调参数锅炉液位LT-3的曲线，求解系统的时域类性能指标：（1）衰减比n=Y1/ Y3；（2）超调量= Y1/ Y（）×100%；（3）残余偏差e（

24、）=SV-PV（）；（4）调节时间ts。再根据实验3.3测试到的在设定值阶跃扰动下的主、副调节器的输出变化曲线，分析是否需要人工调整PID参数。6.3 对象阶跃扰动根据实验3.4测试到的二种对象扰动下的串级控制方案和单回路控制方案所产生的同一种被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标：n、e（）、t，与单回路控制相比较，分析串级控制在克服对象扰动方面的优缺点。6.4 不良比例带的影响根据实验3.5测试到的较大幅度增、减主、副调节器的比例带P后，它在给定值阶跃扰动下的被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标：n、e（）、t，并分析其原因。 6.5 不良积分时间的影响根

25、据实验3.6测试到的较大幅度增、减主、副调节器的积分时间TI后，它在给定值阶跃扰动下的被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标：n、e（）、t，并分析其原因。 7、实验研究7.1 与单回路比较，串级控制的优越性表现在哪些方面？ 实验四集散控制系统实验1、实验目的以锅炉温度或液位控制，单回路或串级控制为例，掌握集散控制系统的基本结构以及应用方法。2、 实验准备2.1 选择被控对象（温度或液位）与控制方式（单回路或串级控制）；2.2 根据选择被控对象连接相应的电加热器或管路。3、实验步骤3.1 组态设计3.1.1 控制系统组态设计3.1.2 I/O组态设计3.1.3 控制回路组态设计

26、3.2 流程图设计3.3 编译3.4 下载3.4 调整PID参数3.5 改变设定值SV，观看PV、MV曲线4、实验报告4.1 记录调整PID参数的实验曲线（SV、PV、MV）并加以分析4.2 记录加入扰动后的实验曲线（SV、PV、MV）并加以分析4.3 根据测试到的二种对象扰动下的串级控制方案和单回路控制方案所产生的同一种被调参数锅炉液位LT-3的过渡过程曲线，求解其性能指标：n、e（）、t，与单回路控制相比较，分析串级控制在克服对象扰动方面的优缺点。5实验研究5.1 根据所记录的调整PID参数后的实验曲线（SV、PV、MV），分析比例值与积分时间对系统性能指标的影响。5.2 比较仪表控制，采

27、用DCS控制的优越性在哪里？附录一 JX300X系统第一节 JX-300X 系统特点及简介1.总述 JX-300X覆盖了大型集散系统安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规DCS功能，还具有高速数据处理、高速顺序事件记录（SOD）、可编程逻辑控制等特殊功能；它不仅提供了功能块图（SCFBD）、梯形图（SCLD）等直观的图形组态工具，又为用户提供开发复杂高级控制算法的类C语言变成环境SCLang。系统规模变换灵活，可以实现从一个单元的过程控制，到全厂范围的自动化集成。JX-300X 系统的基本组成包括工程师站(E

28、S)、操作站(OS)、控制站(CS)和通讯网络SCnet。系统的主要特点如下：具有高速可靠、开放的的通讯网络SCnet；分散、独立、功能强大的控制站；多功能的协议转换窗口；全智能化设计；任意冗余配置；简单、易用的组态手段和工具；丰富、实用、友好的实时监控界面；事件记录功能；安装方便，维护简单，产品多元化、正规化。JX-300X 系统具体设备如下图所示。图1 浙江中控 JX-300X 系统2.JX-300X 系统硬件 JX-300X 系统的硬件部分主要包括通信网络、控制站和操作站三部分。（1）通信网络JX-300X DCS的通信网络分三层，第一层网络是信息管理网（用户可选），第二层网络是过程控制

29、网，称为SCnet，第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS。信息管理网采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。过程控制网络（SCnet网，双高速冗余工业以太网）直接连接了系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性，通过挂接网桥，SCnet可以与上层的信息管理网或其他厂家设备连接。SBUS总线是控制站内部I/O控制总线，主控制卡、数据转发卡、I/O卡通过SBUS进行信息交换。SBUS总线分为两层，第一层为双重化总线SBUS-S2，它是系统的现场总线，连接主控制卡和数据转发卡，用于它们之间的信息

30、交换。第二层为SBUS-S1网络，连接数据转发卡和各块I/O卡件，用于它们之间的信息交换。（2）控制站控制站是系统直接与工业生产过程相连接的I/O处理单元，完成整个工业生产过程的实时监控功能。控制站主要由机柜、机笼、供电单元和各类卡件（如模入模出卡件）组成，其核心是主控制卡。主控制卡通过系统内部高速数据网络SBUS扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制以及包括优化控制等各种控制算法。（3）操作站操作站的硬件基本组成包括工控PC机(IPC)、彩色显示器、鼠标、键盘、SCnet网卡、专用操作员键盘、操作台、打印机等。JX-300X DCS的工程师站的

31、硬件配置除了以上所述还应安装有操作、监视等功能的软件以及相应的系统组态、维护等工程师应用的工具软件。图2 JX-300X系统网络结构示意图从图可以看出，系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等都直接连到SCnet网，进行数据和信息的交换。3. JX-300X 系统软件 JX-300X 系统软件基于中文Windows NT开发，所有的命令都用形象直观的功能图标，只需用鼠标即可完成操作。系统软件主要由实时监控软件、SCKey系统组态软件、SCLang语言编辑软件、SCControl图形组态软件、SCDraw流程图制作软件和SCForm报表制作软件组成。现对组态软件和监控软件分别进行介绍。 （

32、1）组态软件 JX-300X 系统组态软件包括基本组态软件SCKey、流程图制作软件SCDraw、报表制作软件SCForm；用于控制站编程的编程语言SCLang、图形组态软件SCControl等。SCKey系统组态软件完成对系统硬件构成的软件设置，如设置系统网络节点、冗余状况、控制周期；I/O卡件的数量、地址、冗余状况；设置每个I/O点的类型、处理方法、报警选项；选择控制方案；定义操作画面。报表制作软件SCForm采用窗口式交互界面，所见即所得的数据显示方式，提供了比较完备的实时报表制作功能。流程图制作软件SCDraw支持多种编辑功能并提供标准图形库，还支持在画面基础上的各类动态参数的直接数据

33、组态，这些动态参数在实时监控软件的流程图画面中可以进行实时观察和操作。编程语言SCLang软件JX-300X 系统组态软件的重要组成部分，是工程师站上为控制站开发复杂控制算法的平台。用户可以利用该软件，以类似C语言的风格编写程序实现所设计的算法。（2）实时监控软件实时监控软件操作画面包括报警一览、系统总貌、控制分组、调整画面、趋势图、流程图、数据一览等。控制分组画面可根据组态信息和工艺运行情况动态更新每个仪表的参数和状态。趋势图画面由用户在组态软件中产生，趋势图画面根据组态信息和工艺运行情况，以一定的时间间隔记录一个数据点，动态更新历史趋势图，并显示时间轴所在时刻的数据（时间轴不会自动随着曲线

34、的移动而移动）。4.JX-300X 系统硬件设计控制站是JX-300X 系统实现过程控制的主要设备，主要由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等构成。通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构。系统的硬件结构图如下：图3 DCS硬件结构图从图3可以看出，控制站的核心是主控制卡（SP243X）。主控制卡通过系统内部高速数据网络SBUS扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制等。数据转发卡（SP233X）是主控制卡连接I/O卡件的中间环节。系统主要用到了两种I/O卡件:SP313(X)电流信号输入卡和SP322X模拟信号输出卡。主控制卡、数据转发

35、卡、I/O卡都通过SBUS进行信息交换。为了清楚的说明现场采集信号与工程师站之间的信号转换，下面详细的介绍SP313(X)卡件和SP322X卡件的工作原理。（1） SP313(X)电流信号输入卡SP313(X)卡件的工作原理如图5.4所示：图4 SP313电流信号输入卡原理图主控制卡根据系统的组态送给SP313（X）卡一些必要的数据（如卡件地址、输入电流信号的范围等）。通过读组态中输入电流信号的类型和量程范围，卡上的CPU将控制程控放大器对输入信号进行放大，在经过A/D转换，变为数字信号，得到采样点的电压值。然后对其进行数据处理，得到输入信号的电流值，将其送给主控制卡，由主控制卡送上位机显示。

36、SP313X卡具有配电功能，控制站侧24V电源经过DC/DC转换成直流电压供给现场侧工作的芯片，以实现现场信号与控制站之间的隔离。（2）SP322X 模拟信号输出卡SP322X 卡件的工作原理如下如图5.5所示。卡内的单片机和EEPROM控制D/A转换，将数字信号转换成0-2.5V的电压信号。然后利用V/I转换成电流信号输出，将0-2.5V电压信号转换成0-20mA的电流信号，卡件接收主控制卡的组态命令，确定电流输出的类型（型0-10mA,型4-20mA）。图5 SP322X模拟信号输出卡原理图5 锅炉温度控制系统软件设计 系统软件设计主要包括组态、流程图绘制、SCLang语言编写三个部分，下

37、面分别进行介绍。5.1 组态应用JX-300X 系统SCKey组态软件完成对系统硬件构成的软件设置，如设置系统网络节点、冗余状况、控制周期；I/O卡件的数量、地址、冗余状况；设置每个I/O点的类型、处理方法、报警选项；选择控制方案；定义操作画面等。锅炉温度控制系统组态地址如下表所示：表1 系统组态一览表位号注释地址类型AI02000002锅炉液位02-00-00-02模拟量输入SP313(X)AI02000101进水流量02-00-01-01模拟量输入SP313(X)AI02000102出水流量02-00-01-02模拟量输入SP313(X)AI02000103锅炉水温02-00-01-03模

38、拟量输入SP313(X)AI02040002晶闸管SCR给定02-04-00-02模拟量输出SP322S02-L000YEWEI02-S00常规回路S02-L001Chushui02-S01常规回路S02-B000锅炉温度设定值02-B00自定义2字节变量（有符号整数）S02-B001SCR开度显示02-B03自定义2字节变量（半浮点数）S02-B002锅炉温度设定值显示02-B04自定义2字节变量（半浮点数）其中，地址02-00-00-02依次对应的是数据转发卡的地址，I/O卡件的地址和I/O点的地址。按照图5.2的内容设置相应的I/O卡件的数量、地址；设置每个I/O点的类型、处理方法、报警

39、选项。整个锅炉温度控制系统使用了三种控制方案。锅炉采用动态水，为使液位稳定用单回路PID控制，由JX-300X 系统提供。出水流量使用手操器控制，也是由JX-300X 系统提供。温度控制采用预测函数控制，需要自定义控制方案，用SCLang语言编辑软件编程实现算法。为了编程需要还自定义三个两字节变量，将得到的控制量加给SCR加热器，调节温度。6.流程图绘制图6 锅炉温度控制系统流程图 例一：以锅炉温度系统控制为例，利用流程图制作软件SCDraw绘制控制系统流程图，如图6所示。例二：以水箱液位控制系统为例，利用流程图制作软件SCDraw绘制控制系统流程图，如图7所示。图7 水箱液位控制系统流程图第

40、二节 DCS组态内容一、控制站(主机) 主控卡 128.128.1.2 0.5 控制站 SP243X UDP协议 冗余 操作站 128.128.1.129 操作站二、I/O组态 数据转发卡 00 SP233 冗余02 SP233 冗余04 SP233 冗余 I/O卡件00 00 SP313(X) 4路电流信号输入卡 01 SP313(X) 4路电流信号输入卡 04 00 SP322 4路电流信号输出卡 I/O点02-00-00-02 锅炉液位(设置，上限600，单位：mm)02-00-00-03 水箱液位(600mm)02-00-01-01 进水流量(设置，上限300，单位L/H)02-00-

41、01-02 出水流量(设置，上限300，单位L/H)02-00-01-03 锅炉水温(以下只有在温度控制时才要设置)02-04-00-00 进水调节阀给定02-04-00-01 出水调节阀给定02-04-00-02 晶闸管SCR三、常规(常规控制方案)00 锅炉液位 手操器 输入：02-00-00-02 输出：02-04-00-0001 锅炉水温 手操器 输入：02-00-01-03 输出：02-04-00-0202 出水流量 手操器 输入：02-00-01-02 输出：02-04-00-01四、操作小组(切换等级（工程师）退出流程图增加编辑) 00 TEAM001 工程师五、编辑六、下载七、

42、进入监控(浏览)第三节 系统组态过程解析一、控制站(主机)1.双击图标“JX-300X组态” 2.点击“新建”，并保存在某一位置3. 点击“主机”后在弹出的界面上点击“增加”，按照图示参数选择或填写，再点击“整理”4. 点击“操作站”， 后在弹出的界面上点击“增加”，按照图示参数选择或填写，再点击“整理”，然后点击“退出”二、I/O组态(一)数据转发卡1. 点击“I/O”，接着点击“增加”，按下图选择或填写，再点击“整理”(二) I/O卡件1. 先在上图中选择地址为“0”的“数据转发卡”，接着选择“I/O卡件”，再按照下图选择2. 按照同样的方法，先选择地址为“4”的“数据转发卡”，点击“I/

43、O卡件”，按照下图选择“I/O卡件”的型号，再点击“整理”按钮。(三) I/O点1. 增加“I/O点”，先选择地址为“0”的“数据转发卡”中的“00”“I/O卡件”，接着点击“I/O点”，按下图选择好后，再点击“设置”2 按照下图填好“设置”，“设置”为“上限600，单位mm”，并点击“确定”3. 在上图中点击“增加”，在“I/O点”中增加注释为“水箱液位”。4. 点击“设置”，如下图，“上限”为600，单位“mm”，再点击“确定”.5. 同样，选择地址为“01”的“I/O卡件”，再点击“I/O点”，按照下图填写。“进水流量”设置为“上限300，单位L/H”。6.，选择地址为“01”的“I/O

44、卡件”，再点击“I/O点”，点击“增加”，按照下图填写。 “出水流量”设置为“上限300，单位L/H”。7. 选择地址为“01”的“I/O卡件”，再点击“I/O点”，点击“增加”，按照下图填写。8. 如果要控制水温，还需设置“锅炉水温”及“04数据转发卡”，点击“I/O卡件”，再点击“I/O点”，按照下图增加“I/O点”，最后点击“整理”和“退出”。三、常规(常规控制方案)1. 点击“常规”，再点击“增加”，并注释。 2. 以“00 锅炉液位”为例，阐明如何“设置”。3. 对“01锅炉水温”进行设置4. 对“02出水流量”进行设置四、“操作小组”的设置五、点击“流程图”“增加”“编辑”六、点击

45、“编译”七、点击“下载”八、进入“监控”“浏览”第四节 利用系统软件帮助功能自学一、利用“JX-300X 组态”软件自学 打开“JX-300X 组态”软件的首页 点击“帮助” 得到下面内容 又如二、利用“流程图制作帮助”软件自学 打开“JX-300X 组态”软件的首页点击“流程图” 点击“编辑”得到附录二 900系列微电脑程序/温度控制器一.概述900系列智能式温度控制器是采用专用微处理的多功能调节仪表，它采用开关电源和表面贴装技术（SMT），因而仪表精致小巧，性能可靠。特有的自诊断功能，自整定功能和模糊（FUZZY）控制功能，使操作者可以通过简单的操作而获得良好的效果。二.特点1.通用输入：用户可通过表面按键自行选择热电偶、热电阻、直流毫伏、直流毫安等56种不同输入信号；2.具有模糊自适应PID控制，自整定PID控制和PID控制三种功能供选择。3.三组报警输出，17种报警模式；4.三组程序控制模式：一组8段，二祖8段，一组16段；永久性保存（AP900系列）；5.供电范围大：AC85V265V, DC10-50V（定制型）；6.自诊断提示功能；7.EMI/ESD保护功能；8.输出限制功能，手动/自动无扰动切换功能；9.RS485通讯功能；10.无需后背电池，资料保存10年以上；三.主要技术指标1.输入：各种热电偶（TC） 、热电阻（RTD）