分布式控制系统（DCS）系列：Emerson DeltaV_（9）.DeltaV系统的控制策略设计.docx

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DeltaV系统的控制策略设计

1.控制策略概述

在EmersonDeltaV分布式控制系统中，控制策略设计是实现高效、可靠和安全的生产过程控制的关键步骤。控制策略是指一系列的控制逻辑和算法，用于管理过程变量（如温度、压力、流量等）以确保生产过程的稳定性和优化。DeltaV系统提供了强大的工具和功能，帮助工程师设计和实施复杂的控制策略。

1.1控制策略的组成部分

控制策略通常包括以下几个组成部分：

控制回路：基本的PID控制回路，用于调节单个过程变量。

高级控制算法：如模型预测控制（MPC）、自适应控制等，用于处理复杂的多变量控制问题。

逻辑控制：用于实现开关、顺序控制和条件控制。

批次控制：用于管理批次生产过程中的各个阶段。

安全控制系统：用于确保生产过程的安全性，防止危险情况的发生。

1.2控制策略设计的步骤

设计控制策略的步骤通常包括：

需求分析：明确生产过程的目标和要求。

过程建模：建立过程的数学模型，用于分析和设计控制算法。

控制回路设计：选择合适的控制器类型和参数。

高级控制算法设计：针对复杂过程，设计高级控制算法。

逻辑控制设计：实现生产过程中的逻辑控制要求。

批次控制设计：针对批次生产过程，设计控制策略。

安全控制设计：确保控制策略符合安全标准。

仿真与测试：在实际应用前进行仿真和测试，验证控制策略的有效性。

实施与调试：将控制策略部署到DeltaV系统中，并进行调试。

2.基本控制回路设计

2.1PID控制器

PID控制器是DeltaV系统中最常用的控制器类型，通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数来调节过程变量。PID控制器的数学表达式为：

u

其中：

ut

et

Kp

Ki

Kd

2.2PID控制器在DeltaV中的实现

在DeltaV系统中，PID控制器可以通过以下步骤实现：

创建控制模块：在DeltaV的工程管理器中创建一个新的控制模块。

配置PID参数：设置比例增益（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。

连接输入输出：将过程变量（PV）和设定值（SV）连接到控制器的输入，将控制器的输出连接到执行器。

2.2.1代码示例

以下是一个简单的PID控制器配置示例，使用DeltaV的配置语言（DCL）：

//创建PID控制模块

MODULEMODULE1

{

MODULE_TYPE=PID;

PV=100;//过程变量

SV=120;//设定值

Kp=1.0;//比例增益

Ki=0.1;//积分增益

Kd=0.05;//微分增益

Output=50;//控制器输出

}

//连接输入输出

PV_INPUTPV1

{

MODULE=MODULE1;

PV=PV1;

}

SV_INPUTSV1

{

MODULE=MODULE1;

SV=SV1;

}

OUTPUTOUT1

{

MODULE=MODULE1;

OUTPUT=OUT1;

}

2.3控制回路调试

在DeltaV系统中，控制回路的调试可以通过以下方法进行：

手动调整：通过手动调整PID参数，观察控制效果。

自动调整：使用DeltaV的自整定功能，自动调整PID参数。

仿真测试：在DeltaV的仿真环境中测试控制回路，确保其性能符合要求。

2.3.1仿真测试示例

假设我们有一个温度控制回路，需要在仿真环境中测试其性能。以下是一个简单的仿真测试代码示例：

//创建仿真模块

MODULESIM_MODULE1

{

MODULE_TYPE=SIM_PID;

PV=100;//初始过程变量

SV=120;//设定值

Kp=1.0;//比例增益

Ki=0.1;//积分增益

Kd=0.05;//微分增益

Output=50;//初始控制器输出

}

//仿真过程变量变化

PROGRAMSIM_PROGRAM1

{

PROGRAM_TYPE=SEQUENCE;

STEP1

{

SETPV=110;//模拟过程变量变化

WAIT10;//等待10秒

}

STEP2

{

SETPV=130;//模拟过程变量变化

WAIT10;//等