單容液位定值控制系統(tǒng)

1、第二節(jié) 單容液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單容液位定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2掌握單容液位定值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定和投運(yùn)方法。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。4了解P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對(duì)液位控制的作用。5掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（同前）三、實(shí)驗(yàn)原理圖3-6 中水箱單容液位定值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖3-6所示。被控量為中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，實(shí)驗(yàn)要求中水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT2檢測(cè)到的中水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控

2、制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制中水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇中水箱作為被控對(duì)象。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全開，將中水箱出水閥門F1-10開至適當(dāng)開度，其余閥門均關(guān)閉。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟按五種方案分別敘述，這五種方案的實(shí)驗(yàn)與用戶所購(gòu)的硬件設(shè)備有關(guān)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選做或全做。（一）、智能儀表控制1將“SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制”掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器

3、連接到計(jì)算機(jī)串口2，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“LT2中水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。圖3-7 智能儀表控制單容液位定值控制實(shí)驗(yàn)接線圖2接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相、單相空氣開關(guān)，給智能儀表及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。3打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)三、單容液位定值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三的監(jiān)控界面。4在上位機(jī)監(jiān)控界面中點(diǎn)擊“啟動(dòng)儀表”。將智能儀表設(shè)置為“手動(dòng)”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值，此操作可通過調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)。5合上三相電源空氣開關(guān)，

4、磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少智能儀表的輸出量，使中水箱的液位平衡于設(shè)定值。6按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)法或動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，選擇PI控制規(guī)律，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。7待液位穩(wěn)定于給定值后，將調(diào)節(jié)器切換到“自動(dòng)”控制狀態(tài)，待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：（1）突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化；（此法推薦，后面三種僅供參考）（2）將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路閥F1-3或F1-4（同電磁閥）開至適當(dāng)開度；（3）將下水箱進(jìn)水閥F1-8開至適當(dāng)開度；（改變負(fù)載）（4）接上變頻器電源，并將變頻器輸出接至磁力泵，然后打開閥門F2-1、F2-4，用變

5、頻器支路以較小頻率給中水箱打水。以上幾種干擾均要求擾動(dòng)量為控制量的515，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（采用后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值），記錄此時(shí)的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，液位的響應(yīng)過程曲線將如圖3-8所示。圖3-8 單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線8分別適量改變調(diào)節(jié)儀的P及I參數(shù)，重復(fù)步驟7，用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。9分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律重復(fù)步驟48，用計(jì)算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1將“SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬

6、量輸出模塊”、“SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊”掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“LT2中水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。圖3-9 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制單容液位定值控制實(shí)驗(yàn)接線圖2接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給智能采集模塊及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。3打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)三、單容液位定值控制”，進(jìn)

7、入實(shí)驗(yàn)三的監(jiān)控界面。4以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟49。（三）、DCS分布式控制1按照第一章圖1-6用網(wǎng)線和交換機(jī)連接操作員站（網(wǎng)卡IP設(shè)為128.0.0.2）和服務(wù)器（A網(wǎng)卡IP設(shè)為128.0.0.1），以及服務(wù)器（B網(wǎng)卡設(shè)為168.0.0.1）和主控單元，將“SA-31 FM148現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O模塊”、“SA-33 FM151現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O模塊”掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)Profibus-DP總線接口上，將控制屏左側(cè)Profibus-DP總線連接到主控單元DP口，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“LT2中水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置

8、。圖3-10 DCS分布式控制單容液位定值控制實(shí)驗(yàn)接線圖2接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊及壓力變送器上電，打開主控單元電源。啟動(dòng)服務(wù)器程序，在工程師站的組態(tài)中選擇“單回路控制系統(tǒng)”工程進(jìn)行編譯下裝，再重啟服務(wù)器程序。3啟動(dòng)操作員站，打開主菜單，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)三、單容液位定值控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三的監(jiān)控界面。在流程圖的液位測(cè)量值上點(diǎn)擊左鍵，彈出PID窗口，可進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。4按下啟動(dòng)按鈕，合上單相空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。5以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟59。（四）、S7-200PLC控制1將SA-42 S7-200PLC控制掛件掛到屏上，并

9、用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口2，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“LT2中水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。圖3-11 S7-200PLC控制單容液位定值控制實(shí)驗(yàn)接線圖2接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相、空氣開關(guān)，給S7-200PLC及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。3打開Step 7-Micro/WIN 32軟件，并打開“S7-200PLC”程序進(jìn)行下載，然后將S7-200PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)三、

10、單容液位定值控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三的監(jiān)控界面。4以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟49。（五）、S7-300PLC控制1將掛件SA-41 S7-300PLC控制掛件掛到屏上，并用MPI通訊電纜線將S7-300PLC連接到計(jì)算機(jī)CP5611專用網(wǎng)卡，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“LT2中水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。圖3-12 S7-300PLC控制單容液位定值控制實(shí)驗(yàn)接線圖2接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給S7-300PLC及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。3打開Step 7軟件，打開“S7-300”程序進(jìn)行下載

11、，然后將S7-300PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行WinCC組態(tài)軟件，打開“S7-300PLC控制系統(tǒng)”工程，然后激活WinCC運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)三、單容液位定值控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)三的監(jiān)控界面。4以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟49。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。2用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。4比較不同PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5分析P、PI、PD、PID四種控制規(guī)律對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。6綜合分析五種控制方案的實(shí)驗(yàn)效果。六、思考題1如果采用下水箱做實(shí)驗(yàn)，其響

12、應(yīng)曲線與中水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。2改變比例度和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？第三節(jié) 雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解雙容水箱液位的特性。2掌握雙容水箱液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運(yùn)方法。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。4研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對(duì)液位系統(tǒng)的控制作用。5掌握雙容液位定值控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（同前）三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)以中水箱與下水箱串聯(lián)作為被控對(duì)象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求下水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT2檢測(cè)到的中水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定

13、量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制下水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖3-13所示。圖3-13 雙容液位定值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇中水箱和下水箱串聯(lián)作為雙容對(duì)象（也可選擇上水箱和中水箱）。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-7全開，將中水箱出水閥門F1-10、下水箱出水閥門F1-11開至適當(dāng)開度（要求閥F1-10稍大于閥F1-11），其余閥門均關(guān)閉。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟可根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的目的與原理參照前一節(jié)單容液位定值控制中的相應(yīng)方案進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的接線與第二章第一節(jié)單容對(duì)象特性測(cè)試的接線圖完全一樣。值得注意的是手自動(dòng)切換的時(shí)間為：當(dāng)中水箱液位基本穩(wěn)定不變（一般約為35cm）且下水箱的液位趨于給定值時(shí)切換為最佳。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出雙容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。2用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。3根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作