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1、第二节单容液位定值控制系统一、实验目的1. 了解单容液位定值控制系统的结构与组成。2. 掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。3. 研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。4. 了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用5. 掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验设备（同前）（a）结构图 （b）方框图本实验系统结构图和方框图如图3-6所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或 下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测 到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控
2、制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定 和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。四、实验内容与步骤本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将 阀 门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余 阀门均关闭。具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬 件设备有关，可根据实验需要选做或全做。（一）、智能仪表控制1.将“SA-12智能调节仪控制”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插 入屏内 RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连 接到计算
3、机 申口 2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“ LT2中水箱液位”钮子开关 拨到“ ON”的位置。L留能调节戒+ 卜商仪控1 T/出处图3-7智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图单相电蹭:劫出单相草相TH/!.姑诋节闽-AOiv调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定 值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图3-8所示。“ON”的位置。图3-8单容水箱液位的阶跃响应曲线8 .分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤乙用计算机记录不同参 数时系 统的阶跃响应曲线。9分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4 8,用
4、计算机记录不同控制规律 下系统的阶跃响应曲线。（二）、远程数据米集控制1. 将“SA-22远程数据采集模拟量输出模块”、“SA-23远程数据采集模拟量输入模块”挂件挂到屏上， 并将挂件上的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机申口 2,并按照 下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到财* .gg!忻，*二哄 /, ,、Q 0冷.f rL Q -0 -0 9图3-9远程数据采集控制单容液位定值控制实验接线图SM22 .接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块 及 压力变送器上电，
5、按下启动按钮，合上单相I空气开关，给电动调节阀上电。3 .打开上位机MCGS组态环境，打开“远程数据采集系统”工程，然后进 入 MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制”，进入实验 三的 监控界面。4 .以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4 9。（三）、DCS分布式控制1 .按照第一章图1-6用网线和交换机连接操作员站（网卡IP设为128.0.0.2）和 服务器（A网卡IP设为128.0.0.1），以及服务器（B网卡设为168.0.0.1）和主控单 元，将“SA-31 FM148现场总线远程I/O模块”、“SA-33 FM151现场总线远 程I/O 模块”挂件挂到
6、屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内Profibus-DP总线接口上，将 控制屏左侧Profibus-DP总线连接到主控单元DP 口，并按照下面的控制屏接线图连，.0 XE3 -0二 11、：o r停4+港仲作tlfIoQoo。I 卜 I” *I接实验系统。-将“:-LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ ON”的位 置。图3-10 DCS分布式控制单容液位定值控制实验接线图2 .接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给现场总线I/O模块 及压力变送器上电，打开主控单元电源。启动服务器程序，在工程师站的组态中选择“单回路控制系统”工程进行编译下装，再重启服务器程序。3 .启动操作员站，打开
7、主菜单，点击“实验三、单容液位定值控制”，进入实可进行相关验三的监控界面。在流程图的液位测量值上点击左键，弹出PID窗口， 参数的设置。I. . * 4 II4. 按下启动按钮，合上单相】空气开关，给电动调节阀上电港芦g SP5 .以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤5（四）、S7-200PLC 控制1. 将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上，并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机申口 2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2 中水箱液位”钮子开关拨到“ ON”的位置。、XS7 200 PLC 可煽程校制器图3-11 S7-200PLC控制
8、单容液位定值控制实验接线图? 9?J 町】/ J UIJ/Jm J2 .接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电， 按下启动按钮，合上单相I、in空气开关，给S7-200PLC及电动调节阀上 电。3. 打开Step 7-Micro/WIN 32软件，并打开“ S7-200PLC”程序进行下载，然后 将S7-200PLC置丁运行状态，然后运行MCGS组态环境，打开“S7-200PLC控制系统” 工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制”， 进入实验三的监控界面。4 .以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4 9。（五）、S7-30
9、0PLC 控制1. 将挂件SA-41 S7-300PLC控制挂件挂到屏上，并用MPI通讯电缆线将 S7-300PLC连接到计算机CP5611专用网卡，并按照下面的控制屏接线图连接实验系 统。将“ LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ ON”的位置。图 3-12 S7-300PLC控制单容液位定值控制实验接线图2 .接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给S7-300PLC及压 力变送器上电，按下启动按钮，合上单相I空气开关，给电动调节阀上电。3 .打开Step 7软件，打开“ S7-300”程序进行下载，然后将S7-300PLC置于 运行状态，然后运行WinCC组态软件，打开“ S7-
10、300PLC控制系统”工程，然后 激活WinCC运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制”，进 入实验 三的监控界面。4 .以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4 9。五、实验报告要求1. 画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。2. 用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3. 根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。4. 比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。5. 分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。6. 综合分析五种控制方案的实验效果。六、思考题1 .如果采用下水箱做实验，其响应曲线与中水箱的曲线有什么异同？并分 析
11、差 异原因。2. 改变比例度a和积分时间Ti对系统的性能产生什么影响？第三节双容水箱液位定值控制系统实验目的1. 通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。2. 掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。3. 研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。4. 研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。5. 掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验设备（同前）三、实验原理本实验以中水箱与下水箱申联作为被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制 量。要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值
12、通过调节器控制电动调节阀的开 度， 以达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差 控制，系统的调节器应为PI或PID控制。调节器的参数整定可采用本章第一节所述 任意一种整定方法。本实验系统结构图和方框图如图3-13所示。图3-13双容液位定值控制系统（a）结构图（b）方框图四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱申联作为双容对象（也可选择上水箱和中水箱）C实 验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水 箱出水 阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11）, 其余阀门均关闭。具体实验
13、内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节单容液位定值 控制 中的相应方案进行。实验的接线与第二章第一节单容对象特性测试的接线图完全一 样。值得注意的是手自动切换的时间为：当中水箱液位基本稳定不变（一股约为3 5cm）且下水箱的液位趋丁给定值时切换为最佳。五、实验报告要求1. 画出双容水箱液位定值控制实验的结构框图。2. 用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3. 根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。4. 比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。5. 分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。6. 综合分析五种控制方案的实验效果。六、思考题1 .如果采用上水箱和中水箱做实验，其响应曲线与本实验的曲线有什么异 同？ 并分析差异原因。2. 改变比例度a和积分时间L对系统的性能产生什么影响？3. 为什么本实验比单容液位定值控制系统更容易引起振荡？要达到同样的动态 性能指标，在本实验中调节器的比例度和积分时间常数要怎么设置？
