水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
一、實驗目的1．熟悉液位-流量串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。
2．掌握液位-流量串級控制系統(tǒng)的投運與參數(shù)整定方法。
3．研究階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主變量的影響。
4．主、副控制器參數(shù)的改變對系統(tǒng)性能的影響。
二、實驗設(shè)備
1．過程控制綜合實驗裝置—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實驗原理
本實驗采用計算機控制,將上水箱液位控制在設(shè)定高度。串級回路是由內(nèi)反饋組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)，屬于復雜控制范疇。在計算機中設(shè)置了兩個虛擬控制器作為主副控制器。將上水箱的液位信號輸出作為主控制器輸入，主控制器的輸出作為副控制器的輸入，在串級控制系統(tǒng)中，兩個控制器任務不同，因此要選擇控制器的不同調(diào)節(jié)規(guī)律進行控制，副控制器主要任務是快速動作，迅速抵制進入副回路的擾動，至于副回路的調(diào)節(jié)不要求一定是無靜差。主控制器的任務是準確保持下水箱液位在設(shè)定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考慮采用PID控制器。 液位-流量串級控制系統(tǒng)的方塊原理圖如圖4.7所示。
圖4.7 液位-流量串級控制系統(tǒng)原理圖
四、實驗步驟與內(nèi)容
1．了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖4.8所示。
圖4.8 液位-流量串級控制系統(tǒng)流程圖
2． 按如下要求接好實驗導線和通訊線。
使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將流量計1信號 FT1信號用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，將上水箱液位信號LT1用實驗線連接到DDC控制模塊的AI1信號輸入端，正負一一對應。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執(zhí)行器控制信號輸入?yún)^(qū)的電動調(diào)節(jié)閥控制信號端口，正負一一對應。
3．將手動閥門1V1全開，V3、V4打開，將手動閥門1V2關(guān)閉。
4．先打開控制臺左側(cè)的總電源開關(guān)，按“Start”按鈕啟動設(shè)備，再打開DDC電源開關(guān)。
5．運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.10 用戶登錄界面
6．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“串級控制實驗”下拉菜單中的“上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗”，出現(xiàn)如下的“上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗”界面。
圖4.11上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗界面
7．點擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)如下界面。
圖4.12 參數(shù)設(shè)置界面
8．將AI0設(shè)置為0 – 1200，AI1設(shè)置為0-30點擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。
9．調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。
Ts=1 （參考值） SV=8 （參考值）
Kc1=0.02 （參考值） Ti1=5（參考值） Td1=0 （參考值）
Kc2=8 （參考值） Ti2=65 （參考值） Td2=0 （參考值）
10．選擇計算機控制方式, 在控制臺上打開水泵、電動調(diào)節(jié)閥電源。
11．觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。
12．待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。
13．再等系統(tǒng)穩(wěn)定后，給系統(tǒng)加個干擾信號，觀察液位變化曲線。
14．實驗結(jié)束后，關(guān)閉水泵1、電動調(diào)節(jié)閥，拆除試驗線。
五、實驗報告要求
1．寫出常規(guī)實驗報告，畫出液位-流量串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實驗方法整定控制器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。
3．根據(jù)擾動分別作用于主、副對象時系統(tǒng)輸出的響應曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數(shù)時對本實驗系統(tǒng)性能的影響。
六、思考題
1．為什么副回路的控制器用P控制，而不采用PI控制規(guī)律？