单容水箱实验报告

1、单容液位定值控制系统一、实验目的了解单容液位定值控制系统的结构与组成。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。研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。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THPCAT-2型现场总线过程控制对象系统实验装置、AT-1智能仪表挂件一个、RS485/232转换器一个、RS485通讯线一根、计算机一台、万用表一个、软管若干。三、实验原理给定值+(b)图3-6中水箱单容液位定值控制系统（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。被控量为上小水箱（也可采用

2、上大水箱或下 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LT1检测到的上小 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， 以达到控制水箱液位的目的。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上小水箱作为被测对象（也可选择上大水箱或下水箱）。以上小水箱为例叙 述实验步骤如下：实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-3、F1-4、F1-6全开，将上 小水箱出水阀门F1-10开至适当开度（30%80%），其余阀门均关闭。管路连接：将工频泵出水口和支路1进

3、水口连接起来；将支路1出水口和上小水箱进水口连接起来；将上小水箱出水口和储水箱进水口连接起来。采用智能仪表控制：1） 将“AT-1智能调节仪控制”挂件挂到网孔板上，并将挂件的通讯线插头通过RS485 通讯线与RS485/232转换器连接到计算机串口 1。2） 强电连线：单相I电源L、N端对应接到AT-1挂件电源输入L、N端。3） 弱电连线：上小水箱液位LT1的1-5V+、-端对应接到智能调节仪I的1-5V电压输 入1、2端；智能调节I输出7、5对应接到电动调节阀控控制输入+、-端。4） 管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开24V电源开关、电动调节阀开 关、单相I开关。5）检查智能调节

4、仪基本参数设置：ctrl=1, dip=1,Sn=33, DIL=0，DIH=50， OPL=0,OPH=100,run=0。6） 打开上位机MCGS组态环境，打开“THPCAT-2智能仪表控制系统”工程，然后进入 MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验六、单容水箱液位定值控制实验”，进入“实验六” 的监控界面。7） 先将仪表设置为手动状态，将磁力泵开关打到“手动”位置，磁力驱动泵上电打水， 适当增加或减小仪表输出值，使水箱液位平衡在设定值。8）按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PI控制规律， 并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。9）待液位稳定于给定值后，将调节器切

5、换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过 以下几种方式加干扰：突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推 荐，后面两种仅供参考）。将电动调节阀的旁路F1-5 （同电磁阀）开至适当开度，将电磁阀开关打至“手动”位 置。适当改变上小水箱出水阀F1-10开度（改变负载）。以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%15%，干扰过大可能造成水箱中水溢出或 系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位 稳定至新的设定值（采用后面两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3-7所示

6、。h(2) h(l)图3-7单容水箱液位的阶跃响应曲线10）分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤9,用计算机记录不同参数时系统的 阶跃响应曲线。11）分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤710，用计算机记录不同控制规律下系 统的阶跃响应曲线。五、实验报告要求画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。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。比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。综合分析三种控制方案的实验效果。主窗口:没定值物出值比例度积分时何谖分时间工具箱*OO

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14、分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验设备THPCAT-2型现场总线过程控制对象系统实验装置、AT-1智能仪表挂件一个、RS485/232 转换器一个、RS485通讯线一根、计算机一台、万用表一个、软管若干。三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。主控回路中的调 节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。副控回路中的调节 器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。主调节 器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。副调节器的输

15、出直接驱 动电动调节阀，从而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，系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出要求能快速、 准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而 副调节器可采用P调节器。四、实验内容与步骤本实验选择上小水箱和下水箱串联作为被测对象（也可选择上大水箱和下水箱或者上小 水箱和上大水箱）。以上小水箱和下水箱串联为例叙述实验步骤如下：实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-3、F1-4、F1-6全开，将上 小水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-12开至适当开度（要求F

16、1-10开度稍大于F1-12 的开度），其余阀门均关闭。管路连接：将工频泵出水口和支路1进水口连接起来；将支路1出水口和上小水箱进 水口连接起来；将下水箱出水口和储水箱进水口连接起来。采用智能仪表控制：1）将“AT-1智能调节仪控制”挂件挂到网孔板上，并将挂件的通讯线插头通过RS485 通讯线与RS485/232转换器连接到计算机串口 1。2）强电连线：单相I电源L、N端对应接到AT-1挂件电源输入L、N端。3）弱电连线：上小水箱液位LT1的1-5V+、-端对应接到智能调节仪I的1-5V电压输 入1、2端；智能调节仪I的输出7、5端并接本挂件上的250Q精密电阻后对应接至智能调 节仪II的1-

17、5V电压输入1、2端；下小水箱液位LT3的0.2-1V+、-端（红为正、绿为负） 对应接到智能调节仪II的0-1V电压输入3、2端；智能调节II输出7、5对应接到电动调 节阀控控制输入+、-端。4）管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开24V电源开关、电动调节阀开 关、单相I开关。5）打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行 环境，在主菜单中点击“实验十二、水箱液位串级控制实验”，进入“实验十二”的监控界 面。6）检查智能调节仪基本参数设置：关键参数有智能调节仪I的Sn=33,DIH=50，dip=1， Addr=1,智能调节仪 II 的 Sn=3

18、2,DIH=50,dip=1,Addr=2。7）将主控仪表设置为“手动”，并将输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪 表实现。8）将磁力泵开关打到手动值，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少主调节器的输出量， 使下水箱的液位平衡于设定值，且上小水箱液位也稳定于某一值（此值一般为35cm，以 免超调过大，水箱断流或溢流）。9）按本章第一节中任一种整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器 设定。待液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待液位平衡后，施加干扰。10）待液位再次平衡后，据实验曲线，合理整定PID参数，然后重复步骤9,分析不同 PID参数的控制效果。五、实验报告要求画出水箱液位串级控制系统的结构框图。用实验方法确定调节器的相关参数，并写出整定过程。根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用 下的静、动态性能。分析主、副调节器采用不同