第一節 電動閥支路單容液位控制實驗
一、實驗目的1．了解簡單過控系統的構成。
2．掌握單容液位控制系統調節器參數的整定方法。
3．研究調節器相關參數的變化對系統靜、動態性能的影響。
4．了解P、PI、PD和PID四種調節器分別對液位控制的作用。
二、 實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—儀表控制模塊
2．計算機及MCGS組態軟件—儀表控制實驗.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、 實驗原理
本實驗采用儀表控制,將液位控制在設定高度。根據上水箱液位信號LT1輸出給儀表，智能儀表根據P、I、D參數進行PID運算，輸出信號給電動調節閥，然后由電動閥控制水泵1供水系統的進水流量，從而達到控制設定液位基本恒定的目的。
單容水箱液位過程控制的方塊原理圖：如圖3-1所示
圖3-1 電動閥支路單容液位控制實驗方框圖
四、實驗步驟與內容
1．了解實驗裝置中的對象
DB-CG14 高級過程控制綜合實驗裝置
一、概述
(1)、高級過程控制綜合實驗裝置可滿足“自動調節原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動檢測技術與傳感器”,“計算機”及相關課程的教學實驗需求；
(2)、高級過程控制綜合實驗裝置可作為有關企業技術人員、儀表操作人員、系統運行監控人員的實習、培訓實驗設備。
(3) 高級過程控制綜合實驗裝置能實現包括溫度、壓力、流量、液位定值調節系統，以及比值、串級、前饋等復雜調節系統的實驗及培訓功能。
(4) 高級過程控制綜合實驗裝置能適應培訓基地相關專業在熱工儀表、高級過程自動控制原理及系統、3火電廠計算機控制及系統、熱工自動控制系統、DCS、PLC等相關專業的實驗、培訓要求。
(5) 高級過程控制綜合實驗裝置被控對象提供有接口控制箱，控制箱電源和信號分開。控制箱包括電源裝置、變頻器、溫度調溫裝置及設備的基本保護裝置，此外并提供與DCS接口的端子，作為與DCS、PLC的擴展接口。
二、性能指標及要求：
1、輸入電源:三相四線制或三相五線制 380V±10％ 50Hz；
2、工作環境: 溫度–10℃－+40℃ 相對濕度＜85％（25℃）；
3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸：1830mm×780mm×1850mm
2、接好實驗導線。
在傳感器信號輸出區域，將上水箱信號LT1端口用實驗線連接到智能調節儀I（addr：1） 的 輸入 1-5V 信號輸入端，正負一一對應。
將智能調節儀I的 輸出4-20mA 連接到執行器控制信號輸入區的電動閥輸入信號端口，正負一一對應。
3、使用485轉232通訊線將控制臺右側面的儀表通訊口 “COM2” 與上位機連接。
4、將手動閥門1V1、V3、V4打開，將手動閥門1V2關閉。
5、先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開儀表電源。
6、運行計算機上儀表控制實驗軟件，選擇系統管理菜單中的用戶登錄，登錄用戶。
7、選擇單回路控制實驗的電動閥支路單容液位控制實驗。
8、如選用儀表控制則點擊“儀表參數”，設置參數，
Addr=1 InP=33 OPt=4-20mA dPt=1
比例系數P=10，積分系數I=40， D=0 Ctl = 2
SCL=0 SCH=30
OPL=0 OPH=100
CF2=0
其余參數不變，參數設置完點擊退出。
9、選擇儀表控制，給定設定值8cm。。
10、在控制臺上打開電動調節閥輸入信號、上水箱輸出信號。
11、在控制臺上打開電動調節閥電源開關、水泵電源開關。
12、待液位平衡后，通過以下方式加干擾：突增（或突減）設定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化。 擾動量為控制量的5％～15％，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統不穩定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態，經過一段調節時間后，水箱液位穩定至新的設定值，記錄此時的液位設定值，液位的響應過程曲線將如圖3-3所示。
圖3-3 單容水箱液位的階躍響應曲線
13、分別適量改變調節儀的P及I參數，重復步驟10，用計算機記錄不同參數時系統的階躍響應曲線。
14、分別用P、PD、PID三種控制規律重復步驟4～8，用計算機記錄不同控制規律下系統的階躍響應曲線。
六、實驗報告要求
1．畫出單容水箱液位控制實驗的結構框圖。
2．用實驗方法確定調節器的相關參數，寫出整定過程。
3．根據實驗數據和曲線，分析系統在階躍擾動作用下的靜、動態性能。
4．比較不同PI參數對系統的性能產生的影響。
5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對本實驗系統的作用。
七、思考題
1.改變比例度δ和積分時間TI對系統的性能產生什么影響？