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-流量串級控制系統的結構與組成。
2．掌握液位-流量串級控制系統的投運與參數整定方法。
3．研究階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統主變量的影響。
4．主、副控制器參數的改變對系統性能的影響。
二、實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、實驗原理
本實驗采用計算機控制,將上水箱液位控制在設定高度。串級回路是由內反饋組成的雙環控制系統，屬于復雜控制范疇。在計算機中設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，在串級控制系統中，兩個控制器任務不同，因此要選擇控制器的不同調節規律進行控制，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，至于副回路的調節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-流量串級控制系統原理圖
四、實驗步驟與內容
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-流量串級控制系統流程圖
2． 按如下要求接好實驗導線和通訊線。
使用485轉232通訊線將控制臺側邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
在傳感器信號輸出區域，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連接到執行器控制信號輸入區的電動調節閥控制信號端口，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關閉。
4．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DDC電源開關。
5．運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現如下界面。
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“參數設置”，出現如下界面。
圖4.12 參數設置界面
8．將AI0設置為0 – 1200，AI1設置為0-30點擊退出，參數設置完畢。
9．調節器參數設置。
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、電動調節閥電源。
11．觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。
12．待系統穩定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。
13．再等系統穩定后，給系統加個干擾信號，觀察液位變化曲線。
14．實驗結束后，關閉水泵1、電動調節閥，拆除試驗線。
五、實驗報告要求
1．寫出常規實驗報告，畫出液位-流量串級控制系統的結構框圖。
2．用實驗方法整定控制器的相關參數，寫出整定過程。
3．根據擾動分別作用于主、副對象時系統輸出的響應曲線，分析系統在階躍擾動作用下的靜、動態性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數時對本實驗系統性能的影響。
六、思考題
1．為什么副回路的控制器用P控制，而不采用PI控制規律？