水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1．熟悉液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2．掌握液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定方法。
3．研究階躍擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主變量的影響。
4．主、副控制器參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．過(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置—DDC控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3．實(shí)驗(yàn)專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理
本實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)控制,將上水箱液位控制在設(shè)定高度。串級(jí)回路是由內(nèi)反饋組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)，屬于復(fù)雜控制范疇。在計(jì)算機(jī)中設(shè)置了兩個(gè)虛擬控制器作為主副控制器。將上水箱的液位信號(hào)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(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器任務(wù)不同，因此要選擇控制器的不同調(diào)節(jié)規(guī)律進(jìn)行控制，副控制器主要任務(wù)是快速動(dòng)作，迅速抵制進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，至于副回路的調(diào)節(jié)不要求一定是無(wú)靜差。主控制器的任務(wù)是準(zhǔn)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(jí)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(jí)控制系統(tǒng)原理圖
四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，流程圖如圖4.8所示。
圖4.8 液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)流程圖
2． 按如下要求接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線和通訊線。
使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺(tái)側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
在傳感器信號(hào)輸出區(qū)域，將流量計(jì)1信號(hào) FT1信號(hào)用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI0信號(hào)輸入端，將上水箱液位信號(hào)LT1用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI1信號(hào)輸入端，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號(hào)AO0連接到執(zhí)行器控制信號(hào)輸入?yún)^(qū)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)端口，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
3．將手動(dòng)閥門1V1全開，V3、V4打開，將手動(dòng)閥門1V2關(guān)閉。
4．先打開控制臺(tái)左側(cè)的總電源開關(guān)，按“Start”按鈕啟動(dòng)設(shè)備，再打開DDC電源開關(guān)。
5．運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的 DDC控制實(shí)驗(yàn)_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(diǎn)擊“確認(rèn)”，用戶登錄完畢。選擇“串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“上水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”，出現(xiàn)如下的“上水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”界面。
圖4.11上水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)界面
7．點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算機(jī)控制方式, 在控制臺(tái)上打開水泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源。
11．觀察計(jì)算機(jī)上的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。
12．待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定加個(gè)階躍信號(hào)，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(gè)干擾信號(hào)，觀察液位變化曲線。
14．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉水泵1、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，拆除試驗(yàn)線。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．寫出常規(guī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，畫出液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實(shí)驗(yàn)方法整定控制器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過(guò)程。
3．根據(jù)擾動(dòng)分別作用于主、副對(duì)象時(shí)系統(tǒng)輸出的響應(yīng)曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數(shù)時(shí)對(duì)本實(shí)驗(yàn)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？