过程控制实验指导书 - 图文(2)

实验一 单容水箱液位调节阀控制

1.1 实验目的

了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握PID参数的整定。

1.2 实验要求

1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

3、用响应曲线法求取PID参数，以4:1标准衰减振荡作为指标，整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。

1.3 实验设备及系统组成

1、实验设备：A3000对象系统 （1）泵

（2）电动调节阀：工作电源24VAC，控制信号2-10VDC （3）液位传感器：量程为0-50cm,输出信号4-20mA。 2、系统组成

单容下水箱液位PID控制流程图如图3-1所示

图3-1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制

3、测点清单 测点清单如表3-1所示：

序号 1 2 位号或代号 FV101 LT103 设备名称 电动调节阀 压力变送器 用途 阀位控制 下水箱液位 原始信号类型 2～10VDC 4～20mA AO AI 工程量 0～100％ 0～50cm 表3-1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单 水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由调节阀FV101进入水箱V103，通过挡板QV16回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用调节手挡板QV16的开启程度来模拟负载的大小。本例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。

需要全打开的手阀：QV102、QV105；

需要全关闭的手阀：QV103、QV104、QV107、QV109； 挡板开度：QV116 0.5cm。

1.4 操作步骤和调试

1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。 2、在现场对象上，选择管路，打开或关闭相应手阀。

3、在控制柜上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO面板的电动调节阀控制端连到AO0。（连线时注意正接正，负接负）

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。启动右边水泵P102和调节阀。

5、启动计算机组态软件，进入实验选择画面选择实验。启动调节器，设置各项参数，可将调节器的手动控制切换到自动控制。

6、设置比例参数。观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。

7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

9、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

10、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值(如设定值由50％变为60％)，同样可以得到一条过渡过程曲线。

注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。

11、在比例调节测试的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数不是特别大的数。固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。

12、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。

13、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。

14、在PI调节器控制测试的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。

15、选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现）。

1.5 实验结果

整理实验趋势曲线，记录合适的PID值，写实验报告。

1.6 实验思考

控制对象选择正作用还是反作用，为什么？

实验二 单容水箱液位变频器控制

2.1 实验目的

了解液位控制的构成环节，变频器的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握PID参数的整定。

2.2 实验要求

1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

3、用响应曲线法求取PID参数，以4:1标准衰减振荡作为指标，整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。

2.3 实验设备及系统组成

1、实验设备：A3000对象系统 （1）泵：220VAC

（2）变频器：工作电源：220VAC，控制信号4-20mA，电压输出0-220VAC。 （3）电动调节阀：工作电源24VAC，控制信号2-10VDC （4）液位传感器：量程为0-50cm,输出信号4-20mA。 2、系统组成

单容水箱液位PID控制流程图如图4-1所示

图4-1 单容水箱液位变频器PID单回路控制

3、测点清单

测点清单如表2-1所示： 序号 1 2 位号或代号 U101 LT103 设备名称 变频器 压力变送器 用途 水泵控制 水箱液位 原始信号类型 4～20mA 4～20mA AO AI 工程量 0～50Hz 0～50cm 表4-1 单容水箱液位变频器PID单回路控制测点清单 水介质由泵P101从水箱V104中加压获得压头进入水箱V103，通过挡板Q V26回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用变频器U101输出电源的大小控制泵供水的多少来改变V103液位。本例为定值自动调节系统，U101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。

需要全打开的手阀：QV111、QV115、QV106。 需要全关闭的手阀：QV103、QV114、QV108、QV110； 挡板开度：QV116 0.5cm。

2.4 操作步骤和调试

1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。 2、在现场对象上，选择管路，打开或关闭相应手阀、电磁阀或电动调节阀。

3、在控制柜上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO面板的变频器控制端连到AO0。（连线时注意正接正，负接负）

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。设置变频器为模拟量控制。启动变频器。

5、启动计算机组态软件，进入实验选择画面选择实验。启动调节器，设置各项参数，可将调节器的手动控制切换到自动控制。

6、设置比例参数。观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。

7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

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