热工过程自动控制实验指导书.doc

实验课程名称：热工过程自动控制英文名称： Automation of thermal process课程总学时：16 总学分： 1 实验学时：16本大纲主笔人：刘雪峰 刘金平热工过程自动控制实验指导书刘雪峰 刘金平 编 华南理工大学电力学院目录绪 言1实验一 实验装置的基本操作与仪表调试2实验二 单容水箱液位/压力PID控制系统4实验三 双容水箱液位/压力控制系统9实验四 单容液位（上小水箱）PLC控制实验13实验五 双容液位（下小水箱）PLC控制实验16实验六 单片机控制系统19绪 言 TKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。该设备可以满足过程控制、自动化仪表、工程检测、计算机控制系统等课程的教学实验。整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为研究开发提供实验手段。 本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压05V或15V，电流010mA或420mA。实验系统供电要求为单相交流220V10%，10A；外型尺寸为：167*164*73，重量：580Kg。TKGK-1型过程控制实验装置集多参数闭环控制为一体，由过程控制对象、调节器模块、执行器模块、变送器模块和单片机控制模块等组成，各模块间灵活组合，基本包含了目前所有的工业控制方式，涉及温度、压力、流量和液位等重要的过程控制参数。 控制对象主要由上、下两个水箱，一个电加热器复合水箱及一个储水箱组成，上、下水箱液位或压力作为被控对象由两个水泵供水（由交流、直流调速电机、齿轮泵和压力传感器等构成），水箱水温作为被控对象是由温度传感器、加热器、固态继电器等构成；管道上装有电磁流量计、阀门等。水位、水温、压力以及供水流量均可作为被控变量。两个水泵，可同时工作，也可单独工作，也可将其中一个作为执行器，另一个作为干扰源。整个对象可设计成一阶、二阶系统。交流电机从储水箱中抽水，提供给对象，一方面它可以通过阀5或阀6供给复合温控水箱，再经过电磁流量计（FT）后，经阀1或阀3分别供水给上、下两个水箱，另一方面，直流电机从储水箱中抽水，通过阀7或阀8也供水给上、下两个水箱，两个水箱内均装有液位传感器（LT1，LT2）和溢流口，而且每个水箱的出水口均经过线性化处理，上水箱的水通过阀2 的调节流到下水箱，在上水箱中还安装了压力传感器（PT），用于检测压力大小，而下水箱的水经阀4流到复合加热水箱的外套，最后经溢流口3流回储水箱，从而构成了一个水的循环系统。在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器（TT），用于检测温度的大小。 调节器模块主要有模拟调节器（含比例调节、比例积分调节、比例微分调节、比例积分微分调节）、位式调节器、智能调节器、PLC调节、单片机调节、计算机控制等。调节器的参数可任意设置。 执行器模块主要有固态继电器、交流电机及水泵、直流电机及水泵等。通过调节进水流量或电热丝的通断可实现对压力、流量、液位、温度等参数的自动控制。 变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机过程控制实验教学的需要。 实验一 实验装置的基本操作与仪表调试一、 实验目的 1）、了解系统结构与组成。2）、了解液位、压力传感器的结构原理与使用方法。3）、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法二、实验设备 TKGK-1实验台、万用表三、系统结构框图 图1-1、水位、压力 、流量控制系统框图图1-2、温度控制系统结构图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-07、GK-06、GK-05、GK-04挂件由左至右依次挂于实验屏上。并将挂件的三蕊插头插于相应插座中。2）、检查挂件电源开关是否关闭。3）、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。2、系统接线1）、按照装置使用说明书中的GK-07交流变频调速控制箱的常用使用方法进行接线。2）、将GK-05正给定信号接至GK-07变频器的VIA与GND端子。3）、经指导老师检查通过后，进入下一步。3、启动实验装置：1）、将实验装置电源插头接到220V市电电源。2）、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。3）、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，电压表指示220V。4、仪表调整：在GK-02模块左侧，设有四个控制参数的数显仪表， 其输入接线柱分别接LT1、PT、LT2、FT、TT等相应传感器检测信号的输出（标准信号为05V DC）。表头的右侧各有二个电位器，可通过这些电位器调整零位和增益，在传感器校验实验时要使用，同时在实验进行之前，每次都应调整好传感器的零位和增益。 调试步骤如下：1）、打开阀1、阀3，关闭阀7、阀8，（或者打开阀7、阀8，关闭阀1、阀3）关闭阀2、阀4，然后开启变频器（或直流调速器），启动一个齿轮泵，给上下水箱供水，使其液面上升至10cm高度，关闭变频器。2）、用三根6的橡皮导气管（约0.6m长），使其一端（上端）竖直地插入上、下水箱底部（上水箱插两根，下水箱插一根）。另一端（下端）完全裸露在大气中。3）、将三根导气管的下端接到三个差压传感器（MPX2010DP）的正压室。4）、将各增益调节电位器置于中间位置，然后调节零位调节电位器，使LT1两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。5）、开始零位调节： a、打开阀2、阀4，排空上、下水箱中的水，关闭阀2、阀4。 b、调节“零位调节”电位器，使LT1、LT2和PT输出为零伏，显示器显示为00.00cm。注：稳定几分钟后进入下一步。6）、开始增益调节： a、启动齿轮泵，使上、下水箱水位上升至于10cm高度，然后再关闭齿轮泵。 b、调节“增益调节”电位器，使LT1、LT2显示器显示10.00cm，Pa显示器显示980Pa。7）、重复5、6步骤，复调零位和增益，以满足系统要求（传感器输出电压为3.33V伏时，LT1与LT2的显示值为10.00cm，Pa的显示值为980Pa）。20实验二 单容水箱液位/压力PID控制系统一、 实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗阶跃扰动作用。3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、 实验设备1）、THGK-1型过程控制实验装置：2）、万用表一只3）、秒表一只4）、计算机系统三、实验原理1、压力传感器变送原理简介1）、扩散硅压力传感器扩散硅压力传感器是利用单晶硅的压阻效应，采用IC工艺扩散四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，不受压力作用时，电桥处于平衡状态，当受到压力（或压差）作用时，电桥的一对桥臂电阻变大，另一对变小，电桥失去平衡，若对电桥加一恒定的电压，便可检测到对应于所加压力的电压信号，从而达到测量液体、气体压力大小的目的。 随着传感器制造工艺水平的提高，具有内部温度补偿和校准的高精度，高灵敏度的硅压力传感器已广泛应用于气体压力测量和液位、压力控制系统。 本装置采用的MPX2010DP型传感器，则是在芯片上集成了一个激光敏感调节电阻，用以偏置校准和温度补偿，它由单个X型压敏电阻代替了以往由4个电阻组成的惠斯登电桥。 MPX2010DP的压力范围为：010Kpa，灵敏度为：0.01KPa(1mmH2O)。2）、液位（或压力）传器变送原理 空气管传感方式：将一根管子（如橡皮或塑料）竖直立起，其一端放于液体容器中，另一端完全敞开，则管子里面的液面与容器中的是完全相同的。若将管子的上端封住(如接到MPX2010DP的压力面)，管子内就会留有一定体积的气体。当容器内液位变化时，管内空气的压力将会成比例地变化。2、单容水箱液位/压力控制系统 图2-1、单容水箱液位控制系统的方块图 图2-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，控制的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。系统从原来的手动操作要切换到自动操作状况，必须是无扰动的，这就要求调节器的输出量能跟踪手动的输出值，同时在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-2中的曲线、所示。图2-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线三、 实验内容与步骤（一）、比例（P）调节器控制1）、按图2-1所示，将系统接成一阶单回路反馈系统。其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。2）、把调节器置于“手动”状态，调节器的积分时间常数设置于最大，微分作用的开关处于“关”的位置，比例度设置于最大位置，“正-反”开关拔到“反”的位置，即此时调节器为比例调节（P）。3）、启动工艺流程并开启相关仪器，进行传感器输出的零点与增益的调整。在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。4）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机系统，为记录过渡过程曲线作好准备。5）、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，即可将调节器的“手动”开关拨到“自动”状态。系统即投入闭环运行。6）、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。7）、减小，重复步骤5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。8）、增大，重复步骤5，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9）、选择合适的，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。10）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。（二）、比例积分调节器（PI）控制1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即把“I”（积分器）由最大处（“关”） 旋至中间某一位置，观察被控制量是否能回到设定值，以验证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2）、固定比例度值（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p。 表1 不同Ti时的超调量p积分时间常数Ti大中小超调量p3）、固定于某一中间值，然后改变的大小，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p。 表2 不同值下的p比例度大中小超调量p4）、选择合适的和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。（三）、比例积分微分调节（PID）控制1）、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的、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50%突变至60%来实现）。3）、秒表和显示仪表记录一条较满意的过渡过程曲线。（四）、用临界比例度法整定调节器的参数 在实现应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定。用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。它的具体做法是：1）、待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度，并且每当减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%15%的阶跃扰动，观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。图2-2为它的实验方块图。图2-3、具有比例调节器的闭环系统2）、在图2-3所示的系统中，当被调量作等幅荡时，此时的比例度就是临界比例度，用k表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk。据此，按下表可确定PID调节器的三个参数、Ti和Td。 图2-4、具有周期TK的等幅振荡 表3 用临界比例度k整定PID调节器的参数调节器参数调节器名称kTi(S)Td(S)P2kPI2.2kTk/1.2PID1.6k0.5Tk0.125Tk3）、必须指出，表格中给出的参数值是对调节器参数的一个初略设计，因为它是根据大量实验而得出的结论。若要就得更满意的动态过程（例如：在阶跃作用下，被调参量作4：1地衰减振荡），则要在表格给出参数的基础上，对、Ti（或Td）作适当调整。四、 实验报告要求1）、画出单容水箱液位控制系统的方块图。2）、用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。3）、用临界比例度法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差和超调量。4）、作出P调节器控制时，不同值下的阶跃响应曲线。5）、作出PI调节器控制时，不同和Ti值时的阶跃响应曲线。6）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。7）、比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。五、 注意事项1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。2）、水泵启动前，出水阀门应关闭，待水泵启动后，再逐渐开启出水阀，直至适当开度。3）、必须经老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。六、 思考题1）、实验系统在运行前应做好哪能些准备工作？2）、为什么要强调无扰动切换？3）、试定性地分析三种调节器的参数、（、Ti）和（、Ti和Td）。的变化对控制过程各产生什么影响？4）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？实验三 双容水箱液位/压力控制系统一、实验目的1）、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的控制性能。3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备1）、THGK-1型过程控制实验装置： GK-03、GK-04、GK-06、GK-072）、万用表一只3）、秒表一只4）、计算机系统三、实验原理图3-1、双容水箱液位控制系统的方框图图3-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它与实验四不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度；具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（S）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。 对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数和Ti调节得合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的控制作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。四、实验内容与步骤（一）、比例（P）调节器控制1）、按图3-1所示的结构接成单回路的实验系统。其中被控对象是下水箱，被控制量是下水箱的液位高度。2）、把调节器置于“手动”状态，其积分是时间常数置于最大处，微分作用开关设在“关”的位置，比例度设置于最大值处，“正-反”开关拔到“反”的方向，即此时的调节器为比例调节（P）。3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机程序，在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被调量调到给定值（一般把液面高度控制在水箱高度的50%处）。4）、观察计算机显示屏的曲线，待被调量基本稳定于给定值后，即可将调节器的开关由“手动”位置拔到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。5）、待系统的输出趋于平衡不变后，加入阶跃扰动信号（一般可通过改变设定值的大小来实现），经过一段时间运行后，系统进入了新的平衡状态。利用秒表和LT2液位指示仪表记录整个过渡过程曲线。6）、观测由计算机显示屏记录的不同比例度下的过渡过程曲线，记录系统的余差ess和超调量p的大小 。表1 不同值下的余差ess和超调量p 大 中 小ess p（二）、比例积分调节器（PI）控制1）、在比例调节器控制实验的基础上，加上积分作用，即把“I”（积分）由最大处（“关”） 旋至中间某一位置，观察被控制量是否能回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2）、固定比例度值（中等大小），然后改变调节器的积分时间常数Ti值。观察加上阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同值时的超调量p。表2 不同Ti时的超调量p 积分时间常数Ti大中小 超调量p 3）、固定Ti于某一中等大小的值，然后改变比例度的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，并列表记录不同值下超调量。必须指出过小的和过小的Ti都有会导致系统的不稳定。 表3 不同值时的超调量p 比例度大中小超调量p 4）、选择合适的和Ti值，使系统对阶跃输入（包括扰动）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（设定值由50%变为60%）来获得。（三）、比例积分微分调节器（PID）控制1）、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验（二）PI控制下的曲线相比较，以看出微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的、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50%增至60%来实现）。（四）、用临界比例度法整定调节器的参数 在实际应用中，PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定，具体的做法是：1)、待系统稳定后，逐步减小调节器的比例度，并且每减小一次比例度，待被调量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%15%的阶跃扰动，然后观察被调量变化的动态过程。若被调量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度，直到输出响应曲线是等幅振荡为止，如应曲线出现发散振荡，则表示比例度调得过小，应适当增大，使之变为等幅振荡。图3-2 为该系统的实验方块图。图3-2、 具有比例调节器的闭环的系统2）、在图3-2 所示的系统中，当被调量作等幅荡时，此时的比例度就是临界比例度，用K表示之，相应的振荡周期就是临界周期Tk，根据图3-3 所示的振荡曲线，按下表可确定PID调节器的三个参数和Ti 、Td 。图3-3、 具有周期Tk的等幅振荡表4 用临界比例度K整定PID调节器的参数调节器参数调节器名称Ti(S)Td (S)P2kPI2.2kTk/1.2PID1.6k0.5Tk0.125Tk3）、必须指出，表格中给出的参数仅是对调节器参数的一个初步调整，有可能系统的动态性能不够理想。因为表中数据是建立在大量实验基础上得出的结论。若要获得更满意的动态过程（例如在阶跃作用下，输出作4：1地衰减振荡），则应对表格中给出的参数稍作适当调整。五、实验报告要求1）、画出双容水箱液位控制实验系统的结构图。2）、按图3-2 要求接好实验线路，经老师检查无误后投入运行。3）、用临界比例度法整定三种调节器的参数，并分别列出系统在这三种调节器控制下的余差和超调量。4）、作出P调节器控制时，不同值下的阶跃响应曲线。5）、作出PI调节器控制时，不同和Ti值时的阶跃响应曲线。6）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D对系统性能的影响。7）、综合评价P、PI、和PID三种调节器对系统性能的影响。六、注意事项1）、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。2）、水泵启动前，出水阀门应关闭，待水泵启动后，再逐渐开启出水阀，直至适当开度。3）、在老师的指导下，开启单片机控制屏和计算机系统。七、思考题1）、实验系统在运行前应做好哪些准备工作？2）、为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？3）、有人说：由于积分作用增强，系统会不稳定，为此在积分作用增强的同时应增大比例度，你认为对吗？为什么？4）、试用控制原理的相关理论分析PID调节器的微分作用为什么不能太大？5）、为什么微分作用的引入必须缓慢进行？这时的比例度是否要改变？为什么？6）、调节器参数（、Ti和Td）的改变对整个控制过程有什么影响？实验四 单容液位（上小水箱）PLC控制实验应用PPI/PC通讯电缆、MCGS组态软件（30分钟学习版）一、实验目的1）、了解S7200PLC可编程控制器的模拟量输入/输出控制功能。2）、熟悉PLC可编程软件、MCGS组态软件的使用。3）、通过对单容小水箱液位PID调节组态软件使用，熟悉PLC的编程及MCGS软件的组态方法。二、实验设备1）、TKGK-1型过程控制实验装置2）、GK07、GK08挂件3）、上位计算机及软件三、实验原理应用西门子PLC模拟量输入/输出控制及PLC-S7200能实现PID算法的功能。设计一个以上小水箱液位为控制对象，以变频器为执行机构，西门子S7200为调节器的实验。并实现上位机软件监控，通过MCGS组态软件自带的PLC设备驱动程序与之进行数据交换，从而实现实验监控、显示动态曲线（包括实验实时曲线、历史曲线）、保存实验数据等功能。实验控制系统结构图，如图4-1所示。 图4-1本实验需要如下硬件设备与软件：1、计算机、S7200PLC一台、带PPI/PC的电缆线一根2、MCGS软件四、实验步骤熟悉PLC及MCGS软件的操作，设计一个一阶单容水位控制系统：以PLC为调节器，输入通道AI与压差传感器相连，获得输入信号（即测量值信号），经程序比较测量值与设定值的偏差，通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），PLC通过AO通道将输出控制信号输入到变频器外部控制端控制频率输出，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。因为PLC直接和上位机进行通讯，从而实现了上位机可以直接设定给定值，整定PID参数，自动手动无扰动切换、实时跟踪绘图等功能。实验具体步骤如下：1）、按实验装置使用说明中的要求对上小水箱的液位传感器进行零位和增益的调整。2）、接线：将传感器的输出LT1接至PLC控制器GK-08的模拟信号输入端AI，并将PLC的模拟信号输出端AO连接到执行机构交流变频器（或直流调速器）挂箱的输入端VIA、GND。从而构成一个单回路反馈控制系统。3）、用西门子的PPI/PC电缆线通过计算机串口连接PLC通讯口。4）、按GK-08的使用说明进行计算机应用软件的安装。5）、开启GK-08的控制器电源，并将PLC置于STOP工作方式。6）、开启电脑，安装所需的程序，下载编写的PLC程序（或所提供的演示程序），然后将PLC置于RUN工作方式。7）、点击“tkgk-1.mcg”，进入TKGK-1型单容（上水箱）液位控制演示程序控制界面，如图4-2所示。图4-28）、按不同的控制方式设定相应的控制参数P、I、D，并使软件运行在自动方式下。9）、运行：在设定好给定值后，即可进入自动调节运行状态。此时给定值SV、测量值PV、输出值OP不同颜色的彩条会根据不同情况作相应的跟踪。他们分别反应实时控制液位的各（设定值、测量值、输出值）动态值。实时曲线所记录的是当前实验的数据，退出实验后即终止控制，实验数据将保留在历史曲线数据库里，供随时查询。10）、待被控水箱水位趋于稳定后，加入一定的正（或负）阶跃信号（即增加或减小设定值），观察与记录输出值和测量值的变化规律，记录一条完整的过渡过程曲线。五、实验要求1）、摘记实验数据，分析实验曲线。实验五 双容液位（下小水箱）PLC控制实验应用PPI/PC通讯电缆、MCGS组态软件（30分钟学习版）一、实验目的1）、进一步了解S7200PLC可编程控制器的模拟量输入/输出控制功能。2）、进一步熟悉PLC可编程软件、MCGS组态软件的使用。3）、通过对双容小水箱液位PID调节组态软件使用，进一步熟悉并掌握PLC的编程及MCGS软件的组态方法。二、实验设备1）、TKGK-1型过程控制实验装置2）、GK07、GK08挂件3）、上位计算机及软件三、实验原理应用西门子PLC模拟量输入/输出控制及PLC-S7200能实现PID算法的功能。设计一个以下小水箱液位为控制对象的双容系统，以变频器为执行机构，西门子S7200为调节器的实验。并实现上位机软件监控。通过MCGS组态软件自带的PLC设备驱动程序与之进行数据交换，从而实现实验监控、显示动态曲线（包括实验实时曲线、历史曲线）、保存实验数据、自动手动无扰动切换等功能。实验控制系统结构图，如图5-1所示。 图5-1本实验需要如下硬件设备与软件：1、计算机、S7200PLC一台、PPI/PC电缆线一根2、MCGS软件四、实验步骤熟悉PLC及MCGS软件的操作，设计一个二阶水位控制系统： PLC为调节器，输入通道AI与压差传感器相连，获得输入信号（即测量值信号），经程序比较测量值与设定值的偏差，通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），PLC通过AO通道将输出控制信号输入到变频器外部控制端控制频率输出，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。因为PLC直接和上位机进行通讯，从而实现了上位机可以直接设定给定值，整定PID参数，自动手动无扰动切换、实时跟踪作图等功能。实验具体步骤如下：1）、按实验装置使用说明中的要求对上下小水箱的液位传感器进行零位和增益的调整。2）、接线：将传感器的输出LT2接至PLC控制器GK-08的模拟信号输入端AI，并将PLC模拟信号输出端AO连接到执行机构交流变频器（或直流调速器）挂箱的输入端VIA、GND。从而构成一个单回路反馈控制系统。3）、用西门子的PPI/PC电缆线通过计算机串口连接PLC通讯口。4）、按GK08的使用说明进行计算机应用软件的安装。5）、开启GK-08的控制器电源，并将PLC置于S