过控实验指导书

1、过程控制系统过程控制系统实验指导书安阳工学院安阳工学院电子信息与电气工程学院电子信息与电气工程学院1目目 录录第一章第一章 实验装置说明实验装置说明.2 21.1 系统概述.21.1.1实验对象.21.1.2 被控对象.31.1.3检测装置：.31.1.4执行机构：.4 1.2THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台.41.2.1控制屏组件.41.2.2智能仪表控制组件.51.2.3远程数据采集控制组件.91.2.4PLC控制组件.101.3软件介绍.101.4实验要求及安全操作规程.111.4.1实验前的准备.111.4.2 实验过程的基本程序.111.4.3实验安全操作规程.11第二章

2、第二章 实验部分实验部分.1212实验一 双容水箱特性测试.19实验二 双容水箱液位定值控制系统（单回路）.23实验三 双容水箱液位定值控制系统（串级）.262第一章第一章 实验装置说明实验装置说明1.11.1 系统概述系统概述THSA-1型过控综合自动化控制系统是由THJ-3高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1型综合自动化控制系统实验平台及上位PC机三部分组成。该装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈反馈控制、滞后

3、控制、比值控制、解耦控制等多种控制形式，还可根据需要设计成智能仪表、DDC远程数据采集、DCS分布式控制、PLC可编程控制、FCS现场总线控制等多种控制系统。1.1.11.1.1 实验对象实验对象实验对象貌图如图1-1所示。实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统分两路：一路由三相磁力驱动泵（380V恒压供水）、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手支调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。图1-1 系统总貌图31.1.21.1.2 被控对象被控对象1水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，

4、H=20cm；中水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下三个水箱可组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环液位控制系统。储水箱主要用于满足上、中、下水箱的实验供水需要。2模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制、前馈反馈控制和解耦控制等实验。3盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长3

5、7米，在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。用它来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。4管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀。其中，储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出。1.1.31.1.3检测装置检测装置1压力传感器（变送器）：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度浇跟随补偿。三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检

6、测，其量程为0-5KPa，精度为0.5级，输出：4-20mADC，标准二线制传输方式，故工作时需串接24V直流电源。2温度传感器：本装置采用6支Pt100铂热电阻分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（3个测试点）以及上水箱出口温度。Pt100热电阻的测温范围：-200- +630。温度传感器可直接接入AI智能仪表、FM现场总线模块或PLC输入模块以构成不同的控制系统。3流量传感器（变送器）：本装置采用三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。它的优点是测量精度高，反应快。型号：LWGY-10，流量范围：0-1.2m3/h，精度：41.

7、0，输出：4-20mADC，标准二线制传输方式，24V直流电源供电。1.1.41.1.4执行机构执行机构1电动调节阀：QSVP-16K型智能直行程电动调节阀用来对控制回路的流量进行调节。电源为单相220V，控制信号为4-20mADC或1-5VDC，输出为4-20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。2变频器：本装置采用日本三菱公司的D700型变频器，控制信号输入为4-20mADC或1-5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。3水泵：磁力驱动泵型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率180W。本装置中采用两只磁力驱动泵，一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频

8、220V输出驱动。4电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号：2W-160-25；工作压力：07kg/cm2；工作电压：24VDC。5三相电加热管：由三根1.5KW电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加热，每根加热管的电阻值约为50左右。1.21.2THSA-1THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台型过控综合自动化控制系统实验平台该实验平台主要由控制屏组件、智能仪表控制组件、远程数据采集控制组件、DCS分布式控制组件、PLC控制组件等几部分组成。1.2.11.2.1控制屏组件控制屏组件1电源控制屏面板图1-2为电源控制屏示意图。充分考虑人身安全保护

9、，装有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。接上三相四线电源，控制屏两侧的插座均带电，合上总电源空气开关及钥匙开关，此时三只电压表均指示380V左右，定时器兼报警记录仪数显亮，停止按钮灯亮，照明灯亮、此时打开24V开关电源即可提供24V电。按下启动按钮，停止按钮灯熄，启动按钮灯亮，此时合上三相电源、单相、单相、单相空气开关即可提供相应电源输出，作为其他组件的供电电源。5图1-2 电源控制屏示意图2I/O信号接口面板该面板的作用主要是通过航空插头（一端与对象系统连接）将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连。3交流变频控制挂件采用日本三菱公司的FR-S20S-0.

10、4K-CH(R)型变频器，控制信号输入为420mADC或15VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。有关变频器的使用请参考变频器使用手册中相关的内容。常用参数设置如下：P 30=1； P 53=1； P 62=4； P 79=0。4三相移相SCR调压装置、位式控制接触器采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为420mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。6位式控制接触器和AI-708仪表一起使用，通过AI-708仪表输出继电器触点的通断来控制交流接触器的通断，从而完成锅炉水温的位式控制实验。1.2.21

11、.2.2智能仪表控制组件智能仪表控制组件1 1SA-12SA-12 AIAI智能调节仪表挂件智能调节仪表挂件采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，AI-808功能增强型AI人工智能工业调节器，可实现PID控制。该仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。AIAI仪表面板说明仪表面板说明 上显示窗 下显示窗 设置键 数据移位（兼手动/自动循环显示切换） 数据减少键（兼切换显示上一通道） 数据增加键（兼切换显示下一通道）4 个LED 指示灯，其中MUX 灯亮表示手动切换显示状态； AL1、AL2、OUT 等分别对应仪表的报警和输出动作。技术规格

12、技术规格输入规格（一台仪表即可兼容）：热电偶：K、S、R、T、E、J、B、N、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26热电阻：Cu50、Pt100线性电压：05V、15V、01V、0100mV、020mV等； 线性电流（需外接精密电阻分流或在MIO位置安装I4模块）：020mA、420mA等测量范围：热电偶：K(-100-+1300)、S(01700)、R（01700）、T（-200+390）、E(01000)、J(01200)、 B（6001800）、N(01300) 热电阻：Cu50(-50+150) 、Pt100(-200+800)线性电压：-9990+30000由用户定义测量精度：0

13、.2级（0.2%FS0.1）分辨率：0.1（当测量温度大于999.9时自动转换为按1显示），可选择7按1显示温度漂移：0.01%FS/（典型值约50ppm/）响应时间：0.3秒（设置数字滤波参数dL=0时）调节方式：位式调节方式（回差可调）AI人工智能调节，包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法输出规格： 线性电流输出：0-10mA或4-20mA 可定义 电 源：100240VAC，-15%，+10% / 50-60Hz；或24VDC/AC，-15%，+10%基本使用操作基本使用操作仪表显示状态：仪表上电后，将进入显示状态，此时仪表上显示窗口显示测量值（PV），下显示窗口显示给定

14、值（SV）。对于AI-808/808P型仪表，按键可切换到显示状态，此时下显示窗显示输出值。状态、同为仪表的基本状态，在基本状态下，SV窗口能用交替显示的字符来表示系统某些状态，如下：闪动显示“orAL ”：表示输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）。此时仪表将自动停止控制，并将输出设置为0。闪动显示“HIAL ”、“LoAL ”、“dHAL”或“dLAL”：分别表示发生了上限报警、下限报警、正偏差报警和负偏差报警。报警闪动的功能是可以关闭的（参看cF参数的设置），将报警作为控制时，可关闭报警字符闪动功能以避免过多的闪动。显示切换：按键可以切换不同的显示状态。

15、AI-808可在、两种状态下切换。 修改数据：如果参数锁没有锁上，仪表下显示窗显示的数值除AI-808/808P的自动输出值不可直接修改外，其余数据均可通过按、 或 键来修改下显示窗口显示的数值。例如：需要设置给定值时（AI-708/808型），可将仪表切换到显示状态，即可通过按、或键来修改给定值。AI仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。按键减小数据，按键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。按键并保持不放，可以快速地增加/减少数值，并且速度会随小数点会右移自动加快（3级速度）。而按键则可直接移动修改数据的位8置（光标），操作快捷。设置参数：在基本状态（显示状态或）下按键并

16、保持约2秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL、参数锁Loc等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工需要用到的参数（现场参数）。用、等键可修改参数值。按键并保持不放，可返回显示上一参数。先按键不放接着再按键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。如果参数被锁上，则只能显示被EP参数定义的现场参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其它的参数。不过，至少能看到Loc参数显示出来。AIAI仪表常用参数设置仪表常用参数设置：(a)Ctrl：控制方式CtrL=0，采用位式调节（O

17、N/OFF），只适合要求不高的场合进行控制时采用。CtrL=1，采用AI人工智能/PID调节。该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。CtrL=2，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置为3或4。CtrL=3，采用AI人工智能调节，自整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。以防止误操作重复启动自整定。(b) Sn：输入规格Sn=21，Pt100热电阻输入Sn=32，0.21VDC电压输入Sn=33，15VDC电压输入(c)DIL：输入下限显示值，一般DIL=0(d)DIH：输入上限显示值，输入为液位信号时，DIH=50.0；输入为流量信号时，DIH=100.

18、0；输入为热电阻信号时，DIH=100.0。(e)Opt：输出方式一般OPt =4为420mA线性电流输出。(f)CF：系统功能选择CF=0为内部给定，反作用调节；CF=1为内部给定，正作用调节；CF=8为外部给定，反作用调节；CF=9为外部给定，正作用调节。9(g)Addr：通信地址单回路实验时，Addr1；串级实验时主控制器为Addr1，副控制器为Addr2；三闭环实验时，Addr1；串级实验时主控制器为Addr1，副控制器为Addr2，内环为Addr3。实现中各仪表通信地址不允许相同。(h)P、I、D参数可根据实训需要调整，其他参数请参考默认设置。(i)有关AI仪表的使用请参考说明书上相

19、关的内容。2 2SA-13SA-13 比值、前馈补偿及解耦装置挂件比值、前馈补偿及解耦装置挂件比值、前馈补偿装置同调节器一起使用，既可实现流量的单闭环比值、双闭环比值控制系统实验，又可以实现液位与流量、温度与流量的前馈反馈控制系统实验。解耦装置同调节器一起使用，可以实现锅炉内胆与锅炉夹套的温度、上水箱液位与出口温度的解耦控制系统实验。1.2.31.2.3 远程数据采集控制组件远程数据采集控制组件远程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制（DDC），它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制，并通过数据采集板卡或模块进行A/D、D/A转换，控制算法全部在计算机上实现。在本装置中远程数据采集控制系

20、统包括SA-21远程数据采集热电阻输入模块挂件、SA-22远程数据采集模拟量输入模块挂件、SA-23远程数据采集模拟量输出模块挂件。 10图1-3 远程数据采集采用北京鼎盛力创RemoDAQ8000系列智能采集模块，其中R-8017是8路模拟量输入模块，R-8024是4路模拟量输出模块， R-8033是3路热电阻输入模块。RemoDAQ8000系列智能采集模块通过RS485等串行口通讯协议与PC相连，由PC中的算法及程序控制并实现数据采集模块对现场的模拟量、开关量信号的输入和输出、脉冲信号的计数和测量脉冲频率等功能。图1-4所示即为远程数据采集控制系统框图。图中输入输出通道即为RemoDAQ8

21、000智能采集模块。 图1-4 远程数据采集系统框图1.2.41.2.4 PLCPLC控制组件控制组件可编程控制器（简称PLC）是专为在工业环境下应用的一种数字运算操作的电子系统。目前国内外PLC品种繁多，生产PLC的厂商也很多，其中德国西门子公司在S5系列PLC的基础上推出了S7系列PLC，性能价格比越来越高。S7系列PLC有很强的模拟量处理能力和数字运算功能，具有许多过去大型PLC才有的功能，其扫描速度甚至超过了许多大型的PLC，S7系列 PLC功能强、速度快、扩展灵活，并具有紧凑的、无槽位限制的模块化结构，因而在国内工控现场得到了广泛的应用。在本装置中采用了S7-200控制系统. S7-

22、200是一种叠装式结构的小型PLC。本实验系统包括一个CPU224主机模块和一个EM235模拟量I/O模块，以及一根PC/PPI连接线。其中CPU224模块带有14点开关量输入和10点开关量输出，EM235模拟量扩展模块带有4路模拟量输入和1路模拟量输出。图1-5所示为S7-200PLC控制系统结构图。11图1-5 S7-200PLC控制系统框图1.31.3软件介绍软件介绍本装置中智能仪表控制方案、远程数据采集控制方案和S7-200PLC控制方案均采用了当今较为流行的“组态王6.22”组态软件作为上位机监控组态软件。“组态王”是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组

23、态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系统。“组态王6.22”为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，初具有完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以作企业监控网络等功能。1.41.4实验要求及安全操作规程实验要求及安全操作规程1.4.11.4.1实验前的准备实验前的准备实验前应复习教材中有关的章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按实验项目准备记录等。实验前应实验装置中的对象、水泵、变频器和所用控制组件的名称、作用及其所在位置，以便于

24、在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到：由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。1.4.21.4.2 实验过程的基本程序实验过程的基本程序1) 明确实验任务；2) 提出实验方案；3) 画实验接线图；4) 进行实验操作，做好观测和记录；5) 整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。1.4.31.4.3 实验安全操作规程实验安全操作规程1)实验前确保所有电源开关均处于“关”的位置。122)接线或拆线必须在切断电源的情况下进行，接线时要注意电源极性。完成接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确，并请都是确认无误

25、后，方能通电。3)在投运前，请先检查管道及冷门是否已按实验指导书的要求打开；储水箱中是否充水三分之二以上，以保证磁力驱动泵中充满水。磁力驱动泵无水空转易造成水泵损坏。4)在进行温度试验前，请先检查锅炉内胆内水位，至少保证水位超过液位指示玻璃管上面的红线位置，无水空烧易造成电加热管烧坏。5)实验之前应进行变送器零位和量程的调整，调整时应注意电位器的调节方向，并分清调零电位器和满电位器。6)仪表应通电预热 15 分钟后再进行核验。7)小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表。第二章第二章 实验部分实验部分实验一实验一 双容自衡水箱液位特性测试双容自衡水箱液位特性测试一、实验目的一、实验目的1掌握双容水

26、箱特性的阶跃响应曲线测试方法；2根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；3掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验条件二、实验条件1THJ3型高级过程控制系统实验装置；2计算机、组态王工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线1根；3万用表1只。三、实验原理三、实验原理13图2-1 双容水箱对象特性测试系统(a)结构图 (b)方框图由图2-1所示，被测对象由两个不同特性的水箱串联组成，故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。根据教材讲述的对象特性测试原理，

27、可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：G(s)=G1(s)G2(s)= (2-1)121212kkKT1T1(T1)(T1)ssss式中Kk1k2，为双容水箱的放大系数，T1、T2分别为两个水箱的时间常数。本实验中被测量为中水箱的液位，当上水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图2-2所示。由图2-2可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数（图2-2(a)）；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线（图2-2(b)），即下水箱的液位响应滞后了，它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小密切相关。图2-2 双容水箱

28、液位的阶跃响应曲线（a）中水箱液位 （b）下水箱液位双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。在图2-3所示的阶跃响应曲线上求取：(1) h2（t）|t=t1=0.4 h2()时曲线上的点B和对应的时间t1；(2) h2（t）|t=t2=0.8 h2()时曲线上的点C和对应的时间t2。14图2-3 双容水箱液位的阶跃响应曲线 然后，利用下面的近似公式计算式 (2-2) 阶跃输入量输入稳态值Ohx)(K2 (2-3) 2.16ttTT2121 (2-4) )55. 074. 1 ()T(T TT 2122121tt0.32t1/t20.46由上述两式中解出T1和T2，于是得到如式（2-1

29、）所示的传递函数。在改变相应的阀门开度后，对象可能出现滞后特性，这时可由S形曲线的拐点P处作一切线，它与时间轴的交点为A，OA对应的时间即为对象响应的滞后时间。于是得到双容滞后（二阶滞后）对象的传递函数为：G（S）= (2-5) 1)(1(21STSTKSe四、实验内容与要求四、实验内容与要求本实验选择上水箱和中水箱串联作为被测对象（也可选择中水箱和下水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-7全开，将上水箱出水阀门、中水箱出水阀门开至适当开度（上水箱出水阀开到70%左右，中水箱出水阀开到50%左右），其余阀门均关闭。（一）、智能仪表控制（一）、智能仪表控制1将SA-12

30、挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下图连接实验系统。15智能仪表1常用参数设置如下，其他参数按照默认设置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=33, dIP =1, dIL =0, dIH =50, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。2接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相空气开关，给智能仪表及电动

31、调节阀上电。3打开上位机组态王环境，打开“智能仪表控制系统智能仪表控制系统”工程，然后进入运行环境，在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。4在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个合适的值（一般为最大值的4070%，不宜过大，以免水箱中水溢出），此操作需通过调节仪表实现。5合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使下水箱的液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。6液位平衡后，突增（或突减）仪表输出量的大小，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，此增量不宜过大，以免水箱中水

32、溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录下此时的仪表输出值和液位值，液位的响应过程曲线将下图所示。167根据前面记录的液位和仪表输出值，按公式（2-2）计算K值，再根据图2-3中的实验曲线求得T1、T2值，写出对象的传递函数。注意注意：1做本实训过程中，阀v2不得任意改变开度大小；2阶跃信号不能取得过大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性，一般阶跃信号取正常输入信号的10；3在输入阶跃信号前，过程必须处于平稳状态。五、实验报告要求五、实验报告要求1画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图。2根据实验得到的数据及曲线，分析并计

33、算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。3综合分析以上五种控制方案的实验效果。六、思考题六、思考题1做本实验时，为什么不能任意改变两个出水阀门开度的大小？2用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？3如果采用上水箱和中水箱做实验，其响应曲线与用中水箱和下水箱做实验的曲线有什么异同？并分析差异原因。4引起双容对象滞后的因素主要有哪些？实验二实验二 双容水箱液位定值控制系统（单回路）双容水箱液位定值控制系统（单回路）一、实验目的一、实验目的1通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。2掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。3研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。174

34、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。5掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验条件二、实验条件THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台。三、实验原理三、实验原理图2-4 单容液位定值控制系统原理框图四、实验内容与要求四、实验内容与要求本实验选择中水箱液位作为被控参数，上水箱流入量为控制参数。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7和F1-11全开，将中水箱出水阀F1-10开至适当开度（50%左右，上水箱出水阀开到70%左右），其余阀门均关闭。按以下步骤进行实验。1.根据系统组成方框图接线，如图2-5所示。2.接通总

35、电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相1、单相对性空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。3.打开上位机“组态王”组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入组态王运行环境，在主菜单中点击“实验四、双容液位定值控制系统”，进入实验四的监控界面。4.在上位机监控界面中点击“启动仪表”，将智能仪表设置为“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。值得注意的是手自动切换的时间为：当中水箱液位基本稳定不变（一般约为35cm）且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。5.合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能

36、仪表的输18出量，使中水箱的液位平衡于设定值。6.按经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PI控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。图2-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图7.待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动控制状态。待液位平衡后，通过突增（突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）的阶跃增量的变化。(1)突增(或突减)仪表设定值的大小，使其有一个正(或负)阶跃增量的变化 (此法推荐，后面三种仅供参考)。(2)将电动调节阀的旁路阀F13或F14(同电磁阀)开至适当开度。(3)将下水箱进水阀F1-8开至适当开度 (改变负载)。(4)接上变频器电源，并将变频器输

37、出接至磁力泵，然后打开阀门F21、F2-4，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。19以上几种干扰均要求扰动量为控制量的515（可以稍大一些），干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值(采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定值)，记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图2-6所示。8.分别适量改变调节器的P和I参数，重复步骤6，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。9.分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤57，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。见表2.2。表2.2

38、 进行参数整定，确定调节器的相关参数次数参数参数值曲线图P1TIP2TIP3TI五、参数设置五、参数设置调节器采用AI808。设定值：Sv=10cm比例度：P=-10-30(参考值)积分时间：TI=1030(参考值)微分时间：TD=O(参考值)输入规格：Sn=33(15v电压输入)系统功能选择：CF=0(反作用调节、内给定等)控制方式：Ctrl=l (采用A1人工智能调节PID调节)小数点位置：Dip=l(小数点在十位)输入上限显示：dIH=50输入下限显示：dIL=0输出方式：OPl=4(4-20mA线性电流输出)参数修改级别：Loc=808(Loc设置为808时，可设置全部参数)具体请详细

39、阅读调节器使用手册。20注：若采用自整定则将Ctrl=2。中水箱出水阀开度70。六、实验报告要求六、实验报告要求1画出双容水箱液位定值控制实验的结构框图。2用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。4比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。5分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。七、思考题七、思考题1如果采用上水箱和中水箱做实验，其响应曲线与本实验的曲线有什么异同？并分析差异原因。2改变比例度和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3为什么本实验比单容液位定值控制系统更容易引起振荡？要达到同样的动态性能指标，

40、在本实验中调节器的比例度和积分时间常数要怎么设置？实验三实验三 双容水箱液位定值控制系统（串级）双容水箱液位定值控制系统（串级）一、实验目的一、实验目的211通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。2掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。3了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。4掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。二、实验条件二、实验条件THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台。三、实验原理三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。

41、副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。本实验系统结构图和方框图如图2-9所示。图2-9 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与要求四、实验内容与要求本实验选择中水箱和下水箱

42、串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10开度开到70%左右、下水箱出水阀门F1-11开度50%左右（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。221将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。智能仪表1（主控）常用参数设置如下，其他参数按照默认设置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=33, dIP =1, dIL =0, dIH =50, oP1=4, oPL=0,