1、題目4串接雙容水箱液位PID參數(shù)整定一、課程設(shè)計主要任務(wù)及要求1、通過設(shè)計、調(diào)試進(jìn)一步了解雙容水箱液位的特性。2、應(yīng)用動態(tài)特性參數(shù)法和經(jīng)驗法進(jìn)行雙容水箱液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。3、分析P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器分別對液位系統(tǒng)的控制作用。二、課程設(shè)計使用的實驗設(shè)備THJ-FCS型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置。計算機(jī)及相關(guān)軟件。三、設(shè)備工作原理以上水箱與中水箱串聯(lián)作為被控對象，中水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求中水 箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT2檢測到的中水箱液位信號作為反饋信號，在與給 定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制中水箱液位的目的。為了實現(xiàn) 系統(tǒng)在階躍給定

2、和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。調(diào)節(jié) 器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。本實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 4-1所示。圖4-1雙容液位定值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖(b)方框圖四、控制系統(tǒng)流程圖控制系統(tǒng)的流程圖如圖4-2所示。圖4-2控制系統(tǒng)的流程圖上水箱液位檢測信號LT1為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號，直接傳送到SIEMENS的模擬量輸入模塊 SM331, SM331和分布式I/O模塊ET200M直接相連，ET200M掛接到PROFIBUS-DP總線 上，PROFIBUS-DP 總線上掛接有控制器 CPU315-2 DP（CPU315-2 DP 為 PROFIBUS-

3、DP 總 線上的DP主站），這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到CPU的傳送。本實驗的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為帶PROFIBUS-PA通訊接口的閥門定位器，掛接在PROFIBUS-PA 總線上，PROFIBUS-PA總線通過LINK和COUPLER組成的DP鏈路與PROFIBUS-DP總 線交換數(shù)據(jù)，PROFIBUS-DP總線上掛接有控制器CPU315-2 DP，這樣控制器CPU315-2 DP 發(fā)出的控制信號就經(jīng)由PROFIBUS-DP總線到達(dá)PROFIBUS-PA總線來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門定 位器。五、實驗內(nèi)容與步驟本實驗選擇上水箱和中水箱串聯(lián)作為雙容對象（也可選擇中水箱和下水箱）。實驗之前 先將儲水箱中貯足水量，然

4、后將閥門F1-1、F1-2、F1-6全開，將上水箱出水閥門F1-9、中 水箱出水閥門F1-10開至適當(dāng)開度（要求閥F1-9稍大于閥F1-10），其余閥門均關(guān)閉。1、接通控制柜和控制臺電源電源，并啟動磁力驅(qū)動泵和空壓機(jī)。2、打開作上位控制的PC機(jī)，點擊“開始”菜單，選擇彈出菜單中的“SIMATIC”選項，再點擊彈出菜單中的“WINCC”，再選擇彈出菜單中的“WINCC CONTROL CENTER5.0”進(jìn)入WINCC資源管理器，打開組態(tài)好的上位監(jiān)控程序，點擊管理器工具欄上的“激活 （運(yùn)行）”按鈕，進(jìn)入的實驗主界面。3、鼠標(biāo)左鍵點擊實驗項目“串接雙容水箱液位PID整定實驗”，系統(tǒng)進(jìn)入正常的測試

5、狀態(tài)，呈現(xiàn)的實驗界面如圖4-3所示。圖4-3過程參數(shù)監(jiān)控界面在界面的左邊是實驗流程圖，右邊是參數(shù)整定，下面一排六個切換功能鍵4、在上位機(jī)監(jiān)控界面中點擊“手動”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個合適的值，此操 作可通過設(shè)定值或輸出值旁邊相應(yīng)的滾動條或輸出輸入框來實現(xiàn)。5、啟動磁力驅(qū)動泵，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當(dāng)增加減少輸出量，使上水箱的液位平 衡于設(shè)定值。6、按經(jīng)驗法或動態(tài)特性參數(shù)法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié) 器參數(shù)設(shè)置。7、待液位穩(wěn)定于給定值后，將調(diào)節(jié)器切換到“自動”控制狀態(tài)，待液位平衡后，加干 擾：突增（或突減）設(shè)定值的大小，使其有一個正（或負(fù)）階躍增量的變化；干擾均要求

6、 擾動量為控制量的5%15%，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后， 水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（采用后 面兩種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值），觀察計算機(jī)記錄此時的設(shè)定值、輸出值和參數(shù)，液位 的響應(yīng)過程曲線將如圖4-4所示。圖4-4液位的響應(yīng)過程曲線8、分別適量改變調(diào)節(jié)器的P及I參數(shù)，重復(fù)步驟7,通過實驗界面下邊的按鈕切換觀 察計算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。9、分別用P、PI、PID三種控制規(guī)律重復(fù)步驟48，通過實驗界面下邊的按鈕切換觀 察計算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。六、設(shè)計報告要求1、畫出雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。2、用實驗方法確定調(diào)