实验报告单容液位定值控制系统实验报告(单容液位定值控制系统实验思考题)

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　　过程控制综合实验报告 实验名称:单容液位定值控制系统 专业：电气工程 班级 : 姓名：

　　学号:

　　实 验 方 案 一、实验名称：单容液位定值控制系统 二、实验目的 １。了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

　　2.掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

　　3.研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

　　4．了解Ｐ、ＰI、PD 和ＰID 四种调节器分别对液位控制的作用。

　　5。掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

　　三、实验原理 本实验系统结构图和方框图如图１所示。被控量为中水箱的液位高度,实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器 LT２检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。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，系统的调节器应为 PI 或 PＩD 控制(本次实验我组采用的是ＰI 控制)。

　　图 1 中水箱单容液位定值控制系统 （a)结构图 （b)方框图

　　一、实验目的 １。了解单容液位定值控制系统的结构与组成. ２.掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

　　3.研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响. 4。了解Ｐ、PI、PＤ和 PID 四种调节器分别对液位控制的作用。

　　５．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

　　二、实验设备 １．实验控制水箱; 2。实验对象及控制屏、计算机一台、SA—44 挂件一个、PC/PPI 通讯电缆一根； 3．三相电源输出（～３8０V／10A）、单相电源输出（～220V/5A）中单相 I、单相 IＩ端口、三相磁力泵（~３80V）、压力变送器 LT2、电动调节阀中控制信号(4～２０mA 输入,~220V 输入）、S7—2０0ＰＬＣ 中 AO 端口、ＡI2 端口。

　　三、实验原理 本实验系统结构图和方框图如图 1 所示。被控量为中水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器 LＴ2 检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目的.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，系统的调节器应为 PI 或ＰID 控制.

　　图１ 中水箱单容液位定值控制系统 (ａ）结构图 （b)方框图 四、实验内容与步骤 本实验选择中水箱作为被控对象。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、F1－11 全开,将中水箱出水阀门 F1－１０开至适当开度，其余阀门均关闭。

　　本次实验采用的是 S７－200 控制的方法。

　　图 2 S7－２0０PLC 控制单容液位定值控制实验接线图 1。将 SＡ-４２ S7－2００ＰLC 控制挂件挂到屏上，并用 PC/ＰPＩ通讯电

　　缆线将Ｓ7-200ＰLC 连接到计算机串口２,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2 中水箱液位"钮子开关拨到“ON"的位置。

　　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Ⅰ、Ⅲ空气开关,给 S7－2００PLC 及电动调节阀上电。

　　3.打开 Step 7-Ｍｉcro/WＩＮ 32 软件,并打开“ S7- - ２ 00PLC”程序进行下载，然后将 S７—2０0ＰLC 置于运行状态,然后运行 MCＧS 组态环境，打开“ S7－ 200 ＰC LC 控制系统”工程，然后进入 MCＧＳ运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制"，进入实验三的监控界面。

　　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。

　　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，使中水箱的液位平衡于设定值。

　　6。根据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。

　　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,通过以下几种方式加干扰：

　　(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Ｆ1—3 或Ｆ1—４（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，并将变频器输出接至磁力泵,然后打开阀门Ｆ2—1、F2－4，用变频器支路以较小频率给中水箱打水。

　　以上几种干扰均要求扰动量为控制量的 5%~1５%，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 3 所示。

　　线曲应响跃阶的位液箱水容单 3 图?8。分别适量改变调节仪的 P 及 I 参数,重复步骤 7，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 4～8,用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

　　四、 实验结果分析 实验刚开始时,输入设定值（SV）为９０cｍ,比例系数（Ｐ）、积分时间（I)均设为 10，液位波形开始有近似规律的阻尼震荡响应,直至最后波形稳定，得出相应曲线.(如图 4、５所示）

　　图４ 单容液位控制的系数调节

　　图 5 单容液位控制的响应曲线 六、实验总结 学习了单容液位定值控制系统方法，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，突减仪表设定值为６0,使其有一个负阶跃增量的变化，但由于疏忽，未能将图像保存下来. 由于设定值的原因，波位波形曲线趋向正确,但是阻尼震荡时间过长，得到最后结果曲线所需时间较长,说明取值并不是完美。后经过学长讲解,应将积分时间（Ｉ)设为 5，这样将大大提升实验效率。这更要求我们在做实验前可以通过分析法对实验结果进行理论分析,找到近似值,在实验时可以直接在理论值附近进行验证,将有效提高实验效率.

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