过程控制实验(训)指导书

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1、实训项目1单容液位定值控制系统一、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・实验对彖及控制屏、SA-11挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台、力用表一个；2.SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3.SA-22挂件一个、SA-23挂件一个;5.SA-41A挂件一个、CP5611专用网卡

2、及网线;（a）结构图（b）方框图木实验系统结构图和方框图如图3-6所示。被控量为屮水箱（也可采用上水箱或下水箱）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，以达到控制屮水箱液位的目的。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。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Fl-l、Fl-2、Fl-7、F1-11全开,将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度,其余阀

3、门均关闭。具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。（一）、智能仪表控制1.将“SA-12智能调节仪控制”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2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2-P水箱液位”钮子开关拨到“0屮‘的位置。广一三相硝力泵（380丫）一・、■—2N1i.0Ql荟相电源输出4丄K■4丄X•・■WIT-III压力受退BITSLT2LT3

4、*(2Mft源输出图3-

5、7智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图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、单相III空气开关，给智能仪表及电动调节阀上屯。3.打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单屮点击“实验三、单容液位定值控制系统”，进入实验三的监控界面。4.在上位机监控界面屮点击“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/减少智能仪表的输岀量，使屮水箱

6、的液位平衡于设定值。6.按本章第一节中的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，使其冇一个正（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）将卜•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

7、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3-8所示。图3-8单容水箱液位的阶跃响应曲线1.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。2.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。（二）、远程数据采

8、集控制1.将“SA-22远程数据黨集模拟量输出模块”、“SA-23远程数据采集模拟量输入模块”挂件挂到屏上，并将挂件上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2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2屮水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。Kt*拟覺输岀帳块三土V兰二二e厂g亠图3-9远程数拯米集控制单容液位定值控制实验接线图2.接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块及压力变送器上电，按卜•启动按钮，合上单相I空气开关，给电动调节阀上电。2.打开上

9、位机MCGS组态环境，打开“远程数据采集系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在