水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
一、实验目的1．熟悉液位-流量串级控制系统的结构与组成。
2．掌握液位-流量串级控制系统的投运与参数整定方法。
3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主变量的影响。
4．主、副控制器参数的改变对系统性能的影响。
二、实验设备
1．过程控制综合实验装置—DDC控制模块
2．计算机及MCGS组态软件—DDC控制实验_ModBusRTU.MCG
3．实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理
本实验采用计算机控制,将上水箱液位控制在设定高度。串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。在计算机中设置了两个虚拟控制器作为主副控制器。将上水箱的液位信号输出作为主控制器输入，主控制器的输出作为副控制器的输入，在串级控制系统中，两个控制器任务不同，因此要选择控制器的不同调节规律进行控制，副控制器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。主控制器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考虑采用PID控制器。 液位-流量串级控制系统的方块原理图如图4.7所示。
图4.7 液位-流量串级控制系统原理图
四、实验步骤与内容
1．了解实验装置中的对象，流程图如图4.8所示。
图4.8 液位-流量串级控制系统流程图
2． 按如下要求接好实验导线和通讯线。
使用485转232通讯线将控制台侧边DDC通讯口 “COM1” 与上位机连接。
在传感器信号输出区域，将流量计1信号 FT1信号用实验线连接到DDC控制模块的AI0信号输入端，将上水箱液位信号LT1用实验线连接到DDC控制模块的AI1信号输入端，正负一一对应。
将DDC控制模块输出信号AO0连接到执行器控制信号输入区的电动调节阀控制信号端口，正负一一对应。
3．将手动阀门1V1全开，V3、V4打开，将手动阀门1V2关闭。
4．先打开控制台左侧的总电源开关，按“Start”按钮启动设备，再打开DDC电源开关。
5．运行计算机上的 DDC控制实验_ModBusRTU.MCG工程，选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”，出现如下界面。
图4.10 用户登录界面
6．点击“确认”，用户登录完毕。选择“串级控制实验”下拉菜单中的“上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验”，出现如下的“上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验”界面。
图4.11上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验界面
7．点击“参数设置”，出现如下界面。
图4.12 参数设置界面
8．将AI0设置为0 – 1200，AI1设置为0-30点击退出，参数设置完毕。
9．调节器参数设置。
Ts=1 （参考值） SV=8 （参考值）
Kc1=0.02 （参考值） Ti1=5（参考值） Td1=0 （参考值）
Kc2=8 （参考值） Ti2=65 （参考值） Td2=0 （参考值）
10．选择计算机控制方式, 在控制台上打开水泵、电动调节阀电源。
11．观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
12．待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
13．再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
14．实验结束后，关闭水泵1、电动调节阀，拆除试验线。
五、实验报告要求
1．写出常规实验报告，画出液位-流量串级控制系统的结构框图。
2．用实验方法整定控制器的相关参数，写出整定过程。
3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID参数时对本实验系统性能的影响。
六、思考题
1．为什么副回路的控制器用P控制，而不采用PI控制规律？