題目4 串接雙容水箱液位PID參數(shù)整定

1、題目4串接雙容水箱液位PID參數(shù)整定一、課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)及要求1、通過設(shè)計(jì)、調(diào)試進(jìn)一步了解雙容水箱液位的特性。2、應(yīng)用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)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(duì)液位系統(tǒng)的控制作用。二、課程設(shè)計(jì)使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備THJ-FCS型高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。計(jì)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(duì)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(hào)作為反饋信號(hào)，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(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)在階躍給定

2、和階躍擾動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(hào)LT1為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，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(hào)到CPU的傳送。本實(shí)驗(yàn)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(hào)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇上水箱和中水箱串聯(lián)作為雙容對(duì)象（也可選擇中水箱和下水箱）。實(shí)驗(yàn)之前 先將儲(chǔ)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(tái)電源電源，并啟動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵和空壓機(jī)。2、打開作上位控制的PC機(jī)，點(diǎn)擊“開始”菜單，選擇彈出菜單中的“SIMATIC”選項(xiàng)，再點(diǎn)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(diǎn)擊管理器工具欄上的“激活 （運(yùn)行）”按鈕，進(jìn)入的實(shí)驗(yàn)主界面。3、鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)”，系統(tǒng)進(jìn)入正常的測試

5、狀態(tài)，呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)流程圖，右邊是參數(shù)整定，下面一排六個(gè)切換功能鍵4、在上位機(jī)監(jiān)控界面中點(diǎn)擊“手動(dòng)”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個(gè)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(dòng)條或輸出輸入框來實(shí)現(xiàn)。5、啟動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵，磁力驅(qū)動(dòng)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(yàn)法或動(dòng)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(dòng)”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(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化；干擾均要求

6、 擾動(dòng)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(shí)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(jì)算機(jī)記錄此時(shí)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(shí)驗(yàn)界面下邊的按鈕切換觀 察計(jì)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(shí)驗(yàn)界面下邊的按鈕切換觀 察計(jì)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(jì)報(bào)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(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)