一、实验目的和要求
1.掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法;
2.根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线,确定其特征参数K、T1、T2及传递函数;
3.掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、主要仪器设备
1.高级过程控制系统实验装置 。
2.计算机及相关软件。
三、实验操作方法和步骤 本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象(也可选择上水箱和中水箱)。实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-7全开,将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(中水箱出水阀开到70%左右,下水箱出水阀开到50%左右,即F1-10开度稍大于F1-11的开度),其余阀门均关闭。 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1,并按照本章第一节控制屏接线图2-3连接实验系统。 智能仪表1常用参数设置如下,其他参数按照默认设置: HIAL=9999,LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=33, dIP =1, dIL =0, dIH =50, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。 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,合上单相空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电。 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,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。 4.在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出,并将输出值设置为一个合适的值(一般为最大值的40~70%,不宜过大,以免水箱中水溢出),此操作需通过调节仪表实现。 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,使下水箱的液位处于某一平衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值。 6.液位平衡后,突增(或突减)仪表输出量的大小,使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(即阶跃干扰,此增量不宜过大,以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段时间后,水箱液位进入新的平衡状态,记录下此时的仪表输出值和液位值,液位的响应过程曲线将如图2-13所示。
图2-12 双容水箱液位阶跃响应曲线 7.根据前面记录的液位和仪表输出值,按公式(2-10)计算K值,再根据图2-11中的实验曲线求得T1、T2值,写出对象的传递函数。 (二)、远程数据采集控制 1.将挂件SA-22远程数据采集模拟量输出模块、SA-23远程数据采集模拟量输入模块挂到屏上,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1,并按照本章第一节的控制屏接线图2-5连接实验系统。 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,按下启动按钮,合上单相空气开关,给电动调节阀上电。 3.打开上位机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,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。 4.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤4~7。 (三)、DCS分布式控制 1.按照前一节的实验组成DCS控制系统,并按照本章第一节的控制屏接线图2-6连接实验系统。 2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给现场总线I/O模块及压力变送器上电,打开主控单元电源。启动服务器程序,在工程师站的组态中选择“DCS”工程进行编译下装,然后重启服务器程序。 3.启动操作员站,打开主菜单,点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。在流程图的液位测量值上点击鼠标左键,弹出PID窗口,将PID设为手动控制,手动调节输出为一适当的值。 4.按下启动按钮,合上单相空气开关,给电动调节阀上电。 5.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤4~7。 实验报告要求 1.画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图。 2.根据实验得到的数据及曲线,分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。 3.综合分析以上五种控制方案的实验效果。
图2-10 双容水箱液位的阶跃响应曲线 图2-11 双容水箱液位的阶跃响应曲线
传递函数为: |