簡單控制系統(tǒng)投運與參數(shù)整定―水箱液位定值控制實驗

1.了解單容液位定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。

2.掌握單容液位定值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。

3.了解P、PI、PD 和PID 四種調(diào)節(jié)器分別對液位控制的作用。

3.2 實驗設(shè)施：

化工自動化儀表實驗平臺、實驗導(dǎo)線、計算機(jī)、MCGS 組態(tài)軟件、RS485/232 轉(zhuǎn)換器。

3.3 實驗原理：

實驗系統(tǒng)流程圖如下圖所示。被控量為液位水箱的液位高度，實驗要求水箱的液位穩(wěn)定在給定

值的2%～5%范圍內(nèi)。本裝置中共有三路液位傳感器同時檢測液位水箱的液位高度，可任選一路作

為控制器的反饋信號，本實驗選用電容式壓力變送器作為測量液位的反饋信號，與給定量比較后取

得差值，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差來控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在

階躍給定和階躍擾動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，一般在變化量較快的

液位、流量和壓力控制參數(shù)中，不采用微分控制，微分雖然可以改善動態(tài)調(diào)節(jié)效果，但其對變化較

快參數(shù)的抗干擾能力較差。

7. 在實驗界面中有“通訊成功”標(biāo)志，表示計算機(jī)已和三塊儀表同時建立了通訊關(guān)系;若顯

示“通訊失敗”并閃爍，說明有儀表沒有與上位機(jī)通訊成功，檢查轉(zhuǎn)換器、通訊線以及計算機(jī)COM

端口設(shè)置是否正確;

8.通訊成功后，按經(jīng)驗法或動態(tài)特性參數(shù)法等整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，選擇PI 控制規(guī)律，并按整定

后的PI 參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。

9.點擊實驗界面中“設(shè)定值”的數(shù)值顯示框，在彈出的對話框中填寫液位設(shè)定值，然后點擊“比

例度”“積分時間”“微分時間”，在彈出的對話框中填寫對應(yīng)的比例度、積分時間和微分時間，在實

驗界面中點擊“自動”按鈕，智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ被設(shè)置為“自動”狀態(tài)，儀表內(nèi)部控制算法啟動，打開

離心泵的開關(guān)，對被控參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)控制。

10. 當(dāng)液位穩(wěn)定于給定值的2%～5%范圍內(nèi)，且不在超出這個范圍后，通過以下幾種方式加干

擾：

① 突增(或突減)儀表設(shè)定值的大小，使其有一個正(或負(fù))階躍增量的變化(內(nèi)部擾動);

② 將閥F1-1 旁路閥F1-2 開至適當(dāng)開度(外部擾動);

③ 改變關(guān)聯(lián)管路的閥門以對系統(tǒng)加入外部擾動，但注意外部擾動加入量應(yīng)合理，不宜破壞系統(tǒng)

的平衡，超出控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力范圍。

以上幾種干擾均要求擾動量為控制量的5%～15%，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不

穩(wěn)定。通過內(nèi)部擾動加入干擾后，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)，記錄此時的智能儀表的設(shè)定值、輸

出值和儀表參數(shù)，液位的響應(yīng)過程曲線將如圖所示。

11. 分別適量改變調(diào)節(jié)儀的P 及I 參數(shù)，重復(fù)步驟10，用計算機(jī)記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的階躍響

應(yīng)曲線。

12. 分別用 P、PD、PID 三種控制規(guī)律重復(fù)上述步驟，用計算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階

躍響應(yīng)曲線。

6.2.5 實驗報告要求

1.畫出單容水箱液位定值控制實驗的系統(tǒng)方框圖。

2.用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。

3.比較不同PID 參數(shù)對系統(tǒng)控制品質(zhì)產(chǎn)生的影響。

4.分析P、PI、PD、PID 四種控制規(guī)律對本實驗系統(tǒng)的作用。

5.選擇其中一種控制規(guī)律計算過渡過程的相關(guān)參數(shù)。