水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗

時間：2024-08-30 10:09:21

一、實驗目的
1．熟悉液位-流量串級控制系統的結構與組成。
2．掌握液位-流量串級控制系統的投運與參數整定方法。
3．研究階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統主變量的影響。
4．主、副控制器參數的改變對系統性能的影響。
二、實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—DDC控制模塊
2．計算機及MCGS組態軟件—DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、實驗原理
本實驗采用計算機控制,將上水箱液位控制在設定高度。串級回路是由內反饋組成的雙環控制系統，屬于復雜控制范疇。在計算機中設置了兩個虛擬控制器作為主副控制器。將上水箱的液位信號輸出作為主控制器輸入，主控制器的輸出作為副控制器的輸入，在串級控制系統中，兩個控制器任務不同，因此要選擇控制器的不同調節規律進行控制，副控制器主要任務是快速動作，迅速抵制進入副回路的擾動，至于副回路的調節不要求一定是無靜差。主控制器的任務是準確保持下水箱液位在設定值，因此，主控制器采用PI控制器也可考慮采用PID控制器。液位-流量串級控制系統的方塊原理圖如圖4.7所示。

圖4.7 液位-流量串級控制系統原理圖
四、實驗步驟與內容
1．了解實驗裝置中的對象
2．按如下要求接好實驗導線和通訊線。
使用485轉232通訊線將控制臺側邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機連接。
在傳感器信號輸出區域，將流量計1信號 FT1信號用實驗線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，將上水箱液位信號LT1用實驗線連接到DDC控制模塊的AI1信號輸入端，正負一一對應。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執行器控制信號輸入區的電動調節閥控制信號端口，正負一一對應。
3．將手動閥門1V1全開，V3、V4打開，將手動閥門1V2關閉。
4．先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開DDC電源開關。
5．運行計算機上的 DDC控制實驗_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現如下界面。

圖4.10 用戶登錄界面
6．點擊“確認”，用戶登錄完畢。選擇“串級控制實驗”下拉菜單中的“上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗”，出現如下的“上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗”界面。

圖4.11上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗界面
7．點擊“參數設置”，出現如下界面。

圖4.12 參數設置界面
8．將AI0設置為0 – 1200，AI1設置為0-30點擊退出，參數設置完畢。
9．調節器參數設置。
    Ts=1   （參考值）   SV=8  （參考值）
    Kc1=0.02  （參考值）   Ti1=5（參考值）    Td1=0   （參考值）
Kc2=8  （參考值）   Ti2=65 （參考值）     Td2=0   （參考值）
10．選擇計算機控制方式, 在控制臺上打開水泵、電動調節閥電源。
11．觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。
12．待系統穩定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。
13．再等系統穩定后，給系統加個干擾信號，觀察液位變化曲線。
14．實驗結束后，關閉水泵1、電動調節閥，拆除試驗線。
五、實驗報告要求
1．寫出常規實驗報告，畫出液位-流量串級控制系統的結構框圖。
2．用實驗方法整定控制器的相關參數，寫出整定過程。
3．根據擾動分別作用于主、副對象時系統輸出的響應曲線，分析系統在階躍擾動作用下的靜、動態性能。
4．分析主、副控制器采用不同PID參數時對本實驗系統性能的影響。
六、思考題
1．為什么副回路的控制器用P控制，而不采用PI控制規律？

SG-GC22 流體測控技術綜合實驗臺

一、概述：
流體測控技術綜合實驗臺具有11大特點：
1、流體測控技術綜合實驗臺系統具有流體多種參數檢測。系統以檢測為主，測控兼備特點：
SG-GC20 流體測控技術實驗臺可分別對液體，溫度、壓力、液位、瞬時流量、流體流速等眾多參數進行檢測和部分參數進行控制。
2、系統提供多達不同原理和方法檢測液位，其中具有標準檢測信號，輸出并可遠傳，可組成閉環PID調節控制。
在液位檢測方法中，選用不同最先進的多種不同原理的檢測方法，可拓寬學生工業知識和視野，有利實驗教學。
1）、超聲波液（物）位變送器。標準信號：4~20mADC輸出；
2）、差壓液位變送器。標準信號：4~20mADC輸出；
3）、投入式擴散硅液位變送器。標準信號：4~20mADC輸出；
4）、光電液位開關：開關量輸出；
5）.電容式液位傳感器，標準信號：4-20mA
3、系統配置不同原理的液體流量檢測方法，其可組成閉環PID調節控制。包含價值昂貴，技術先進，功能多樣的時差式超聲波流量計及電磁流量計。
1）、電磁流量計。標準信號：4~20mADC輸出；
2）、渦街流量計。標準信號：4~20mADC輸出；
3）、渦輪式流量計，標準信號：4~20mADC輸出；
4）、玻璃轉子流量計，無檢測信號.
5）、自動補償孔板流量計，標準信號輸出
4、系統配有氣源，可對氣體壓力進行位控和氣體流量檢測，壓力范圍設定為0~400KPa。
5、具有氣、液二相混流裝置；
6、實驗臺配有不銹鋼加熱鍋爐，可對液體溫度進行PID閉環調控。溫控范圍：常溫到90℃。加熱系統具有防止無水干燒功能。
7、系統配有自動進排水裝置。減輕勞力，人性化設計；
8、系統選用智能儀表并配RS485/RS232通訊接口，與上位機（P4）進行通訊；
9、采用全中文工控組態軟件MCGS；
10、實驗給定參數可在人機界面上方便設置、調整；
    測試數據可顯示、存儲、打印；
11、系統具有安全保護功能；
12、本實驗臺適合石油、化工、水利及環保類院校流量計量、檢測、傳感、測控等專業實驗教學。
13、LabVIEW虛擬儀器：8路光耦隔離輸出，8路光耦隔離輸入；16路IO輸入輸出上位機驅動程序：Labview、（VC、VB）、MCGS，并且具有網絡功能。

二、基本配置：
1、超聲波液（物）位變送器                 1只；
2、差壓液位變送器 1只；
3、投入式擴散硅液位變送器                 1只；
4、光電液位開關 1只；
5、電磁流量計+變送器 1套；
6、渦街流量計+變送器 1套；
7、玻璃轉子液體流量計 1只；
8、渦輪式流量傳感器 1只；
9、不銹鋼加熱鍋爐 1套；
10、壓力變送器 1只；
11、磁力泵 1只；
12、智能電動調節閥 1套；
13、智能調節儀 3套；
14、可控硅調壓模塊 1只；
15、氣體靜音壓縮機 1臺
16、電氣箱+漏電保護器+接觸器+繼電器等      1套；
18、LED數字壓力表+電流表+溫顯表（合計）   4只；
19、Pt100+變送器 2套；
20、實驗臺+電氣部件 1套；
21、RS485/RS232變換器 1只；
22、不銹鋼儲水箱及附件 1套；
23、不銹鋼型材框架及附件 1套；
24、有機玻璃實驗水箱 3只；
25、電磁閥 5只；
26、手動閥 12只；
27、自動進排水裝置 1套；
28、MCGS全中文組態軟件光盤 1張；
29、實驗軟件光盤 1張；
30、專用實驗線 29根；

三、技術指標：
1、供電電源：AC220V ± 10 %，50 Hz，10A，需良好接地；
2、輸入輸出信號符合IEC標準，選用4~20mADC；
3、工業人工智能調節儀，精度0.5級；
4、超聲波液（物）位變送器：
   工作電壓：220VAC，精度：0.25%，盲區≤30Cm；
   量程：0~1.5m任何段,選用：0~0.5m,輸出：4~20mADC(二線制);
5、投入式擴散硅液位變送器：
   工作電壓：24VDC，精度：0.5級；
量程：0~0.5m，輸出：4~20mADC（二線制）；
6、差壓式液位變送器：
工作電壓：24VDC，精度：±1cm；
量程：0~0.5m，輸出：4~20mADC（二線制）；
7、電磁流量計+變送器：
工作電壓：220VAC，精度：±0.5FS；
量程：0~600L/min，介質：水，輸出：4~20mADC（二線制）；
8、渦街流量計：
   工作電壓：220VAC，精度：1級；
量程：0~600L/min，介質：水，輸出：4~20mADC（二線制）；
10、Pt100：
精度：A級，溫度：0-100℃；
11、外形尺寸：
對象： 1600（長）×740（寬）×1700（高）/mm；
控制柜：880（長） ×580（寬）×1900（高）/mm；

四、實驗內容：
（一）檢測實驗：
1、超聲波液（物）位檢測實驗；
2、擴散硅液位檢測實驗；
3、差壓式位檢測實驗；
4、差超聲波流量計瞬時流量與累積流量檢測實驗；
5、電磁流量計瞬時流量與累積流量檢測實驗；
6、渦街流量計瞬時流量與累積流量檢測實驗；
7、液體磁力泵出水壓力檢測實驗；
8、鍋爐內膽溫度檢測實驗；
（二）控制實驗：
14、超聲波液位位控實驗；
15、擴散硅液位位控實驗；
16、差壓式液位位控實驗；
17、流量位控實驗；
18、電磁流量位控實驗；
19、渦街流量位控實驗；
21、液體壓力位控實驗；
22、超聲波液位PID控制實驗；
23、擴散硅液位PID控制實驗；
24、差壓液位PID控制實驗；
25、流量PID控制實驗；
26、電磁流量PID控制實驗；
27、渦街流量PID控制實驗；
28、鍋爐內膽溫度PID控制實驗；

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水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗

SG-GC22 流體測控技術綜合實驗臺