實(shí)驗(yàn)5 串-單質(zhì)量對比

1、過程控制工程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 串級-單回路控制質(zhì)量對比 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模簩φê玫目刂葡到y(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，在設(shè)備的相同位置施加相同幅度的外部干擾（相當(dāng)于生產(chǎn)中的某些工藝因素發(fā)生了變化），在串級控制系統(tǒng)和單回路控制系統(tǒng)的控制器參數(shù)都已經(jīng)調(diào)整到比較好的情況下，考察其各自的控制質(zhì)量，即克服外部干擾的能力和效果，主要比較干擾發(fā)生在下水箱時(shí)的情況實(shí)驗(yàn)設(shè)備：A3000過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中的二級水箱系統(tǒng)，PC機(jī)及工業(yè)組態(tài)軟件 質(zhì)量比較方案 外部擾動(dòng)測試控制器參數(shù)整定過程是通過改變系統(tǒng)給定值（系統(tǒng)內(nèi)部干擾），按照隨動(dòng)系統(tǒng)整定；而實(shí)際中，自控系統(tǒng)主要是為克服外部干擾，作為定值系統(tǒng)工作的，其系統(tǒng)的波動(dòng)情況并不一樣。為了

2、更客觀、更真實(shí)地評價(jià)系統(tǒng)質(zhì)量，最好能對外部干擾進(jìn)行測試驗(yàn)證外部干擾測試，應(yīng)采用可測量又方便調(diào)整的非控制量作為擾動(dòng)輸入。在液位系統(tǒng)中，能影響液位的除了控制流量外，另一路由變頻器調(diào)整的流量可作為擾動(dòng)，其值也可計(jì)量。測試時(shí)，應(yīng)使用手動(dòng)信號發(fā)生器，或控制器的“手動(dòng)”輸出來施加干擾信號通過改變手動(dòng)閥QV108、QV106的開閉，選擇擾動(dòng)流量分別加在中或下水箱中，即更靠近控制閥側(cè)，或更靠近系統(tǒng)測量端。對串級控制系統(tǒng)來說，就是讓干擾落在副回路還是落在主回路內(nèi)每個(gè)回路內(nèi)的干擾至少一增一減，往返兩次擾動(dòng)。每次測試都要等待系統(tǒng)完全穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次。擾動(dòng)的幅度可取 510%若系統(tǒng)的過渡過程不能滿足質(zhì)量要求，可對主

3、PID參數(shù)再次稍作調(diào)整直至合適 外部擾動(dòng)測試變頻器控制擾動(dòng)的幅度QV106、QV108手動(dòng)閥的開度，決定了擾動(dòng)作用于系統(tǒng)的位置 實(shí)驗(yàn)方法首先考察串級控制系統(tǒng)克服干擾的能力連線構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，檢查閥門、插板閥；儀表加電。因?yàn)橐宰冾l器作為施加干擾的裝置，所以需增加一對從AO0到變頻器的連線；運(yùn)行軟件，控制器轉(zhuǎn)入手動(dòng)，手動(dòng)操作控制閥開度為40%左右，啟動(dòng)水泵，同時(shí)啟動(dòng)變頻器（接通變頻器電源，然后接通變頻器啟動(dòng)開關(guān)），還要打開1#電磁閥電源，開啟手動(dòng)閥QV106，讓變頻器的供水進(jìn)入下水箱，此時(shí)因下水箱的進(jìn)水量增大，所以要適度提高下水箱出口閘板，以盡量確保兩個(gè)液位都穩(wěn)定在各自水箱的中部。變頻器的輸入啟

4、動(dòng)時(shí)應(yīng)在50%以上，運(yùn)行一會(huì)再下降到2030%左右，待液位達(dá)到穩(wěn)定； 實(shí)驗(yàn)方法按上次實(shí)驗(yàn)投運(yùn)的步驟先副后主的順序投運(yùn)，按照上次串級控制整定獲得的理想控制器參數(shù)來設(shè)置主、副控制器的參數(shù)，調(diào)整兩個(gè)控制器的給定值=測量值，以消除偏差，將副、主控制器分別投入自動(dòng)；適當(dāng)調(diào)整設(shè)定值，使液位達(dá)到合適的高度；外部擾動(dòng)測試：改變變頻器的輸入信號，使其轉(zhuǎn)速變化5%左右，干擾量直接作用于下水箱，即落在主回路中。待液位穩(wěn)定后，再改變變頻器反向變化5%，觀察干擾在主回路時(shí)的控制過程；關(guān)閉QV106，打開QV108，重復(fù)上述25步，觀察干擾在副回路時(shí)的控制過程。 實(shí)驗(yàn)方法然后考察單回路控制系統(tǒng)克服干擾的能力回憶單回路控制

5、的結(jié)構(gòu)，即直接使用主控制器完成控制任務(wù)。此時(shí)無需重新進(jìn)行單回路系統(tǒng)的重構(gòu)和組態(tài)，只需把連接到副控制器設(shè)定值的那對連線，直接連接到控制閥上，完成由“串級”向“主控”的切換。該過程需要同組同學(xué)默契配合，減少系統(tǒng)“失控”的時(shí)間。在換線過程需做好以下工作：首先系統(tǒng)是穩(wěn)定的，記錄副控制器的當(dāng)前輸出值。將副控制器切換到手動(dòng)狀態(tài)，并立刻調(diào)整其手操值等于剛才的輸出值；將主控制器也切至手動(dòng)，調(diào)整主控制器的手動(dòng)輸出（MV1）等于副控制器當(dāng)前輸出值(MV2) ； 實(shí)驗(yàn)方法判斷主控制器的正反作用，以保證系統(tǒng)運(yùn)行后仍保持負(fù)反饋控制；拔下副控制器連接到控制閥的連線，立刻將主控制器的輸出線插上，接管副控制器對調(diào)節(jié)閥的控制；

6、然后將主控制器投入自動(dòng)，將單回路控制器整定好的PI參數(shù)放置好；注意： 操作時(shí)要做到準(zhǔn)確、細(xì)致待系統(tǒng)穩(wěn)定，按照剛才串級系統(tǒng)加擾動(dòng)的方法，讓干擾分別落在下水箱和中水箱進(jìn)行測試，觀察記錄其控制過程。 串級控制系統(tǒng)的連線準(zhǔn)備 串級控制系統(tǒng)的連線準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)過程中使用的兩控制器，左側(cè)控制器為主控制器，其輸入端連接到下液位變送器，輸出端接到右側(cè)副控制器的設(shè)定值輸入端口；右側(cè)控制器為副控制器，其輸入端連接到中液位變送器，輸出端接到控制閥的輸入端口右側(cè)的副控制器只接受外部的模擬信號作為設(shè)定輸入為施加外部干擾，需另增加一對從AO0到變頻器U101輸入的連線，用于控制變頻器數(shù)值 串級控制系統(tǒng)外擾測試同上次實(shí)驗(yàn)操作，首

7、先檢查管路、閥門（閘板的高度），設(shè)備加電；進(jìn)行控制系統(tǒng)信號連線，構(gòu)建一個(gè)下液位為主參數(shù)，中水位為副參數(shù)，1#控制器為主控制器，2#控制器為副控制器，以調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行環(huán)節(jié)的串級控制系統(tǒng)；啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)軟件，置主、副控制器皆為手動(dòng)狀態(tài)；先調(diào)整副控制器的手動(dòng)輸出為50-60%，啟動(dòng)水泵2；待系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)，希望各水箱水位大致穩(wěn)在水箱中部，其間不要頻繁調(diào)整閥的開度； 控制系統(tǒng)投自動(dòng)前，務(wù)必要確認(rèn)控制系統(tǒng)閉環(huán)后一定是負(fù)反饋的，即控制作用是消弱而不是增強(qiáng)干擾作用的影響。根據(jù)調(diào)節(jié)回路中各環(huán)節(jié)作用關(guān)系、控制閥的開閉方向來判定、確定主、副控制器的正、反作用（可通過對智能控制器的set鍵PID cont ract/act檢

8、查和設(shè)置）； 串級控制系統(tǒng)外擾測試啟動(dòng)變頻器：接通變頻器電源，然后開啟變頻器啟動(dòng)開關(guān)，還要打開1#電磁閥，并檢查手動(dòng)閥開閉是否正確，確保流量能流入指定的水箱；操作變頻器輸入，置于較低的數(shù)值上（例如在20%左右）。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，檢查控制器是否自動(dòng)，且其參數(shù)皆為已整定好的，然后改變變頻器數(shù)值510%；待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再向反向變化一次，綜合兩次控制過程決定控制器參數(shù)是否需要調(diào)整；改變QV106、QV108兩手動(dòng)閥的開閉，關(guān)閉進(jìn)入當(dāng)前水箱的流路，開啟進(jìn)入另一水箱的流路。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，重復(fù)剛才的測試步驟，改變變頻器的輸入，施加干擾兩次；記錄兩個(gè)位置在干擾作用下的控制過渡過程曲線，并與單回路控制情況進(jìn)行對比

9、。 單回路控制系統(tǒng)的信號連線 單回路控制系統(tǒng)外擾測試改變控制系統(tǒng)連線，構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)，做好系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)備；在改變調(diào)節(jié)量的同時(shí)，也要穩(wěn)定運(yùn)行管路1流量；啟動(dòng)變頻器：接通變頻器電源，開啟變頻器開關(guān)，打開1#電磁閥；檢查手動(dòng)閥開閉狀態(tài)是否正確，以確保水流能進(jìn)入指定水箱；將變頻器置于較低的數(shù)值上（如20%），有的裝置可能要放在3040%；待下水箱的液位達(dá)到穩(wěn)定，調(diào)整設(shè)定值等于測量值，設(shè)置控制器參數(shù)為安全值：P=100，I=30，在系統(tǒng)無偏差的情況下，將控制器切換到自動(dòng)；注意：若因軟件原因使設(shè)定值在切換過程中發(fā)生跳變，切至自動(dòng)后立即將其調(diào)回 單回路控制系統(tǒng)外擾測試放置上次實(shí)驗(yàn)調(diào)整好的PI參數(shù)；加干擾測試，在一個(gè)水箱里干擾上、下變化各一次。若系統(tǒng)的過渡過程發(fā)生變化，可適當(dāng)調(diào)整PI參數(shù)；改變QV108、QV106兩手動(dòng)閥的開閉狀態(tài)，切換流水進(jìn)入另一水箱。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，重復(fù)剛才的測試步驟，干擾升、降各一次；記錄兩個(gè)位置在干擾作用下的控制過渡過程曲線，并與單回路控制情況進(jìn)行對比。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)和分析，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題：試分析串級系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)質(zhì)量高的原因。將串級控制器從“