下水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制系統(tǒng)

下水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的組成原理。2．掌握液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運(yùn)方法。3．了解階躍擾動(dòng)分別作用于副對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主控制量的影響。4．掌握液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控量為下水箱的液位高度h,副控量為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量Q,它是一個(gè)輔助的控制變量。系統(tǒng)由主、副兩個(gè)回路所組成。主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)的主控制量h等于給定值，因而系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，要求副回路的輸出能正確、快速地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律，以達(dá)到對(duì)主控制量h的控制目的，因而副調(diào)節(jié)器可采用P控制。但選擇流量作副控參數(shù)時(shí)，為了保持系統(tǒng)穩(wěn)定，比例度必須選得較大，這樣比例控制作用偏弱，為此需引入積分作用，即采用PI控制規(guī)律。引入積分作用的目的不是消除靜差，而是增強(qiáng)控制作用。顯然，由于副對(duì)象管道的時(shí)間常數(shù)小于主對(duì)象下水箱的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主擾動(dòng)（二次擾動(dòng)）作用于副回路時(shí)，通過(guò)副回路快速的調(diào)節(jié)作用消除了擾動(dòng)的影響。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖37所示。電W調(diào)為KT圖37下水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制系統(tǒng)電W調(diào)為KT圖37下水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制系統(tǒng)下水常嫩b橫動(dòng)反主田甘?。╝）結(jié)構(gòu)圖（b）方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇下水箱和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路組成串級(jí)控制系統(tǒng)（也可采用變頻器支路）。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-8全開，將下水箱出水閥門F1-11開至適當(dāng)開度，其余閥門均關(guān)閉。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟按五種方案分別敘述，這五種方案的實(shí)驗(yàn)與用戶所購(gòu)的硬件設(shè)備有關(guān)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選做或全做。（一）、智能儀表控制.將兩個(gè)SA-12掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過(guò)RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2,并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”鈕子開關(guān)撥到“OFF”的位置，將“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。單和電源輸出-日日日日J(rèn)UL]^900090050006fit1中打jl單和電源輸出-日日日日J(rèn)UL]^900090050006fit1中打jlr.'fjlu圖38智能儀表控制液位-流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)接線圖.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給壓力變送器及渦輪流量計(jì)上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相I、單相加空氣開關(guān)，給智能儀表1及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十六、下水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制系統(tǒng)”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十六的監(jiān)控界面。4．在上位機(jī)監(jiān)控界面中點(diǎn)擊“啟動(dòng)儀表1”、“啟動(dòng)儀表2”。將主控儀表設(shè)置為“手動(dòng)”，并將輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值，此操作可通過(guò)調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)。5．合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少主控儀表的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值。6．按本章第一節(jié)中任一種整定方法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并按整定得到的參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)定。7．待下水箱進(jìn)水流量相對(duì)穩(wěn)定，且其液位穩(wěn)定于給定值時(shí)，將調(diào)節(jié)器切換到“自動(dòng)”狀態(tài)，待液位平衡后，通過(guò)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(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化；（2）將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路閥F1-3或F1-4（同電磁閥）開至適當(dāng)開度；（3）將閥F1-5、F1-13開至適當(dāng)開度；（4）打開閥門F2-1、F2-4,用變頻器支路以較小頻率給下水箱打水。以上幾種干擾均要求擾動(dòng)量為控制量的5%?15%,干擾過(guò)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(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值），記錄此時(shí)的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，下水箱液位的響應(yīng)過(guò)程曲線將如圖3-13所示。圖39下水箱液位階躍響應(yīng)曲線8.適量改變調(diào)節(jié)儀的PID參數(shù)，重復(fù)步驟7,用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。

（二）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制1.將SA-22掛件、SA-23掛件掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過(guò)RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)均撥到“ON”的位置。有濁冷冷A>'[i mI?L?L?L?%有濁冷冷A>'[i m?*e0運(yùn).程教堀朱臬模根年崎\：：■運(yùn).程教堀朱臬模根年崎\：：■境/>6用冷聲a/fsh/rta/tiI?I?l_0 二 二 _j過(guò)壽教搬，粢橫總堂輸出錢汴,—根右拿二：1地強(qiáng)見(jiàn)-老—r?Nqr?4/04 A/0; 3gA707 --.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給智能采集模塊、渦輪流量計(jì)及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相1空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十六、下水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十六的監(jiān)控界面。.以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟4?8。（三）、DCS分布式控制

.按照第一章圖1-6用網(wǎng)線和交換機(jī)連接操作員站（網(wǎng)卡IP設(shè)為128.0.0.2）和服務(wù)器（A網(wǎng)卡IP設(shè)為128.0.0.1）,以及服務(wù)器（B網(wǎng)卡設(shè)為168.0.0.1）和主控單元，將SA—31掛件、SA-33掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)Profibus-DP總線接口上，將控制屏左側(cè)Profibus-DP總線連接到主控單元DP口，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)均撥到“ON”的位置?！璈班國(guó)總統(tǒng)邊糠T”理坎，二i1一任—="Jjjj.u“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)均撥到“ON”的位置?！璈班國(guó)總統(tǒng)邊糠T”理坎，二i1一任—="Jjjj.u"”益他.益《?，港產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)Al*14Al11.5 1.1,Ihl.n?-?LqL@-?FM149現(xiàn)場(chǎng)息線遠(yuǎn)笈T再帙塊r?r?Ac?J/U4“口工Jb/DbA,'DT1sse1?_ __ _jj圖41DCS分布式控制液位-流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)接線圖盯M11MlA/OJA沁LqI?I?.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊、渦輪流量計(jì)及壓力變送器上電，打開主控單元電源。啟動(dòng)服務(wù)器，在工程師站的組態(tài)中選擇“串級(jí)控制系統(tǒng)”工程進(jìn)行編譯下裝，然后重啟服務(wù)器。3．啟動(dòng)操作員站，打開主菜單，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十六、下水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十六的監(jiān)控界面。在流程圖的液位及流量測(cè)量值上點(diǎn)擊左鍵，彈出主控和副控兩個(gè)PID窗口，可進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。.按下啟動(dòng)按鈕，合上單相1空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。

.以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟5?8。（四）、S7-200PLC控制1．將SA-42S7-200PLC控制掛件掛到屏上，并用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC連接到計(jì)算機(jī)串口2,并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。圖42S7-200PLC控制液位-流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)接線圖.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給渦輪流量計(jì)及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相1、111空氣開關(guān)，給S7-200PLC及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開Step7-Micro/WIN32軟件，并打開“S7—200PLC”程序進(jìn)行下載，然后運(yùn)行MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“S7-200PLC控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十八、下水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十八的監(jiān)控界面。

.以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟4?8。（五）、S7-300PLC控制1．將掛件SA-41S7-300PLC控制掛件掛到屏上，并用MPI通訊電纜線將S7-300PLC連接到計(jì)算機(jī)CP56n專用網(wǎng)卡，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)均撥到“ON”的位置。圖43S7-300PLC控制液位-流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)接線圖.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給S7-300PLC、渦輪流量計(jì)及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相1空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。打開Step7軟件，打開“S7-300”程序進(jìn)行下載，然后運(yùn)行WinCC組態(tài)軟件，打開“S7-300PLC控制系統(tǒng)”工程，然后激活WinCC運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十四、下水箱液位與電動(dòng)閥支路流量串級(jí)控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十四的監(jiān)控界面。以下步驟請(qǐng)參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟4?8。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．畫出液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。2．用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過(guò)程。3．根據(jù)擾動(dòng)分別作用于主、副對(duì)象時(shí)系統(tǒng)輸出的響