上水箱液位PID整定.docx

题目三、上水箱液位 PID 整定实验一、课程设计主要任务及要求1、了解单容液位控制系统的结构与组成2、掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法3、 进行P、PI和PID三种调节器参数整定4、 比较三种调节器的控制效果二、实验设备1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件三、实验原理Cfl>3图 3-6 上水箱单容液位定值控制系统（a）结构图 （b）方框图本实验系统结构图和方框图如图3-6所示被控量为上水箱（也可采用中水箱或下水箱） 的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值将压力传感器 LT1 检测到的上水箱液位信 号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水 箱液位的目的为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应 为 PI 或 PID 控制四、实验控制系统流程图本实验控制系统的流程图如图3-7 所示图 3-7 验控制系统的流程图上水箱液位检测信号LT1为标准的模拟信号，直接传送到SIEMENS的模拟量输入模块 SM331, SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线 上, PROFIBUS-DP 总线上挂接有控制器 CPU315-2 DP（CPU315-2 DP 为 PROFIBUS-DP 总 线上的DP主站），这样就完成了现场测量信号到CPU的传送。

本实验的执行机构为带PROFIBUS-PA通讯接口的阀门定位器，挂接在PROFIBUS-PA 总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总 线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，这样控制器CPU315-2 DP 发出的控制信号就经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定 位器五、实验内容与步骤实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀 门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭1、 接通控制柜和控制台电源电源，并启动磁力驱动泵和空压机2、 打开作上位控制的PC机，点击“开始”菜单，选择弹出菜单中的“SIMATIC”选 项，再点击弹出菜单中的“WINCC” ，再选择弹出菜单中的“WINCC CONTROL CENTER 5.0”进入WINCC资源管理器，打开组态好的上位监控程序，点击管理器工具栏上的“激活 （运行）”按钮，进入的实验主界面3、鼠标左键点击实验项目“上水箱液位 PID 整定实验”，系统进入正常的测试状态， 呈现的实验界面如图3-8 所示。

图 3-8 实验界面在实验界面的左边是实验流程图，右边是参数整定，下面一排六个切换功能键4、 在上位机监控界面中点击“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操 作可通过设定值或输出值旁边相应的滚动条或输出输入框来实现5、 启动磁力驱动泵，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量，使上水箱的液位平 衡于设定值6、 按经验法或动态特性参数法整定PI调节器的参数，并按整定后的PI参数进行调节 器参数设置7、 待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过 以下几种方式加干扰：（1） 突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面两种仅供参考）（2）将气动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4 （同电磁阀）开至适当开度；(3) 将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；(改变负载)以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%〜15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或 系统不稳定加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位 稳定至新的设定值(采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值),观察计算机记录此时的设 定值、输出值和参数,液位的响应过程曲线将如图3-9所示。

h(t)t图 3-9 液位的响应过程曲线8、 分别适量改变调节器的 P 及 I 参数,重复步骤7,通过实验界面下边的按钮切换观 察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线9、 分别用P、PI两种控制规律重复步骤4〜8,通过实验界面下边的按钮切换观察计算 机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线六、课程设计报告要求1、 画出单容水箱液位控制实验的结构框图2、 用实验方法确定调节器的相关参数,写出整定过程3、 根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能4、 比较不同PID参数对系统的性能产生的影响5、 分析P、PI、PID三种控制规律的效果。