过控实验报告
过程控制实验报告 学院：电气学院 姓名：张曙光 学号：
311108000407 班级：自动化 11--1 1
上水箱液位 D PID 整定实验 一、实验目的 1、了解单容液位定值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和投运方法。
3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4、了解 P、PI、PD 和 PID 四种调节器分别对液位控制的作用。
5、掌握在 FCS 控制系统中现场检测信号的传送和控制信号的网络传输路径。
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。
3.万用电表一只。
三、实验原理 图 1-1 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 3-1 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 1-2 所示。
图 1-2 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，下面一排六个切换键的功能同本实验指导第二章第一节所描述的功能相同。
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、按本章第一节中的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）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、PD、PID 三种控制规律重复步骤 4～8，通过实验界 四、实验 结果与分析 设定值为 120mm
图 1-3 实验参数设定 观察综合趋势，调节 P，I,D 参数如上图所示，使系统趋于稳定。
图 1-4 系统稳定趋势图 改变设定值，如下图所示 图 1-5 参数设定 重新调整 P，I，D 参数，使系统再次趋于稳定。
图 1-6 系统趋势图 由实验结果可知，比例度由小变大，即比例增益由大变小时，系统稳定程度由大变小，余差由大变小。随着积分作用增强，应减小控制器增益。增大积分作用，可以消除余差，但响应缓慢，减小系统稳定域。而微分作用是响应加快，扩大系统的稳定域，但会使系统出现尖峰，所以有高频扰动时不使用微分作用环节。
单容液位定值控制实验 一、强电连线 将三相电源输出端 U、V、W 对应连接到三相磁力泵（～380V）的输入端 U、V、W；将电动调节阀的～220V 输入端 L、N 接至单相电源Ⅲ的 3L、3N 端；并将LT1 上水箱液位钮子开关拨到“ON”位置。
将控制屏上的直流 24V 电源（+、-）端对应接到 FM 模块电源输入（+、-）端。
二、实验结构图 图 2-1 实验系统结构图 三、实验步骤 1.按上述要求连接实验系统。
2.用电缆线将对象和 DCS 控制台连接起来。
3.将对象相应的水路打开（打开阀 F1-1、F1-2、F1-6，将阀 F1-9 开至适当开度，其余阀门均关闭）。
4.合上 DCS 控制屏电源，启动服务器和主控单元。
5.在工程师站的组态中选择“DCSsystem”工程进行编译下装。
6.启动操作员站，选择运行界面中的实验 4，进入实验四流程图。
7.启动对象总电源，并合上相关电源开关打开三相电源、单相Ⅲ、24V 电
源，开始实验（如果是控制柜，打开三相电源总开关、三相电源、单相开关，并同时打开三相磁力泵电源开关、电动调节阀电源开关、控制站电源开关）。
8.在流程图的液位测量值上点击左键，弹出 PID 窗口，按单回路调节器参数的整定方法（具体见 THJ-2 高级过程控制系统实验指导书）整定好 PID 调节器的相关参数。
9.设置好系统的给定值后，用手动操作 PID 调节器的输出，通过电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定值，且基本稳定不变时，将调节器由手动切换到自动，使系统投入自动运行状态。
10.当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增/减 5%～15%），观察系统的输出响应曲线。
11.待系统进入稳态后，启动变频器-磁力泵支路，适量改变阀 F2-3 的开度（加扰动），观察在阶跃扰动作用下液位的变化过程。
12.通过反复多次调节 PI 的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。
13.在实验中可点击窗口中的“趋势”下拉菜单中的“综合趋势”，可查看相应的实验曲线。
四、实 验 结果与分析 设定值为 170mm，比例度为 5，微分常数为 10，积分为 30 时，系统稳定。稳定后加 15%的扰动，调节 PID 参数，综合趋势图线如图所示。
图 2-2 综合趋势图
改变设定值，突然减小到 140mm，比例度为 1，积分时间 100，微分 100，综合趋势如图。
图 2-3 突减扰动综合趋势图 由上图可以看见加入扰动后，增加微分作用，系统输出动态曲线出现若干尖峰，说明微分作用会加剧干扰，与理论一致。
设定值 140mm，调整 PID 参数后，使系统稳定后，如下图所示。
图 2-4 综合趋势图
增大积分环节参数，是系统趋于稳定，如下图所示。
图 2-5 综合趋势图 由上图可知，增大积分参数，系统动态响应曲线到达稳态时的时间变长，说明积分环节会使响应有迟滞。
