三容水箱对象系统实验装置变频器支路单容液位控制实验

时间：2024-09-07 15:28:34

一、实验目的
1、了解简单过程控制系统的构成及仪表的应用（熟悉仪表的操作）
2、掌握简单过程控制的原理及仪表使用
二、实验设备及参考资料
1．过程控制综合实验装置—仪表控制模块
2．计算机及MCGS组态软件—仪表控制实验.MCG
3．实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验系统流程图

图3-4 变频器支路单容液位控制
四、实验原理
本实验采用仪表控制,将液位控制在设定高度。根据上水箱液位信号LT1输出给仪表,仪表根据P、I、D参数进行PID运算，输出信号给变频器，然后由变频器控制变频器供水系统的进水流量，从而达到控制液位恒定的目的。

五、实验步骤
1、按附接好实验导线和通讯线。
在传感器信号输出区域，将上水箱信号 LT1输出用实验线连接到智能调节仪I（addr：1）的输入 1-5V 信号输入端，正负一一对应。
将智能调节仪I的输出4-20mA 连接到执行器控制信号输入区变频器控制信号端口，正负一一对应。
2、使用485转232通讯线将控制台右侧面的仪表通讯口 “COM2” 与上位机连接。
3、将手动阀门2V1、V4、V4打开，关闭2V2、2V3。
4、先打开控制台左侧的总电源开关，按“Start”按钮启动设备，再打开仪表电源。
5、运行计算机上仪表控制实验软件，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
6、选择单回路控制实验的变频器支路单容液位控制实验。
7、选用仪表控制则点击“仪表参数”，设置参数，
Addr=1 InP=33   OPt=4-20mA    dPt=1
比例系数P=10，积分系数I=40， D=0  Ctl = 2
                SCL=0   SCH=1200
                OPL=0   OPH=100
                CF2=0
8、其余参数不变，参数设置完点击退出。
9、选择仪表控制，给定设定值8cm。
10、在控制面板上，打开变频器电源开关，打开变频器启停开关，启动变频器。
11、待液位平衡后，通过以下方式加干扰：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。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，记录此时的液位设定值，液位的响应过程曲线将如图6-8所示。

图3-4单容水箱液位的阶跃响应曲线
12．分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤10，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
13．分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4～8，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
六、实验报告要求
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PI参数对系统的性能产生的影响。
5．分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。
六、思考建议
根据经验设定PID控制与仪表自整定PID有什么区别。

SG-GC06 三容水箱对象系统实验装置

一、概述

“SG-GC06型三容水箱对象系统实验装置”是由三只互相联通的水箱组成，这是一台具有多个输入和多个输出的非线性耦合被控物理模型。它的出现为大专院校，科研院所从事自动控制理论和过程控制研究的教师和科研人员提供了一个具体的复杂的被控对象。三个水箱的液位之间存在一定的非线性耦合关系。在这个系统中，既可以进行单个水箱的液位单回路控制，也可以对相邻两个水箱的液位进行解耦控制，更可以对三个水箱的液位进行多变量的控制。另外，可以通过阀门的切换将三容水箱控制系统简化双容液位控制系统。

“三容水箱对象系统实验装置”是模拟现代工业生产过程中对液位进行测量、控制，观察其变化特性，研究过程控制规律的教学产品。它具有过程控制动态过程的一般特点（大惯量、大延时、非线性），是控制理论与控制工程、过程控制理论教学、实验和研究的理想实验平台。通过水箱液位的控制系统实验，用户除了掌握过程控制理论、计算机、仪器仪表知识和现代控制技术之外，还可以熟悉生产过程的工艺流程，从控制的角度理解它的静态和动态的工作特性。（注：控制系统由用户自行配套或选购本公司生产的“三容水箱综合控制系统实验平台”，常规配置采用远程数据采集模块作为控制系统。）

二、实验内容（常规配置）

1. 水箱液位传感器的特性及其标定

2. 单容水箱对象特性测试实验

3. 双容水箱对象特性测试实验

4. 三容水箱对象特性测试实验

5. 单容水箱液位的定值控制实验

6. 双容水箱液位的定值控制实验

7. 三容水箱液位的定值控制实验

8. 二容水箱液位的计算机耦合控制实验

9. 单容水箱液位的计算机模糊控制实验

10. 单神经元控制实验

11. 单容水箱液位的计算机预测控制实验

12. 压力的单闭环控制实验

13. 流量的单闭环控制实验

14. 水箱液位与流量的串级控制实验

15. 流量的单/双闭环比值控制实验

16. 液位的变比值控制实验

三、三容水箱综合控制系统实验平台配置清单

序号	编号	名称	数量
1.	SG-01	电源控制屏	1 件
1.	SG-02	实验桌	1 张
2.	SG-12	智能调节仪（按实验要求需配3件）	3 件
2.		配套实验教学软件	1 件
3.	SG-22	远程数据采集模拟量输出模块	1 件
	SG-23	远程数据采集模拟量输入模块	1 件
		配套实验教学软件	1 套
4.	SG-31	FM148 现场总线远程I/O模块（8路模拟量输入）	1 件
	SG-33	FM151 现场总线远程I/O模块（8路模拟量输出）	1 台
	SG-34	MACS控制系统网络示意图	1 件
	SG-35	MCU主控单元（带PROFIBUS-DP总线通讯接口卡）	1 套
		“和利时”MACS V组态软件	1 套
		配套实验教学软件	1 套
5.	SG-41A	S7-300 PLC可编程控制器（含CPU315-2DP模块、SM331 8路模拟量输入模块、SM332 4路模拟量输出模块）	1 件
		STEP7 5.2编程软件	1 套
		WinCC 6.0组态软件	1 套
		配套实验教学软件	1 套
6.	SG-44	S7-200 PLC可编程控制器（西门子S7－200<主机CPU224，集成24点开关量，14点输入/10点输出>，模拟量模块EM235）	1 件
6.		配套实验教学软件	1 套
7.		CP5611专业网卡及通讯电缆	1 件
8.		MCGS工控组态软件（200点）	1 套
9.	SG-51	单片机控制（利用RS232通信接口，配合单片机控制与计算机算法控制软件<著名MATLAB软件>，可实现各种数字式PID运算控制和各种先进的智能控制，并实现数据实时采集作图）	1 件
9.		配套实验教学软件	1 套
10.	SG-71	可编程控制器系统（包含FX2N-48MR主机<主机集成48点开关量>、FX2N-4AD 4路模拟量输入模块、FX2N-4DA 4路模拟量输出模块）	1 件
10.		配套实验教学软件	1 套
11.	SG-61	ADAM-6015 热电阻模块	1 件
	SG-62	ADAM-6024 多功能模块	1 件
	SG-64	HUB以太网交换机	1 件
		配套实验教学软件	1 套
12.	SG-63	ADAM-6500通信控制模块	1 件
12.		配套实验教学软件	1 套
13.	SG-03	高可靠护套结构手枪插实验连接线、航空连接电缆及实验配件	1 套
14.	SG-GC06	三容水箱对象系统实验装置	1套

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