过程控制虚拟实验教学系统

 实验一：单回路液位控制系统实验

一、实验目的

   1．通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和原理；

   2．定性分析研究PID控制器参数对系统性能的影响；

   3．分析对象参数对控制效果的影响；

   4．分别从供水侧和出水侧施加扰动，研究PID控制器的扰动抑制能力。

二、实验设备

    安装Kingview组态软件和KingACT软逻辑软件的计算机一台。

三、实验原理

     进行单容水箱对象液位定值控制系统实验的系统如图1-1所示。水箱系统由给水泵供水，负载阀决定出水量，同时增加一干扰水源，用以施加供水干扰，用户的用水量改变的扰动可通过调整负载阀开度进行模拟。

增加干扰水源相应的组态项目，干扰水源的模拟可在入水量上叠加一个较小的水量信号，并通过开关控制其是否有效。因此增加两个变量，如下表。

表 1-1 单回路水箱控制系统增加的仿真变量表

四、 实验方法与步骤

     1．启动KingACT编程系统，打开“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件。在对象组态图中增加扰动水源组态。在原组态的基础上增加一个加法器和选择开关模块，并进行变量连接，如图所示。

2．启动组态王工程管理器，打开“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件，在数据词典中增加两个变量，分别为“干扰开关”和“干扰水量”，并建立与OPC服务器的通道连接。调入仿真主画面，增加干扰水源控制阀和干扰水量数值指示，分别与“干扰开关”和“干扰水量”进行动画连接，如图所示。

3．启动KingACT运行系统，装入“单回路水箱液位控制（干扰）”工程文件。

4．启动KingACT OPC服务器，装入“单回路水箱液位控制（干扰）.plc”文件，并置于运行状态。

5．在组态王工程管理器中，将“单回路水箱液位控制（干扰）”切换至运行状态。

6．为调节器设置PID参数。

7．启动给水泵，调节器置于手操状态，为水泵提供一控制电压，并将出水阀置于50%开度，等待液位达到平衡状态。

8．改变水位设定值，将调节器置于自动状态，观察液位变化情况。

9．通过打开干扰阀门和改变出水阀开度，分别施加进水和出水扰动，观察液位变化情况。

10．调整PID参数，直到获得较为满意的结果。

11．通过参数设置改变水箱对象的面积，重新进行上述实验。

五、 实验报告要求

1．通过抓图拷屏的方法提交获得的实验曲线。

2．根据实验过程填写下表，并分析水箱面积变化对调节器参数的影响。

表 1-2 单回路水箱液位控制系统实验记录表

3．分析PID定值调节和扰动抑制特性。

4．实验报告。

六、思考题

1．如果要增加变化的干扰水源应如何增加?