双容液位PID控制 - 图文 (6)

图3-2 电源控制屏示意图

(2) SA-02 I/O信号接口面板

该面板的作用主要是通过航空插头（一端与对象系统连接）将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，便于学生自行连线组成不同的控制系统。

(3) SA-11交流变频控制挂件

采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH(R)型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。

(4) 三相移相SCR调压装置、位式控制接触器

采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。

位式控制接触器和AI-708仪表一起使用，通过AI-708仪表输出继电器触点的通断来控制交流接触器的通断，从而完成锅炉水温的位式控制实验。

b.远程数据采集控制组件

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远程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制（DDC），它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制，并通过数据采集板卡或模块进行A/D、D/A转换，控制算法全部在计算机上实现。在本装置中远程数据采集控制系统包括SA-21远程数据采集热电阻输入模块挂件、SA-22远程数据采集模拟量输入模块挂件、SA-23远程数据采集模拟量输出模块挂件。采用台湾鸿格ICP7000系列智能采集模块，其中I-7017是8路模拟量输入模块，I-7024是4路模拟量输出模块，I-7033是3路热电阻输入模块。ICP7000系列智能采集模块通过RS485等串行口通讯协议与PC相连，由PC中的算法及程序控制并实现数据采集模块对现场的模拟量、开关量信号的输入和输出、脉冲信号的计数和测量脉冲频率等功能。图3-3所示即为远程数据采集控制系统框图。图中输入输出通道即为ICP7000智能采集模块。关于ICP7000智能模块的具体使用请参考装置附带的光盘中的相关内容。

干扰 控 制 量 被 控 对 象 被 控 变 量 输出通道D/A 数 字 计 算机 图3-3 远程数据采集系统框图

输入通道A/D

3.1.4 软件介绍

a. MCGS组态软件

本装置中智能仪表控制方案、远程数据采集控制方案和S7-200PLC控制方案均采用了北京昆仑公司的MCGS组态软件作为上位机监控组态软件。MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系统。

b.7000 Utility软件

远程数据采集控制方案采用台湾鸿格I-7000系列智能采集模块，7000 Utility是其配套的模块调试软件。软件安装完以后，运行程序自动检测模块，当检测到模块后，可双击模块进行模块参数的显示及修改。若模块通讯失败，请检查通讯线是否已

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按实验要求连接；若上位机MCGS组态与模块通讯失败，请用7000 Utility检查模块地址，并作正确修改。

3.2双容水箱液位PID控制实验

3.2.1实验内容与步骤

系统的结构图和方框图见图2-4。本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。

a.远程数据采集控制

(1) 将“SA-22远程数据采集模拟量输出模块”、“SA-23远程数据采集模拟量输入模块”挂件挂到屏上，并将挂件上的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图3-4连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

(2) 接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给电动调节阀上电。

(3) 打开上位机MCGS组态环境，打开“远程数据采集系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“双容液位定值控制”，进入实验的监控界面，如下图3-5

(4) 在上位机监控界面中点击“启动仪表”。将智能仪表设置为“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。

（5）合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值。

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图3-4 远程数据采集控制双容容液位定值控制实验接线图

图3-4 MCGS监控界面

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（6）根据前文中所述的经验法进行调节器参数的整定，选择PI控制规律，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，通过以下方式加干扰：将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改变负载）

（8）分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时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，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。

3.2.2实验结果与数据分析

利用把设定值SV设为120.0mm a.纯比例（P）调节

利用经验法，先只把P设为40，I和D均不设参数，这样构成一个纯比例调节器，如下图3-5。运行后得到动态曲线图，如图3-6。

图3-5 纯比例调节器仪表图(P=40)

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