水箱液位串级控制.doc
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题目10水箱液位串级控制
一、课程设计主要任务及要求
1、通过实验了解水箱液位串级控制系统的结构组成与原理。
2、掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3、了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
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
本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。
主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为中水箱，中水箱的液位为系统的主控制量。
副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为上水箱，又称副对象，上水箱的液位为系统的副控制量。
主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。
副调节器的的输出直接驱动气动调节阀，从而达到控制中水箱液位的目的。
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，系统的主调节器应为PI或PID控制。
由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。
本实验系统结构图和方框图如图5-2所示。
图5-2水箱液位串级控制系统（a）结构图（b）方框图
四、实验控制系统流程图
本实验控制系统流程图如图5-3所示。
图5-3实验控制系统流程图
本实验主要涉及三路信号，其中两路是现场测量信号上水箱和中水箱液位，另外一路是控制阀门定位器的控制信号。
上水箱和中水箱液位检测信号LT1和LT2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CPU315-2DP（CPU315-2DP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CPU315-2DP，这样控制器CPU315-2DP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气动调节阀。
五、实验内容与步骤
本实验选择上水箱和中水箱串联作为被控对象（也可选择中水箱和下水箱）。
实验之前先将储水箱贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9、中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（要求阀F1-9稍大于阀F1-10），其余阀门均关闭。
1、接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面
2、在实验主界面中选择本实验项即“水箱液位串级控制实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图5-4所示。
图5-4实验界面
3、在上位机监控界面中将输出值设置为一个合适的值。
4、合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少主调节器的输出量，使中水箱的液位平衡于设定值，且上水箱液位也稳定于某一值（此值一般为3～5cm，以免超调过大，水箱断流或溢流）。
5、整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器设定。
6、待液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”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；
（2）将阀F1-5、F1-12开至适当开度（改变负载）；
（3）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；
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（后面两种干扰方法仍稳定在原设定值）。
记录此时的设定值、输出值和参数，中水箱液位的响应过程曲线将如图5-5所示。
图5-5水箱液位的响应过程曲线
7、适量改变主、副控的PID参数，重复步骤6，通过实验界面下边的切换按钮，观察计算机记录不同参数时系统的响应曲线。
六、设计报告要求
1、画出水箱液位串级控制系统的结构框图。
2、用实验方法确定调节器的相关参数，并写出整定过程。
3、根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4、分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统的性能产生的影响。
有人说：
“人生就像过山车，经历了大起大落，才更能让你懂得人生的真滋味”.是啊！
人活着，五味杂陈，需要我们自己慢慢去品。
寻常日子，一碗粥，一碗面，充斥了平凡生活里的平淡，经历的种种，需要我们沉静心灵，从日复一日里濡养自身，去慢慢感受生活的五味杂陈，而不是因为你比别人富裕，就感觉你比别人高一等，就目中无人，这只能证明你的肤浅。
正所谓：
“穿金戴银能怎样，平平凡凡又如何，只要你能知足，就什么都不缺”.要知道有的人虽然贫穷，但感觉很幸福；有的人虽然富有，但浮而不实，忧虑重重。
当然，人间的一切不幸几乎都与钱有关，但有了钱并不代表真的幸福。
乐观者的幸福府首皆拾，悲观者的幸福高山仰止。
幸福到底是什么呢？
幸福就是一家老、小、平平安安、团团圆圆，即使吃着粗茶淡饭，也满口香甜；幸福就是拥有一位甘苦与共、风雨同舟的知心朋友，可以有福同享有难同当；幸福就是拥有一颗平常心，过着比上不足，比下有余的日子，知足常乐！
要知道幸福不是你有多少的钞票，也不是你有几座豪华的别墅、开什么牌子的名车，手上佩戴多少克拉的钻戒和多么华丽的衣裳。
真正幸福的人，不一定拥有很多财富，但他们内心一定是踏实快乐的。
所谓内心的幸福，是过着和谐的正常生活所感到的快乐，这种幸福和满足是任何金钱换不来的。
幸福，其实很简单，不一定是高官显禄，腰缠万贯，而是要懂得怎样生活。
只要您不放弃对美好生活的追求，一家人健健康康的活着，开开心心的过着，用一颗平常之心享受平淡生活的美好，快乐地度过人生中的每一天，这就是幸福！
因为平淡是一种“福”,它能让我们调整心态，在五味杂陈的大千世界里去发现生活的和谐之美，做到真正的满足！
正像黄磊所言：
“平凡日常的记忆，最关一餐一饭。
平淡生活的温暖处，也许就是与家人、孩子在一起分享美食，分享品味美食的愉快心情。
无论走多远，最终也只是为了回家，回到餐桌前。
”
其实生命的过程，原本就是平平淡淡，就像一杯白开水，我们每天都在喝，不要羡慕别人喝的饮料里有各种颜色，其实未必有你的白开水解渴。
不幸福是因为你的欲望太多，索求太多，在杯子里加入不同的成分，所以你的人生也就变得复杂起来。
人生在世，浮浮沉沉，炎凉荣辱，需要的是在忙碌的生活中，求一份充实和简单，守一份心静，淡然的安洽于一份心静与知足。
只要心简单了，世界就简单，那么到哪里都会有快乐！
有人说：
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人活着，五味杂陈，需要我们自己慢慢去品。
寻常日子，一碗粥，一碗面，充斥了平凡生活里的平淡，经历的种种，需要我们沉静心灵，从日复一日里濡养自身，去慢慢感受生活的五味杂陈，而不是因为你比别人富裕，就感觉你比别人高一等，就目中无人，这只能证明你的肤浅
正所谓：
“穿金戴银能怎样，平平凡凡又如何，只要你能知足，就什么都不缺”.要知道有的人虽然贫穷，但感觉很幸福；有的人虽然富有，但浮而不实，忧虑重重。
当然，人间的一切不幸几乎都与钱有关，但有了钱并不代表真的幸福。
乐观者的幸福府首皆拾，悲观者的幸福高山仰止。
幸福到底是什么呢？
幸福就是一家老、小、平平安安、团团圆圆，即使吃着粗茶淡饭，也满口香甜；幸福就是拥有一位甘苦与共、风雨同舟的知心朋友，可以有福同享有难同当；幸福就是拥有一颗平常心，过着比上不足，比下有余的日子，知足常乐！
要知道幸福不是你有多少的钞票，也不是你有几座豪华的别墅、开什么牌子的名车，手上佩戴多少克拉的钻戒和多么华丽的衣裳。
真正幸福的人，不一定拥有很多财富，但他们内心一定是踏实快乐的。
所谓内心的幸福，是过着和谐的正常生活所感到的快乐，这种幸福和满足是任何金钱换不来的。
幸福，其实很简单，不一定是高官显禄，腰缠万贯，而是要懂得怎样生活。
只要您不放弃对美好生活的追求，一家人健健康康的活着，开开心心的过着，用一颗平常之心享受平淡生活的美好，快乐地度过人生中的每一天，这就是幸福！
因为平淡是一种“福”,它能让我们调整心态，在五味杂陈的大千世界里去发现生活的和谐之美，做到真正的满足！
正像黄磊所言：
“平凡日常的记忆，最关一餐一饭。
平淡生活的温暖处，也许就是与家人、孩子在一起分享美食，分享品味美食的愉快心情。
无论走多远，最终也只是为了回家，回到餐桌前。
”
其实生命的过程，原本就是平平淡淡，就像一杯白开水，我们每天都在喝，不要羡慕别人喝的饮料里有各种颜色，其实未必有你的白开水解渴。
不幸福是因为你的欲望太多，索求太多，在杯子里加入不同的成分，所以你的人生也就变得复杂起来。
人生在世，浮浮沉沉，炎凉荣辱，需要的是在忙碌的生活中，求一份充实和简单，守一份心静，淡然的安洽于一份心静与知足。
只要心简单了，世界就简单，那么到哪里都会有快乐！
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