過程控制虛擬實驗教學系統

 實驗一：單回路液位控制系統實驗

一、實驗目的

   1．通過實驗熟悉單回路反饋控制系統的組成和原理；

   2．定性分析研究PID控制器參數對系統性能的影響；

   3．分析對象參數對控制效果的影響；

   4．分別從供水側和出水側施加擾動，研究PID控制器的擾動抑制能力。

二、實驗設備

    安裝Kingview組態軟件和KingACT軟邏輯軟件的計算機一臺。

三、實驗原理

     進行單容水箱對象液位定值控制系統實驗的系統如圖1-1所示。水箱系統由給水泵供水，負載閥決定出水量，同時增加一干擾水源，用以施加供水干擾，用戶的用水量改變的擾動可通過調整負載閥開度進行模擬。

增加干擾水源相應的組態項目，干擾水源的模擬可在入水量上疊加一個較小的水量信號，并通過開關控制其是否有效。因此增加兩個變量，如下表。

表 1-1 單回路水箱控制系統增加的仿真變量表

四、 實驗方法與步驟

     1．啟動KingACT編程系統，打開“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件。在對象組態圖中增加擾動水源組態。在原組態的基礎上增加一個加法器和選擇開關模塊，并進行變量連接，如圖所示。

2．啟動組態王工程管理器，打開“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件，在數據詞典中增加兩個變量，分別為“干擾開關”和“干擾水量”，并建立與OPC服務器的通道連接。調入仿真主畫面，增加干擾水源控制閥和干擾水量數值指示，分別與“干擾開關”和“干擾水量”進行動畫連接，如圖所示。

3．啟動KingACT運行系統，裝入“單回路水箱液位控制（干擾）”工程文件。

4．啟動KingACT OPC服務器，裝入“單回路水箱液位控制（干擾）.plc”文件，并置于運行狀態。

5．在組態王工程管理器中，將“單回路水箱液位控制（干擾）”切換至運行狀態。

6．為調節器設置PID參數。

7．啟動給水泵，調節器置于手操狀態，為水泵提供一控制電壓，并將出水閥置于50%開度，等待液位達到平衡狀態。

8．改變水位設定值，將調節器置于自動狀態，觀察液位變化情況。

9．通過打開干擾閥門和改變出水閥開度，分別施加進水和出水擾動，觀察液位變化情況。

10．調整PID參數，直到獲得較為滿意的結果。

11．通過參數設置改變水箱對象的面積，重新進行上述實驗。

五、 實驗報告要求

1．通過抓圖拷屏的方法提交獲得的實驗曲線。

2．根據實驗過程填寫下表，并分析水箱面積變化對調節器參數的影響。

表 1-2 單回路水箱液位控制系統實驗記錄表

3．分析PID定值調節和擾動抑制特性。

4．實驗報告。

六、思考題

1．如果要增加變化的干擾水源應如何增加?