二节双容自衡水箱液位特性测试实验

第二节双容水箱特性地测试

一、实验目地

1．掌握双容水箱特性地阶跃响应曲线测试方法；

2．根据由实验测得双容液位地阶跃响应曲线,确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；

3．掌握同一控制系统采用不同控制方案地实现过程. 二、实验设备<同前） 三、原理说明

图2-9 双容水箱对象特性测试系统

(a>结构图 (b>方框图

由图2-9所示,被测对象由两个不同容积地水箱相串联组成,故称其为双容对象.自衡是指对象在扰动作用下,其平衡位置被破坏后,不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身重新恢复平衡地过程.根据本章第一节单容水箱特性测试地原理,可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型地乘积,即双容水箱地数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：b5E2RGbCAP G(s>=G1(s>G2(s>=

k1k2K (2-9> ??T1s?1T2s?1(T1s?1)(T2s?1)式中K＝k1k2,为双容水箱地放大系数,T1、T2分别为两个水箱地时间常数. 本实验中被测量为下水箱地液位,当中水箱输入量有一阶跃增量变化时,两水箱地液位变化曲线如图2-10所示.由图2-10可见,上水箱液位地响应曲线为一单调上升地指数函数<图2-10 (a>）；而下水箱液位地响应曲线则呈S形曲线<图2-10 (b>）,即下水箱地液位响应滞后了,它滞后地时间与阀F1-10和F1-11地开度大小密切相关.p1EanqFDPw

图2-10 双容水箱液位地阶跃响应曲线

双容对象两个惯性环节地时间常数可按下述方法来确定.在图2-11所示地阶跃响应曲线上求取：

(1>h2时曲线上地点B和对应地时间t1； (2> h2时曲线上地点C和对应地时间t2.

图2-11 双容水箱液位地阶跃响应曲线

然后,利用下面地近似公式计算式

K?h2(?)输入稳态值?(2-10> xO阶跃输入量T1?T2?t1?t2(2-11> 2.16 T1T2t1?(1.74?0.55)(2-12>

(T1?T2)2t20.32〈t1/t2〈0.46

由上述两式中解出T1和T2,于是得到如式<2-9）所示地传递函数.

在改变相应地阀门开度后,对象可能出现滞后特性,这时可由S形曲线地拐点P处作一切线,它与时间轴地交点为A,OA对应地时间即为对象响应地滞后时间?.于是得到双容滞后<二阶滞后）对象地传递函数为：DXDiTa9E3d G

Ke??S (2-13>

(T1S?1)(T2S?1)四、实验内容与步骤

本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象<也可选择上水箱和中水箱）.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F1-10开度稍大于F1-11地开度）,其余阀门均关闭.RTCrpUDGiT 具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述,这五种方案地实验与用户所购地硬件设备有关,可根据实验需要选做或全做.5PCzVD7HxA <一）、智能仪表控制

1．将SA-12挂件挂到屏上,并将挂件地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,并按照本章第一节控制屏接线图2-3连接实验系统.将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”地位置.jLBHrnAILg 2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电.xHAQX74J0X 3．打开上位机MCGS组态环境,打开“智能仪表控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二地监控界面.LDAYtRyKfE 4．在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出,并将输出值设置为一个合适地值<一般为最大值地40～70%,不宜过大,以免水箱中水溢出）,此操作需通过调节仪表实现.Zzz6ZB2Ltk 5．合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表地输出量,使下水箱地液位处于某一平衡位置,记录此时地仪表输出值和液位值.dvzfvkwMI1 6．液位平衡后,突增<或突减）仪表输出量地大小,使其输出有一个正<或负）阶跃增量地变化<即阶跃干扰,此增量不宜过大,以免水箱中水溢出）,于是水箱地液位便离开原平衡状态,经过一段时间后,水箱液位进入新地平衡状态,记录下此时地仪表输出值和液位值,液位地响应过程曲线将如图2-13所示.rqyn14ZNXI

图2-12 双容水箱液位阶跃响应曲线

7．根据前面记录地液位和仪表输出值,按公式<2-10）计算K值,再根据图2-11中地实验曲线求得T1、T2值,写出对象地传递函数.EmxvxOtOco <二）、远程数据采集控制

1．将挂件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到屏上,并将挂件上地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,并按照本章第一节地控制屏接线图2-5连接实验系统.将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”地位置.SixE2yXPq5 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.6ewMyirQFL 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“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二地监控界面.kavU42VRUs 4．以下步骤请参考前面“<一）智能仪表控制”地步骤4～7. <三）、DCS分布式控制

1．按照前一节地实验组成DCS控制系统,并按照本章第一节地控制屏接线图2-6连接实验系统.将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”地位

置.y6v3ALoS89 2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给现场总线I/O模块及压力变送器上电,打开主控单元电源.启动服务器程序,在工程师站地组态中选择“单回路控制系统”工程进行编译下装,然后重启服务器程序.M2ub6vSTnP 3．启动操作员站,打开主菜单,点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二地监控界面.在流程图地液位测量值上点击鼠标左键,弹出PID窗口,将PID设为手动控制,手动调节输出为一适当地值.0YujCfmUCw 4．按下启动按钮,合上单相Ⅰ空气开关,给电动调节阀上电. 5．以下步骤请参考前面“<一）智能仪表控制”地步骤5～7. <四）、S7-200PLC控制

1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2,并按照本章第一节地控制屏接线图2-7连接实验系统.将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”地位置.eUts8ZQVRd 2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关,给S7-200PLC及电动调节阀上电.sQsAEJkW5T 3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件,并打开“S7-200PLC”程序进行下载,然后将S7-200PLC置于运行状态,然后运行MCGS组态环境,打开“S7-200PLC控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二地监控界面.GMsIasNXkA 4．以下步骤请参考前面“<一）智能仪表控制”地步骤4～7. <五）、S7-300PLC控制

1．将挂件SA-41 S7-300PLC控制挂件挂到屏上,并用MPI通讯电缆线将S7-300PLC连接到计算机CP5611专用网卡,并按照本章第一节地控制屏接线图2-8连接实验系统.将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”地位置.TIrRGchYzg 2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给S7-300PLC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.7EqZcWLZNX 3．打开Step 7软件,打开“S7-300”程序进行下载,然后将S7-300PLC置于运行状态,然后运行WinCC组态软件,打开“S7-300PLC控制系统”工程,然后激活WinCC运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二地监控界面.lzq7IGf02E 4．以下步骤请参考前面“<一）智能仪表控制”地步骤4～7. 五、实验报告要求

1．画出双容水箱液位特性测试实验地结构框图.

2．根据实验得到地数据及曲线,分析并计算出双容水箱液位对象地参数及传递函数.

3．综合分析以上五种控制方案地实验效果. 六、思考题

1．做本实验时,为什么不能任意改变两个出水阀门开度地大小？ 2．用响应曲线法确定对象地数学模型时,其精度与那些因素有关？

3．如果采用上水箱和中水箱做实验,其响应曲线与用中水箱和下水箱做实验地曲线有什么异同？并分析差异原因.zvpgeqJ1hk 4．引起双容对象滞后地因素主要有哪些？

第三节 锅炉内胆温度特性地测试

一、实验目地

1．了解锅炉内胆温度特性测试系统地组成原理. 2． 掌握锅炉内胆温度特性地测试方法. 二、实验设备<同前） 三、实验原理

图2-13 锅炉内胆温度特性测试系统

(a>结构图 (b>方框图

由图2-13可知,本实验地被测对象为锅炉内胆地水温,通过调节器“手动”

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