题目11
上水箱液位与进水流量串级控制系统
一、课程设计主要任务及要求1、了解液位流量串级控制系统的结构组成与原理。2、掌握液位流量串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。3、进行串级控制系统PID参数整定。4、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1THJFCS型高级过程控制系统实验装置。2计算机及相关软件。三、实验原理本实验系统的主控量为上水箱的液位高度H，副控量为气动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。系统由主、副两个回路所组成。主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量H等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的，因而副调节器可采用P控制。但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象上水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。本实验系统结构图和方框图如图515所示。
图515上水箱液位与进水流量串级控制系统a结构图四、实验控制系统流程图b方框图
f本实验控制系统流程图如图516所示。
图516
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液位和管道流量，另外一路是控制阀门定位器的控制信号。本实验中的上水箱液位信号是标准的模拟信号，SIEMENS的模拟量输入模块SM331与相连，SM331和分布式IO模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUSDP总线上，PROFIBUSDP总线上挂接有控制器CPU3152DP（CPU3152DP为PROFIBUSDP总线上的DP主站），这样就完成了现场测量信号向控制器CPU3152DP的传送。本实验中的流量检测装置（电磁流量计）和执行机构（阀门定位器）均为带PROFIBUSPA通讯接口的部件，挂接在PROFIBUSPA总线上，PROFIBUSPA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUSDP总线交换数据，PROFIBUSDP总线上挂接有控制器CPU3152DP。由于PROFIBUSPA总线和PROFIBUSDP总线中信号传输是双向的，这样既完成了现场检测信号向CPU的传送，又使得控制器CPU3152DP发出的控制信号经PROFIBUSDP总线到达PROFIBUSPA总线，以控制执行机构阀门定位器。五、实验内容与步骤本实验选择r