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一、實驗目的和要求
1．掌握雙容水箱特性的階躍響應曲線測試方法；
2．根據(jù)由實驗測得雙容液位的階躍響應曲線，確定其特征參數(shù)K、T1、T2及傳遞函數(shù)；
3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。
二、主要儀器設備
1.高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置 。
2.計算機及相關軟件。
三、實驗操作方法和步驟 本實驗選擇中水箱和下水箱串聯(lián)作為被測對象（也可選擇上水箱和中水箱）。實驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-7全開，將中水箱出水閥門F1-10、下水箱出水閥門F1-11開至適當開度（中水箱出水閥開到70%左右，下水箱出水閥開到50%左右，即F1-10開度稍大于F1-11的開度），其余閥門均關閉。 具體實驗內(nèi)容與步驟按五種方案分別敘述，這五種方案的實驗與用戶所購的硬件設備有關，可根據(jù)實驗需要選做或全做。 （一）、智能儀表控制 1．將SA-12掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計算機串口1，并按照本章第一節(jié)控制屏接線圖2-3連接實驗系統(tǒng)。 智能儀表1常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置： HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=33, dIP =1, dIL =0, dIH =50, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。 2．接通總電源空氣開關和鑰匙開關，打開24V開關電源，給壓力變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相空氣開關，給智能儀表及電動調(diào)節(jié)閥上電。 3．打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實驗二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實驗二的監(jiān)控界面。 4．在上位機監(jiān)控界面中將智能儀表設置為“手動”輸出，并將輸出值設置為一個合適的值（一般為最大值的40～70%，不宜過大，以免水箱中水溢出），此操作需通過調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)。 5．合上三相電源空氣開關，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當增加/減少智能儀表的輸出量，使下水箱的液位處于某一平衡位置，記錄此時的儀表輸出值和液位值。 6．液位平衡后，突增（或突減）儀表輸出量的大小，使其輸出有一個正（或負）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，水箱液位進入新的平衡狀態(tài)，記錄下此時的儀表輸出值和液位值，液位的響應過程曲線將如圖2-13所示。
圖2-12 雙容水箱液位階躍響應曲線 7．根據(jù)前面記錄的液位和儀表輸出值，按公式（2-10）計算K值，再根據(jù)圖2-11中的實驗曲線求得T1、T2值，寫出對象的傳遞函數(shù)。 （二）、遠程數(shù)據(jù)采集控制 1．將掛件SA-22遠程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊、SA-23遠程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計算機串口1，并按照本章第一節(jié)的控制屏接線圖2-5連接實驗系統(tǒng)。 2．接通總電源空氣開關和鑰匙開關，打開24V開關電源，給智能采集模塊及壓力變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相空氣開關，給電動調(diào)節(jié)閥上電。 3．打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實驗二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實驗二的監(jiān)控界面。 4．以下步驟請參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟4～7。 （三）、DCS分布式控制 1．按照前一節(jié)的實驗組成DCS控制系統(tǒng)，并按照本章第一節(jié)的控制屏接線圖2-6連接實驗系統(tǒng)。 2．接通總電源空氣開關和鑰匙開關，打開24V開關電源，給現(xiàn)場總線I/O模塊及壓力變送器上電，打開主控單元電源。啟動服務器程序，在工程師站的組態(tài)中選擇“DCS”工程進行編譯下裝，然后重啟服務器程序。 3．啟動操作員站，打開主菜單，點擊“實驗二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實驗二的監(jiān)控界面。在流程圖的液位測量值上點擊鼠標左鍵，彈出PID窗口，將PID設為手動控制，手動調(diào)節(jié)輸出為一適當?shù)闹怠?/div> 4．按下啟動按鈕，合上單相空氣開關，給電動調(diào)節(jié)閥上電。 5．以下步驟請參考前面“（一）智能儀表控制”的步驟4～7。 實驗報告要求 1．畫出雙容水箱液位特性測試實驗的結(jié)構框圖。 2．根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計算出雙容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。 3．綜合分析以上五種控制方案的實驗效果。 
圖2-10 雙容水箱液位的階躍響應曲線 圖2-11 雙容水箱液位的階躍響應曲線
 傳遞函數(shù)為： G（S）=  
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