C3000实验指导书
实验九、双容水箱液位串级控制实验
一、实验目的
1、 掌握串级控制系统的基本概念和组成。 2、 掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
3、 研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。
二、实验器材
CS2000型过程控制实验装置
配置：C3000过程控制器、实验连接线。
三、实验原理
扰动给定+-主控制器+-副控制器电动调节阀上水箱上水箱液位扰动下水箱下水箱液位液位变送器液位变送器 图10-1 二阶双容水箱液位串级控制方框图
图10-1为二阶双容水箱液位串级控制方框图。 串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节其串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。串级调节主要是用来克服落在副环内的扰动。这些扰动能在中间变量反应出来，很快就被副调节器抵消了。与单回路系统相比，干扰对被调量的影响可以减小许多倍。对于中间变量并无特殊要求，它的选择应该是，既能迅速反应扰动作用，又能使副环包括更多的、特别是幅度大而频繁的扰动。
主调节器的任务主要是克服落在副环以外的扰动，并准确保持被调量为给定值。 由于副回路的存在，串级系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来一部分的对象，起了改善对象特性的作用。与单回路系统相比，除了克服落在副环内的扰动以外，还提高了工作频率，加快了过渡过程。
串级控制系统和简单控制系统的投运要求一样，必须保证无扰动切换，采用先副回路后主回路的投运方式，即将主回路置于手动状态，以上水箱液位为控制对象，调整设置好副回路PID参数，然后再调整设置主回路的PID参数。
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四、实验内容和步骤
此实验以中水箱的液位为主控对象，上水箱的液位为副控对象。
1、 水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，将储水
箱灌满水。打开上水箱进水阀V13，将上水箱通中水箱出水阀V31、中水箱出水阀V10打开至适当开度。
2、 将中下水箱的液位信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，中水箱的液位信号送
至C3000过程控制器模拟量输入通道2，将模拟量输出通道1信号送电动调节阀，具体接线如下所述：
1)C3000仪表信号通道2接中水箱液位信号（信号面板通道2），C3000仪表信号通道3接上水箱液位信号（信号面板通道1），C3000仪表信号通道12接调节阀控制（信号面板通道11）。 2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制
① 回路PID02的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI02，其余默认即可。
② 回路PID03的设置，给定方式设为：外给定；设定值SV设为：PID02；测量值PV设为：AI03，其余默认。按ESC退出到菜单界面，选择启动组态，确定退出。
最后将回路2和回路3均投运于自动状态下，在监控画面进入回路3的调整画面将SVT设为R（即选择数据来源为远端）。
3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、
检测设备电源开关。
4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进
入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，再进行下一个步骤。
5、 将外回路置于手动状态，根据前面实验中所述方法，以上水箱液位为控制对象，首先调
整好副回路的参数。
6、 保持步骤5调整好的副回路参数，根据前面实验中所述方法，以下水箱液位为控制对象，
调整好主回路的参数，将控制器投入运行。
7、 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。
五、实验报告
1、 通过趋势曲线，分析串级控制的效果
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2、 评估控制器参数对控制效果的影响
3、 分析串级控制和单回路PID控制不同之处。
六、注意事项
1、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。 2、 设定值不可过大，以免溢出。
七、思考题
1、 为什么串级控制系统在加了副回路控制后控制量得到较大提升？串级控制相比于单回
路控制有什么优点? 2、 串级控制系统应如何投运？ 3、 串级控制系统参数应如何整定？
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实验十、流量单闭环比值控制实验
一、实验目的
1、 了解两种流量计的结构及其使用方法。 2、 了解比值控制在工业上的应用。
二、实验器材
CS2000型过程控制实验装置
配置：C3000过程控制器、实验连接线。
三、实验原理
在各种生产过程中，需要使两种物料的流量保持严格的比例关系是常见的，例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃料和空气量的一定比例，以保证燃烧的经济性。而且往往其中一个流量随外界负荷需要而变，另一个流量则应由调节器控制，使之成比例地改变，保证二者之比值不变。否则，如果比例严重失调，就可能造成生产事故，或发生危险。又如，以重油为原料生产合成氨时，在造气工段应该保持一定的氧气和重油比率，在合成工段则应保持氢和氮的比值一定。这些比值调节的目的是使生产能在最佳的工况下进行。图11-1为比值流量控制流程图。
Q2涡轮流量计SVPVF2TKFCF1TQ1电动调节阀电磁流量计 图11-1 比值流量控制流程图
四、实验内容和步骤
此实验以主管路流量为控制对象，保持主副管路流量成一定比之关系。
1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，
将储水箱灌满水。打开中液位控制水箱进水阀V11、V21、中水箱出水阀V10。 2、 将主管路电磁流量信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将副管路涡轮流量信
号（频率信号）经仪表变送后送至C3000过程控制器模拟量输入通道2，将模拟量输出通道1信号送电动调节阀，具体接线如下所述：
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1）C3000仪表信号通道3接电磁流量信号（信号面板通道9），C3000仪表信号通道2接上涡轮流量信号（信号面板通道10），C3000仪表信号通道14接调节阀控制（信号面板通道11），C3000仪表信号通道13接变频器控制（信号面板通道12）。 2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制
回路PID02的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI02，其余默认即可，量程0-100
3）回路PID03的设置，给定方式设为：外给定；设定值SV设为：VA01；测量值PV设为：AI03，其余默认。
4）虚拟通道的设置：点击menu——进入组态——虚拟通道——模拟量——启动通道1 VA01的设置：移动光标到 运算模式，长按进入并设置为：AI02*CONF01，量程设为0-100。 5）常数设置：点击menu——进入组态——常数设置——浮点型——并将CONF01设置为：2。按ESC退出到菜单界面，选择启动组态，确定，退出。
最后将回路2和回路3均投运于自动状态下，在监控画面进入回路3的调整画面将SVT设为R（即选择数据来源为远端）。
3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、
检测设备电源开关。
4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进
入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察流量变化，当流量趋于平衡时，再进行下一个步骤。
5、 设定给定值，调整比例系数K、P、I、D各参数。待液位平衡后点击状态切换按钮，将
控制器投入运行。
6、 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。
五、实验报告
1、 画出比值控制系统的方块图。
2、 分析出比值器控制时，不同KC值时的阶跃响应曲线？
六、注意事项
1、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
七、思考题
1、比值器在实验中起什么作用？
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所有实验AI以及AO的设置：
AI01信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI02信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI03信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI04信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI05信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI06信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI07信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AI08信号类别设为：V，范围上下限分别设为：1和5，量程上下限分别设为：0和100 AO01信号来源：PID01.OUT，量程上限：100，量程下限：0，信号上限：20，信号下限：0
AO02信号来源：PID02.OUT，量程上限：100，量程下限：0，信号上限：20，信号下限：0
AO03信号来源：PID03.OUT，量程上限：100，量程下限：0，信号上限：20，信号下限：0
AO04信号来源：PID04.OUT，量程上限：100，量程下限：0，信号上限：20，信号下限：0
其余默认即可.
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