DCS系统实验指导书
实验时间：5月25号
序号
杭州 电子科技大学
自动化学院实验报告
课程名称： 实验名称： 实验名称： 实验名称：
自动化仪表与过程控制
一阶单容上水箱对象特性测试实验 上水箱液位PID整定实验 上水箱下水箱液位串级控制实验
指导教师: 尚群立
学生姓名：
俞超栋
学生学号：
09061821
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DCS系统实验指导书
实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验
.实验目的
（1） 熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 （2） 根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线， 二. 实验设备
用相关的方法分别确定它们的参数。
AE2000型过程控制实验装置，
三、 系统结构框图
单容水箱如图1-1所示:
PC机，DCS控制系统与监控软件。
图1-1、单容水箱系统结构图
四、实验原理
阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器， 手动改变对象的输入信号（阶跃信号）
，同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根
据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构，有不同的图解方法。单容 水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。
如图1-1所示，设水箱的进水量为 Q,出水量为 Q,水箱的液面高度为 h，出水阀V2 固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：
dzih
R *C* — — +Ah-R * AQ.
d t
在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：
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H(S) -
G\硕Rys 十］
^2
K 卩S
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式中，T为水箱的时间常数(注意：阀 V2的开度大小会影响到水箱的时间常数) ，T=R2*C,
K=F2为单容对象的放大倍数， Ri、R2分别为V V2阀的液阻，C为水箱的容量系数。令输入流量
Q的阶跃变化量为 民，其拉氏变换式为 Q( S)=FO/S，FO为常量，则输出液位高度的拉氏变 换式为：
打KRo
KRL KRL,
H⑸一 S(TS+1)=飞一 一审斤 当t=T时，则有：
h(T)=KRo(1-e )=O.632KRo=O.632h( )
即 h(t)=KR o(1-e -t/T)
当t — >g时，h (^) =KF0，因而有
-1
K=h (^) /R0=输出稳态值/阶跃输入
式(1-2 )表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图
1-2所示。当
由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲 线上升到稳态值的 63% 所对应时间，就是水箱 的时间常数T,该时间 常数T也可以通过坐标 原点对响应曲线作切 线，切线与稳态值交点 所对应的时间就是时 间常数T,其理论依据 是：
上式表示h (t)若以在原点时的速度 h
(a) /T恒速变化，即只要花 T秒时间就可达
到稳态值h (a) o 五. 实验内容步骤
1) 对象的连接和检查：
(1) 将AE2000实验对象的储水箱灌满水(至最高高度)
。
(2) 打开以水泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门
支路上通往其他对象的切换阀门。
?关闭动力
(3) 打开上水箱的出水阀至适当开度。 2) 实验步骤
(1) 打开控制柜中水泵、电动调节阀的电源开关。
(2) 启动DCS上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。
(3) 用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“ MV栏中设定电动调节阀一个适当开度。
(此实
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验必须在手动状态下进行)
(4) 、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录系统输出
值，以及水箱水位的高度 hl和上位机的测量显示值并填入下表。
原始平衡状态：
系统输出值 水箱水位高度hl 上位机显示值 0~100 cm cm 40% 4.5 4.0
从40%到50%阶跃数据: T （秒） 10 20 30 40 50 水箱水位
h1(cm)
4.5 4.9 5 5.2 5.5 上位机读数
4.8
5.1
5.4
5.4
5.8
（ cm）
T （秒）
70 80 90 100 110 水箱水位
h1(cm)
5.7 5.5 5 5.1 5.7 上位机读数
（6.5
6.3
6.3
5.8
5.7
cm）
T （秒）
130 140 150 160 170 水箱水位
h1(cm)
5.9
5.5 5.5 5.8 5.8 上位机读数
6.7
6.7
6.3
6.2
6.4
605.7 6.1
12066.2180 5.7 6.4
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杭电《过程控制系统》实验报告
