【文章內(nèi)容簡介】 85端通過串口線連接到AE2000A高級過程控制實驗裝置的串口端。（2） 給任意一個智能調(diào)節(jié)儀上電，設(shè)置好以下參數(shù)： CtrL 1M50 3P 500t 0Sn 33dIP 1dIL 0dIH 100oP1 4oPL 0oPH 100CF 0 Baud 9600bit/sAddr 12．實驗內(nèi)容與步驟（1） 啟動計算機(jī)。（2） 按照說明書接好上水箱的供水線路，將上水箱液位信號送至調(diào)節(jié)儀，調(diào)節(jié)儀的控制信號送往電動調(diào)節(jié)閥，即組成一個單閉環(huán)的控制回路。（3） 在顯示桌面雙擊“MCGS組態(tài)環(huán)境” 圖標(biāo)，啟動MCGS組態(tài)軟件，打開AE2000A型過程控制系統(tǒng)實驗裝置的組態(tài)軟件，觀察并熟悉組態(tài)方法，熟悉實驗內(nèi)容及掌握組態(tài)軟件與智能儀表之間的通訊的組態(tài)步驟與要求。（4） 操作軟件中各個工具，學(xué)習(xí)并熟悉組態(tài)軟件的一般應(yīng)用。3. 進(jìn)入實驗系統(tǒng)操作監(jiān)控實驗程序（1） 在文件菜單中選擇打開工程選項，打開已經(jīng)組好的AE2000A實驗系統(tǒng)工程軟件。（2） 按F5進(jìn)入MCGS運行環(huán)境，點擊進(jìn)入儀表過程控制實驗系統(tǒng)，熟悉實驗內(nèi)容，進(jìn)入每個實驗，觀看各項功能。四、 預(yù)習(xí) 熟悉本書第一部分中“MCGS工控軟件簡介”和“智能儀表使用簡介”部分的內(nèi)容。四、系統(tǒng)主題實驗實驗一、一階單容上水箱對象特性測試實驗一、實驗?zāi)康?）、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)由實際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實驗設(shè)備1）、 AE2000A型過程控制實驗裝置：配置：萬用表、上位機(jī)軟件、計算機(jī)、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實驗連接線。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單容水箱如圖11所示： 圖1 單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、實驗原理階躍響應(yīng)測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器或其他操作器，手動改變對象的輸入信號（階躍信號）。同時，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定模型中各參數(shù)。圖解法是確定模型參數(shù)的一種實用方法，不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方法。單容水箱對象模型用一階加時滯環(huán)節(jié)來近似描述時，?？捎脙牲c法直接求取對象參數(shù)。 如圖11所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1，出水量為Q2，水箱的液面高度為h，出水閥V2固定于某一開度值。根據(jù)物料動態(tài)平衡的關(guān)系，求得：在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得： Page: 24（1）式中，T為水箱的時間常數(shù)（注意：閥V2的開度大小會影響到水箱的時間常數(shù)），T=R2*C，K=R2為過程的放大倍數(shù)，R2為V2閥的液阻，C 為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量Q1（S）=RO/S，RO為常量，則輸出液位的高度為：當(dāng)t=T時，則有：h(T)=KR0(1e1)==(∞)即 h(t)=KR0(1et/T)當(dāng)t—∞時，h（∞）=KR0，因而有K=h（∞）/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入式（12）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖12所示。當(dāng)由實驗求得圖12所示的 圖1 階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應(yīng)時間，就是水箱的時間常數(shù)T，該時間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點 所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù)T，其理論依據(jù)是：上式表示h（t）若以在原點時的速度h（∞）/T 恒速變化，即只要花T秒時間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h（∞）。五、實驗內(nèi)容和步驟 設(shè)備的連接和檢查：（1）、關(guān)閉閥14，將AE2000A 實驗對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、首先打開手動閥閥閥閥閥15，然后將自動/手動切換開關(guān)打到手動方式上，在手動操作面板上打開主閥門電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥、上水箱閥門電磁閥，一切準(zhǔn)備好后再打開增壓泵的電源開關(guān)。關(guān)閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。（3）、打開上水箱的出水閥：閥7至適當(dāng)開度。（4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉對象管路圖：增壓泵、電動調(diào)節(jié)閥和各個手動閥、電磁閥所處狀態(tài)：1）、手動閥：閥閥閥閥15均應(yīng)處于打開狀態(tài)，其它手動閥均關(guān)閉。2）、手動操作面板鈕子開關(guān)狀態(tài)：名稱主閥門電磁閥上水箱閥門電磁閥電動調(diào)節(jié)閥增壓泵手動操作面板開開開開其它電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)連線圖：圖1 實驗接線圖1）、如圖13所示：將I/O信號接口面板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF位置。2）、將上水箱液位+（正極）接到任意一個智能調(diào)節(jié)儀的1端（即RSV的+極），上水箱液位（負(fù)極 ）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的負(fù)極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即+極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5端（即極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的（即負(fù)極）。4）、電源控制板上的三相電源、單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置。5）、電動調(diào)節(jié)閥的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。6）、智能調(diào)節(jié)儀的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。7）、增壓泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。啟動實驗裝置1）、將實驗裝置電源插頭接到380V的三相交流電源上。2）、打開電源三相帶漏電保護(hù)空氣開關(guān),電壓表指示380V。3）、打開總電源鑰匙開關(guān)，按下電源控制屏上的啟動按鈕，即可開啟電源。實驗步驟1）、開啟總電源、單相Ⅰ、Ⅱ空氣開關(guān)，根據(jù)儀表使用說明書和液位傳感器使用說明調(diào)整好儀表各項參數(shù)和液位傳感器的零位、增益，儀表輸出方式設(shè)為手動輸出，初始值為0。2）、啟動計算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實驗系統(tǒng)相應(yīng)的實驗如圖14所示：1實驗軟件界面3）、雙擊設(shè)定輸出按鈕，進(jìn)行設(shè)定輸出值的大小，或者在儀表手動狀態(tài)下，將儀表的輸出值上升到所想設(shè)定的值，這個值根據(jù)閥門開度的大小來給定，一般初次設(shè)定值25。開啟增壓泵電源開關(guān)，啟動動力支路。將被控參數(shù)液位高度控制在50%處（一般為15cm）。4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄調(diào)節(jié)儀輸出值，以及水箱水位的高度h1和智能儀表的測量顯示值并填入下表。儀表輸出值水箱水位高度h1儀表顯示值0~1005）、迅速增加儀表手動輸出值，增加5%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得，以此數(shù)據(jù)繪制變化曲線。T（秒）水箱水位h1(cm)儀表讀數(shù)(cm)6）、直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄平衡時的下列數(shù)據(jù)，并填入下表：儀表輸出值水箱水位高度h1儀表顯示值0~100cmcm7）、將儀表輸出值調(diào)回到步驟5）前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引起的階躍響應(yīng)過程參數(shù)與曲線。填入下表：t（秒）水箱水位h1(cm)儀表讀數(shù)(cm)8）、重復(fù)上述實驗步驟。六、 實驗報告要求（1）作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。（2）根據(jù)實驗原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。 七、注意事項（1）做本實驗過程中，上水箱出水閥不得任意改變開度大小。（2）階躍信號不能取得太大，以免影響正常運行；但也不能過小，以防止對象特性的不真實性。一般階躍信號取正常輸入信號的5%~15%。(3)在輸入階躍信號前，過程必須處于平衡狀態(tài)。八、思考題（1）在做本實驗時，為什么不能任意變化上水箱出水閥的開度大??？（2）用兩點法和用切線對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點?實驗二、二階雙容下水箱對象特性測試實驗一、 實驗?zāi)康?)、熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)由實際測得的雙容液位階躍響應(yīng)曲線，分析雙容系統(tǒng)的飛升特性。二、實驗設(shè)備 AE2000A型過程控制實驗裝置配置：上位機(jī)軟件、計算機(jī)、RS232485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實驗連接線。二、 原理說明 圖21 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖21所示：這是由兩個一階非周期慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，被調(diào)量是第二水槽的水位h2。當(dāng)輸入量有一個階躍增加Q1時，被調(diào)量變化的反應(yīng)曲線如圖22所示的h2曲線。它不再是簡單的指數(shù)曲線，而是呈S形的一條曲線。由于多了一個容器,就使調(diào)節(jié)對象的飛升特性在時間上更加落后一步。在圖中S形曲線的拐點P上作切線，它在時間軸上截出一段時間OA。這段時間可以近似地衡量由于多了一個容量而使飛升過程向后推遲的程度，因此 圖2變化曲線稱容量滯后，通常以τC代表之。設(shè)流量Q1為雙容水箱的輸入量，下水箱的液位高度h2為輸出量，根據(jù)物料動態(tài)平衡關(guān)系，并考慮到液體傳輸過程中的時延，其傳遞函數(shù)為：式中 K=R3，T1=R2C1，T2=R3C2，RR3分別為閥V2和V3的液阻，C1 和C2分別為上水箱和下水箱的容量系數(shù)。由式中的K、T1和T2須從由實驗求得的階躍響應(yīng)曲線上求出。具體的做法是在圖23所示的階躍響應(yīng)曲線上取：1）、h2（t）穩(wěn)態(tài)值的漸近線h2(∞)；2）、h2（t）|t=t1= h2(∞)時曲線上的點A和對應(yīng)的時間t1；3）、h2（t）|t=t2= h2(∞)時曲線上的點B和對應(yīng)的時間t2。 然后，利用下面的近似公式計算式 21中的參數(shù)K、T1和T2。其中： 圖2階躍響應(yīng)曲線 對于式（21）所示的二階過程，〈t1/t2〈。當(dāng)t1/t2= ，為一階環(huán)節(jié)；當(dāng)t1/t2=，過程的傳遞函數(shù)G(S)=K/(TS+1)2（此時T1=T2=T=(t1+t2)/2* ）四、實驗步驟設(shè)備的連接和檢查：（1）、關(guān)閉閥14，將AE2000A 實驗對象的儲水箱灌滿水（至最高高度）。（2）、首先打開手動閥閥閥閥閥閥15，然后將自動/手動切換開關(guān)打到手動方式上，在手動操作面板上打開主閥門電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥、上水箱閥門電磁閥，一切準(zhǔn)備好后再打開增壓泵的電源開關(guān)。關(guān)閉動力支路上通往其他對象的切換閥門。（3）、將上下水箱的出水閥：閥閥8開至適當(dāng)開度。（4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2. 對象管路圖：增壓泵、電動調(diào)節(jié)閥和各個手動閥、電磁閥所處狀態(tài)：1）、手動閥：閥閥閥閥閥15均應(yīng)處于打開狀態(tài)，其它手動閥均關(guān)閉。2）、手動操作面板鈕子開關(guān)狀態(tài)：名稱主閥門電磁閥上水箱閥門電磁閥電動調(diào)節(jié)閥增壓泵手動操作面板開開開開其它電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)連線接線如圖34所示：圖3實驗接線圖1）、如圖34所示：將I/O信號接口面板上的下水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF位置。2）、將下水箱液位+接到任意一個智能調(diào)節(jié)儀的信號輸入端1（即RSV的+極），下水箱液位（負(fù)端）接到智能調(diào)節(jié)儀的2端（即RSV的極）。3）、將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的7端（即+極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的+端（即正極），將智能調(diào)節(jié)儀的4~20mA輸出端的5端（即極）接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的（即負(fù)極）。4）、電源控制板上的三相電源、單相Ⅰ、Ⅱ的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置。5）、電動調(diào)節(jié)閥的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。6）、智能調(diào)節(jié)儀的~220V電源開關(guān)打在關(guān)的位置 。7）、增壓泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。 啟動實驗裝置1）、將實驗裝置電源插頭接到380V的三相交流電源上。2）、打開電源三相帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)，電壓表指示380V。3）、打開總電源鑰匙開關(guān)，按下電源控制屏上的啟動按鈕，即可開啟電源。實驗步驟1）、開啟單相Ⅰ、Ⅱ空氣開關(guān)，下水箱液位傳感器輸出信號為1~5V電壓信號，調(diào)整好儀表輸入規(guī)格參數(shù)與其他各項參數(shù)，開始校準(zhǔn)液位傳感器的零位和增益，儀表輸出方式設(shè)為手動輸出，初始值為0。2）、啟動計算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實驗系統(tǒng)相應(yīng)的實驗,界面如圖25所示：圖2實驗軟件界面3）、開啟增壓泵電源開關(guān)，啟動動力支路，手動將儀表的輸出值迅速上升到小于等于30，將被控參數(shù)液位高度控制在50%處（一般為15cm）。4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量——水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄調(diào)節(jié)儀輸出值， 以及水箱水位的高度h2和智能儀表的測量顯示值并填入下表。儀表輸出值水箱水位高度h2儀表顯示值0~100cmcm