实验1 单容水箱液位调节阀控制一、实验目的了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。
通过实验，掌握PID参数整定。
二、实验要求1.实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。
2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。
3.以4:1标准衰减震荡作为指标，整定出最佳比例度、积分时间和微分时间。
三、实验设备及系统组成1.实验设备（1）水泵P102（2）电动调节阀：工作电源24V AC，控制信号2—10VDC。
（3）液位传感器：量程为0—100%，输出信号4—20mA。
2.系统组成单容下水箱液位PID控制流程图如图7.1所示。
图7.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表7.1所示。
水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压力，经由调节阀FV101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的大小。
本例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。
需要全打开的手阀：QV102、QV105需要全关闭的手阀：QV103、QV104、QV107、QV109；挡板开度：QV116 5mm。
四、控制器编程1.创建新的项目启动软件step7-V4.0，默认出现一个新项目窗口，选：文件＞另存为，写入你的项目名称。
我们这里“单回路PID”为项目名称。
在这个项目里为了实现PID控制功能，使用了一个子程序，它只在PLC第一次运行时调用一次，它的作用是初始化；使用一个中断程序，它每0.1秒调用一次，它的作用是PID 计算，每0.1秒采集一次数据，进行一次计算，输出一次控制信息。
2．建立通信在第这个阶段，将建立计算机与PLC的通信。
在每次打开step7软件时都要通信，否则是离线状态。
在安装软件时己经设置过串口通信参数，但是有时系统安装了别的软件需要更改参数和重新设置，如图4.2.1所示：图4.2.1 step7中设置通讯参数设置通讯参数如以下图4.2.2到4.2.5所示。
图4.2.2 选择通讯方式图4.2.3 安装通讯协议图4.2.4 进入参数设置图4.2.5 设置通讯参数在设置好通信参数后就双击刷新按钮，进行硬件通讯，通讯成功，如图4.2.6所示。
如果通讯失败，系统就会返回“与硬件通讯失败对话框”，此时就需返回参数设置页，检查通讯参数设置，以及硬件连接是否正确等。
图4.2.6 硬件通讯成功3.编辑代码每打开一个项目，在程序编辑器里都会自动出现一个主程序，两个子程序（函数），一个中断程序，这三个程序就是整个程序的框架了。
在建立好基本框架之后，下面进行变量和程序的编辑。
(1)变量名编辑在操作栏中点击“符号块”，在符号表中编辑变量，如下图4.3.1所示图4.3.1 编辑变量变量名由自己定义，而变量的多少以及地址的选择需要依据程序来编辑。
(2)程序编辑在操作栏中单击“程序块”，左边将会出现程序编辑器。
在本实验中我们使用梯形图编写程序，如下图4.3.2所示。
图4.3.2 程序编辑窗口使用查看（View）> LAD（LAD）、FBD（FBD）或STL（STL）菜单命令更改编辑器类型，选中LAD梯形图编程语言。
LAD共有三种不同的指令类型：触点、线圈和方框。
插入指令：在指令树中找到所需指令，将指令拖曳至所需的位置。
注释：光标会自动阻止您将指令放置在非法位置（例如，放置在网络标题或另一条指令的参数上）。
在指令树中双击所需指令，也可以将其加入到光标所在的位置。
（3）编译项目通过菜单中“编译”或“全部编译”命令，能产生可执行代码。
在输出窗口中会出现编译信息，如果出现错误，双击错误信息就会转到出错地方，进行修改。
（4）下装项目编译没有错误后就可以下装到PLC。
点击工具条中的“下载”按钮，或选择文件> 下载。
出现“下载”对话框。
（5）调试工程向PLC 下载程序成功后，就可以利用“调试”工具栏的诊断功能。
可点击工具栏按钮或从“调试”菜单列表选择项目，选择调试工具如图4.3.3所示。
图4.3.3 调试工具栏状态表监控在表格中显示状态数据：每行指定一个要监视的PLC 数据。
可以指定一个存储区地址、格式、当前值及新值。
趋势图显示用随时间而变的PLC 数据绘图跟踪状态数据：可以将现有的状态表在表格视图和趋势视图之间切换；新的趋势数据亦可在趋势视图中直接生成。
程序状态监控在程序编辑器窗口中显示状态数据。
要查看监控状态的连续更新，PLC 必须位于RUN（运行）模式。
否则，您只能看到I/O 的变化。
单次读取（仅限状态表）如果您希望获得一次“快照”（对状态表中的所有数值更新一次），使用“单次读取”。
全部写入（仅限状态表）在完成对几行的“新值”列的改动后，可以使用“全部写入”，将所有需要的改动发送至PLC。
强制可以在执行程序状态监控时从程序编辑器和状态表强制地址。
取消强制全部取消强制（6）下载程序改动当调试一部分代码段时，如果PLC 位于STOP（停止）模式，您可以编辑程序、下载程序、然后再次监控状态。
您也可以在RUN（运行）模式中执行程序编辑而不必进入STOP （停止）模式，并向PLC 下载较小的改动。
五、操作步骤和调试1.编写、调试PLC程序，联合调试。
2.在现场对象上，选择2#管路，打开手阀：QV102、QV105；关闭手阀：QV103、QV104、QV107、QV109；挡板开度：QV116拔起5mm。
3.在控制柜上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO面板的电动调节阀控制输入端连接到AO0。
连线时注意正接正，负接负。
4.在盘柜内合上三相、单相总电源；打开设备电源。
水泵2#选择开关打到“自动”位置。
5.启动计算机组态软件。
调节器可以在手动控制与自动控制之间进行切换。
启动水泵2.6、设置比例参数。
观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。
7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现，也可以通过支路1增加干扰)。
记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
9、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
10、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。
改变设定值(如设定值由50％变为60％)，同样可以得到一条过渡过程曲线。
注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
11、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数。
固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。
12、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量σp。
13、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。
此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。
14、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D 参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，。
15、选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现）。
六、实验结果整理实验趋势曲线，记录合适的PID值，写实验报告。
七、实验思考控制对象选择正作用还是反作用，为什么？答：反作用。
液位对象的的输入信号为控制阀P102所改变的流量，即水槽的出流量。
要求QV102增大时，液位下降。
因此，对象的放大倍数为负。
八、实验现象（PI调节）（PI调节）（PID调节）实验2 双容水箱液位调节阀控制一、实验目的了解双容液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。
通过实验，掌握双容液位PID参数的整定。
二、实验要求1.实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。
2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。
3.以4:1标准衰减震荡作为指标，整定出最佳比例度、积分时间和微分时间。
三、实验设备及系统组成1.实验设备（1）水泵P102（2）电动调节阀：工作电源24V AC，控制信号2—10VDC。
（3）液位传感器：量程为0—100%，输出信号4—20mA。
2.系统组成双容水箱液位PID控制流程图如图8.1所示。
图8.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表8.1所示。
表8.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单过手阀QV-117流至水箱V103，再通过挡板QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用调节挡板QV-116的开启程度来模拟负载的大小。
本例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。
需要全打开的手阀：QV102、QV107需要全关闭的手阀：QV103、QV104、QV105、QV109；挡板开度：QV-117全开，QV116拔起5mm。
四、操作步骤和调试1.编写控制算法程序，下装调试。
2.在现场对象上，选择2#管路，打开手阀：QV102、QV107；关闭手阀：QV103、QV104、QV105、QV109；挡板开度：QV-117全开，QV116拔起5mm。
3.在控制柜上，将IO面板的下水箱液位输出连接到AI0，IO面板的电动调节阀控制输入端连接到AO0。
连线时注意正接正，负接负。
4.在盘柜内合上三相、单相总电源；打开设备电源。
水泵2#选择开关打到“自动”位置。
5.启动计算机组态软件。
调节器可以在手动控制与自动控制之间进行切换。
启动水泵2.6、设置比例参数。
观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。
7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现，也可以通过支路1增加干扰)。
记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。
8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
9、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。
10、选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。
改变设定值(如设定值由50％变为60％)，同样可以得到一条过渡过程曲线。
注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。
11、在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数。
固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。