图5-42 S7-200PLC控制液位-流量串级控制实验接线图

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给涡轮流量计及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给S7-200PLC及电动调节阀上电。

3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件，并打开“S7-200PLC”程序进行下载，然后运行MCGS组态环境，打开“S7-200PLC控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验十八、下水箱液位与电动阀支路流量串级控制”，进入实验十八的监控界面。

4．在上位机监控界面中点击“启动仪表1”、“启动仪表2”。将主控仪表设置为“手动”，并将输出值设置为一个合适的值，此操作可通过调节仪表实现。

5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少主控仪表的输出量，使下水箱的液位平衡于设定值。

6．按本章第一节中任一种整定方法整定调节器的参数，并按整定得到的参数对调节器进行设定。

7．待下水箱进水流量相对稳定，且其液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：

（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；

（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度； （3）将阀F1-5、F1-13开至适当开度；

（4）打开阀门F2-1、F2-4，用变频器支路以较小频率给下水箱打水。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（后面三种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，下水箱液位的响应过

程曲线将如图3-13所示。

图5-39 下水箱液位阶跃响应曲线

8．适量改变调节仪的PID参数，重复步骤7，用计算机记录不同参数时系统的响应曲线。

五、实验报告要求

1．画出液位-流量串级控制系统的结构框图。

2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。

3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。

4．分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。 5．综合分析五种控制方案的实验效果。 六、思考题

1．试简述串级控制系统设置副回路的主要原因有哪些？

2．如果用二步整定法整定主、副调节器的参数，其整定步骤怎样？ 3．为什么本实验中的副调节器采用PI调节器而不用P调节器？

4．改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上给予说明。