双位控制系统课程设计

双位控制 双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小，即控制器有最大和最小两个输出值，相应的执行器只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。 理想的双位控制器其输出y与输入偏差e之间的关系为 y=ymax  e>0(或e<0)    y=ymin  e<0(或e>0)    图3-1 理想的双位控制特性如图3-1所示。 图3-2是一个采用双位控制的液位控制系统，它利用电位式液位控制装置来控制贮槽的液位，液体经装有电磁阀YV的管道流入贮槽，由出料管流出。贮槽外 壳接地，液位应当是导电的。 槽内装有一根电极作为测量液位的装置，电极的一端与继电器k 的线圈相接，另一端调整在液位设定值的位置，当液位低于设定 值H。时，液体未接触电源，继电器断路，此时电磁阀YV全开， 液位以最大流量流入贮槽。当液位上升至设定值时，液体与电极 接触，继电器接通。从而使电磁阀全开，液体不再进入贮槽。但 槽内液体仍在继续排出，故液位要下降。当液位降至低于设定值 时，液体与电极脱离，于是电磁阀YV又开启，如此反复循环， 液位被维持在设定值上下一个小范围内波动。为减少继电器、电 磁阀的频繁动作，可加一个延迟中间区。偏差在中间区内时，控 制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中的运动部件的使用寿命。 图3-2 在位式控制模式下，被控变量持续地设定值上下等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有在两个特定的输出值，相应的控制阀也是有两个极限位置，总是过量调节所致。 锅炉内胆温度二位式控制实验 1） 实验目的 (1) 熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。 (2) 掌握位式控制系统的工作原理，控制过程和控制特性。 2） 实验设备 Cs4000过程控制实验装置，S7300PLC、WinCC软件、计算机。 3） 实验原理 （1） 二位式温度控制系统 二位控制是位式控制规律中最简单的一种，本实验的被控对象是1.5KW电加热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T。图1为位式控制器的工作特性图。图2为位式控制系统的方块图。  图1 位式控制器的特性图 由图1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环，这是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态，故称这种控制器为两位控制器。 当被控制的水温测量值VP=T小于给定值VS时，即测量值小于给定值，且当e=VS-VP>=dF时，控制器的输出100%，随着水温T的升高，Vp也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即Vp>Vs，e为负值，若e<=-dF时，则控制器输出为0，由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。 图2 位式控制器系统的方框图 如图2位式控制器系统的方框图所示，温度给定值在上位机通过设定获得，被控对象为锅炉内胆，被控制量为内胆水温。它由铂电阻PT100测定，根据给定值加上dF与测量的温度相比较调压模块发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。 双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图3所示，因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振荡周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小，则周期短；若要周期长，则振幅大。因此通过合理选择中间区而使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。 图3 双位控制系统的过程曲线 4） 实验内容与步骤 A 设备的连接和检查 (1) 打开以主回路泵为动力的支路至锅炉内胆的所有阀门（V1，V4，V15），关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。 (2) 控制台上将“加热水箱水温”信号（1—5V）连接到PLC的模拟输入模块1的AI2端口，将PLC的模拟量输出模块的AO1通道连接到“加热功率”端子上，连接时要注意正负极性 B 启动实验装置 (1) 打开电源带漏电保护空气开关。电源指示灯亮，即可开启电源。 (2) 将锅炉内胆的泄水阀开至适当开度，打开主回路泵电源和旁路烦扰阀V3向锅炉内胆进水，知道干扰报警灯熄灭为止。 (3) 控制锅炉内胆进水阀V15的开度，使锅炉内胆溢流管能流出一定量的水，以确定内胆始终满水。注意内胆泄水阀开度和溢流水量不宜过大，防止冷却作用过强。 (4) 打开检测电源和电加热管电源。 (5) 开启控制台上24V/S7-300PLC电源开关，将PLC置于运行。 C 实验步骤 （1） 启动计算机，进入WinCC组态环境运行软件，进入实验。 （2） 系统运行后，组态软件自动记录控制过程曲线。待稳定振荡2-3个周期后，观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，记录实验曲线及数据。 （3） 适量改变给定值的大小，重复上一步实验。 （4） 停止加热，加大冷水流量，是锅炉内胆的水冷却后，重复上述的实验步骤。 5） 注意事项 （1） 实验前，锅炉内胆的低水位报警灯不亮； （2） 给定值必须要大于常温。