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一、实验目的和要求
1．掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法；
2．根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；
3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、主要仪器设备
1.高级过程控制系统实验装置 。
2.计算机及相关软件。
三、实验操作方法和步骤 本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象（也可选择上水箱和中水箱）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（中水箱出水阀开到70%左右，下水箱出水阀开到50%左右，即F1-10开度稍大于F1-11的开度），其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。 （一）、智能仪表控制 1．将SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照本章第一节控制屏接线图2-3连接实验系统。 智能仪表1常用参数设置如下，其他参数按照默认设置： HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=33, dIP =1, dIL =0, dIH =50, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。 3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。 4．在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个合适的值（一般为最大值的40～70%，不宜过大，以免水箱中水溢出），此操作需通过调节仪表实现。 5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使下水箱的液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。 6．液位平衡后，突增（或突减）仪表输出量的大小，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录下此时的仪表输出值和液位值，液位的响应过程曲线将如图2-13所示。
图2-12 双容水箱液位阶跃响应曲线 7．根据前面记录的液位和仪表输出值，按公式（2-10）计算K值，再根据图2-11中的实验曲线求得T1、T2值，写出对象的传递函数。 （二）、远程数据采集控制 1．将挂件SA-22远程数据采集模拟量输出模块、SA-23远程数据采集模拟量输入模块挂到屏上，并将挂件上的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照本章第一节的控制屏接线图2-5连接实验系统。 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给智能采集模块及压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相空气开关，给电动调节阀上电。 3．打开上位机MCGS组态环境，打开“远程数据采集系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。 4．以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4～7。 （三）、DCS分布式控制 1．按照前一节的实验组成DCS控制系统，并按照本章第一节的控制屏接线图2-6连接实验系统。 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给现场总线I/O模块及压力变送器上电，打开主控单元电源。启动服务器程序，在工程师站的组态中选择“DCS”工程进行编译下装，然后重启服务器程序。 3．启动操作员站，打开主菜单，点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”，进入实验二的监控界面。在流程图的液位测量值上点击鼠标左键，弹出PID窗口，将PID设为手动控制，手动调节输出为一适当的值。 4．按下启动按钮，合上单相空气开关，给电动调节阀上电。 5．以下步骤请参考前面“（一）智能仪表控制”的步骤4～7。 实验报告要求 1．画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图。 2．根据实验得到的数据及曲线，分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。 3．综合分析以上五种控制方案的实验效果。 
图2-10 双容水箱液位的阶跃响应曲线 图2-11 双容水箱液位的阶跃响应曲线
 传递函数为： | 
