控制裝置與儀表課程設計

1、課程設計報告 （2011- 2012年度第二學期)名 稱： 控制裝置與儀表課程設計 題 目：除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計院 系: 動力工程系 班 級： 測控 學 號： 學生姓名： 指導教師： 設計周數(shù)： 一 周 成 績： 日 期： 2012 年 6 月 28 日 控制裝置與儀表課程設計任 務 書一、 目的與要求認知控制系統(tǒng)的設計和控制儀表的應用過程。1 了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。2 掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設定器和KMM數(shù)據(jù)寫入器的使用方法。3 初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。二、 主要內(nèi)容1 按選題的控制要求，進行控制策略的原

2、理設計、儀表選型并將控制方案以SAMA圖表示出來。2 組態(tài)設計 21KMM組態(tài)設計以KMM單回路調(diào)節(jié)器為實現(xiàn)儀表并畫出KMM儀表的組態(tài)圖，由組態(tài)圖填寫KMM的各組態(tài)數(shù)據(jù)表。 22組態(tài)實現(xiàn)在程序?qū)懭肫鬏斎霐?shù)據(jù)，將輸入程序?qū)懭隕PROM芯片中。3 控制對象模擬及過程信號的采集根據(jù)控制對象特性，以線性集成運算放大器為主構(gòu)成反饋運算回路，模擬控制對象的特性。將定值和過程變量送入工業(yè)信號轉(zhuǎn)換裝置中，以便進行觀察和記錄。4 系統(tǒng)調(diào)試設計要求進行動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調(diào)試。由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應以觀察為主，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免

3、影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容：）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構(gòu)操作是否正常；）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行；）對控制回路進行在線整定；）當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等，要重新組態(tài)下裝。三、 進度計劃序號設計(實驗)內(nèi)容時間備注1閱讀理解課程設計指導書的要求，根據(jù)選題設計內(nèi)容，小組討論控制方案，進行SAMA圖設計。確定小組負責人及每人的具體分工。D1分組；確定小組負責人及每人的分工，列出名單；討論控制方案。2根據(jù)KMM調(diào)節(jié)器組態(tài)要求，設計KMM組態(tài)圖，填寫KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。D2列出KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序

4、寫入器輸入組態(tài)數(shù)據(jù)，寫入EPROM芯片。D3上實驗室。4進行系統(tǒng)接線和調(diào)試D4D5上實驗室。5上機答辯考核檢驗設計結(jié)果。6撰寫課程設計報告確定設計成績（其中實驗前準備工作占20%，實驗考核內(nèi)容占60%，設計報告占20%）。設計內(nèi)容分工參考：小組每人均參與控制方案的設計，了解方案的KMM儀表實現(xiàn)方法、實驗系統(tǒng)組成、系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)記錄的過程。在此基礎上小組成員可作如下具體分工：預習KMM程序?qū)懭肫魇褂貌⒕唧w進行EPROM芯片的制作（2人）；設計實驗接線原理圖，進行實驗接線并熟悉掌握KMM面板功能及數(shù)據(jù)設定器使用（1-2人）；確定記錄信號并利用工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設備進行記錄信號的組態(tài)和實驗曲線的打印工

5、作（1人）。四、 設計（實驗）成果要求1 完成系統(tǒng)SAMA圖和KMM組態(tài)圖，附出控制系統(tǒng)的調(diào)試曲線和控制參數(shù)。2 對系統(tǒng)設計過程進行總結(jié)，完成并打印設計報告。五、 考核方式1 按上述步驟逐項完成軟件內(nèi)容的設計，進行操作演示，控制結(jié)果滿足要求，并進行問答。2 設計報告格式規(guī)范，內(nèi)容詳實。六、 選題參考 1 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計 2 爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計 3 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)設計 4 鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設計 5 風煤比值控制系統(tǒng)設計 6 主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 指導教師： KMM調(diào)節(jié)器組態(tài)、實現(xiàn)及控制系統(tǒng)模擬調(diào)試一、 設計目的1 了解過程控制方案的原理圖表示方

6、法（SAMA圖）。2 掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設定器和KMM數(shù)據(jù)寫入器的使用方法。3 初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。二、 設計實驗設備KMM數(shù)字調(diào)節(jié)器、KMM程序?qū)懭肫鳌ROM擦除器、控制系統(tǒng)模擬試驗臺三、 設計正文：設計分析過程：對如圖1所示的除氧器水位控制系統(tǒng)，要求對除氧器內(nèi)水位進行單變量定值控制。除氧器水位經(jīng)變送器測量后，由KMM模入通道2送至調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器輸出AO1經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器控制調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，從而控制除氧器內(nèi)的水位。 測量值pv的擾動：當測量值的取值在給定值sp附近，并且變化范圍在給定值正負15時，通過投自動測量值會越來越趨近于

7、給定值，不管測量值變化多少（只要不超出上下限，否則不能投自動），測量值都會越來越趨近于給定值。設計步驟：1 .由控制要求畫出控制流程圖。如附錄圖1。 控制要求：當調(diào)節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%）時，調(diào)節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15%），允許切入自動（A）方式。 顯示要求：給定值（SP）與測量值（PV）指示表（雙針動圈指示表） 輸出值指示 各種指示燈 操作要求：給定值和輸出值的增減操作。2. 確定對可編程序調(diào)節(jié)器的要求。控制系統(tǒng)要求一路模擬量輸入（模入）通道輸入水位信號，一路模擬量輸出（模出）通道輸出控制信號控制水位調(diào)節(jié)閥。而KMM具有5路模

8、入通道、3路模出通道（其中第一路模出通道AO1可另外同時輸出一路420mA電流信號），可滿足本系統(tǒng)控制要求。3 .設計控制原理圖（SAMA圖）。根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進行常規(guī)的控制系統(tǒng)設計。并用SAMA圖表達出控制方案。見圖2所示。 4.繪制KMM組態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表用所采用的控制儀表制造廠商提供的控制圖例和組態(tài)方法，在控制裝置中實現(xiàn)控制策略。KMM的組態(tài)方式是填表式組態(tài)方法，要根據(jù)控制要求畫出KMM組態(tài)圖并由組態(tài)圖按KMM數(shù)據(jù)表格式填寫控制數(shù)據(jù)表，為制作用戶EPROM作準備。(1) 繪制KMM組態(tài)圖。如附錄圖3所示，并且是根據(jù)SAMA圖繪制的KMM系統(tǒng)組態(tài)圖。（2）根據(jù)KMM

9、組態(tài)圖填寫控制數(shù)據(jù)表。KMM組態(tài)通過填入如附錄圖4所示的幾個數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)。5 .掌握KMM程序?qū)懭肫鞯氖褂梅椒ú⒂贸绦驅(qū)懭肫鲗?shù)據(jù)寫入EPROM中。根據(jù)數(shù)據(jù)表中所填寫的代碼和數(shù)據(jù)用KMM程序?qū)懭肫鬟M行編程。程序?qū)懭肫鞯木唧w使用方法參見附錄中說明。按表格次序逐項輸入數(shù)據(jù)。程序輸入并檢查修改完畢后，按“WRIT”、 “ENT”鍵，將程序?qū)懭隕PROM中。寫入程序后的EPROM移插到KMM調(diào)節(jié)器的用戶EPROM中，即可進行整機和系統(tǒng)調(diào)試工作。6 .按控制系統(tǒng)模擬線路原理圖接線。如附錄圖5。由運算放大器構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡模擬控制對象特性，構(gòu)成控制系統(tǒng)的模擬控制回路。圖中實線連線表示已接連線，有三條，分別是

10、KMM（CZ6）端子3337（禁止外部聯(lián)鎖信號輸入）、端子34（模擬通道1的電流輸出構(gòu)成閉合回路，以避免產(chǎn)生開路報警信號）和端子111（供電電源）。實驗時需檢查確認。彎虛線表示實驗時需接連線，按圖4逐條正確連接。模擬的控制對象采用由兩個線性運算放大器構(gòu)成的一階滯后反饋環(huán)節(jié)串連構(gòu)成，以加大對象的滯后時間。控制回路中測量值和設定值信號分別送入工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換器中的A/D模擬量輸入通道中進行顯示和記錄。運算放大器構(gòu)成的是一階滯后特性的反饋回路。運放的反饋網(wǎng)絡是電阻和電容的并聯(lián)，等效阻抗 ，輸入網(wǎng)絡的等效阻抗，這個放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)， 設定，則 因此，這是一個滯后時間 的一階滯后環(huán)節(jié)。設計實

11、驗中選取，計算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間 。因滯后時間較小，設計中將這樣的兩個環(huán)節(jié)串連而成。工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換器是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設計中輸入系統(tǒng)的定值信號和測量值，可完成信號的數(shù)據(jù)存儲、顯示、打印等功能。7. 進行控制參數(shù)調(diào)整，對控制系統(tǒng)各項功能進行模擬測試并記錄定值擾動控制曲線。（1） 上電準備。檢查并確認接線正確；對內(nèi)藏有“后備手操單元”的KMM，要預先將此單元的“后備/正常方式切換開關(guān)”（Standby/Normal made Switch）扳到“正?！保∟ormal）側(cè)。對使用“預置（Preset）型后備手操單元”的場合，要預先設定好“預置（Preset）輸出值”。（2） 通電。使調(diào)節(jié)

12、器通電，初上電，調(diào)節(jié)器先處于“聯(lián)鎖手動”（Interlock Manmal mode）方式。（3） 運行數(shù)據(jù)的確認。用“數(shù)據(jù)設定器”來確認，對于運行所必需的控制數(shù)據(jù)、可變參數(shù)等是否被設定在規(guī)定值。必要時可進行數(shù)據(jù)的設定變更。（4） 按控制面板上的R（Reset，復位）按鈕，解除 “聯(lián)鎖方式”后，調(diào)節(jié)器可進行輸出操作、方式切換等正常的運行操作。（5） 組態(tài)工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設備的顯示畫面，以便記錄調(diào)試曲線。（6） 通過“數(shù)據(jù)設定器”進行PI參數(shù)的調(diào)整，使控制品質(zhì)達到控制要求。記錄定值擾動10%時的動態(tài)過程曲線。設計實驗報告姓名：董博英專業(yè)、班級：測控09K2EPROM編號2926學號：091912

13、020202同組人王巍 張孝楠 朱騰翌設計名稱KMM組態(tài)及控制系統(tǒng)調(diào)試1 .設計功能說明:除氧器水箱的汽側(cè)和水側(cè)都有平衡管相連，其中的水平衡管保持除氧器的水位穩(wěn)定，此外除氧器設置水位調(diào)節(jié)器，通過改變給水量來調(diào)節(jié)水箱水位，保證除氧器正常工作，此次課程設計的系統(tǒng)目的在于在水箱水位改變時，通過KMM調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)給水從而維持除氧器水位在正常水平?？刂埔螅寒斦{(diào)節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%）時，調(diào)節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15%），允許切入自動（A）方式。2. PI參數(shù)：比例帶 =15.0% 積分時間TI=0.10min3. 記錄曲線： 如附圖所示4.

14、 曲線分析：第一個峰值取值為4.29，第二個峰值取值為4.25。 穩(wěn)態(tài)值為4.22. 指導教師設計日期2012-06-28四、課設試驗總結(jié)：通過本次課設，基本達到了課設目的。認知了控制系統(tǒng)的設計和控制儀表的應用過程，對控制裝置與儀表這門課程有了更深入的了解與認識：了解了控制系統(tǒng)的設計原理與設計思想；了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）；掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設定器和KMM數(shù)據(jù)寫入器的使用方法；初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。本次課設過程比較順利，出現(xiàn)問題不多，但在過程中需要注意的東西不少。首先，接線要認真仔細，尤其注意檢查確認已連接的連線

15、，即KMM（CZ6）端子3337（禁止外部聯(lián)鎖信號輸入）、端子34（模擬通道1的電流輸出構(gòu)成閉合回路，以避免產(chǎn)生開路報警信號）和端子111（供電電源）。其次，數(shù)據(jù)讀入要細心，由于芯片是光可擦除的EPROM，擦出過程非常耗時，最后，在比例帶與積分時間的選取上，要有目的有針對性，并且要多次調(diào)整，以尋找最佳情況。在本次課程設計中把書本知識與實踐結(jié)合起來，學以致用，不僅對實驗原理及操作過程有了更清晰的了解，而且還鍛煉了動手能力和團隊合作能力。五、參考文獻：控制儀表及裝置第三版 吳勤勤 主編.化學工業(yè)出版社 控制儀表與裝置實驗及課程設計指導書 韋根原 王秀霞 主編 華北電力大學附錄圖1 除氧器水位控制系

16、統(tǒng)流程圖 附錄圖2 控制系統(tǒng)SAMA圖附錄圖3： KMM組態(tài)圖附錄圖4： 輸入的數(shù)據(jù)表如下：基本數(shù)據(jù)表(F001-01-)項目代碼設定范圍代碼數(shù)據(jù)省缺值PROM管理編號指定的四位數(shù)0129260運算操作周期1、2、3、4、50222調(diào)節(jié)器類型0、1、2、30300PV報警顯示PID編號1、20411調(diào)節(jié)器編號15005251上位計算機控制系統(tǒng)0、1、20600上位機故障時切換狀態(tài)0、10700PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。運算操作周期：1100ms；2200ms；3300ms；4400ms；5500ms。調(diào)節(jié)器類型：01PID(A/M)1；1PID(C/A/M)；22PID(A

17、/M)；32PID(C/A/M)。上位計算機控制系統(tǒng)：0無通信；1有通信（無上位機）；2有通信（有上位機）。上位機故障時切換狀態(tài)：0MAN方式；1AUTO方式。輸入處理數(shù)據(jù)表（F002-）項目代碼設定范圍代碼模擬輸入數(shù)據(jù)缺省值0102030405輸入使用0、10110按工程顯示小數(shù)點位置0、1、2、30221工程測量單位的下限值-99999999030.000.0工程測量單位的上限值-999999990499.99100.0折線編號0、1、2、3050溫度補償輸入編號0、1、2、3、4、5060溫度單位0、1070設定（目標）溫度-99999999080壓力補償輸入編號0、1、2、3、4、50

18、90壓力單位0、1100設定（目標）壓力-99999999110開平方處理0、1120開方小信號切除0.0100.0(%)130數(shù)字濾波常數(shù)0.0999.9s140.0傳感器故障診斷0、11501輸入使用：0不用；1用。按工程顯示小數(shù)點位置：0無小數(shù)；11位小數(shù)；22位小數(shù)；3三位小數(shù)。開平方處理：0直線；0開平方處理。開方小信號切除：給AI1AI5設定的開方信號切除值。傳感器故障診斷：0無診斷；1診斷。PID數(shù)據(jù)表 （F003-）項目代碼設定范圍代碼PID數(shù)據(jù)缺省值0102PID操作類型0、10100PV輸入編號150211PV跟蹤0、10300報警滯后0.0100.0(%)040.01.0

19、比例帶0.0799.9(%)05100.0100.0積分時間0.099.9min061.51.0微分時間0.099.9min070.00積分下限-200.0200.0(%)080.0積分上限-200.0200.0(%)09100.0比率-699.9799.9(%)10100.0偏置-699.9799.9(%)110.0死區(qū)0.0100.0(%)120.0輸出偏差率限制0.0100.0(%)13100.0偏差報警0.0100.0(%)141510.0報警下限-6.9106.9(%)150.0報警上限-6.9106.9(%)16100.0PID操作類型：0常規(guī)PID；1微分先行PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0無；1有?？勺冏兞勘砜墒褂冒俜中涂勺冏兞?0個，時間型可變變量5個。（F005-） 01(百分型) 02(時間型)代碼數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)010.0010