控制裝置與儀表課程設(shè)計除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計報（2011 2012年度第二學(xué)期）名 稱：控制裝置與儀表課程設(shè)計題 目：除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計 院 系：自動化系班 級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計周數(shù)：一周成 績：日期：2012年6月23日控制裝置與儀表課程設(shè)計任務(wù)書一、目的與要求認(rèn)知控制系統(tǒng)的設(shè)訃和控制儀表的應(yīng)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(shè)左器和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)整左、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(jìn)行控制策略的原理設(shè)訃、儀表選型并將控制方案以SAMA圖表示 出來

2、。2. 組態(tài)設(shè)計2. 1KMN4組態(tài)設(shè)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。2. 2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。 將泄值和過程變量送入工業(yè)信號轉(zhuǎn)換裝置中，以便進(jìn)行觀察和記錄。4. 系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計要求進(jìn)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(yīng)以觀察為主，當(dāng)涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應(yīng)做好充分的 準(zhǔn)備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系

3、統(tǒng)或設(shè)備故障。動態(tài)調(diào)試一般包括 以下內(nèi)容：1）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：2）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當(dāng)時候投入自動運行；3）對控制回路進(jìn)行在線整定：4 ）當(dāng)系統(tǒng)存在較大問題時，如需進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等，要重新組態(tài)下裝。三、進(jìn)度計劃序號設(shè)計（實驗）內(nèi)容時間備注1閱讀理解課程設(shè)汁指導(dǎo)書的要求，根 據(jù)選題設(shè)計內(nèi)容，小組討論控制方案， 進(jìn)行SAMA圖設(shè)計。確定小組負(fù)貴人及 每人的具體分工。D1分組；確左小組負(fù)責(zé)人及每人的 分工，列出名單；討論控制方案。2根據(jù)KMM調(diào)巧器組態(tài)要求，設(shè)汁KMM 組態(tài)圖，填寫KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。D2列岀KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序?qū)懭肫鬏?/p>

4、入組態(tài)數(shù)據(jù)，寫入EPROM芯片。D3上實驗室。4進(jìn)行系統(tǒng)接線和調(diào)試D4 D5上實驗室。5上機答辯考核檢驗設(shè)計結(jié)果。6撰寫課程設(shè)計報告確泄設(shè)計成績（其中實驗前準(zhǔn)備 工作占20%,實驗考核內(nèi)容占60%, 設(shè)計報告占20%）o設(shè)訃內(nèi)容分工參考：小組每人均參與控制方案的設(shè)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(chǔ)上小組成員可作如下具體分工：預(yù)習(xí)KMM程序?qū)懭肫魇褂貌⒕?體進(jìn)行EPROH芯片的制作（2人）；設(shè)計實驗接線原理圖，進(jìn)行實驗接線并熟悉掌握KMM而板功能及 數(shù)據(jù)設(shè)左器使用（1-2人）：確眾記錄信號并利用工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行記錄信號的組態(tài)和實驗 曲線的

5、打印工作（1人）。四、設(shè)計（實驗）成果要求1. 完成系統(tǒng)SAMA圖和KN1M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(shè)計過程進(jìn)行總結(jié)，完成并打印設(shè)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(shè)計，進(jìn)行操作演示，控制結(jié)果滿足要求，并進(jìn)行問答。2. 設(shè)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(shè)計2爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計3過熱汽溫串級控制系統(tǒng)設(shè)計4鍋爐給水三沖疑控制系統(tǒng)設(shè)汁5風(fēng)煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計6主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：指導(dǎo)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(shè)計目的1 了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。2掌

6、握數(shù)字調(diào)修器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)左器和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)整立、系統(tǒng)調(diào)試的過程。二、設(shè)計實驗設(shè)備KMM數(shù)字調(diào)節(jié)器、KMM程序?qū)懭肫?、PROM擦除器、控制系統(tǒng)模擬試驗臺三、設(shè)計正文：設(shè)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(jìn)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。涮節(jié)器輸岀A01經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器控制調(diào)節(jié)閥調(diào)卉給 水量，從而控制除氧器內(nèi)的水位。測雖值pv的擾動：當(dāng)測量值的取值在給左值sp附近，并且變化范用在給定值正負(fù)15%時，通 過投自動測量值會越來越趨近于給左值，不管測量值變化多

7、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左值。（二）設(shè)計步驟：1 .由控制要求畫出控制流程圖。如附錄圖1?？刂埔螅寒?dāng)調(diào)節(jié)器的給左值SP和測疑值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%） 114,調(diào)節(jié)器自動 切換至手動（M）方式。在偏差允許的范囤內(nèi)（15%）,允許切入自動（A）方式。顯示要求：給泄值（SP）與測疑值（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：給左值和輸岀值的增減操作。2.確左對可編程序涮節(jié)器的要求?？刂葡到y(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路模入通道、3路模出通

8、道（其中第一路模出通道A01可另外 同時輸岀一路420mA電流信號），可滿足本系統(tǒng)控制要求。3 設(shè)計控制原理圖（SAMA圖）。根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進(jìn)行常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)訃。并用SAMA圖表達(dá)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)拯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，任控制裝置中實現(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)控制要求畫岀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(zhǔn)備。(1) 繪制KMM組態(tài)圖。如附錄圖3所示，并且是根拯SAMA圖繪制的KMM系統(tǒng)組態(tài)圖。(2) 根據(jù)KMM組態(tài)圖填寫

9、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01M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(jìn)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)。程序輸入并檢査修改完畢后，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(jìn)行整機和系統(tǒng)調(diào) 試工作。寫入的數(shù)據(jù)程序如下：F001-01-01-0866F001-01-02-2F001-01-03-0F001-01-04-1F001-01-05-25F001-01-

10、06-0F001-01-07-0F002-02-01-1F002-02-02-2FOO2-O2-O3-O.OOF002-02-04-99.99FOO2-O2-15-OF003-01-01-0F003-01-02-1F003-01-03-0F003-01-04-0.0F003-01-05-100.0F003-01-06-1.5F003-01-14-15F005-01-01-0.0F005-01-02-100.0F005-01-03-15.0F005-01-04-0.0F006-01-01-U0004F006-01-02-P0001F101-20-H1-P0001F101-20-H2-P0402F

11、101-20-P1-U0004F101-20-P2-P0502F102-11-H1-U0001F102-11-H2-P0101F1O3-13-H1-UOOO2F103-13-H2-P0102F104-19-H1-U0003F105-16-H1-P0001F105-16-H2-P0402F105-16-P1-P0103F105-16-P2-P0104F106-30-H1-U0005F107-28-H1-P1001F107-28-H2-U0005F108-27-H1-P1002F108-27-H2-U0006F109-45-H1-P0502F109-45-H2-U0007F109-45-P1-U0

12、008F1095-P2-P05026 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(luò)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KMM (CZ6)端子33 37 (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1一11 (供 電電源)。實驗時需檢查確認(rèn)。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)石串連構(gòu)成，以加大對象的滯 后時間?？刂苹芈分袦y量值和設(shè)泄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(jìn)行

13、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(luò)是電阻和電容的并聯(lián)，等效阻抗/?.x-L,輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗ZZ，這個放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)，Z =_ 一 R，f +丄 MSf CfsZR j R-VV(s) = -= 一 設(shè)宦乩=心，則W(s) = 因此，這是一個滯后時間T = RtC,Z1 ZRfCfS711 + Rt-Cfsf J的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計實驗中選取R , =R】=100K , C, =47/，計算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間T = 4.75o因滯后時間較小，設(shè)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(shè)計中輸入系統(tǒng)的立值信號和

14、測量值，可完成信號的數(shù) 據(jù)存儲、顯示、打印等功能。7.進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)整，對控制系統(tǒng)各項功能進(jìn)行模擬測試并記錄左值擾動控制曲線。(1) 上電準(zhǔn)備。 檢查并確認(rèn)接線正確： 對內(nèi)藏有“后備手操單元”的KMM,要預(yù)先將此單元的“后備/正常方式切換開關(guān)” (Standby/Normal made Switch)扳到正常(Normal)側(cè)。對使用預(yù)置(Preset)型后備手操單元”的場合，要預(yù)先設(shè)泄好“預(yù)巻(Preset)輸岀值”。(2) 通電。使調(diào)節(jié)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(rèn)。用“數(shù)據(jù)設(shè)左器”來確認(rèn)，對于運行所必

15、需的控制數(shù)據(jù)、可變參數(shù)等是 否被設(shè)定在規(guī)定值。必要時可進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定變更。(4) 按控制面板上的R (Reset,復(fù)位)按鈕，解除“聯(lián)鎖方式”后，調(diào)節(jié)器可進(jìn)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(shè)備的顯示畫而，以便記錄調(diào)試曲線。(6) 通過“數(shù)據(jù)設(shè)立器”進(jìn)行PI參數(shù)的調(diào)整，使控制品質(zhì)達(dá)到控制要求。記錄立值擾動10%時 的動態(tài)過程曲線。設(shè)計實驗報告姓名:學(xué)號：設(shè)計需稱1 設(shè)計功能說明:專業(yè)、班級:同組人EPROM 編號 0924KMM組態(tài)及控制系統(tǒng)調(diào)試除氧器水箱的汽側(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)左， 此外除氧器設(shè)置水位調(diào)節(jié)器，通過改變給水疑

16、來調(diào)節(jié)水箱水位，保證除氧器正常工作，此 次課程設(shè)汁的系統(tǒng)目的在于在水箱水位改變時，通過KMM調(diào)肖器調(diào)節(jié)給水從而維持除氧器 水位在正常水平。控制要求：當(dāng)調(diào)節(jié)器的給左值SP和測量值PV之偏差超過給立的監(jiān)視值（15%）時，調(diào) 肖器自動切換至手動（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6=15.0%積分時間Ti=0.10min3. 記錄曲線:如附圖所示4. 曲線分析：第一個峰值取值為3.933,第二個峰值取值為3.902。穩(wěn)態(tài)值為3. 842.衰減率：65. 9%超調(diào)量:2. 37%穩(wěn)態(tài)誤差:003滿足性能要求。指導(dǎo)教師韋根源設(shè)計日期2012-06-23

17、四、課設(shè)試驗總結(jié)：本次課設(shè)，基本達(dá)到預(yù)期結(jié)果。通過本次課設(shè)，讓我受益匪淺，對控制裝置與儀表這門課程有了 更深入的了解與認(rèn)識：了解了控制系統(tǒng)的設(shè)汁原理與設(shè)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)肖器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)左器和KMM數(shù)拯寫入器 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。在為期一周的課程設(shè)計中，再次溫習(xí)的課程所學(xué)，并把書本知識與實踐結(jié)合起來，學(xué)以致用，不 僅對實驗原理及操作過程有了更淸晰的了解，而且還鍛煉了動手能力和團隊合作能力。實驗過程比較 順利，岀現(xiàn)的問題不多，但收獲不少。在本次課設(shè)中，我負(fù)責(zé)KMM程序?qū)懭肫魇褂貌?/p>

18、具體進(jìn)行EPROM 芯片的制作。在前期準(zhǔn)備過程中，組態(tài)設(shè)計，并根據(jù)組態(tài)，計算KMM調(diào)節(jié)器的數(shù)拯。數(shù)據(jù)計算與整理 十分重要，因為芯片是光可擦除的EPROM,所以在寫入數(shù)據(jù)時也要特別細(xì)心，不然擦除過程將會很耗 時間。我將KMM相關(guān)參數(shù)整理并列寫岀來，在EPROM芯片制作時奇效、準(zhǔn)確的完成了工作。在實驗過程中，小組要分工明細(xì)，團隊合作，細(xì)心、耐心的做，遵照相應(yīng)步驟來完成。遵照相 應(yīng)步驟來完成。非常感謝老師的悉心指導(dǎo)！ ！五、參考文獻(xiàn)：吳勤勤主編控制儀表及裝置化學(xué)工業(yè)出版社 第三版控制儀表與裝置實驗及課程設(shè)計指導(dǎo)書韋根原王秀霞主編華北電力大學(xué)附錄圖1除氧器水位控制系統(tǒng)流程圖控制系統(tǒng)SAMA圖附錄圖3：

19、PPAR40.0PPAR3 15%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(FOOl-01-口口一)項H代碼設(shè)左范囤代碼數(shù)據(jù)省缺值PROM管理編號指迫的四位數(shù)0108660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1-5005251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，指左一個四位數(shù)。運算操作周期：1 100ms： 2 200ms； 3300ms； 4 400ms： 5 500mso調(diào)節(jié)器類型：O-1PID(A/W1： 1PID(C/

20、A/M)； 2-2PID(A/M)； 3-2PID(C/A/M) o上位計算機控制系統(tǒng)：0無通信：1 一有通信(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；1 一AUTO方式。 輸入處理數(shù)據(jù)表（F002-項目代碼設(shè)泄范用代碼模擬輸入數(shù)據(jù)缺省值0102030405輸入使用0、10110按工程顯示小數(shù)點位曽0、 1、 2、 30221工程測量單位的下 限值-99999999030. 000.0工程測疑單位的上限值-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(shè)泄（目標(biāo)）溫度-9

21、9999999080壓力補償輸入編號0. 1、2、3、4、5090壓力單位0、1100設(shè)定（目標(biāo)）壓力-99999999110開平方處理0、1120開方小信號切除0.0 100.0(%)130數(shù)字濾波常數(shù)0. 0 999. 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)；1一1位小數(shù)：2-2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AllAI5設(shè)左的開方信號切除值。傳感器故障診斷：0無診斷：1 一診斷。 PID數(shù)據(jù)表(F003-口項目代碼設(shè)泄范圍代碼PID數(shù)據(jù)缺省值0102PID操作類型0、10100PV輸入編號1

22、50211PV跟蹤0、10300報警滯后0.0 100.0(%)040.01.0比例帶0.0 799.9(%)05100.0100.0積分時間0. 099. 9min061.51.0微分時間0. 099. 9min070. 00積分下限-200.0 200. 0 (%)080.0積分上限-200.0 200. 0 (%)09100.0比率-699.9799. 9 (%)10100.0偏置-699.9799. 9 (%)110.0死區(qū)0.0 100.0(%)120.0輸出偏差率限制0.0 100.0(%)13100.0偏差報警0.0 100.0(%)141510.0報警下限-6.9 106.9 (%)150.0報警上限-6.9 106.9 (%)16100.0PID操作類型：0常規(guī)PID；