除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計

1、 課程設計報告( 2014- 2015年度第二學期) 名 稱： 控制裝置及儀表課程設計 題 目： 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計 院 系： 自動化系 班 級： 1204班 學 號： 201209010313 學生姓名： 沈一鳴 指導教師： 韋根源老師 設計周數(shù)： 一周 成 績： 日期： 2015年 6月 26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)調試的過程。二、

2、主要內容1 按選題的控制要求，進行控制策略的原理設計、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)在程序寫入器輸入數(shù)據(jù)，將輸入程序寫入EPROM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)信號轉換裝置中，以便進行觀察和記錄。4 系統(tǒng)調試設計要求進行動態(tài)調試。動態(tài)調試是指系統(tǒng)與生產現(xiàn)場相連時的調試。由于生產過程已經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

3、統(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調試一般包括以下內容：）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構操作是否正常；）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，如需進行控制結構修改、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調節(jié)器組態(tài)要求，設計KMM組態(tài)圖，填寫KMM組態(tài)數(shù)

4、據(jù)表。D2列出KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序寫入器輸入組態(tài)數(shù)據(jù)，寫入EPROM芯片。D3上實驗室。4進行系統(tǒng)接線和調試D4D5上實驗室。5上機答辯考核檢驗設計結果。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%，實驗考核內容占60%，設計報告占20%）。設計內容分工參考：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程序寫入器使用并具體進行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

5、換設備進行記錄信號的組態(tài)和實驗曲線的打印工作（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)的調試曲線和控制參數(shù)。2 對系統(tǒng)設計過程進行總結，完成并打印設計報告。五、 考核方式1 每人學習、理解設計書內容，小組討論設計題目，確定個人分工。完成控制對象模擬的電路設計圖；控制策略設計方案、組態(tài)圖、列寫出KMM數(shù)據(jù)表；需記錄的曲線及接線圖。在上實驗室前，每人手寫出自己的工作內容。（20分）2 實驗室部分：按設計內容進行程序寫入、模擬控制對象的運放回路接線、記錄曲線接線及組態(tài)?？刂苹芈氛{試、PI參數(shù)整定、動態(tài)曲線記錄打??；設計結果現(xiàn)場答辯。（60分）3 撰寫設計報

6、告。根據(jù)分工內容允許有側重。要求格式規(guī)范，內容詳實，有原創(chuàng)性。（20分）六、 選題參考 0 天燃氣壓力控制系統(tǒng)（設計書中實例）（控制系統(tǒng)特點：單回路控制方案；有自平衡能力正的被控對象） 1 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計（提示：單回路控制方案；無自平衡能力正的被控對象） 2 爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計（提示：單回路PID死區(qū)控制方案；有自平衡能力負的被控對象） 3 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)設計（提示：串級控制方案；主、付對象均為有自平衡能力負的被控對象） 4 鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設計（提示：串級三沖量控制方案；被控對象為無自平衡能力正的被控對象） 5 風煤比值控制系統(tǒng)設計（提示：比值控制方案；被

7、控對象設為有自平衡能力正的被控對象） 6 主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設計（提示：單回路前饋控制方案；被控對象為有自平衡能力正的被控對象） 學生姓名： 指導教師： 韋根原 2014年6月23日除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計一、課程設計(綜合實驗)的目的與要求1認知控制系統(tǒng)的設計和控制儀表的應用過程。2了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。3掌握數(shù)字調節(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。4初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調試的過程。二、設計（實驗）正文1. 由控制要求畫出控制流程圖。對如上圖所示的除氧器水位單回路控制系統(tǒng)，要求對除氧器進行單變量定值控

8、制。除氧器水位經水位變送器測量后，由KMM模入通道送至調節(jié)器中。調節(jié)器輸出AO1經A/D轉換通道控制調節(jié)閥，控制除氧器內水位。控制要求：當調節(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，調節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內（15%），允許切入自動（A）方式。2. 確定對可編程序調節(jié)器的要求。控制系統(tǒng)要求一路模擬量輸入（模入）通道輸入壓力信號，一路模擬量輸出（模出）通道輸出控制信號控制壓力調節(jié)閥。而KMM具有5路模入通道、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

9、對象的特性和控制要求，進行常規(guī)的控制系統(tǒng)設計。SAMA圖如下：4. 繪制KMM組態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表KMM組態(tài)圖：表格數(shù)據(jù)：KMM組態(tài)通過填入以下數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)?；緮?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)0108130運算操作周期（100ms）1、2、3、4、50222調節(jié)器類型0、1、2、30300PV報警顯示PID編號1、20411調節(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)。調節(jié)器類型：01PID(A/M)1；1PID(C/A/M)；22PID

10、(A/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-9999999904100.00100.0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

11、、5090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(%)0401.0

12、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(%)1410.0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

13、蹤功能，0無；1有?？勺冏兞勘恚‵005-） 01(百分型) 02(時間型)代碼數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)010.00102100.0020310.003040.0040520百分型數(shù)據(jù)：缺省值為0.0；給定范圍為：-699.0799.9%。時間型數(shù)據(jù)：缺省值為0.00min；給定范圍為：0.0099.99min。輸出處理數(shù)據(jù)表規(guī)定模擬輸出信號和數(shù)字輸出信號從哪個模塊引出。（F006-）輸出輸出端代碼連接的內部信號名稱信號名代碼01(模擬輸出)AO101U4U0004AO202SP1P0001AO30302(數(shù)字輸出)DO101DO202DO303運算模塊數(shù)據(jù)表用來規(guī)定模塊的類型及模塊相互之間的連接。（F1

14、-）運算模塊編號運算式H1輸入信號H2輸入信號P1輸入信號P2輸入信號名稱編號信號名稱代碼信號名稱代碼信號名稱代碼 信號名稱代碼1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP05022LLM11U1U0001PPAR1P01013HLM13U2U0002PPAR2P01024MAN19U3U00035DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P01046NOT30U5U00057OR28MSWP1001U5U00058AND27ASWP1002U6U00069MOD45OFFP0502U7U0007U8U0008OFFP050210305.

15、掌握KMM程序寫入器的使用方法并用程序寫入器將數(shù)據(jù)寫入EPROM中。程序寫入器具有制作可編程調節(jié)器的用戶PROM所需要的全部功能，還能夠打印出程序的內容并具有程序寫入器本身的自診斷功能。根據(jù)數(shù)據(jù)表中所填寫的代碼和數(shù)據(jù)用KMM程序寫入器進行編程。程序寫入器的具體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，將程序寫入EPROM中。寫入程序后的EPROM移插到KMM調節(jié)器的用戶EPROM中，即可進行整機和系統(tǒng)調試工作。6. 按控制系統(tǒng)模擬線路原理圖接線。由運算放大器構成的反饋網絡模擬控制對象特性，構成控制系統(tǒng)的模擬控制回路。系統(tǒng)原理接線圖

16、如下圖所示： 模擬的控制對象采用由兩個線性運算放大器構成的一階滯后反饋環(huán)節(jié)串連構成，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。運算放大器構成的是一階滯后特性的反饋回路。運放的反饋網絡是電阻和電容的并聯(lián)，等效阻抗，輸入網絡的等效阻抗，這個放大器構成的閉環(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。7. 進行控制參數(shù)調整，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。（2） 通電。使調節(jié)

17、器通電，初上電，調節(jié)器先處于“聯(lián)鎖手動”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)控制信號轉換設備的顯示畫面，以便記錄調試曲線。（6） 通過“數(shù)據(jù)設定器”進行PI參數(shù)的調整，使控制品質達到控制要求（衰減率為75%-90%）。記錄定值擾動10%時的動態(tài)過程曲線。（7） 打印過程曲線圖3除氧器綜合剖面圖 1加熱器來水進口; 2至凝結器排氣口; 3噴口;4汽源管; 5耙

18、管設計實驗報告姓名：段貴金專業(yè)、班級：自動化1101EPROM編號學號：201102020105同組人 余有名 陶王東 郭錚設計名稱除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計1 設計功能說明除氧器水箱的汽側和水側都有平衡管相連，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節(jié)器，通過改變給水量來調節(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調節(jié)器調節(jié)給水從而維持除氧器水位在正常水平?？刂埔螅寒斦{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，調節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內（15%），允許切入自動（A）方式。2 PI參數(shù)

19、 =10%TI=0.8min3 記錄曲線見打印圖紙4 曲線分析 衰減率:81.8% 超調量：28.9% 穩(wěn)態(tài)誤差:0.01 滿足控制品質要求 指導教師韋根源設計日期2014-06-25三、課程設計（綜合實驗）總結或結論 本周的控制裝置及儀表的課程設計給我留下的印象非常深刻，雖然課表上安排的時間是一周，但因為我們班是第一組，所以是留給我們的時間只有周一的下午和晚上。時間如此緊迫讓我找到了備戰(zhàn)考試的感覺，正因為如此所以學習效率較高，做好了事先的準備工作，比較順利的完成了實驗。在這個過程中我鞏固了之前學習的理論知識，接觸到了新的實驗方法，鍛煉了動手能力，讓我受益匪淺。我們小組選擇的題目是除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計,通過設計又復習了一下過程控制方案用SAMA圖表示原理圖的方法，進一步掌握了數(shù)字調節(jié)器KMM的組態(tài)方法，組態(tài)圖的繪制，各個組態(tài)元件模塊的功能。熟悉了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，以及如何將程序燒制到EPROM。另外，對于除氧器水位調節(jié)控制有了一個比較系統(tǒng)的了解。再次熟悉了CAE2000系統(tǒng)的操作。在本次課程設計中，我是我們小組的組長，主要負責的任務是KMM組態(tài)圖繪制理解，以及組態(tài)數(shù)據(jù)表的建立，和數(shù)據(jù)寫入EPROM工作。因為KMM數(shù)據(jù)寫入器的