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

1、華井電力*孑課程設(shè)計報告（2016-2017年度第二學(xué)期）名稱：控制裝置及儀表課程設(shè)計題目:除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計院系：科技學(xué)院班級：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： 年 月曰控制裝置與儀表課程設(shè)計任務(wù)書目的與要求認知控制系統(tǒng)的設(shè)計和控制儀表的應(yīng)用過程。1 了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAM/圖）。2. 掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM勺組態(tài)方法，熟悉KMM勺面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)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。主要內(nèi)容1. 按選題的控制要求，進行控制策略的原理設(shè)計、儀表選型并將控制方案以SAMA 圖表示出來。2.組態(tài)設(shè)計2.

2、1KMMS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(shè)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(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)，更不允許造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。動態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)

3、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） 對控制回路進行在線整定；4） 當(dāng)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(shè)計（實驗）內(nèi)容時間備注1閱讀理解課程設(shè)計指導(dǎo)書的要求，根 據(jù)選題設(shè)計內(nèi)容，小組討論控制方案， 進行SAMA圖設(shè)計。確定小組負責(zé)人及 每人的具體分工。D1分組；確定小組負責(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)節(jié)器組態(tài)要求，設(shè)計 KMM組態(tài)圖，填寫 KMM組態(tài)數(shù)據(jù)表。D2列出KMMS態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序?qū)懭肫鬏斎虢M態(tài)數(shù)據(jù)，寫入EPROMS

4、片。D3上實驗室。4進行系統(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)計報告確定設(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%）。設(shè)計內(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唧w進行 EPROM芯片的制作（2人）；設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計（實

5、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(shè)計過程進行總結(jié)，完成并打印設(shè)計報告。五、考核方式1. 每人學(xué)習(xí)、理解設(shè)計書內(nèi)容，小組討論設(shè)計題目，確定個人分工。完成控制對象模擬的電路設(shè)計圖；控制策略設(shè)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(nèi)容。（20分）2. 實驗室部分：按設(shè)計內(nèi)容進行程序?qū)懭搿⒛M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{(diào)試、PI參數(shù)整定、動態(tài)曲線記錄打印；設(shè)計結(jié)果現(xiàn)場答辯。（60分）3.撰寫設(shè)計報告。根據(jù)分工內(nèi)容允許有側(cè)重。 要求格式規(guī)范，內(nèi)容詳實，有原創(chuàng)性。

6、（20 分）六、選題參考0天燃氣壓力控制系統(tǒng)（設(shè)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）除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(fēng)煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計提示：比值控制方案；被控對象設(shè)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(shè)計提示：單回路前饋控制方案；被控對

7、象為有自平衡能力正的被控對象）學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：年 月曰除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計一、課程設(shè)計（綜合實驗）的目的與要求1認知控制系統(tǒng)的設(shè)計和控制儀表的應(yīng)用過程。2了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAM/圖）。3 掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器 KMM勺組態(tài)方法，熟悉 KMM勺面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)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(diào)試的過程。二、設(shè)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制。 除 氧器水位經(jīng)水位變送器測量后，由 KMM莫入通道送至調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器輸出 AO1經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換通道控制調(diào)節(jié)閥

8、，控制除氧器內(nèi)水位?？刂埔螅寒?dāng)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。2.確定對可編程序調(diào)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(diào)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(shè)計控制原理圖（SAMA圖）。根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進行常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)計。SAMAS如下：7占AO1占AO24.繪制KMM&態(tài)圖并填寫K

9、MM控制數(shù)據(jù)表KMM&態(tài)圖:水位輸入處理LSP1AI2AIR2 fPID1OFFPPAR1SP1P00012LIMFPPAR1T 100.03HLM4MANSP1P0001CLj 0.0MSWP1001、35LDMSPPAR315%PPAR40.0ORNOTOFF-山MOD3ANDOFFASWP17占AO1占AO2表格數(shù)據(jù)：KMM&態(tài)通過填入以下數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)?；緮?shù)據(jù)表(F001-01- 口 -)項目代碼設(shè)定范圍代碼數(shù)據(jù)省缺值PROM管理編號指定的四位數(shù)01隨意0運算操作周期(100ms)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

10、編號150051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(diào)節(jié)器類型：0 1PID(A/M)1 ; 1 - PID(C/A/M) ; 2-2PID(A/M) ; 3-2PID(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)： 0 MAN方式；1-AUTC方式。輸入處理數(shù)據(jù)表(F002- - -)模擬輸入數(shù)據(jù)項目代碼設(shè)定范圍代碼0102030405缺省值輸入使用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-9999 999

11、9030.000.0工程測量單位的上限值-9999 999904100.00100.0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(shè)定（目標(biāo)）溫度-9999 9999080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-9999 9999110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 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

12、；0 開平方處理。開方小信號切除：給 AI1AI5設(shè)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- 口 - 口 -）PID數(shù)據(jù)項目代碼設(shè)定范圍代碼0102缺省值PID操作類型0、10100PV輸入編號150211PV跟蹤0、10300報警滯后0.0 100.0(%)0401.0比例帶0.0 799.9(%)05100.0100.0積分時間0.0 99.9min061.51.0微分時間0.0 99.9min070.00積分下限-200.0 200.0(%)080.0積分上限-200.0 200.0(%)09100.0比率-699.9 799.9(%)10100.

13、0偏置-699.9 799.9(%)110.0死區(qū)0.0 100.0(%)120.0代碼數(shù)據(jù)010.002100.00310.0040.020代碼數(shù)據(jù)0102030405輸岀偏差率限制0.0 100.0(%)13100.0偏差報警0.0 100.0(%)1410.0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 ; 1-微分先行PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0 無；1 有?？勺冏兞勘?F005- - -)01（百分型）02（時間型）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

14、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。連接的內(nèi)部信號名稱輸出輸出端代碼信號名代碼01AO101U4U0004（模擬輸出）AO202SP1P0001AO30302DO101（數(shù)字輸岀）DO202D0303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口 - 口 -）運算式H1輸入信號H2輸入信號P1輸入信號P2輸入信號運算模塊編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1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP05022LLM11U1U0001PPAR1P01

15、013HLM13U2U0002PPAR2P01024MAN19U3U00035DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P01046NOT30U5U00057OR28MSWP1001U5U00058AND27ASWP1002U6U00069MOD45OFFP0502U7U0007U8U0008OFFP050210305.掌握KMh程序?qū)懭肫鞯氖褂梅椒ú⒂贸绦驅(qū)懭肫鲗?shù)據(jù)寫入EPROI中。程序?qū)懭肫骶哂兄谱骺删幊陶{(diào)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(nèi)容并具有程序?qū)懭肫鞅旧淼淖栽\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?qū)懭肫鬟M行編程。程序

16、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?qū)懭隕PROM中o寫入程序后的 EPROM移插到KM碉節(jié)器的用戶 EPROI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。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。系統(tǒng)原理接線圖如下圖所示：RfZf聯(lián)，等效阻抗Rf1Cf s1Cf sRf1 Rf C f s，輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗Zl Rl，這個放大器構(gòu)ZfW（s）成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)Z1Rf /RiW(s)1 RfCfs，設(shè)定 RfR1，則11 RfCfs。因此,47，

17、計算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間T 4.7s。因滯后時間較小，設(shè)計中將這樣的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?？刂苹芈分袦y量值和設(shè)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(luò)是電阻和電容的并這是一個滯后時間T RfCf的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計實驗中選取Rf R1100K兩個環(huán)節(jié)串連而成。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(zhǔn)備。（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”方式。（3）運行數(shù)據(jù)的確

18、認。用“數(shù)據(jù)設(shè)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(shè)定在規(guī)定值。必要時可進行數(shù)據(jù)的設(shè)定變更圖4模擬控制回路接線圖(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)備的顯示畫面，以便記錄調(diào)試曲線。(6) 通過“數(shù)據(jù)設(shè)定器”進行PI參數(shù)的調(diào)整，使控制品質(zhì)達到控制要求(衰減率為75%-90%。記錄定值擾動10%寸的動態(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(jié)器排氣口 ； 3 噴口 ;4汽源管；5 耙管姓名:專業(yè)、班級:EPROM編號學(xué)號:同組

19、人設(shè)計名稱除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計實驗報告1設(shè)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(shè)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(shè)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。控制要求：當(dāng)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。2 PI參數(shù)S =67Ti=2.50min3記錄曲線見打印圖紙4曲線分析衰減率反應(yīng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，超調(diào)量反應(yīng)了動態(tài)準(zhǔn)確性，穩(wěn)態(tài)

20、誤差反應(yīng)了靜態(tài)準(zhǔn)確性; 比例帶不變，減小積分時間，衰減率減小穩(wěn)定性變差，超調(diào)量增加，穩(wěn)態(tài)誤差為零； 積分時間不變，比例帶下降，衰減率減小穩(wěn)定性變差，超調(diào)量增加，穩(wěn)態(tài)誤差減??；衰減率：90%超調(diào)量：20%穩(wěn)態(tài)誤差：0.005滿足控制品質(zhì)要求指導(dǎo)教師設(shè)計日期三、課程設(shè)計（綜合實驗）總結(jié)或結(jié)論本周的控制裝置及儀表的課程設(shè)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，但是我們只有一上午的時間做實驗。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(xué)習(xí)效率較高，做好了事先的準(zhǔn)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(xué)習(xí)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(shè)計 , 通過設(shè)計又復(fù)習(xí)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(diào)節(jié)器KMM勺組態(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勺面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)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(diào)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(shè)計中，我主要