控制裝置及儀表檢測 終極完美版

1、課程設(shè)計報告（2012- 2013年度第二學期）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：科技學院班 級： 學 號：學生姓名：指導教師：設(shè)計周數(shù)：一 周成 績：日期：2013年6月26日控制裝置與儀表課程設(shè)計任務(wù)書一、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。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(shè)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。二、主要內(nèi)容按選題的控制要求，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。組態(tài)設(shè)計2. 1KM

2、M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?？刂茖ο竽M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。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，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應(yīng)做好充分的 準備及安全措施，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)容：1

3、）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，并在適當時候投入自動運行；3）對控制回路進行在線整定；4）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(shè)計（實驗）內(nèi)容時間備注1閱讀理解課程設(shè)計指導書的要求，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(shè)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?qū)懭肫鬏斎虢M態(tài)數(shù)據(jù)，寫入EPROM芯片。D3上實驗室。

4、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KMM程序?qū)懭肫魇褂貌⒕?體進行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（實驗）成果要求完成系統(tǒng)

5、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)。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、考核方式按上述步驟逐項完成軟件內(nèi)容的設(shè)計，進行操作演示，控制結(jié)果滿足要求，并進行問答。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鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計5風煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計6主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設(shè)計學 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(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)定器和KMM數(shù)

6、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(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1三、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

7、。（二）設(shè)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0）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

8、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。并用SAMA圖表達出控制方案。見 圖2所示。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。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?/p>

9、使用方法并用程序?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。寫入的數(shù)據(jù)程序如下：F001-01-01-0203F001-01-02-2F001-01-03-0F001-01-04-1F001-01-05-25F001-01-06-0F001-01-07-0F002-02-01-1F002-02-02-2F002-0

10、2-03-0.00F002-02-04-99.99F002-02-15-0F003-01-01-0F003-01-02-2F003-01-03-0F003-01-04-0.0F003-01-05-100.0F003-01-06-1.5F003-01-14-15F005-01-01-0.0F005-01-02-100.0F005-01-03-15.0F005-01-04-0.0F006-01-01-U0004F006-01-02-P0001F101-20-H1-P0001F101-20-H2-P0402F101-20-P1-U0004F101-20-P2-P0502F102-11-H1-U000

11、1F102-11-H2-P0101F103-13-H1-U0002F103-13-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-U0008F109-45-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

12、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 11 （供 電電源）。實驗時需檢杳確認。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?？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)是電阻和電容的并聯(lián)，

13、等效阻抗，輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗Z1 =鳥，這個放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)，_RfX C s RZ = f = ff R + 11 + R C sf Cfs f f設(shè)定Rf = R1w（ S）=?=帶 s的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計實驗中選取Rf= R1則。W (s) =11 + R C s =100K，C f = f7 ，因此，這是一個滯后時間T = RfCf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

14、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(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?！保∟ormal）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)定好“預(yù)置（Preset）輸出值”?？冢?）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。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。（4） 按控制面

15、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(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。記錄定值擾動10%時 的動態(tài)過程曲線。設(shè)計實驗報告姓名：孫再冉專業(yè)、班級：自動化10K2EPROM編號0203學號：101912010214同組人譚廣海邱楓智王暢設(shè)計名稱KMM組態(tài)及控制系統(tǒng)調(diào)試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，

16、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?？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0）方式。2. PI參數(shù)：比例帶（5=40.0%積分時間Tj=0.10min記錄曲線：如附圖所示曲線分析：第一個峰值取值為3.64，第三個峰值取值為3.54 穩(wěn)態(tài)值為3.52 超調(diào)量：3.1%穩(wěn)態(tài)誤差：0.004滿足性能要求。指導教師平玉環(huán)設(shè)計日期2013-06-26 四、課設(shè)試驗總結(jié)：這次課程設(shè)計所選的題目是對除氧器水位單回路壓力控制系統(tǒng)，

17、雖然是個簡單的單回路系統(tǒng)，但 通過對它進行組態(tài)，在計算機上進行調(diào)節(jié)。進行單變量控制，通過SAMA圖的繪制了解過程控制方案 的原理，根據(jù)SAMA圖掌握了 KMM的組態(tài)方法，實現(xiàn)了手動到自動的無擾切換。在實驗中，學會了 KMM 的面板、KMM數(shù)據(jù)寫入器、數(shù)據(jù)設(shè)定器的使用方法，將程序?qū)懭隕PROM中，用了很長時間，但熟練了 KMM程序?qū)懭肫鞯氖褂梅椒??？傊舜握n程設(shè)計使我們熟悉和掌握了 KMM組態(tài)和控制系統(tǒng)的調(diào)試的方法及參數(shù)對曲線的影響 特性.同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié) 協(xié)作的精神。沒有完美的個人，只有完美的團隊。希望我們在以后的課設(shè)中有更優(yōu)

18、秀的表現(xiàn)。五、參考文獻：吳勤勤主編控制儀表及裝置.化學工業(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除氧器水位控制系統(tǒng)流程圖附錄圖2附錄圖3：控制系統(tǒng)SAMA圖KMM組態(tài)圖.PPAR3 15%PPAR40.0附錄圖4：輸入的數(shù)據(jù)表如下:基本數(shù)據(jù)表代碼 數(shù)據(jù) 省缺值01020500222項目PROM管理編號運算操作周期代碼設(shè)定范圍指定的四位數(shù)1、 2、 3、 4、 5調(diào)節(jié)器類型PV報警顯示PID編號0、 1、 2、 31、20300041106 0070 TOC o 1-5 h z 調(diào)節(jié)器編號15005251上位計算機控制系統(tǒng)0、1、2上位機故障時切換狀態(tài)

19、0、1PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。運算操作周期：1 100ms； 2 200ms； 3 300ms； 4 400ms； 5 500ms0調(diào)節(jié)器類型：01PID(A/M)1； 1PID(C/A/M)； 2 2PID(A/M)； 3 2PID(C/A/M)。上位計算機控制系統(tǒng)：0一無通信；1 一有通信(無上位機)；2 一有通信(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(shè)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-9999999

20、9030.000.0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(shè)定(目標)溫度-99999999080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)壓力-99999999110開平方處理0、1120開方小信號切除0.0 100.0(%)130數(shù)子濾波常數(shù)0.0 999.9s140.0傳感器故障診斷0、11501輸入使用：0 不用；1一用。按工程顯示小數(shù)點位置：0一無小數(shù)；1 1位小數(shù)；2 2位小數(shù)；3一三位小數(shù)。第11頁共15頁開平

21、方處理：0 一直線；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：0一無診斷；1 診斷。PID數(shù)據(jù)表(F003-)項目代碼設(shè)定范圍代碼_PID數(shù)據(jù)_缺省值0102PID操作類型0、10100PV輸入編號150221PV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0.0 99.9min061.51.0微分時間0.0 99.9min070.00積分下限-200.0080.0200.0(%)積分上限-200.009100.0200.0(%)比率-699.910100.0799.9

22、(%)偏置-699.9110.0799.9(%)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； 1一微分先行PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0一無；1一有。第12頁共15頁可變變量表可使用百分型可變變量20個，時間型可變變量5個。01（百分型）代碼數(shù)據(jù)010.002100.00315.0040.020代碼數(shù)據(jù)010203040502（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)：缺省值為0.00mi