控制儀表課程設(shè)計說明書

摘要煤氣爐是工業(yè)生產(chǎn)中常用的加熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)，其溫度控制系統(tǒng)常用的控制技術(shù)有PID控制、模糊控制技術(shù)等，但由于煤氣爐是一個時變的、大滯后的被控對象，且升溫具有單向性，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。而PID控制因其成熟、容易實現(xiàn)、并具有可消除穩(wěn)態(tài)誤差的優(yōu)點，基本可以滿足系統(tǒng)性能要求。KMM可編程程序調(diào)節(jié)器是一種多輸入/輸出、多功能、多用途的數(shù)學(xué)式控制儀表。它與模擬式調(diào)節(jié)器相比，具有與模擬儀表兼容，運算，控制及通信功能豐富、通用性強、可靠性高，使用維護方便等優(yōu)點，用KMM進行系統(tǒng)設(shè)計，只要根據(jù)控制流程圖進行組態(tài)即可，通過各種運算模塊的不同組態(tài)可以實現(xiàn)多種控制功能，如平、PID控制、前饋控制等，非常簡便。用它進行控制，P、I、D參數(shù)調(diào)整方便，數(shù)字顯示直觀，適合于小規(guī)模生產(chǎn)裝置的控制、顯示和操作，也可以通過通信接口掛到數(shù)據(jù)通道同集散控制系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)中、大規(guī)模的分散控制、集中監(jiān)視、操作和管理。一總體方案設(shè)計煤氣爐是工業(yè)生產(chǎn)的重要裝置之一，它的任務(wù)是通過煤氣的燃燒，產(chǎn)生一個理想的溫度，以供生產(chǎn)、生活之用。在產(chǎn)品的工藝加工過程中，溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大，溫度檢測和控制很重要。基于常用的單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單但控制精度較低的實際，本設(shè)計提出了基于KMM可編程控制器的串級控制系統(tǒng)。1、串級控制系統(tǒng)1.1串級控制系統(tǒng)的基本概念串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。主參數(shù)（主變量）：串級控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的那個被調(diào)節(jié)參數(shù)稱為主參數(shù)。副參數(shù)（副變量）：其給定值隨主調(diào)節(jié)器的輸出而變化，能提前反應(yīng)主信號數(shù)字變化的中間參數(shù)稱為副參數(shù)。主對象（惰性區(qū)）：主參數(shù)所處的那一部分工藝設(shè)備，它的輸入信號是副變量，輸出信號是主變量。副對象（導(dǎo)前區(qū)）：副參數(shù)所處的那一部分工藝設(shè)備，它的輸入4流量計孔板流量計A5調(diào)節(jié)器KMM可編程調(diào)節(jié)器D6調(diào)節(jié)閥ZAZNCⅢ型電動雙座調(diào)節(jié)閥A2KMM可編程調(diào)節(jié)器KMM是單回路控制儀表（SSC）中DIGITRONIK系列的一個主要品種，適用于小規(guī)模生產(chǎn)裝置的控制、顯示和操作，也可以通過通信接口掛到數(shù)據(jù)通道上與個人計算機或集散系統(tǒng)（如TDC-3000）連接起來，實現(xiàn)大、中規(guī)模的分散控制、集中監(jiān)視、操作和管理。1KMM的基本組成KMM主要由硬件、軟件兩個部分組成。KMM的硬件部分包括主機電路、模擬量輸入/輸出電路，數(shù)字量輸入/輸出電路、輸入/輸出接口電路。主機電路包跨CPU、ROM、RAM、定時器電路、監(jiān)視器電路和電池電路等；模擬量輸入電路由緩沖電路（運算放大器和阻容元件）、A/D轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成，模擬量輸出電路由D/A轉(zhuǎn)換器、多路開關(guān)、保持電路等構(gòu)成；數(shù)字量輸入電路由晶體管陣列和門控電路構(gòu)成，數(shù)字量輸出電路包括鎖存器和晶體管陣列；輸入、輸出（I/O）接口包括可編程I/O接口電路8255和可編程鍵盤顯示控制器8259。KMM的軟件部分包括系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序包括基本程序、輸入處理程序、運算式程序和中斷處理程序組成。用戶程序由使用者自行編制。KMM采用表格式組態(tài)語言編制程序。2KMM的主要功能KMM主要以下七大功能，分別是：輸入處理功能、輸出處理功能、運算處理功能、控制類型及無擾動切換、運行方式、自診斷功能和通信功能。三控制系統(tǒng)的工作過程本設(shè)計利用KMM可編程調(diào)節(jié)器采用是串級控制方式，其基本原理框圖如圖1-3所示，系統(tǒng)簡單，控制效果好。結(jié)合系統(tǒng)控制原理框圖3-1，系統(tǒng)的控制過程如下：由WDH-II型光電高溫計測得煤氣爐爐內(nèi)的溫度，經(jīng)過其自身攜帶的溫度變送器轉(zhuǎn)換成4-20mA的標準電流信號P1’作為主控變量，并與系統(tǒng)的設(shè)定值P1比較得到偏差信號，送入主調(diào)節(jié)器（即KMM可編程控制器的PID單元），其輸出信號又作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值P2；由孔板流量計測量得到的流量信號，經(jīng)CECC電容式差壓變送器轉(zhuǎn)換成4-20mA的標準模擬信號P2’，并與主調(diào)節(jié)器的設(shè)定值P2形成偏差信號，該偏差信號送入負調(diào)節(jié)器（KMM的K單元），其輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成4-20mA的標準模擬信號，送入DKZ直行程電動執(zhí)行器，其輸出信號再作為ZAZNC-III型電動雙座調(diào)節(jié)閥控制送入煤氣爐的煤氣流量，從而實現(xiàn)對煤氣爐爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定控制。四心得體會本次課程設(shè)計是我們設(shè)計工業(yè)控制系統(tǒng)的初次嘗試，雖然控制對象比較少，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，但由于諸如KMM可編程控制器及串級控制系統(tǒng)屬于初次接觸的新事物，故設(shè)計過程還是遇到了不少的困難，有許多的費解和疑惑。特別是一開始的時候很茫然，無從下手，好在圖書館有很豐富的資料，通過查閱相關(guān)資料以后，逐漸知道了串級控制系統(tǒng)及KMM可編程控制器等。雖然時間緊、任務(wù)重，但在自己的不斷努力及謝老師平時悉心的指導(dǎo)下，終于克