控制裝置及儀表課程設計除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計

1、z 課程設計報告( 2013- 2014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： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 韋根源 設計周數(shù)： 一周 成 績： 日期：2014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、 主要內容1 按選題的控制要求，進行控制策略的原理設

2、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，當涉及到必需的系統(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常

3、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)據(jù)表。d2列出kmm組態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序寫入器輸

4、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

5、）。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 按上述步驟逐項完成軟件內容的設計，進行操作演示，控制結果滿足要求，并進行問答。2 設計報告格式規(guī)范，內容詳實。六、 選題參考 1 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設計 2 爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計 3 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)設計 4 鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設計 5 風煤比值控制系統(tǒng)設計 6 主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 指導教師： 韋根源 2014年6月26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

6、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。對如附圖1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?？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

7、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?？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圖見附圖24. 繪制kmm組態(tài)圖并填寫kmm控制數(shù)據(jù)表 kmm組態(tài)圖見附圖35. 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。這部分由我主要負責。具體如下：一、 kmm程序

8、寫入器的操作方法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。圖1 kmm程序寫入器（左）及面板（右）程序寫入器外觀見圖1（左）。其鍵盤和顯示單元部分如圖1（右）所示。顯示部分由兩排數(shù)碼管顯示信息，上排數(shù)碼管顯示控制代碼及數(shù)據(jù)，其全部格式見圖2所示。圖2 控制數(shù)據(jù)的代碼下排數(shù)碼管給出數(shù)據(jù)填寫過程中的提示信息或出錯代碼?？刂拼a及數(shù)據(jù)的內容填寫由鍵盤控制。各鍵功能如下（按由上至下，從左到右的鍵盤順序）：read鍵：把用戶prom程序讀入寫入器的ram中。a鍵：選擇增加運算單元的功能。c鍵：選擇用戶prom校核功能，擦除檢查、

9、缺省值讀出和程序寫入器的自診斷功能。uf鍵：送運算單元的單元編號。f鍵：選擇控制數(shù)據(jù)的寫入功能。writ鍵：把程序寫入器ram中的程序寫入用戶prom中。d鍵：選擇刪除運算單元的內容。l鍵：選擇打印功能。c1鍵：調用各個項目碼的第一部分。（在寫入運算單元時，調用運算式的編號部分。）c2f鍵：調用各個項目碼的第二部分。（在寫入運算單元時，調用輸入信號部分。）p鍵和u鍵：用于運算單元的置數(shù)。data鍵：調用數(shù)據(jù)部分。stop鍵：停止打印。ent鍵：確認鍵，填入設置的代碼和數(shù)據(jù)。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

10、見附圖4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)

11、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

12、管附圖（設計流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）附圖1 附圖2 附圖3附圖4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(a/m)；32pid(c/a/m)。上位計算機控制

13、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、5090壓力單位0、1100設定（目標）壓力-99

14、999999110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比例帶0.0799.9(%)05100.0100.0

15、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：定值跟蹤功能，0無；1有?？勺冏兞勘恚╢005-） 01(

16、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-）運算模塊編號運算式h1輸入信號h2輸入信號p1輸

17、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1pid120sp1p0001ai2p0402u4u0004offp05022llm11u1u0001ppar1p01013hlm13u2u0002ppar2p01024man19u3u00035dms16sp1p0001ai2p0402ppar3p0103ppar4p01046not30u5u00057or28mswp1001u5u00058and27aswp1002u6u00069mod45offp0502u7u0007u8u0008offp05021030設計實驗報告姓名：徐槐遠專業(yè)、班級：自動化1103epro

18、m編號0813學號：201002020322同組人 杜遠征 楊磊 潘宇遙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。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 pi參數(shù)p=31.2ti=0.25min3 記錄曲線見打印圖

19、紙4 曲線分析 衰減率:50.6% 超調量：7.8% 穩(wěn)態(tài)誤差:0.02,不是很好地滿足控制品質要求 指導教師韋根源設計日期2014-6-26三、課程設計（綜合實驗）總結或結論 本次課程設計我們班安排的時間是周四上午，由于之前預習的不是太充分，做實驗的時候被韋老師批評，我們都很不好意思。后來經韋老師的指導，我們最后一組做了出來，過程很艱辛。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，我主要負責的任務是確定記錄信號并利用工業(yè)控制信號轉換設備進行記錄信號的組