控制裝置及儀表課程設(shè)計(jì)除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、z 課程設(shè)計(jì)報告( 2013- 2014年度第二學(xué)期) 名 稱： 控制裝置及儀表課程設(shè)計(jì) 題 目： 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系： 自動化系 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 韋根源 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)任 務(wù) 書一、 目的與要求認(rèn)知控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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（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)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、 主要內(nèi)容1 按選題的控制要求，進(jìn)行控制策略的原理設(shè)

2、計(jì)、儀表選型并將控制方案以sama圖表示出來。2 組態(tài)設(shè)計(jì)21kmm組態(tài)設(shè)計(jì)以kmm單回路調(diào)節(jié)器為實(shí)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(shí)現(xiàn)在程序?qū)懭肫鬏斎霐?shù)據(jù)，將輸入程序?qū)懭雃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(yùn)算放大器為主構(gòu)成反饋運(yùn)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(jìn)行觀察和記錄。4 系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計(jì)要求進(jìn)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(yùn)行或試運(yùn)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

3、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：）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作是否正常；）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(yùn)行；）對控制回路進(jìn)行在線整定；）當(dāng)系統(tǒng)存在較大問題時，如需進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點(diǎn)等，要重新組態(tài)下裝。三、 進(jìn)度計(jì)劃序號設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))內(nèi)容時間備注1閱讀理解課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的要求，根據(jù)選題設(shè)計(jì)內(nèi)容，小組討論控制方案，進(jìn)行sama圖設(shè)計(jì)。確定小組負(fù)責(zé)人及每人的具體分工。d1分組；確定小組負(fù)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(jì)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?/p>

4、入組態(tài)數(shù)據(jù)，寫入eprom芯片。d3上實(shí)驗(yàn)室。4進(jìn)行系統(tǒng)接線和調(diào)試d4d5上實(shí)驗(yàn)室。5上機(jī)答辯考核檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。6撰寫課程設(shè)計(jì)報告確定設(shè)計(jì)成績（其中實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作占20%，實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容占60%，設(shè)計(jì)報告占20%）。設(shè)計(jì)內(nèi)容分工參考：小組每人均參與控制方案的設(shè)計(jì)，了解方案的kmm儀表實(shí)現(xiàn)方法、實(shí)驗(yàn)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(jìn)行eprom芯片的制作（2人）；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)接線原理圖，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jìn)行記錄信號的組態(tài)和實(shí)驗(yàn)曲線的打印工作（1人

5、）。四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）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(jì)過程進(jìn)行總結(jié)，完成并打印設(shè)計(jì)報告。五、 考核方式1 按上述步驟逐項(xiàng)完成軟件內(nèi)容的設(shè)計(jì)，進(jìn)行操作演示，控制結(jié)果滿足要求，并進(jìn)行問答。2 設(shè)計(jì)報告格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)。六、 選題參考 1 除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 過熱汽溫串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 風(fēng)煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)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(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求1認(rèn)

6、知控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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（sama圖）。3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。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(jì)（實(shí)驗(yàn)）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(jìn)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模入通道送至調(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，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

7、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。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(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(jì)控制原理圖（sama圖）。根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進(jìn)行常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。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?qū)懭肫鞯氖褂梅椒ú⒂贸绦驅(qū)懭肫鲗?shù)據(jù)寫入eprom中。這部分由我主要負(fù)責(zé)。具體如下：一、 kmm程序

8、寫入器的操作方法程序?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。圖1 kmm程序?qū)懭肫鳎ㄗ螅┘懊姘澹ㄓ遥┏绦驅(qū)懭肫魍庥^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。控制代碼及數(shù)據(jù)的內(nèi)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(yùn)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?qū)懭肫鞯淖栽\斷功能。uf鍵：送運(yùn)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?qū)懭肫鱮am中的程序?qū)懭胗脩魀rom中。d鍵：選擇刪除運(yùn)算單元的內(nèi)容。l鍵：選擇打印功能。c1鍵：調(diào)用各個項(xiàng)目碼的第一部分。（在寫入運(yùn)算單元時，調(diào)用運(yùn)算式的編號部分。）c2f鍵：調(diào)用各個項(xiàng)目碼的第二部分。（在寫入運(yùn)算單元時，調(diào)用輸入信號部分。）p鍵和u鍵：用于運(yùn)算單元的置數(shù)。data鍵：調(diào)用數(shù)據(jù)部分。stop鍵：停止打印。ent鍵：確認(rèn)鍵，填入設(shè)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(yùn)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

10、見附圖4所示。模擬的控制對象采用由兩個線性運(yùn)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。控制回路中測量值和設(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(jìn)行顯示和記錄。運(yùn)算放大器構(gòu)成的是一階滯后特性的反饋回路。運(yùn)放的反饋網(wǎng)絡(luò)是電阻和電容的并聯(lián)，等效阻抗，輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗，這個放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)，設(shè)定，則。因此，這是一個滯后時間的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中選取，計(jì)算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間。因滯后時間較小，設(shè)計(jì)中將這樣的兩個環(huán)節(jié)串連而成。7. 進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)整，對控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)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)

11、器通電，初上電，調(diào)節(jié)器先處于“聯(lián)鎖手動”方式。（3） 運(yùn)行數(shù)據(jù)的確認(rèn)。用“數(shù)據(jù)設(shè)定器”來確認(rèn)，對于運(yùn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定變更（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(jìn)行輸 出操作、方式切換等正常的運(yùn)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(jìn)行pi參數(shù)的調(diào)整，使控制品質(zhì)達(dá)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(jìn)口; 2至凝結(jié)器排氣口; 3噴口;4汽源管; 5耙

12、管附圖（設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)?；緮?shù)據(jù)表(f001-01-)項(xiàng)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)0108130運(yùn)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)器編號15005251上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)0、1、20600上位機(jī)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：01pid(a/m)1；1pid(c/a/m)；22pid(a/m)；32pid(c/a/m)。上位計(jì)算機(jī)控制

13、系統(tǒng)：0無通信；1有通信（無上位機(jī)）；2有通信（有上位機(jī)）。上位機(jī)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(xiàng)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(diǎn)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(bǔ)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-99999999080壓力補(bǔ)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-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(diǎn)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(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-）項(xiàng)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(nèi)部信號名稱信號名代碼01(模擬輸出)ao101u4u0004ao202sp1p0001ao30302(數(shù)字輸出)do101do202do303運(yùn)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(yùn)算模塊編號運(yùn)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報告姓名：徐槐遠(yuǎn)專業(yè)、班級：自動化1103epro

18、m編號0813學(xué)號：201002020322同組人 杜遠(yuǎn)征 楊磊 潘宇遙設(shè)計(jì)名稱除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)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(jì)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?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)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(diào)量：7.8% 穩(wěn)態(tài)誤差:0.02,不是很好地滿足控制品質(zhì)要求 指導(dǎo)教師韋根源設(shè)計(jì)日期2014-6-26三、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）總結(jié)或結(jié)論 本次課程設(shè)計(jì)我們班安排的時間是周四上午，由于之前預(yù)習(xí)的不是太充分，做實(shí)驗(yàn)的時候被韋老師批評，我們都很不好意思。后來經(jīng)韋老師的指導(dǎo)，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(xué)習(xí)的理論知識，接觸到了新的實(shí)驗(yàn)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(jì),通過設(shè)計(jì)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(jìn)一步掌握了數(shù)字調(diào)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(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(jì)中，我主要負(fù)責(zé)的任務(wù)是確定記錄信號并利用工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行記錄信號的組