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

1、羋先也力士號(hào)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2016-2017 年度第二學(xué)期）名稱：捽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：科技學(xué)院班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：Word資料日期： 年 月日控制裝置與儀表課程設(shè)計(jì)任務(wù)書目的與要求認(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。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)計(jì)、儀表選型并將控制方案以 SAMA 圖表示出來。2

2、 .組態(tài)設(shè)計(jì)3 . 1KMM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。4 . 2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)懭隕PROM芯片中。5 .控制對(duì)象模擬及過程信號(hào)的采集根據(jù)控制對(duì)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(duì)象的特性。將定值和過程變量送入工業(yè)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置中，以便進(jìn)行觀察和記錄。6 .系統(tǒng)調(diào)試由于生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相連時(shí)的調(diào)試。過程已經(jīng)處于運(yùn)行或試運(yùn)行階段，此時(shí)應(yīng)以觀察為主，當(dāng)涉及到必需的系統(tǒng)修改時(shí)，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

3、障。動(dòng)態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容：1）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；2）檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當(dāng)時(shí)候投入自動(dòng)運(yùn)行；3）對(duì)控制回路進(jìn)行在線整定；4）當(dāng)系統(tǒng)存在較大問題時(shí)，如需進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)修改、 增加測(cè)點(diǎn)等，要重新組態(tài)下裝。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容時(shí)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)彳T 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)懭肫鬏斎虢M

4、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D4 D5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(bào)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(bào)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(hào)并利用工業(yè)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行記錄信號(hào)的組態(tài)和實(shí)驗(yàn)曲線的打

5、印工作（1人）。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(duì)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(bào)告。五、考核方式1 .每人學(xué)習(xí)、理解設(shè)計(jì)書內(nèi)容，小組討論設(shè)計(jì)題目，確定個(gè)人分工。完成控制對(duì)象模擬的電路設(shè)計(jì)圖；控制策略設(shè)1t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(shí)驗(yàn)室前，每人手寫出自己的工作內(nèi)容。（20分）2 .實(shí)驗(yàn)室部分：按設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行程序?qū)懭?、模擬控制對(duì)象的運(yùn)放回路接線、記錄曲線接線及組態(tài)。控制回路調(diào)試、PI參數(shù)整定、動(dòng)態(tài)曲線記錄打印；設(shè)計(jì)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)答辯。（60分）3 .撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。根據(jù)分工內(nèi)容允許有側(cè)重

6、。 要求格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)，有原創(chuàng)性。（20 分）六、選題參考0天燃?xì)鈮毫刂葡到y(tǒng)（設(shè)計(jì)書中實(shí)例）（控制系統(tǒng)特點(diǎn)：?jiǎn)位芈房刂品桨福挥凶云胶饽芰φ谋豢貙?duì)象）1除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：?jiǎn)位芈房刂品桨?；無自平衡能力正的被控對(duì)象）2爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：?jiǎn)位芈?PID死區(qū)控制方案；有自平衡能力負(fù)的被控對(duì)象）3過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：串級(jí)控制方案；主、付對(duì)象均為有自平衡能力負(fù)的被控對(duì)象）4鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：串級(jí)三沖量控制方案；被控對(duì)象為無自平衡能力正的被控對(duì)象）5風(fēng)煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：比值控制方案；被控對(duì)象設(shè)為有自平衡能力正的被控對(duì)象）6主汽壓力

7、前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提示：?jiǎn)位芈非梆伩刂品桨福槐豢貙?duì)象為有自平衡能力正的被控對(duì)象）學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：年 月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)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(duì)如上圖所示的除氧器水位單回路控制系統(tǒng)， 要求對(duì)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(cè)量后，由 KMM

8、 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(cè)量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值 （15%）時(shí)， 調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換至手動(dòng)（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15% ）,允許切入自動(dòng)（A） 方式。2 .確定對(duì)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(hào)，一路模擬量輸出（模出）通道輸出控制信號(hào)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(shí)輸出一路 420mA電流信號(hào)），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(duì)象的特性和控制要求，進(jìn)

9、行常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。SAMA圖如下：4.繪制KMM 組態(tài)圖并填寫 KMM 控制數(shù)據(jù)表KMM組態(tài)圖:PPAR3 15%PPAR40.0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(hào)指定的四位數(shù)01隨意0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(bào)警顯示PID編號(hào)1、20411調(diào)節(jié)器編號(hào)150051上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)0、1、20600上位機(jī)故障時(shí)切換狀態(tài)0、10700PROM管理編號(hào)：作芯片記號(hào)，指定一個(gè)四位數(shù)。調(diào)節(jié)器類型：01PID(A/M)1 ; 1 P

10、ID(C/A/M) ; 2 2PID(A/M) ; 3 2PID(C/A/M)上位計(jì)算機(jī)控制系統(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(shí)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(cè)量單位的下限值-9999 9999030.000.0工程測(cè)量單位的上限值-9999 999904100.00100.0折線編號(hào)0、 1、 2、 3050溫度補(bǔ)償輸入編號(hào)0、 1、 2、 3、 4、5060溫度單位0、1070設(shè)定（目標(biāo)）

11、溫度-9999 9999080壓力補(bǔ)償輸入編號(hào)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(hào)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(diǎn)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；0開平方處理。開方小信號(hào)切除：給AI1AI5設(shè)定的開方信號(hào)切除值。傳感器故障診斷：0無診斷；1 診斷。PID數(shù)據(jù)表(F003- 日)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、1010

12、0PV輸入編號(hào)150211PV跟蹤0、10300報(bào)警滯后0.0 100.0(%)0401.0比例帶0.0 799.9(%)05100.0100.0積分時(shí)間0.0 99.9min061.51.0微分時(shí)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(%)10100.0偏置-699.9 799.9(%)110.0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(bào)警0.0 100.0(%)1410.0報(bào)警下限-6.9 106.9(%)150

13、.0報(bào)警上限-6.9 106.9(%)16100.0PID操作類型：0常規(guī)PID; 1微分先行PIDo PV跟蹤：定值跟蹤功能，0無；1有。可變變量表（F005- da口口）Word資料01（百分型）02（時(shí)間型）代碼數(shù)據(jù)010.002100.00310.0040.020代碼數(shù)據(jù)0102030405百分型數(shù)據(jù)：缺省值為 0.0;給定范圍為：-699.0799.9%。時(shí)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(hào)和數(shù)字輸出信號(hào)從哪個(gè)模塊引出。(F006-e )輸出輸出端代碼連接的內(nèi)部信號(hào)名稱信號(hào)名代碼01（模擬輸出）AO101U4U00

14、04AO202SP1P0001AO30302（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。Word資料運(yùn)算模運(yùn)算式H1輸入信號(hào)H2輸入信號(hào)P1輸入信號(hào)P2輸入信號(hào)塊編號(hào)名稱編號(hào)信號(hào)名稱代碼信號(hào)名稱代碼信號(hào)名稱代碼信號(hào)名稱代碼1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP05022LLM11U1U0001PPAR1P01013HLM13U2U0002PPAR2P01024MAN19U3U00035DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P01046NOT30U5U00057OR28MSWP10

15、01U5U00058AND27ASWP1002U6U00069MOD45OFFP0502U7U0007U8U0008OFFP050210305 .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。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(jìn)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(xiàng)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?EPROM 中。寫入程序后的 EPROM 移插到KMM調(diào)節(jié)器的用戶EPROM中

16、，即可進(jìn)行整機(jī)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(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)模擬控制對(duì)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:-3v24VDC1+24VAO1I25 AIR2+AO1I-5AO1V+AO1V-AO2V+7837NT'KAO2V-A/D模擬量輸入通道CZ69 10 11 12 13 14 15計(jì)算機(jī)打印機(jī)工業(yè)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換器26 AIR2-33 0V34圖4模擬控制回路接線圖KMMWord資料模擬的控制對(duì)象采用由兩個(gè)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(duì)象的滯后時(shí)間?？刂苹芈分袦y(cè)量值和設(shè)定值信號(hào)分別送入工業(yè)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換器

17、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ZfRf CfsRfRf.11 RfCfSCfs,輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗乙=R1,這個(gè)放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)ZfW(s)=工 Z1Rf / Ri _ W(s)=-RfCfs,設(shè)定 Rf=R1,則-RfCfs。因此,這是一個(gè)滯后時(shí)間T =RfCf的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中選取Rf =R1 =100cC =47Cf，計(jì)算得這個(gè)滯后環(huán)節(jié)的滯后時(shí)間T=47s。因滯后時(shí)間較小，設(shè)計(jì)中將這樣的兩個(gè)環(huán)節(jié)串連而成。7.進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)整，對(duì)控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行模擬測(cè)試并記錄定值擾動(dòng)控

18、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(dòng)”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(duì)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(shí)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(hào)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(dòng)10%時(shí)的動(dòng)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

19、進(jìn)口 ； 2 一至凝結(jié)器排氣口 ； 3 一噴口；4汽源管；5耙管Word資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：專業(yè)、班級(jí)：EPROM編號(hào)學(xué)號(hào)：同組人設(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(shí)，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(cè)量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%）時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換至手動(dòng)（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15%）,允許切入自動(dòng)（A）方 式

20、。2 PI參數(shù)8=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(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性，穩(wěn)態(tài)誤差反應(yīng)了靜態(tài)準(zhǔn)確性；比例帶不變，減小積分時(shí)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(shí)間不變，比例帶卜降，衰減率減小穩(wěn)定性變差，超調(diào)量增加，穩(wěn)態(tài)誤差減小；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(jì)日期三、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）總結(jié)或結(jié)論本周的控制裝置及儀表的課程設(shè)計(jì)給我留下的印象非常深刻，雖然課表上安排的時(shí)間是一周，但是我們只有一上午的時(shí)間做實(shí)驗(yàn)。時(shí)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(shí)驗(yàn)。在這個(gè)過程中 我鞏固了之前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，接觸到了新的實(shí)驗(yàn)方法，鍛煉了動(dòng)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(gè)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