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

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　?。?011-- 2012年度第二學(xué)期)</p><p>　　名 稱： 控制裝置與儀表課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目：除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系: 自動(dòng)化系

2、 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p&g

3、t;　　設(shè)計(jì)周數(shù)： 一 周 </p><p>　　成 績(jī)： </p><p>　　日期：2012年6月23日</p><p>　　《控制裝置與儀表》課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　任 務(wù) 書</b></

4、p><p><b>　　一、 目的與要求</b></p><p>　　認(rèn)知控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制儀表的應(yīng)用過程。</p><p>　　了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。</p><p>　　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。</p><

5、;p>　　初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。</p><p><b>　　二、 主要內(nèi)容</b></p><p>　　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(lái)。</p><p><b>　　組態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2．1KMM組態(tài)

6、設(shè)計(jì)</p><p>　　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。</p><p><b>　　2．2組態(tài)實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　在程序?qū)懭肫鬏斎霐?shù)據(jù)，將輸入程序?qū)懭隕PROM芯片中。</p><p>　　控制對(duì)象模擬及過程信號(hào)的采集</p>&l

7、t;p>　　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。</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　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。由于生產(chǎn)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)，

8、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)備故障。動(dòng)態(tài)調(diào)試一般包括以下內(nèi)容：</p><p>　?。欤┯^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；</p><p>　?。玻z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；</p><p>　?。常?duì)控制回路進(jìn)行在線整定；</p><p>　?。矗┊?dāng)系統(tǒng)存在較大問

9、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。</p><p><b>　　三、 進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p>　　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)

10、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)曲線的打印工作（1人）。</p><p>　　四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求</p><p>　　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)。</p><p>　　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。</p&

11、gt;<p><b>　　五、 考核方式</b></p><p>　　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。</p><p>　　設(shè)計(jì)報(bào)告格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)。</p><p><b>　　六、 選題參考</b></p><p>　　1 除氧器水位

12、單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2 爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3 過熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4 鍋爐給水三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　5 風(fēng)煤比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　6 主汽壓力前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><

13、b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　KMM調(diào)節(jié)器組態(tài)、實(shí)現(xiàn)及控制系統(tǒng)模擬調(diào)試</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1 了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。</p><

14、;p>　　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。</p><p>　　3 初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備</b></p><p>　　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(yàn)臺(tái)</p>

15、<p><b>　　設(shè)計(jì)正文：</b></p><p><b>　?、逶O(shè)計(jì)分析過程：</b></p><p>　　對(duì)如圖1所示的除氧器水位控制系統(tǒng)，要求對(duì)除氧器內(nèi)水位進(jìn)行單變量定值控制。除氧器水位經(jīng)變送器測(cè)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。 </p&

16、gt;<p>　　測(cè)量值pv的擾動(dòng)：當(dāng)測(cè)量值的取值在給定值sp附近，并且變化范圍在給定值正負(fù)15％時(shí)，通過投自動(dòng)測(cè)量值會(huì)越來(lái)越趨近于給定值，不管測(cè)量值變化多少（只要不超出上下限，否則不能投自動(dòng)），測(cè)量值都會(huì)越來(lái)越趨近于給定值。</p><p><b>　?、嬖O(shè)計(jì)步驟：</b></p><p>　　1 .由控制要求畫出控制流程圖。如附錄圖1。</p&

17、gt;<p>　　控制要求：當(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。</p><p>　　顯示要求：給定值（SP）與測(cè)量值（PV）指示表（雙針動(dòng)圈指示表） </p><p><b>　　輸出值指示</b></p><p&

18、gt;<b>　　各種指示燈</b></p><p>　　操作要求：給定值和輸出值的增減操作。</p><p>　　2. 確定對(duì)可編程序調(diào)節(jié)器的要求。</p><p>　　控制系統(tǒng)要求一路模擬量輸入（模入）通道輸入水位信號(hào)，一路模擬量輸出（模出）通道輸出控制信號(hào)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

19、外同時(shí)輸出一路4～20mA電流信號(hào)），可滿足本系統(tǒng)控制要求。</p><p>　　3 .設(shè)計(jì)控制原理圖（SAMA圖）。</p><p>　　根據(jù)控制對(duì)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)。并用SAMA圖表達(dá)出控制方案。見圖2所示。</p><p>　　4.繪制KMM組態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表</p><p>　　用所采用的控制儀表制造

20、廠商提供的控制圖例和組態(tài)方法，在控制裝置中實(shí)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(zhǔn)備。</p><p><b>　　繪制KMM組態(tài)圖。</b></p><p>　　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。</p><p>

21、;　?。?）根據(jù)KMM組態(tài)圖填寫控制數(shù)據(jù)表。</p><p>　　KMM組態(tài)通過填入如附錄圖4所示的幾個(gè)數(shù)據(jù)表格實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5 .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。</p><p>　　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

22、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(jìn)行整機(jī)和系統(tǒng)調(diào)試工作。</p><p>　　寫入的數(shù)據(jù)程序如下：</p><p>　　F001-01-01-0866 F001-01-02-2 F001-01-03-0 F001-01-04-

23、1</p><p>　　F001-01-05-25 F001-01-06-0 F001-01-07-0</p><p>　　F002-02-01-1 F002-02-02-2 F002-02-03-0.00 F002-02-04-99.99</p><p>　　

24、F002-02-15-0</p><p>　　F003-01-01-0 F003-01-02-1 F003-01-03-0 F003-01-04-0.0 </p><p>　　F003-01-05-100.0 F003-01-06-1.5 F003-01-14-15

25、 </p><p>　　F005-01-01-0.0 F005-01-02-100.0 F005-01-03-15.0 F005-01-04-0.0 </p><p>　　F006-01-01-U0004 F006-01-02-P0001 </p>

26、<p>　　F101-20-H1-P0001 F101-20-H2-P0402 F101-20-P1-U0004 F101-20-P2-P0502 F102-11-H1-U0001 F102-11-H2-P0101 </p><p>　　F103-13-H1-U0002

27、 F103-13-H2-P0102 </p><p>　　F104-19-H1-U0003</p><p>　　F105-16-H1-P0001 F105-16-H2-P0402 F105-16-P1-P0103 F105-16-P2-P0104

28、 </p><p>　　F106-30-H1-U0005 </p><p>　　F107-28-H1-P1001 F107-28-H2-U0005 </p><p>　　F108-27-

29、H1-P1002 F108-27-H2-U0006 </p><p>　　F109-45-H1-P0502 F109-45-H2-U0007 F109-45-P1-U0008 F109-45-P2-P0502 </p><p>　　6 .按控制系統(tǒng)模擬線路原理圖接線。如附錄圖

30、5。</p><p>　　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。</p><p>　　圖中實(shí)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(hào)輸入）、端子3－4（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(bào)警信號(hào)）和端子1－11（供電電源）。實(shí)驗(yàn)時(shí)需檢查確認(rèn)。彎虛線表示實(shí)驗(yàn)時(shí)需接連線，按圖4逐條正確連接。</p&

31、gt;<p>　　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)換器中的A/D模擬量輸入通道中進(jìn)行顯示和記錄。</p><p>　　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</p><p>　　，輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗，這個(gè)放大器構(gòu)成的閉環(huán)特

32、性傳遞函數(shù)，</p><p>　　設(shè)定，則。 因此，這是一個(gè)滯后時(shí)間</p><p>　　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(gè)滯后環(huán)節(jié)的滯后時(shí)間 。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。</p><p>　　工業(yè)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中輸入系統(tǒng)的定值信號(hào)和測(cè)量值，可完成信號(hào)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、打印等功

33、能。</p><p>　　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)控制曲線。</p><p><b>　　上電準(zhǔn)備。</b></p><p>　?、贆z查并確認(rèn)接線正確；</p><p>　?、趯?duì)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/Nor

34、mal made Switch）扳到“正?！保∟ormal）側(cè)。對(duì)使用“預(yù)置（Preset）型后備手操單元”的場(chǎng)合，要預(yù)先設(shè)定好“預(yù)置（Preset）輸出值”?！?lt;/p><p>　　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)”（Interlock Manmal mode）方式。</p><p>　　運(yùn)行數(shù)據(jù)的確認(rèn)。用“數(shù)據(jù)設(shè)定器”來(lái)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

35、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。記錄定值擾動(dòng)10%時(shí)的動(dòng)態(tài)過程曲

36、線。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告</b></p><p><b>　　四、課設(shè)試驗(yàn)總結(jié)：</b></p><p>　　本次課設(shè)，基本達(dá)到預(yù)期結(jié)果。通過本次課設(shè)，讓我受益匪淺，對(duì)控制裝置與儀表這門課程有了更深入的了解與認(rèn)識(shí)：了解了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)思想；了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）；掌握

37、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。</p><p>　　在為期一周的課程設(shè)計(jì)中，再次溫習(xí)的課程所學(xué)，并把書本知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，學(xué)以致用，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及操作過程有了更清晰的了解，而且還鍛煉了動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。實(shí)驗(yàn)過程比較順利，出現(xiàn)的問題不多，但收獲不少。在本次課設(shè)中，我負(fù)責(zé)KMM程序?qū)懭肫魇褂貌⒕唧w進(jìn)行EPR

38、OM芯片的制作。在前期準(zhǔn)備過程中，組態(tài)設(shè)計(jì)，并根據(jù)組態(tài)，計(jì)算KMM調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)計(jì)算與整理十分重要，因?yàn)樾酒枪饪刹脸腅PROM，所以在寫入數(shù)據(jù)時(shí)也要特別細(xì)心，不然擦除過程將會(huì)很耗時(shí)間。我將KMM相關(guān)參數(shù)整理并列寫出來(lái)，在EPROM芯片制作時(shí)高效、準(zhǔn)確的完成了工作。</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過程中，小組要分工明細(xì)，團(tuán)隊(duì)合作，細(xì)心、耐心的做，遵照相應(yīng)步驟來(lái)完成。遵照相應(yīng)步驟來(lái)完成。非常感謝老師的悉心指導(dǎo)?。?/p>

39、！</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　吳勤勤 主編 《控制儀表及裝置》.化學(xué)工業(yè)出版社 第三版 </p><p>　　《控制儀表與裝置實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 韋根原 王秀霞 主編 華北電力大學(xué)</p><p><b>　　附錄圖1</b></p&g

40、t;<p>　　除氧器水位控制系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　附錄圖2</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)SAMA圖</b></p><p><b>　　附錄圖3：</b></p><p><b>　　KMM組態(tài)圖</b>&

41、lt;/p><p><b>　　附錄圖4：</b></p><p><b>　　輸入的數(shù)據(jù)表如下：</b></p><p><b>　?、倩緮?shù)據(jù)表</b></p><p>　　(F001-01-□□-)</p><p>　　PROM管理編號(hào)：作芯片記號(hào)，指

42、定一個(gè)四位數(shù)。</p><p>　　運(yùn)算操作周期：1－100ms；2－200ms；3－300ms；4－400ms；5－500ms。</p><p>　　調(diào)節(jié)器類型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M)。</p><p>　　上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：0－無(wú)通信；1－有通信（無(wú)上位機(jī)）；2－有通信（有上位機(jī)）

43、。</p><p>　　上位機(jī)故障時(shí)切換狀態(tài)：0－MAN方式；1－AUTO方式。</p><p><b>　?、谳斎胩幚頂?shù)據(jù)表</b></p><p>　　（F002-□□-□□-）</p><p>　　輸入使用：0－不用；1－用。</p><p>　　按工程顯示小數(shù)點(diǎn)位置：0－無(wú)小數(shù)；1－1位小

44、數(shù)；2－2位小數(shù)；3－三位小數(shù)。</p><p>　　開平方處理：0－直線；0－開平方處理。</p><p>　　開方小信號(hào)切除：給AI1～AI5設(shè)定的開方信號(hào)切除值。</p><p>　　傳感器故障診斷：0－無(wú)診斷；1－診斷。</p><p><b>　?、跴ID數(shù)據(jù)表</b></p><p>

45、　?。‵003-□□-□□-）</p><p>　　PID操作類型：0－常規(guī)PID；1－微分先行PID。</p><p>　　PV跟蹤：定值跟蹤功能，0－無(wú)；1－有。</p><p><b>　?、芸勺冏兞勘?lt;/b></p><p>　　可使用百分型可變變量20個(gè)，時(shí)間型可變變量5個(gè)。</p><p&

46、gt;　?。‵005-□□-□□-）</p><p>　　01(百分型) 02(時(shí)間型)</p><p>　　百分型數(shù)據(jù)：缺省值為0.0；給定范圍為：-699.0～799.9%。</p><p>　　時(shí)間型數(shù)據(jù)：缺省值為0.00min；給定范圍為：0.00～99.99min。</p><p><b

47、>　　⑤輸出處理數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　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。</p><p>　　（F006-□□-□□-）</p><p>　　連接的內(nèi)部信號(hào)缺省值為U0000。</p><p><b>　　⑥運(yùn)算模塊數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　用

48、來(lái)規(guī)定模塊的類型及模塊相互之間的連接。</p><p>　?。‵1□□-□□-）</p><p>　　運(yùn)算模塊編號(hào)：由設(shè)計(jì)人員按模塊調(diào)入順序給出的序號(hào)。</p><p>　　運(yùn)算模塊數(shù)據(jù)表參見教材：表4-1。</p><p>　　模塊輸入端能用的內(nèi)部信號(hào)參見教材：表4-2。</p><p><b>　　附錄圖