控制裝置與儀表課程設(shè)計(jì).

1、華蛀電力*孑課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2011- 2012年度第二學(xué)期）名 稱：控制裝置與儀表課程設(shè)計(jì)題目：除氧器水位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系：動力工程系班級：測控學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：一 周成 績：期：2012 年 6 月 28 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（SAM/圖）。2. 掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM勺組態(tài)方法，熟悉KMM勺面板操作、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SA

2、MA圖表示 出來。2. 組態(tài)設(shè)計(jì)2 . 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。2 .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。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，以免影響正常生產(chǎn)，更

3、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：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)時候投入自動運(yùn)行；3）對控制回路進(jìn)行在線整定；4）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。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KMMS態(tài)數(shù)據(jù)表。3利用程序

4、寫入器輸入組態(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(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?體進(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

5、的打印工作（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. 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(bào)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:一、設(shè)計(jì)目的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勺組態(tài)方

6、法，熟悉KMM勺面板操作、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、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備KM嗽字調(diào)節(jié)器、KMMi序?qū)懭肫?、PROM擦除器、控制系統(tǒng)模擬試驗(yàn)臺 1三、設(shè)計(jì)正文：設(shè)計(jì)分析過程：對如圖1所示的除氧器水位控制系統(tǒng)，要求對除氧器內(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。測量值pv的擾動：當(dāng)測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，通過投自動測量值會越來越趨近于給定值，不管測量值變化多少（只要不超出上下限，

7、否則不能投自動）測量值都會越來越趨近于給定值。設(shè)計(jì)步驟：1 .由控制要求畫出控制流程圖。如附錄圖1?？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。顯示要求：給定值（SF）與測量值（PV指示表（雙針動圈指示表）輸出值指示各種指示燈操作要求：給定值和輸出值的增減操作。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）通道輸入水位信號，一路模擬量輸出（模出）通道輸出控制信號控制水位調(diào)節(jié)閥。而 KMM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

8、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（SAMAB）。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)。并用SAMA圖表達(dá)出控制方案。見圖2所示。4. 繪制KMM&態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表KMM的用所采用的控制儀表制造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。組態(tài)方式是填表式組態(tài)方法，要根據(jù)控制要求畫出 KMMS態(tài)圖并由組態(tài)圖按 KM嗽據(jù)表格式填寫控制 數(shù)據(jù)表，為制作用戶 EPROM作準(zhǔn)備。（1）繪制KMM&態(tài)圖。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。（2）根據(jù)KMM組態(tài)圖填寫控制數(shù)據(jù)表。KMMS態(tài)通過填入如附錄圖 4所示

9、的幾個數(shù)據(jù)表格實(shí)現(xiàn)。5 .掌握KMh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o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)懭隕PROI中o寫入程序后的 EPROI移插到KMM調(diào)節(jié)器的用戶 EPROI中,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。如附錄圖5o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。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

10、信號輸入）、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）和端子1 - 11 （供電電源）。實(shí)驗(yàn)時需檢查確認(rèn)。彎虛線表示實(shí)驗(yàn)時需接連線，按圖4逐條正確連接。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?？刂苹芈分袦y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Rf-rCfSRfZ fRf - 11 RfCfSCf sZfRf /W(s)Z11+RfCfS,輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗 乙=& ,這個放大器構(gòu)成的閉

11、環(huán)特性傳遞函數(shù)，設(shè)定Rf二冃，則W（s）1因此，這是一個滯后時間 T二RfCf1+RfC f s的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中選取Rf =100K , C f =47丄，計(jì)算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間T =4.7s。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。工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換器是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中輸入系統(tǒng)的定值信號和測量值，可完成信號的數(shù)據(jù)存儲、顯示、打印等功能。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。 檢查并確認(rèn)接線正確； 對內(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)”（Sta ndby/Normal ma

12、de Switch）扳到“正?！?（Normal ）側(cè)。對使用“預(yù)置（Preset ）型后備手操單元”的場合，要預(yù)先設(shè)定好“預(yù)置（Preset ）輸出值”。（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”（In terlock Manmal mode ）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

13、“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10%寸 的動態(tài)過程曲線。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：董博英專業(yè)、班級：測控09K2EPROlMw號2926學(xué)號：091912020202同組人王巍張孝楠朱騰翌設(shè)計(jì)名稱KMM態(tài)及控制系統(tǒng)調(diào)試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，

14、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)：比例帶3=15.0%積分時間=0.10min3. 記錄曲線：如附圖所示4. 曲線分析：第一個峰值取值為4.29，第二個峰值取值為 4.25。穩(wěn)態(tài)值為4.22.指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)日期2012-06-28四、課設(shè)試驗(yàn)總結(jié):通過本次課設(shè)，基本達(dá)到了課設(shè)目的。認(rèn)知了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制儀表的應(yīng)用過程，對控制裝置與儀表這門課程有了更深入的了解與認(rèn)識： 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）；掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器 KMM勺組態(tài)方法，熟悉 KMM勺面板操作、數(shù)據(jù)設(shè) 定器和KM

15、M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。本次課設(shè)過程比較順利，出現(xiàn)問題不多，但在過程中需要注意的東西不少。首先，接線要認(rèn)真仔細(xì)，尤其注意檢查確認(rèn)已連接的連線，即KMM（ CZ6）端子33 - 37 （禁止外部聯(lián)鎖信號輸入）、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）和端子1 - 11 （供電電源）。其次，數(shù)據(jù)讀入要細(xì)心，由于芯片是光可擦除的EPROM擦出過程非常耗時，最后，在比例帶與積分時間的選取上，要有目的有針對性，并且要多次調(diào)整，以尋找最佳情況。在本次課程設(shè)計(jì)中把書本知 識與實(shí)踐結(jié)合起來，學(xué)以致用，不僅對實(shí)驗(yàn)原理及操作過程有了更清晰的

16、了解，而且還鍛煉了動手能 力和團(tuán)隊(duì)合作能力。五、參考文獻(xiàn):控制儀表及裝置第三版控制儀表與裝置實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書吳勤勤主編化學(xué)工業(yè)出版社韋根原王秀霞主編華北電力大學(xué)附錄圖1除氧器水位控制系統(tǒng)流程圖附錄圖2AIR2KITRACK1ORAH/LA/Ms_1 AO1A/Df(x)控制系統(tǒng)SAMA圖附錄圖3:AIR2水位PPAR315%PPAR40.0KMM組態(tài)圖附錄圖4:輸入的數(shù)據(jù)表如下： 基本數(shù)據(jù)表(F001-01- 口 -)項(xiàng)目代碼設(shè)定范圍代碼數(shù)據(jù)省缺值promt理編號指定的四位數(shù)0129260運(yùn)算操作周期1、2、3、4、50222調(diào)節(jié)器類型0、 1、 2、 30300PV報(bào)警顯示PID編號1、

17、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、10700promt理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。運(yùn)算操作周期：1 100ms； 2 200ms； 3 300ms； 4 400ms； 5 500mso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）。 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)故障時切換狀態(tài)： 0 MAN方式；1 AUTC方式。 輸入處理數(shù)據(jù)表（F002- 口 - 口 -）項(xiàng)目代碼設(shè)定范圍代碼模擬輸入數(shù)據(jù)缺省

18、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-9999 9999030.000.0工程測量單位的上限值-9999 99990499.99100.0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-9999 9999080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-9999 9999110開平方處理0、1120開方小信號切除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

19、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- 口 - 口 -)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(bào)警滯后0.0 100.0(%)040.01.0比例帶0.0 799.9(%)05100.0100.0積分時間0.0 99.9min061.51.0微分時間0.0 99.9min070.00積分下限-200.0 200.0(%

20、)080.0積分上限-200.0 200.0(%)09100.0比率-699.9799.9(%)10100.0偏置-699.9799.9(%)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(%)141510.0報(bào)警下限-6.9 106.9(%)150.0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PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0 無；1 有。 可變變量表可使用百分型可變變量 20個，時間型可變變量 5個。(F005-)百分型）代碼數(shù)據(jù)010.002100.00315.0040.02001(代碼數(shù)據(jù)0102030405時間型）02(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- 口 - 口 -)輸出輸出端