1、 課程設計報告( 2016-2017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設計 院 系： 科技學院 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 設計周數： 一周 成 績： 日期： 年 月 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 掌握數字調節器KMM的組態方法，熟悉KMM的面板操作、數據設定器和KMM數據寫入器的使用方法。3 初步了解控制系統參數整定、系統調試的過程。二、 主要內容1 按選題的控制要求，進行控制策略的原理設計、儀表選型并將控制方案

2、以SAMA圖表示出來。2 組態設計21KMM組態設計以KMM單回路調節器為實現儀表并畫出KMM儀表的組態圖，由組態圖填寫KMM的各組態數據表。22組態實現在程序寫入器輸入數據，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信號轉換裝置中，以便進行觀察和記錄。4 系統調試設計要求進行動態調試。動態調試是指系統與生產現場相連時的調試。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修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產，更不允許造成系統或

3、設備故障。動態調試一般包括以下內容：1）觀察過程參數顯示是否正常、執行機構操作是否正常；2）檢查控制系統邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行；3）對控制回路進行在線整定；4）當系統存在較大問題時，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KMM調節器組態要求，設計KMM組態圖，填寫KMM組態數據表。D2列出KMM組態數據表。3利用程序寫入器輸入組態數據，寫入

4、EPROM芯片。D3上實驗室。4進行系統接線和調試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儀表實現方法、實驗系統組成、系統調試和數據記錄的過程。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面板功能及數據設定器使用（1-2人）；確定記錄信號并利用工業控制信號轉換設備進行記錄信號的組態和實驗曲線的打印工作（1人）。四、 設計（

5、實驗）成果要求1 完成系統SAMA圖和KMM組態圖，附出控制系統的調試曲線和控制參數。2 對系統設計過程進行總結，完成并打印設計報告。五、 考核方式1 每人學習、理解設計書內容，小組討論設計題目，確定個人分工。完成控制對象模擬的電路設計圖；控制策略設計方案、組態圖、列寫出KMM數據表；需記錄的曲線及接線圖。在上實驗室前，每人手寫出自己的工作內容。（20分）2 實驗室部分：按設計內容進行程序寫入、模擬控制對象的運放回路接線、記錄曲線接線及組態。控制回路調試、PI參數整定、動態曲線記錄打印；設計結果現場答辯。（60分）3 撰寫設計報告。根據分工內容允許有側重。要求格式規范，內容詳實，有原創性。（2

6、0分）六、 選題參考 0 天燃氣壓力控制系統（設計書中實例）（控制系統特點：單回路控制方案；有自平衡能力正的被控對象） 1 除氧器水位單回路控制系統設計（提示：單回路控制方案；無自平衡能力正的被控對象） 2 爐膛壓力系統死區控制系統設計（提示：單回路PID死區控制方案；有自平衡能力負的被控對象） 3 過熱汽溫串級控制系統設計（提示：串級控制方案；主、付對象均為有自平衡能力負的被控對象） 4 鍋爐給水三沖量控制系統設計（提示：串級三沖量控制方案；被控對象為無自平衡能力正的被控對象） 5 風煤比值控制系統設計（提示：比值控制方案；被控對象設為有自平衡能力正的被控對象） 6 主汽壓力前饋控制系統設計

7、（提示：單回路前饋控制方案；被控對象為有自平衡能力正的被控對象） 學生姓名： 指導教師： 年 月 日除氧器水位單回路控制系統設計一、課程設計(綜合實驗)的目的與要求1認知控制系統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掌握數字調節器KMM的組態方法，熟悉KMM的面板操作、數據設定器和KMM數據寫入器的使用方法。4初步了解控制系統參數整定、系統調試的過程。二、設計（實驗）正文1. 由控制要求畫出控制流程圖。對如上圖所示的除氧器水位單回路控制系統，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模入通道送至調節器中。調節器輸出AO1經A

8、/D轉換通道控制調節閥，控制除氧器內水位。控制要求：當調節器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監視值（15%）時，調節器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內（15%），允許切入自動（A）方式。2. 確定對可編程序調節器的要求。控制系統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），可滿足本系統控制要求。3. 設計控制原理圖（SAMA圖）。根據控制對象的特性和控制要求，進行常規的控制系統設計。SAMA圖如下：4. 繪制KMM組態圖

9、并填寫KMM控制數據表KMM組態圖：表格數據：KMM組態通過填入以下數據表格實現。基本數據表(F001-01-)項目代碼設定范圍代碼數據省缺值PROM管理編號指定的四位數01隨意0運算操作周期（100ms）1、2、3、4、50222調節器類型0、1、2、30300PV報警顯示PID編號1、20411調節器編號150051上位計算機控制系統0、1、20600上位機故障時切換狀態0、10700PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數。調節器類型：01PID(A/M)1；1PID(C/A/M)；22PID(A/M)；32PID(C/A/M)。上位計算機控制系統：0無通信；1有通信（無上位機）；2

10、有通信（有上位機）。上位機故障時切換狀態：0MAN方式；1AUTO方式。輸入處理數據表（F002-）項目代碼設定范圍代碼模擬輸入數據缺省值0102030405輸入使用0、10110按工程顯示小數點位置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-99999999110開平方處理0、1120

11、開方小信號切除0.0100.0(%)130數字濾波常數0.0999.9s140.0傳感器故障診斷0、11501輸入使用：0不用；1用。按工程顯示小數點位置：0無小數；11位小數；22位小數；3三位小數。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數據表（F003-）項目代碼設定范圍代碼PID數據缺省值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積分時間0.099.9min061.51

12、.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（F005-） 01(百分型) 02(時間型)代碼數據代碼數據

13、010.00102100.0020310.003040.0040520百分型數據：缺省值為0.0；給定范圍為：-699.0799.9%。時間型數據：缺省值為0.00min；給定范圍為：0.0099.99min。輸出處理數據表規定模擬輸出信號和數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(數字輸出)DO101DO202DO303運算模塊數據表用來規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輸入信號P2輸入信號名稱編號信號名稱代碼信

14、號名稱代碼信號名稱代碼 信號名稱代碼1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP05022LLM11U1U0001PPAR1P01013HLM13U2U0002PPAR2P01024MAN19U3U00035DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P01046NOT30U5U00057OR28MSWP1001U5U00058AND27ASWP1002U6U00069MOD45OFFP0502U7U0007U8U0008OFFP050210305. 掌握KMM程序寫入器的使用方法并用程序寫入器將數據寫入EPROM中。程序寫入器具有制作可編程

15、調節器的用戶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。根據數據表中所填寫的代碼和數據用KMM程序寫入器進行編程。程序寫入器的具體使用方法參見附錄中說明。按表格次序逐項輸入數據。程序輸入并檢查修改完畢后，按“WRIT”、 “ENT”鍵，將程序寫入EPROM中。寫入程序后的EPROM移插到KMM調節器的用戶EPROM中，即可進行整機和系統調試工作。6. 按控制系統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，構成控制系統的模擬控制回路。系統原理接線圖如下圖所示： 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節串連構成，以加大對

16、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，等效阻抗，輸入網絡的等效阻抗，這個放大器構成的閉環特性傳遞函數，設定，則。因此，這是一個滯后時間的一階滯后環節。設計實驗中選取，計算得這個滯后環節的滯后時間。因滯后時間較小，設計中將這樣的兩個環節串連而成。7. 進行控制參數調整，對控制系統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。使調節器通電，初上電，調節器先處于“聯鎖手動”方式。（3） 運行數據的確認。用“數據設定器”來確認

17、，對于運行所必需的控制數據、可變 參數等是否被設定在規定值。必要時可進行數據的設定變更（4） 按控制面板上的R（Reset，復位）按鈕，解除 “聯鎖方式”后，調節器可進行輸 出操作、方式切換等正常的運行操作。（5） 組態工業控制信號轉換設備的顯示畫面，以便記錄調試曲線。（6） 通過“數據設定器”進行PI參數的調整，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耙管設計實驗報告姓名：專業、班級：EPROM編號學號：同組人 設計名稱除氧器水位單回路控制系統

18、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定，此外除氧器設置水位調節器，通過改變給水量來調節水箱水位，保證除氧器正常工作，此次課程設計的系統目的在于在水箱水位改變時，通過KMM調節器調節給水從而維持除氧器水位在正常水平。控制要求：當調節器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監視值（15%）時，調節器自動切換至手動（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 =67TI=2.50min3 記錄曲線見打印圖紙4 曲線分析衰減率反應了系統的穩定性，超調量反應了動態準確性，穩態誤差反應了靜態準確性；比例帶不變，減小積

19、分時間，衰減率減小穩定性變差，超調量增加，穩態誤差為零；積分時間不變，比例帶下降，衰減率減小穩定性變差，超調量增加，穩態誤差減小； 衰減率:90% 超調量：20% 穩態誤差:0.005 滿足控制品質要求指導教師設計日期三、課程設計（綜合實驗）總結或結論 本周的控制裝置及儀表的課程設計給我留下的印象非常深刻，雖然課表上安排的時間是一周，但是我們只有一上午的時間做實驗。時間如此緊迫讓我找到了備戰考試的感覺，正因為如此所以學習效率較高，做好了事先的準備工作，比較順利的完成了實驗。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，進一步掌握了數字調節器KMM的組態方法，組態圖的繪制，各個組態元件模塊的功能。熟悉了KMM的面板操作、數據設定器和KMM數據寫入器的使用方法，以及如何將程序燒制到EPROM。另外，對于