1、 課程設計報告( 2012- 2013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： 自動化系 班 級： 1001班 學 號： 201002020115 學生姓名： 李 念 指導教師： 韋根原 設計周數： 一周 成 績： 日期：2013年 6月 27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

2、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

3、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設備故障。動態調試一般包括以下內容：）觀察過程參數顯示是否正常、執行機構操作是否正常；）檢查控制系統邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行；）對控制回路進行在線整定；）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。

4、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

5、進行記錄信號的組態和實驗曲線的打印工作（1人）。四、 設計（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 按上述步驟逐項完成軟件內容的設計，進行操作演示，控制結果滿足要求，并進行問答。2 設計報告格式規范，內容詳實。六、 選題參考 1 除氧器水位單回路控制系統設計 2 爐膛壓力系統死區控制系統設計 3 過熱汽溫串級控制系統設計 4 鍋爐給水三沖量控制系統設計 5 風煤比值控制系統設計 6 主汽壓力前饋控制系統設計 學生姓名： 指導教師： 韋根原 2013年6月24日除氧器水位單回路控制系統

6、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、 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以sama圖表示出來。2 . 組態設計21 kmm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

7、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；三、設計（實驗）正文1. 由控制要求畫出控制流程圖。對如附圖1

8、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/d轉換通道控制調節閥，控制除氧器內水位?？刂埔螅寒斦{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

9、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圖見附圖24. 繪制kmm組態圖并填寫kmm控制數據表 kmm組態圖見附圖35. 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。這部分由我主要負責。具體如下：一、 kmm程序寫入器的操作方法程序寫入器具有制作可編程調節器的用戶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。圖1 kmm程序寫入器（左）及面板（右）程序寫入器外觀見圖1（左）。其鍵盤和顯示單元部分如圖1（右）所示。顯示部分由兩排數碼管顯示信息，上排數碼管顯示控制代

10、碼及數據，其全部格式見圖2所示。圖2 控制數據的代碼下排數碼管給出數據填寫過程中的提示信息或出錯代碼?？刂拼a及數據的內容填寫由鍵盤控制。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：選擇增加運算單元的功能。c鍵：選擇用戶prom校核功能，擦除檢查、缺省值讀出和程序寫入器的自診斷功能。uf鍵：送運算單元的單元編號。f鍵：選擇控制數據的寫入功能。writ鍵：把程序寫入器ram中的程序寫入用戶prom中。d鍵：選擇刪除運算單元的內容。l鍵：選擇打印功能。c1鍵：調用各個項目碼的第一部分。（在寫入運算單元時，調用運算式的編號部分。）c2f鍵

11、：調用各個項目碼的第二部分。（在寫入運算單元時，調用輸入信號部分。）p鍵和u鍵：用于運算單元的置數。data鍵：調用數據部分。stop鍵：停止打印。ent鍵：確認鍵，填入設置的代碼和數據。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。系統原理接線圖見附圖4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

12、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，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

13、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耙管附圖（設計流程圖、程序、表格、數據等） 附圖1 附圖2 附圖3附圖4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0101010運算操作周期（100ms）1、2、3、4、5022調節器類型0、1、2、

14、3030pv報警顯示pid編號1、2041調節器編號150051上位計算機控制系統0、1、2060上位機故障時切換狀態0、1070prom管理編號為組號，由實驗順序給定的；由于我們設計的是單回路控制系統，其他數值均為缺省值。prom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

15、、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-999999990499.99100.0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

16、位小數；22位小數；3三位小數。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0.099.9min061.51.0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-699.97

17、99.9(%)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010.00102100.0020315.003040.0040520ppar1、ppar2為調節器輸出的高低值限制；ppar3、ppar4為偏差限制。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

18、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由kmm組態圖可知模擬輸出端ao1為調節器輸出，是模塊4（man模塊）的輸出，代碼為u0004；輸出端ao2為調節器內給定信號sp1，其代碼為p0001。沒有使用數字輸出。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號名稱代碼信號名稱代碼 信號名稱代碼1pid120sp1p0001ai2p0402u4u0

19、004offp05022llm11u1u0001ppar1p01013hlm13u2u0002ppar2p01024man19u3u00035dms16sp1p0001ai2p0402ppar3p0103ppar4p01046not30u5u00057or28mswp1001u5u00058and27aswp1002u6u00069mod45offp0502u7u0007u8u0008offp0502根據kmm調節器組態圖中各個模塊的輸入輸出，依據運算模塊數據表和模塊輸入端的內部信號填寫該表的。kmm調節器組態圖中運算模塊的編號是按照模塊調入順序給出的。 設計實驗報告姓名：李 念專業、班級：自

20、動化1001eprom編號0101學號：201002020115同組人 吳國昊 崔春萌 龍蛟設計名稱除氧器水位單回路控制系統設計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?？刂埔螅寒斦{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. 對象分析： 除氧器水位是一個非自衡的對

21、象，我們在用運算放大器模擬的時候可以用一個一階慣性環節串上一個一階積分環節。這樣等效的對象就為我們取=100k,=47uf得到對象傳遞函數為為非自衡對象。2.程序寫入器的程序：f001-01-01-0101 f002-02-01-1f002-02-02-2 f002-02-03-0.00f002-02-04-99.99 f002-02-15-0f003-01-01-0 f003-01-04-0 f003-01-05-100.0 f003-01-05-1.5 f005-01-01-0.0 f005-01-02-100.0f005-01-03-15.0 f006-01-01-u0004f006-0

22、1-02-p0001 f101-20-h1-p0001 f101-20-h2-p0402 f101-20-p1-u0004 f101-20-p2-p0502 f102-11-h1-u0001 f102-11-h2-p0101 f103-13-h1-u0002 f103-13-h2-p0102 f104-19-h1-u0003 f105-16-h1-p0001 f105-16-h2-p0402 f105-16-p1-p0103 f105-16-p2-p0104 f106-30-h1-u0005 f107-28-h1-p1001 f107-28-h2-u0005 f108-27-h1-p1002

23、f108-27-h2-u0006 f109-45-h1-p0502 f109-45-h2-u0007 f109-45-p1-u0008 f109-45-p2-p05023 pi參數 =25%ti=0.8min4 記錄曲線5. 曲線分析 衰減率:75.5% 超調量：6.1% 穩態誤差:0.02 滿足控制品質要求指導教師韋根原設計日期2013-6-27四、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，但因為我們班是第一組，周三的時候就要把控制方案拿出來，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

24、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。 在本次課程設計中，我主要主要負責數據表的建立，和數據寫入eprom工作，并幫助吳國昊對kmm組態圖繪制理解。因為kmm數據寫入器的使用是新的內容，因此相對比較難一些，在實驗操作前，通過預習，對kmm數據寫入器有了比較深的了解。同時根據吳國昊繪制的組態圖進行程序的編寫。做實驗的當天，兩個同學負責聯線和檢查，我和另一個同學負責kmm程序寫入。所有數據表我們已經提前填寫好了，在和舊的芯片核對之后確認沒有問題。輸入程序和寫芯片的過程在老師的指導下也進行的比較順利。 實驗中遇到的問題：因為我們班是第一個接觸這個實驗，擺在我們面前的需要解決的問題很多：1：因為我的的連線圖需要外接-3v的電源，但是操作界面上沒有直接的電壓輸出，后來經過我們學習，把15v信號源的兩端連上，調整了與它相接的電阻，通過分壓原理得出了-3v的信號！ 2.在實驗的過程中我們曾經嘗試過了加入微分的算法，但是得出來的曲線總是不能滿足要求，就在我們很困惑的時候，老師一句話點醒了我們，微分運算的算子是td s而我們設計的對象中傳遞函數為這會消除部分的對象的積分環節，對最后的整定造成