除氧器水位单回路控制系统设计

1、z 课程设计报告( 2013- 2014年度第二学期名称:控制装置及仪表课程设计题目:除氧器水位单回路控制系统设计院系:自动化系班级:学号:学生姓名:指导教师:韦根源设计周数:一周成绩:日期:2014年6月26日控制装置与仪表课程设计任务书一、目的与要求认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。1.了解过程控制方案的原理图表示方法(SAMA图。2.掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。3.初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。二、主要内容1.按选题的控制要求,进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA图表示出来。2.组态设计

2、2.1KMM组态设计以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图,由组态图填写KMM的各组态数据表。2.2组态实现在程序写入器输入数据,将输入程序写入EPROM芯片中。3.控制对象模拟及过程信号的采集根据控制对象特性,以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路,模拟控制对象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中,以便进行观察和记录。4.系统调试设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产过程已经处于运行或试运行阶段,此时应以观察为主,当涉及到必需的系统修改时,应做好充分的准备及安全措施,以免影响正常生产,更不允许造成系统或设备故障。动态调试一般包括以下

3、内容:l观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常;2检查控制系统逻辑是否正确,并在适当时候投入自动运行;3对控制回路进行在线整定;4当系统存在较大问题时,如需进行控制结构修改、增加测点等,要重新组态下装。三、进度计划序号设计(实验内容时间备注1 阅读理解课程设计指导书的要求,根据选题设计内容,小组讨论控制方案,进行SAMA图设计。确定小组负责人及每人的具体分工。D1 分组;确定小组负责人及每人的分工,列出名单;讨论控制方案。2 根据KMM调节器组态要求,设计KMM D2 列出KMM组态数据表。组态图,填写KMM组态数据表。D3 上实验室。3 利用程序写入器输入组态数据,写入EPROM芯片

4、。4 进行系统接线和调试D4D5 上实验室。5 上机答辩考核检验设计结果。6 撰写课程设计报告确定设计成绩(其中实验前准备工作占20%,实验考核内容占60%,设计报告占20%。设计内容分工参考:小组每人均参与控制方案的设计,了解方案的KMM仪表实现方法、实验系统组成、系统调试和数据记录的过程。在此基础上小组成员可作如下具体分工:预习KMM程序写入器使用并具体进行EPROM芯片的制作(2人;设计实验接线原理图,进行实验接线并熟悉掌握KMM面板功能及数据设定器使用(1-2人;确定记录信号并利用工业控制信号转换设备进行记录信号的组态和实验曲线的打印工作(1人。四、设计(实验成果要求1.完成系统SAM

5、A图和KMM组态图,附出控制系统的调试曲线和控制参数。2.对系统设计过程进行总结,完成并打印设计报告。五、考核方式1.按上述步骤逐项完成软件内容的设计,进行操作演示,控制结果满足要求,并进行问答。2.设计报告格式规范,内容详实。六、选题参考1 除氧器水位单回路控制系统设计2 炉膛压力系统死区控制系统设计3 过热汽温串级控制系统设计4 锅炉给水三冲量控制系统设计5 风煤比值控制系统设计6 主汽压力前馈控制系统设计学生姓名:指导教师:韦根源2014年6月26日除氧器水位单回路控制系统设计一、课程设计(综合实验的目的与要求1.认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。2.了解过程控制方案的原理图表示方

6、法(SAMA图。3.掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。4.初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。二、设计(实验正文1. 由控制要求画出控制流程图。对如附图1所示的除氧器水位单回路控制系统,要求对除氧器进行单变量定值控制。除氧器水位经水位变送器测量后,由KMM模入通道送至调节器中。调节器输出AO1经A/D 转换通道控制调节阀,控制除氧器内水位。控制要求:当调节器的给定值SP和测量值PV之偏差超过给定的监视值(15%时,调节器自动切换至手动(M方式。在偏差允许的范围内(15%,允许切入自动(A方式。2. 确定对可编程序调节器的要求。控

7、制系统要求一路模拟量输入(模入通道输入压力信号,一路模拟量输出(模出通道输出控制信号控制压力调节阀。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可另外同时输出一路420mA电流信号,可满足本系统控制要求。3. 设计控制原理图(SAMA图。根据控制对象的特性和控制要求,进行常规的控制系统设计。SAMA图见附图24. 绘制KMM组态图并填写KMM控制数据表KMM组态图见附图35. 掌握KMM程序写入器的使用方法并用程序写入器将数据写入EPROM中。这部分由我主要负责。具体如下:一、 KMM程序写入器的操作方法程序写入器具有制作可编程调节器的用户PROM所需要的全部功能,还能够打

8、印出程序的内容并具有程序写入器本身的自诊断功能。 图1 KMM程序写入器(左及面板(右程序写入器外观见图1(左。其键盘和显示单元部分如图1(右所示。显示部分由两排数码管显示信息,上排数码管显示控制代码及数据,其全部格式见图2所示。F-数据代码2:表示详细项目代码1:表示运算式编号、输入编号、折线编号等表示控制数据的各种数据F001:基本数据F002:输入处理数据F003:PID运算数据F004:折线数据F005:可变参数F006:输出处理数据F101:运算单元(1# F130:运算单元(2# 图2 控制数据的代码下排数码管给出数据填写过程中的提示信息或出错代码。控制代码及数据的内容填写由键盘控

9、制。各键功能如下(按由上至下,从左到右的键盘顺序:READ键:把用户PROM程序读入写入器的RAM中。A键:选择增加运算单元的功能。C键:选择用户PROM校核功能,擦除检查、缺省值读出和程序写入器的自诊断功能。UF键:送运算单元的单元编号。F键:选择控制数据的写入功能。WRIT键:把程序写入器RAM中的程序写入用户PROM中。D键:选择删除运算单元的内容。L键:选择打印功能。C1键:调用各个项目码的第一部分。(在写入运算单元时,调用运算式的编号部分。 C2F键:调用各个项目码的第二部分。(在写入运算单元时,调用输入信号部分。 P键和U键:用于运算单元的置数。DATA键:调用数据部分。STOP键

10、:停止打印。ENT键:确认键,填入设置的代码和数据。6. 按控制系统模拟线路原理图接线。由运算放大器构成的反馈网络模拟控制对象特性,构成控制系统的模拟控制回路。系统原理接线图见附图4所示。模拟的控制对象采用由两个线性运算放大器构成的一阶滞后反馈环节串连构成,以加大对象的滞后时间。控制回路中测量值和设定值信号分别送入工业控制信号转换器中的A/D 模拟量输入通道中进行显示和记录。运算放大器构成的是一阶滞后特性的反馈回路。运放的反馈网络是电阻和电容的并联,等效阻抗sC R R sC R s C R Z f f f f f f f f +=+=111,输入网络的等效阻抗11R Z =,这个放大器构成的

11、闭环特性传递函数sC R R R Z Z s W f f f f +=1/(11,设定1R R f =,则sC R s W f f +=11(。因此,这是一个滞后时间ff C R T =的一阶滞后环节。设计实验中选取KR R f 1001=,47=f C ,计算得这个滞后环节的滞后时间s T 7.4=。因滞后时间较小,设计中将这样的两个环节串连而成。7. 进行控制参数调整,对控制系统各项功能进行模拟测试并记录定值扰动控制曲线。(1 上电准备。(2 通电。使调节器通电,初上电,调节器先处于“联锁手动”方式。(3 运行数据的确认。用“数据设定器”来确认,对于运行所必需的控制数据、可变 参数等是否被

12、设定在规定值。必要时可进行数据的设定变更(4 按控制面板上的R (Reset ,复位按钮,解除 “联锁方式”后,调节器可进行输 出操作、方式切换等正常的运行操作。(5 组态工业控制信号转换设备的显示画面,以便记录调试曲线。(6 通过“数据设定器”进行PI 参数的调整,使控制品质达到控制要求(衰减率为75%-90%。记录定值扰动10%时的动态过程曲线。(7 打印过程曲线图3 除氧器综合剖面图 1加热器来水进口; 2至凝结器排气口; 3喷口; 4汽源管; 5耙管附图(设计流程图、程序、表格、数据等 附图 1KMM给水A/D冷凝水AO1AIR2除氧器附图2附图3TRACK< >A/MA

13、II TK IH/LORTM AMAO1AIR2PVA/Df(x水位LIM2PID11输入处理AIR2AI2LSP1PPAR10.0HLM3PPAR1100.0MAN4AO1OR7MOD9NOT6AND8DMS5OFFSP1P0001OFFOFFMSWP1001ASWP1002PPAR315%PPAR40.0AO2SP1P0001附图4K+_100KA/D 模拟量输入通道4.7u345678AO1I+AO1I-AO1V+AO1V-AO2V+AO2V-11332526371+24V0VAIR2+AIR2-0VINTKCZ6100K1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

14、15 1647u 100KK+_100K4.7u100K 47u100K地24VDC工业控制信号转换器模拟机KMM图4 模拟控制回路接线图计算机打印机表格数据:KMM 组态通过填入以下数据表格实现。 基本数据表(F001-01-项目代码设定范围 代码 数据 省缺值 PROM 管理编号指定的四位数 01 0813 0 运算操作周期(100ms 1、2、3、4、5 02 2 2 调节器类型0、1、2、3 03 0 0 PV 报警显示PID 编号 1、2 04 1 1 调节器编号 150 05 25 1 上位计算机控制系统 0、1、2 06 0 0 上位机故障时切换状态0、107PROM 管理编号:

15、作芯片记号,指定一个四位数。调节器类型:0-1PID(A/M1;1-PID(C/A/M;2-2PID(A/M;3-2PID(C/A/M。 上位计算机控制系统:0-无通信;1-有通信(无上位机;2-有通信(有上位机。 上位机故障时切换状态:0-MAN 方式;1-AUTO 方式。输入处理数据表(F002-项目代码设定范围代码模拟输入数据缺省值01 02 03 04 05输入使用0、1 01 1 00、1、2、3 02 2 1按工程显示小数点位置-99999999 03 0.00 0.0 工程测量单位的下限值工程测量单位的上限-99999999 04 100.00 100.0 值折线编号0、1、2、

16、3 05 0温度补偿输入编号0、1、2、3、4、5 06 0温度单位0、1 07 0设定(目标温度-99999999 08 0压力补偿输入编号0、1、2、3、4、5 09 0压力单位0、1 10 0设定(目标压力-99999999 11 0开平方处理0、1 12 0开方小信号切除0.0100.0(% 13 0数字滤波常数0.0999.9s 14 0.0 传感器故障诊断0、1 15 0 1 输入使用:0-不用;1-用。按工程显示小数点位置:0-无小数;1-1位小数;2-2位小数;3-三位小数。开平方处理:0-直线;0-开平方处理。开方小信号切除:给AI1AI5设定的开方信号切除值。传感器故障诊断

17、:0-无诊断;1-诊断。PID数据表(F003-项目代码设定范围代码PID数据缺省值01 02PID操作类型0、1 01 0 0PV输入编号15 02 1 1PV跟踪0、1 03 0 0报警滞后0.0100.0(% 04 0 1.0比例带0.0799.9(% 05 100.0 100.0 积分时间0.099.9min 06 1.5 1.0微分时间0.099.9min 07 0.00 积分下限-200.0200.0(% 08 0.0积分上限-200.0200.0(% 09 100.0 比率-699.9799.9(% 10 100.0 偏置-699.9799.9(% 11 0.0死区0.0100.

18、0(% 12 0.0输出偏差率限制0.0100.0(% 13 100.0 偏差报警0.0100.0(% 14 10.0 报警下限-6.9106.9(% 15 0.0报警上限-6.9106.9(% 16 100.0 PID操作类型:0-常规PID;1-微分先行PID。PV跟踪:定值跟踪功能,0-无;1-有。可变变量表(F005-01(百分型 02(时间型 代码数据代码数据01 0.0 0102 100.0 0203 10.0 0304 0.0 040520百分型数据:缺省值为0.0;给定范围为:-699.0799.9%。时间型数据：缺省值为 0.00min；给定范围为：0.0099.99min。

19、 输出处理数据表 规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引出。 （F006-） 输出 输出端 代码 连接的内部信号名称 信号名 代码 U0004 P0001 01 (模拟输出 AO1 AO2 AO3 01 02 03 01 02 03 U4 SP1 02 (数字输出 DO1 DO2 DO3 运算模块数据表 用来规定模块的类型及模块相互之间的连接。 （F1-） 运算模 块编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 30 运算式 名称 PID1 LLM HLM MAN DMS NOT OR AND MOD H1 输入信号 代码 P0001 U0001 U0002 U0003 P0001 U0

20、005 P1001 P1002 P0502 H2 输入信号 信号名称 AI2 PPAR1 PPAR2 代码 P0402 P0101 P0102 P1 输入信号 信号名称 U4 代码 U0004 P2 输入信号 信号名称 OFF 代码 P0502 编号 信号名称 20 11 13 19 16 30 28 27 45 SP1 U1 U2 U3 SP1 U5 MSW ASW OFF AI2 P0402 PPAR3 P0103 PPAR4 P0104 U5 U6 U7 U0005 U0006 U0007 U8 U0008 OFF P0502 设计实验报告 姓名： 学号： 设计名称 1 设计功能说明 除

21、氧器水箱的汽侧和水侧都有平衡管相连，其中的水平衡管保持除氧器的水位稳定， 此外除氧器设置水位调节器，通过改变给水量来调节水箱水位，保证除氧器正常工作，此 次课程设计的系统目的在于在水箱水位改变时，通过 KMM 调节器调节给水从而维持除氧器 水位在正常水平。 控制要求：当调节器的给定值 SP 和测量值 PV 之偏差超过给定的监视值（15%）时，调 节器自动切换至手动（M）方式。在偏差允许的范围内（15%） ，允许切入自动（A）方式。 徐槐远 201002020322 专业、班级： 同组人 自动化 1103 EPROM 编号 0813 杜远征 杨磊 潘宇遥 除氧器水位单回路控制系统设计 2 PI

22、参数 P=31.2 TI=0.25min 3 记录曲线 见打印图纸 4 曲线分析 衰减率:50.6% 超调量：7.8% 稳态误差:0.02,不是很好地满足控制品质要求 指导教师 韦根源 设计日期 2014-6-26 三、课程设计（综合实验）总结或结论 本次课程设计我们班安排的时间是周四上午， 由于之前预习的不是太充分， 做实验的时 候被韦老师批评，我们都很不好意思。后来经韦老师的指导，我们最后一组做了出来，过程 很艰辛。在这个过程中我巩固了之前学习的理论知识，接触到了新的实验方法，锻炼了动手 能力，让我受益匪浅。 我们小组选择的题目是除氧器水位单回路控制系统设计,通过设计又复习了一下过程控 制方案用 SAMA 图表示原理图的方法，进一步掌握了数字调节器 KMM 的组态方法，组态图的 绘制，各个组态元件模块的功能。熟悉了 KMM 的面板操作、数据设定器和 KMM 数据写入器的 使用方法，以及如何将程序烧制到 EPROM。另外，对于除氧器水位调节控制有了一个比较系 统的了解。再次熟