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1、课程设计报告课程设计报告（2011- 2012 年度第二学期)名 称： 控制装置与仪表课程设计 题 目：除氧器水位单回路控制系统设计院 系: 自动化系 班 级： 测控 学 号： 20090 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一周 成 绩： 日期：2012 年 6 月 22 日控制装置与仪表控制装置与仪表课程设计课程设计任任 务务 书书1. 目的与要求目的与要求认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。1.1 了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA 图） 。1.2 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。1.3 初步了解控制系
2、统参数整定、系统调试的过程。2. 主要内容主要内容2.1 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。2.2 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。22.2 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。2.3 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。2.4 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
3、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内容：）观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；）检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；）对控制回路进行在线整定；）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。3. 进度计划进度计划序号序号设计设计( (实验实验) )内容内容时间时间备注备注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
4、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组态图，填写 KMM 组态数据表。D2列出 KMM 组态数据表。3利用程序写入器输入组态数据，写入EPROM 芯片。D3上实验室。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
5、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） 。4.设计（实验）成果要求设计（实验）成果要求4.1 完成系统 SAMA 图和 KMM 组态图，附出控制系统的调试曲线和控制参数。4.2 对系统设计过程进行总结，完成并打印设计报告。5. 考核方式考核方式5.1 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。5.2 设计报告格式规范，内容详实。6.6.选题参考选题参考1 除氧器水位
6、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： 刘 帅指导教师： 韦根原 KMM 调节器组态、实现及控制系统模拟调试1.设计目的1.1 了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA 图） 。1.2 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。1.3 初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 2.设计实验设备KMM 数字调节器、KMM 程序写入器、PROM 擦除器、控制系统模拟试验台13.设计正文： 3.1设计分
7、析过程：对如图 1 所示的除氧器水位控制系统，要求对除氧器内水位进行单变量定值控制。除氧器水位经变送器测量后，由 KMM 模入通道 2 送至调节器中。调节器输出 AO1 经模/数转换器控制调节阀调节给水量，从而控制除氧器内的水位。 测量值 pv 的扰动：当测量值的取值在给定值 sp 附近，并且变化范围在给定值正负 15时，通过投自动测量值会越来越趋近于给定值，不管测量值变化多少（只要不超出上下限，否则不能投自动） ，测量值都会越来越趋近于给定值。 3.2 设计步骤：3.2.1 由控制要求画出控制流程图。如附录图 1。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
8、%）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。显示要求：给定值（SP）与测量值（PV）指示表（双针动圈指示表） 输出值指示各种指示灯操作要求：给定值和输出值的增减操作。3.2.2 确定对可编程序调节器的要求。控制系统要求一路模拟量输入（模入）通道输入水位信号，一路模拟量输出（模出）通道输出控制信号控制水位调节阀。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。3.2.3 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
9、系统设计。并用 SAMA 图表达出控制方案。见图 2 所示。3.2.4 绘制 KMM 组态图并填写 KMM 控制数据表用所采用的控制仪表制造厂商提供的控制图例和组态方法，在控制装置中实现控制策略。KMM 的组态方式是填表式组态方法，要根据控制要求画出 KMM 组态图并由组态图按 KMM 数据表格式填写控制数据表，为制作用户 EPROM 作准备。(1)绘制 KMM 组态图。如附录图 3 所示，并且是根据 SAMA 图绘制的 KMM 系统组态图。（2）根据 KMM 组态图填写控制数据表。KMM 组态通过填入如附录图 4 所示的几个数据表格实现。3.2.5 掌握 KMM 程序写入器的使用方法并用程序
10、写入器将数据写入 EPROM 中。根据数据表中所填写的代码和数据用 KMM 程序写入器进行编程。程序写入器的具体使用方法参见附录中说明。按表格次序逐项输入数据。程序输入并检查修改完毕后，按“WRIT” 、 “ENT”键，将程序写入 EPROM 中。写入程序后的 EPROM 移插到 KMM 调节器的用户 EPROM 中，即可进行整机和系统调试工作。写入的数据程序如下：F001-01-01-0866 F001-01-02-2 F001-01-03-0 F001-01-04-1F001-01-05-25 F001-01-06-0 F001-01-07-0F002-02-01-1 F002-02-02
11、-2 F002-02-03-0.00 F002-02-04-99.99F002-02-15-0F003-01-01-0 F003-01-02-1 F003-01-03-0 F003-01-04-0.0 F003-01-05-100.0 F003-01-06-1.5 F003-01-14-15 F005-01-01-0.0 F005-01-02-100.0 F005-01-03-15.0 F005-01-04-0.0 F006-01-01-U0004 F006-01-02-P0001 F101-20-H1-P0001 F101-20-H2-P0402 F101-20-P1-U0004 F101-
12、20-P2-P0502 F102-11-H1-U0001 F102-11-H2-P0101 F103-13-H1-U0002 F103-13-H2-P0102 F104-19-H1-U0003F105-16-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 F108-27-H2-U0006 F109-45-H1-P0502 F109-45-H2-U0007 F109-45-P1-U0008
13、F109-45-P2-P0502 sCRsW ff11)(3.2.6 按控制系统模拟线路原理图接线。如附录图 5。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。图中实线连线表示已接连线，有三条，分别是 KMM（CZ6）端子 3337（禁止外部联锁信号输入） 、端子 34（模拟通道 1 的电流输出构成闭合回路，以避免产生开路报警信号）和端子111（供电电源） 。实验时需检查确认。弯虚线表示实验时需接连线，按图 4 逐条正确连接。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
14、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，输入网络的等效阻抗，这个放大器构成的闭环特性传递函11RZ 数，设定，则。 因此，这是一个滞后时间1RRfffCRT 的一阶滞后环节。设计实验中选取，计算得这个滞后环节的滞后时间 KRRf100147fC。因滞后时间较小，设计中将这样的两个环节串连而成。sT7 . 4工业控制信号转换器是一个数据采集系统。本设计中输入系统的定值信号和测量值，可完成信号的数据存储、显示、打印等功能。3.2.7 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。检查并确认接线正确；对内藏有“后备手操单元”的 KMM，要预先将此单元的“后备/正常方式切换开关”（Standby/Normal mad
