除氧器水位单回路控制系统设计

课程设计报告( 2014-- 2015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：1204班学号：201209010313学生姓名：沈一鸣指导教师：韦根源老师设计周数：一周成绩：日期：2015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2．1KMM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SAMA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．每人学习、理解设计书内容，小组讨论设计题目，确定个人分工。

完成控制对象模拟的电路设计图；控制策略设计方案、组态图、列写出KMM数据表；需记录的曲线及接线图。

在上实验室前，每人手写出自己的工作内容。

（20分）2．实验室部分：按设计内容进行程序写入、模拟控制对象的运放回路接线、记录曲线接线及组态。

控制回路调试、PI参数整定、动态曲线记录打印；设计结果现场答辩。

（60分）3．撰写设计报告。

根据分工内容允许有侧重。

要求格式规范，内容详实，有原创性。

（20分）六、选题参考0 天燃气压力控制系统（设计书中实例）（控制系统特点：单回路控制方案；有自平衡能力正的被控对象）1 除氧器水位单回路控制系统设计（提示：单回路控制方案；无自平衡能力正的被控对象）2 炉膛压力系统死区控制系统设计（提示：单回路PID死区控制方案；有自平衡能力负的被控对象）3 过热汽温串级控制系统设计（提示：串级控制方案；主、付对象均为有自平衡能力负的被控对象）4 锅炉给水三冲量控制系统设计（提示：串级三冲量控制方案；被控对象为无自平衡能力正的被控对象）5 风煤比值控制系统设计（提示：比值控制方案；被控对象设为有自平衡能力正的被控对象）6 主汽压力前馈控制系统设计（提示：单回路前馈控制方案；被控对象为有自平衡能力正的被控对象）学生姓名：指导教师：韦根原2014年6月23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。

对如上图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4～20mA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图如下：4. 绘制KMM组态图并填写KMM控制数据表KMM组态图：PPAR315%PPAR40.0表格数据：KMM组态通过填入以下数据表格实现。

①基本数据表(F001-01-□□-)PROM管理编号：作芯片记号，指定一个四位数。

调节器类型：0－1PID(A/M)1；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。

②输入处理数据表（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AI1～AI5设定的开方信号切除值。

传感器故障诊断：0－无诊断；1－诊断。

③PID数据表（F003-□□-□□-）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。

⑤可变变量表) )百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0～799.9%。

时间型数据：缺省值为0.00min ；给定范围为：0.00～99.99min 。

⑥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。

-□□-）⑦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□□-□□-）5. 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。

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，还能够打印出程序的内容并具有程序写入器本身的自诊断功能。

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。

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。

系图4 模拟控制回路接线图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==，μ47=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—耙管设计实验报告三、课程设计（综合实验）总结或结论本周的控制装置及仪表的课程设计给我留下的印象非常深刻，虽然课表上安排的时间是一周，但因为我们班是第一组，所以是留给我们的时间只有周一的下午和晚上。

时间如此紧迫让我找到了备战考试的感觉，正因为如此所以学习效率较高，做好了事先的准备工作，比较顺利的完成了实验。

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。

再次熟悉了CAE2000系统的操作。

在本次课程设计中，我是我们小组的组长，主要负责的任务是KMM组态图绘制理解，以及组态数据表的建立，和数据写入EPROM工作。

因为KMM数据写入器的使用是新的内容，因此相对比较难一些，在实验操作前，通过预习，我对组态图有了深刻的理解，对其中各个功能模块也再次进行了研究，另外对系统的接线，和整个系统设计也大概熟悉了一下，并交给我们小组的其它成员负责。

做实验的当天，两个同学负责联线和检查，我和另一个同学负责KMM程序写入。

所有数据表我们已经提前填写好了，在和旧的芯片核对之后确认没有问题。