1、.wd.wd11/11.wd控制裝置與儀表課程設計課程設計報告( 2012- 2013年度第二學期)名 稱：控制裝置與儀表課程設計 題 目：爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計 院 系：班 級：學 號：學生姓名：指導教師：設計周數(shù)： 一周 成 績：日期：2013年7 月5日課程設計(綜合實驗)的目的與要求1.1 目的與要求1認知控制系統(tǒng)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(shù)字調節(jié)器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設定器和KMM數(shù)據(jù)寫入器的使用方法。4初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調試的過程。1.2設計實驗設備KMM數(shù)字調節(jié)器、KMM程序寫入器、P

2、ROM擦除器、控制系統(tǒng)模擬試驗臺1.3 主要內容1. 按選題的控制要求，進展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(tài)設計21 KMM組態(tài)設計以KMM單回路調節(jié)器為實現(xiàn)儀表并畫出KMM儀表的組態(tài)圖，由組態(tài)圖填寫KMM的各組態(tài)數(shù)據(jù)表。22 組態(tài)實現(xiàn)在程序寫入器輸入數(shù)據(jù)，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(jù)控制對象特性，以線性集成運算放大器為主構成反響運算回路，模擬控制對象的特性。將定值和過程變量送入工業(yè)信號轉換裝置中，以便進展觀察和記錄。4. 系統(tǒng)調試設計要求進展動態(tài)調試。動態(tài)調試是指系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場相連時的調試。由于生產(chǎn)過程已經(jīng)處

3、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(tǒng)修改時，應做好充分的準備及安全措施，以免影響正常生產(chǎn)，更不允許造成系統(tǒng)或設備故障。動態(tài)調試一般包括以下內容：1)觀察過程參數(shù)顯示是否正常、執(zhí)行機構操作是否正常；2)檢查控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在適當時候投入自動運行；3對控制回路進展在線整定；當系統(tǒng)存在較大問題時，如需進展控制構造修改、增加測點等，要重新組態(tài)下裝。二、設計實驗正文爐膛KMMPI/I/P引風機爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)單回路控制系統(tǒng)AO1AIR21設計題目：爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計如附圖1附圖1：2.設計步驟2.1按控制方案設計流程圖附圖2附圖2:對如附圖1所示的爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)單

4、回路控制系統(tǒng)，要求對爐膛壓力進展單變量定值控制。爐膛壓力經(jīng)壓力變送器測量后，由KMM模入通道送至調節(jié)器中。調節(jié)器輸出AO1經(jīng)A/D轉換通道控制調節(jié)閥，控制爐膛壓力?？刂埔螅寒斦{節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值15%時，調節(jié)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。2.2確定可編程調節(jié)器要求輸入輸出要求：控制系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)控制要求；控制要求：設計單回路控制系

5、統(tǒng)，采用帶死區(qū)的PID調節(jié)器，使得測量值盡可能快的跟蹤給定值變化，且超調量和衰減率滿足一定得要求；顯示要求：給定值SP與測量值PV指示表雙針動圈指示表 輸出值指示 各種指示燈操作要求：給定值和輸出值的增減操作2.3設計控制原理圖SAMA圖。根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進展常規(guī)的控制系統(tǒng)設計。SAMA圖見附圖3附圖3：2.4繪制KMM組態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表用所采用的控制儀表制造廠商提供的控制圖例和組態(tài)方法，在控制裝置中實現(xiàn)控制策略。KMM的組態(tài)方式是填表式組態(tài)方法，要根據(jù)控制要求畫出KMM組態(tài)圖并由組態(tài)圖按KMM數(shù)據(jù)表格式填寫控制數(shù)據(jù)表，為制作用戶EPROM作準備。(1)繪制KMM組態(tài)圖

6、附圖4是根據(jù)SAMA圖繪制的KMM系統(tǒng)組態(tài)圖。附圖4：2根據(jù)KMM組態(tài)圖填寫控制數(shù)據(jù)表。KMM組態(tài)通過填入以下7個數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)。= 1 * GB3 根本數(shù)據(jù)表(F001-01-)工程代碼設定范圍代碼數(shù)據(jù)省缺值PROM管理編號指定的四位數(shù)0110230運算操作周期1、2、3、4、5022調節(jié)器類型0、1、2、3030PV報警顯示PID編號1、2041調節(jié)器編號150051上位計算機控制系統(tǒng)0、1、2060上位機故障時切換狀態(tài)0、1070PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。運算操作周期：1100ms；2200ms；3300ms；4400ms；5500ms。調節(jié)器類型：01PID(A/M)

7、1；1PID(C/A/M)；22PID(A/M)；32PID(C/A/M)。上位計算機控制系統(tǒng)：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(tài)：0MAN方式；1AUTO方式。PROM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(tǒng)，其他數(shù)值均為缺省值。= 2 * GB3輸入處理數(shù)據(jù)表F002-工程代碼設定范圍代碼模擬輸入數(shù)據(jù)缺省值0102030405輸入使用0、10110按工程顯示小數(shù)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

8、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(shù)字濾波常數(shù)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(shù)點位置：0無小數(shù)；11位小數(shù)；22位小數(shù)；3三位小數(shù)。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。我們設計的是單回路控制系統(tǒng)，需要一個輸入通道，選擇了KMM

9、調節(jié)器的AIR2通道作為輸入。傳感器故障診斷為無診斷，由于我們的測量信號都是壓力信號，不需要進展進展補償?shù)忍幚?，其他?shù)值均缺省。= 3 * GB3PID數(shù)據(jù)表F003-工程代碼設定范圍代碼PID數(shù)據(jù)缺省值0102PID操作類型0、1010PV輸入編號150221PV跟蹤0、1030報警滯后0.0100.0(%)0401.0比例帶0.0799.9(%)05100.0積分時間0.099.9min061.0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.

10、9799.9(%)110.0死區(qū)0.0100.0(%)120.0輸出偏差率限制0.0100.0(%)13100.0偏差報警0.0100.0(%)1415010.0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(guī)PID；1微分先行PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0無；1有。在這次設計中，PID調節(jié)器為常規(guī)調節(jié)方式，所以操作類型為0；設定PID的輸入信號由通道2輸入，PV輸入編號為2。當調節(jié)器的輸入偏差超過15%時，系統(tǒng)產(chǎn)生偏差報警。= 4 * GB3折線數(shù)據(jù)表F004-折點代碼折線數(shù)據(jù)010203X軸X101X202X303X404X

11、505X506X707X808X909X1010Y軸Y111Y212Y313Y414Y515折點代碼折線數(shù)據(jù)010203Y軸Y616Y717Y818Y919Y1020該設計中沒有對信號進展折線處理，均為缺省值。= 5 * GB3可變變量表可使用百分型可變變量20個，時間型可變變量5個。F005- 01(百分型) 02(時間型)代碼數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)010.00102100.0020315.003040.0040520百分型數(shù)據(jù)：缺省值為0.0；給定范圍為：-699.0799.9%。時間型數(shù)據(jù)：缺省值為0.00min；給定范圍為：0.0099.99min。本設計中，PPAR1、PPAR2為調節(jié)器輸出的

12、上下值限制；PPAR3、PPAR4為DSM模塊的偏差限制。= 6 * GB3輸出處理數(shù)據(jù)表規(guī)定模擬輸出信號和數(shù)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)AO101U4U0004AO202LSP1P0001AO30302(數(shù)字輸出)DO101DO202DO303由KMM組態(tài)圖可知模擬輸出端AO1為調節(jié)器輸出，是模塊4MAN模塊的輸出，代碼為U0004；輸出端AO2為調節(jié)器內給定信號LSP1，其代碼為P0001。沒有使用數(shù)字輸出。= 7 * GB3運算模塊數(shù)據(jù)表用來規(guī)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

13、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1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP05022LLM11U1U0001PPAR1P01013HLM13U2U0002PPAR2P01024MAN19U3U00035DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P01046NOT30U5U00057OR28MSWP1001U5U00058AND27ASWP1002U6U00069MOD45OFFP0502U7U0007U8U0008OFFP050210111230根據(jù)KMM調節(jié)器組態(tài)圖中各個模塊的輸入輸出

14、，依據(jù)運算模塊數(shù)據(jù)表和模塊輸入端的內部信號填寫該表的。KMM調節(jié)器組態(tài)圖中運算模塊的編號是按照模塊調入順序給出的。2.5設計實現(xiàn)被控對象的電路圖由運算放大器構成的反響網(wǎng)絡模擬控制對象特性，構成控制系統(tǒng)的模擬控制回路。系統(tǒng)原理接線圖如附圖4所示。附圖4：圖中實線連線表示已接連線，有三條，分別是KMMCZ6端子3337制止外部聯(lián)鎖信號輸入、端子34模擬通道1的電流輸出構成閉合回路，以防止產(chǎn)生開路報警信號和端子111供電電源。實驗時需檢查確認。彎虛線表示實驗時需接連線，按附圖4逐條正確連接。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響環(huán)節(jié)串連構成，以加大對象的滯后時間。控制回路中測量值和

15、設定值信號分別送入工業(yè)控制信號轉換器中的A/D模擬量輸入通道中進展顯示和記錄。運算放大器構成的是一階滯后特性的反響回路。運放的反響網(wǎng)絡是電阻和電容的并聯(lián)，等效阻抗，輸入網(wǎng)絡的等效阻抗，這個放大器構成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)，設定，那么。因此，這是一個滯后時間的一階滯后環(huán)節(jié)。設計實驗中選取，計算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間。因滯后時間較小，且對象為負對象，故設計中將這樣的兩個滯后環(huán)節(jié)和一個比例系數(shù)為1的環(huán)節(jié)串連而成。工業(yè)控制信號轉換器是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設計中輸入系統(tǒng)的定值信號和測量值，可完成信號的數(shù)據(jù)存儲、顯示、打印等功能。2.6 掌握KMM程序寫入器的使用方法并用程序寫入器將數(shù)據(jù)寫入EPROM中。根

16、據(jù)數(shù)據(jù)表中所填寫的代碼和數(shù)據(jù)用KMM程序寫入器進展編程。按表格次序逐項輸入數(shù)據(jù)。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(jié)器的用戶EPROM中，即可進展整機和系統(tǒng)調試工作。KMM程序寫入器的操作：程序寫入器具有制作可編程調節(jié)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。其顯示局部由兩排數(shù)碼管顯示信息，上排數(shù)碼管顯示控制代碼及數(shù)據(jù)，其全部格式見以下列圖所示。下排數(shù)碼管給出數(shù)據(jù)填寫過程中的提示信息或出錯代碼。控制代碼及數(shù)據(jù)的內容填寫由鍵盤控制。我們先輸入C333+ENT，用來檢查所

17、用的芯片是否擦除干凈，假設沒有擦除干凈，下排數(shù)碼管顯示“ERROR21，需要換用其他芯片。按照上面給出的數(shù)據(jù)順序順入到數(shù)據(jù)寫入器。沒有寫的數(shù)據(jù)默認為缺省值。當寫入完成后，檢查寫入數(shù)據(jù)是否正確。假設有錯，更正錯誤。然后，按WRITE鍵將程序寫入器RAM中寫好的數(shù)據(jù)寫入我們所用的PROM中。完成數(shù)據(jù)寫入工作。利用數(shù)據(jù)寫入器寫入數(shù)據(jù)如下：.F001-01-01-0864 F002-02-01-1F002-02-02-2 F002-02-03-0.00F002-02-04-99.99 F002-02-15-0F003-01-02-2 F003-01-04-0 F003-01-14-15.0 F005-

18、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 F101-20-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

19、-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 F109-45-P2-P05022.7.進展控制參數(shù)調整，對控制系統(tǒng)各項功能進展模擬測試并記錄定值擾動控制曲線。實驗前，用MATLAB對本次實驗中設計的對象進展了仿真實驗，調節(jié)器采用PI調節(jié)。上電準備。= 1 * GB3檢查并確認接線正確；= 2 * GB3對內藏有“后備手操單元的KMM，要預先將此單

20、元的“后備/正常方式切換開關Standby/Normal made Switch扳到“正常Normal側。對使用“預置Preset型后備手操單元的場合，要預先設定好“預置Preset輸出值。通電。使調節(jié)器通電，初上電，調節(jié)器先處于“聯(lián)鎖手動Interlock Manmal mode方式。運行數(shù)據(jù)確實認。用“數(shù)據(jù)設定器來確認，對于運行所必需的控制數(shù)據(jù)、可變參數(shù)等是否被設定在規(guī)定值。必要時可進展數(shù)據(jù)的設定變更。按控制面板上的RReset，復位按鈕，解除 “聯(lián)鎖方式后，調節(jié)器可進展輸出操作、方式切換等正常的運行操作。在CAE2000中組態(tài)工業(yè)控制信號轉換設備的顯示畫面，以便記錄調試曲線。先將PID調

21、節(jié)器的死區(qū)設為0，通過“數(shù)據(jù)設定器，根據(jù)MATLAB仿真結果，設定各個調節(jié)器的參數(shù)，記錄定值擾動時的動態(tài)過程曲線。分析得到的曲線，對調節(jié)器參數(shù)進展整定，直到得到理想的響應曲線。用打印機打印曲線。保持PID調節(jié)器的參數(shù)不變，將死區(qū)設為0.2，記錄定值擾動時的動態(tài)響應曲線，打印曲線。對比參加死區(qū)前后，系統(tǒng)對定值擾動響應的區(qū)別。2.8實驗結果：單回路調節(jié)器參數(shù)：=17.2 % Ti=0.20 min不加死區(qū)時的動態(tài)響應結果： 衰減率：85% ； 超調量：5%； 穩(wěn)態(tài)誤差：0 參加0.2的死區(qū)后的動態(tài)響應與不加死區(qū)的對比如下：參加死區(qū)后，當調節(jié)器的輸入，即測量值與給定值的偏差小于死區(qū)時，調節(jié)器的實際輸

22、入為0，即控制機構不動作，所以參加死區(qū)后，系統(tǒng)的調節(jié)時間變短，響應加快，超調量變??；但同時也會有缺乏之處，參加死區(qū)后，系統(tǒng)會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，且誤差大小會隨著死區(qū)的增加而增加。這些特性在本次設計中都表達的很好，實驗較為成功。設計實驗報告姓名：袁思遠專業(yè)、班級：測控1002EPROM編號1023學號：201002030226同組人董朝暉、韓浩、羅皓設計名稱爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設計1 設計功能說明爐膛壓力是靠引風機通過控制引風量來維持在一定范圍內的。設置壓力調節(jié)器，通過改變引風風量來調節(jié)爐膛壓力，保證爐膛的正常工作。此次課程設計的目的在于設計控制系統(tǒng)，使得當爐膛壓力改變時，通過KMM調節(jié)器調節(jié)引風

23、量從而維持爐膛壓力在正常水平。為了使得控制作用盡量平穩(wěn)，防止引風機的開關動作過于頻繁，故調節(jié)器采用帶死區(qū)的PID調節(jié)器?？刂埔螅寒斦{節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值15%時，調節(jié)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；調節(jié)PID調節(jié)器的參數(shù)，當給定值發(fā)生變化時，測量值要盡可能快的跟蹤給定值變化，且保證超調量盡量小，衰減率在75%到90%之間。2 PI參數(shù) =17.2%TI=0.20 min3 記錄曲線見打印圖紙4 曲線分析 不加死區(qū)時的動態(tài)響應結果： 衰減率：85% ； 超調量：5%； 穩(wěn)態(tài)誤差：0 參加0.2的死區(qū)后的動態(tài)響應與不加死區(qū)的對比如下：參加死區(qū)后，當調節(jié)器的輸入，即測量值與給定值的偏差小于死區(qū)時，調節(jié)器的實際輸入為0，即控制機構不動作，所以參加死區(qū)后，系統(tǒng)的調節(jié)時間變短，響應加快，超調量變??；但同時也會有缺乏之處，參加死區(qū)后，系統(tǒng)會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，且誤差大小會隨著死區(qū)的增加而增加。這些特性在本次設計中都表達的很好，實驗