控制裝置和儀表課程設(shè)計

課程設(shè)計匯報

（-第二學(xué)期）

名稱：控制裝置和儀表課程設(shè)計

題目：爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計

院系：____________________

班級：__________________

學(xué)號：________________

學(xué)生姓名：______________________

指導(dǎo)老師：______________________

設(shè)計周數(shù)：__________二JS__________

成績：_____________________________

日期：7月5日

一、課程設(shè)計（綜合試驗）目標(biāo)和要求

1.1目標(biāo)和要求

（1）認知控制系統(tǒng)設(shè)計和控制儀表應(yīng)用過程。

（2）了解過程控制方案原理圖表示方法（SAMA圖）。

（3）掌握數(shù)字調(diào)整器KUM組態(tài)方法，熟悉KMU面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)定器和KMM數(shù)據(jù)寫

入器使用方法。

（4）初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試過程。

1.2設(shè)計試驗設(shè)備

KM數(shù)字調(diào)整器、KMM程序?qū)懭肫?、PROM擦除器、控制系統(tǒng)模擬試驗臺?

1.3關(guān)鍵內(nèi)容

1.按選題控制要求，進行控制策略原理設(shè)計、儀表選型并將控制方案以SAMA圖

表示出來。

2.組態(tài)設(shè)計

2.1KMM組態(tài)設(shè)計

以KMM單回路調(diào)整器為實現(xiàn)儀表并畫出KMM儀表組態(tài)圖，由組態(tài)圖填寫

KMM各組態(tài)數(shù)據(jù)表。

2.2組態(tài)實現(xiàn)

在程序?qū)懭肫鬏斎霐?shù)據(jù)，將輸入程序?qū)懭隕PROM芯片中。

工控制對象模擬及過程信號采集

依據(jù)控制對象特征，以線性集成運算放大器為主組成反饋運算回路，模擬控制對

象特征。將定值和過程變量送入工業(yè)信號轉(zhuǎn)換裝置中，方便進行觀察和統(tǒng)計。

4.系統(tǒng)調(diào)試

設(shè)計要求進行動態(tài)調(diào)試。動態(tài)調(diào)試是指系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場相連時調(diào)試。因為生產(chǎn)過

程已經(jīng)處于運行或試運行階段，此時應(yīng)以觀察為主，當(dāng)包含到必需系統(tǒng)修改時,

應(yīng)做好充足準(zhǔn)備及安全方法，以免影響正常生產(chǎn)，更不許可造成系統(tǒng)或設(shè)備故障。

動態(tài)調(diào)試通常包含以下內(nèi)容：

1）觀察過程參數(shù)顯示是否正常、實施機構(gòu)操作是否正常；

2）檢驗控制系統(tǒng)邏輯是否正確，并在合適時候投入自動運行;

3）對控制回路進行在線整定:

4）當(dāng)系統(tǒng)存在較大問題時，如需進行控制結(jié)構(gòu)修改、增加測點等，要重新組

態(tài)下裝。

二、設(shè)計（試驗）正文

按控制方案畫出控制流程圖

1設(shè)計題目：爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)控制

系統(tǒng)設(shè)計（如確定對可編程調(diào)毋強的皿*附圖仁二二

▼KMM‘艷二—F

繪制組態(tài)圖Ml：

一山AOI

1p爐膛

填寫控%3數(shù)據(jù)表f

用編程器編帝解》EPROM

J爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)單回路控制系統(tǒng)

EPROM裝入儀表，經(jīng)調(diào)試修改投入運行

2.設(shè)計步驟

2.1.按控制方案設(shè)計步驟圖（附圖2）

附圖2:

對如附圖1所表示爐膛壓力系統(tǒng)死區(qū)單回路控制系統(tǒng)，要求對爐膛壓力進行單變量

定值控制。爐膛壓力經(jīng)壓力變送器測量后，由KMU模入通道送至調(diào)整器中。調(diào)整器輸出

A01經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換通道控制調(diào)整閥，控制爐膛壓力。

控制要求：當(dāng)調(diào)整器給定值SP和測量值PV之偏差超出給定監(jiān)視值（15%）時，調(diào)整

器自動切換至手動（M）方法。在偏差許可范圍內(nèi)（15%）,許可切入自動（A）方法。

2.2確定可編程調(diào)整器要求

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(diào)整閥。而KMU含有5路模入通道、3路模出通道（其

中第一路模出通道A01可另外同時輸出一路4?201nA電流信號），可滿足本系統(tǒng)控制要求;

控制要求：設(shè)計單回路控制系統(tǒng)，采取帶死區(qū)PID調(diào)整器，使得測量值盡可能快跟蹤給定值

改變，且超調(diào)量和衰減率滿足一定得要求；

顯示要求：給定值（SP）和測量值（PV）指示表（雙針動圈指示表）

輸出值指示

多種指示燈

操作要求：給定值和輸出值增減操作

2.3設(shè)計控制原理圖（SAMA圖）。

依據(jù)控制對象特征和控制要求，進行常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計。SAMA圖見附圖3

附圖3：

AIR2

2.4繪制KMM組態(tài)圖并填寫KMM控制數(shù)據(jù)表

用所采取控制儀表制造廠商提供控制圖例和組態(tài)方法，在控制裝置中實現(xiàn)控制策略。KMM

組態(tài)方法是填表式組態(tài)方法，要依據(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(zhǔn)備。

(1)繪制KUM組態(tài)圖

附圖4是依據(jù)SAMA圖繪制KMM系統(tǒng)組態(tài)圖。

附圖4：

(2)依據(jù)KMM組態(tài)圖

填寫控制數(shù)據(jù)表。

KMM組態(tài)經(jīng)過填入以下7個數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)。

①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

(Fooi-oi-nn-)

項目代碼設(shè)定范圍代碼數(shù)據(jù)省缺值

PROM管理編號指定四位數(shù)0110230

運算操作周期1、2、3、4、5022

調(diào)整器類型0、1、2、3030

PV報警顯示PID編號1、2041

調(diào)整器編號1-50051

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、1070

PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。

運算操作周期：11100ms：2—200rns；3_300ms；4—400ms；5—500mso

調(diào)整器類型：O-1PID(A/M)1；1-PID(C/A/M)；2-2PID(A/M)；3-2PID(C/A/M)e

上位計算機控制系統(tǒng)：。一無通信：1一有通信(無上位機)：2—有通信(有上位機)。

上位機故障時切換狀態(tài)：O—MA\方法；1—AUTO方法。

PROM管理編號為組號，由試驗次序給定；因為我們設(shè)計是單回路控制系統(tǒng)，其它數(shù)值均

為缺省值。

②輸入處理數(shù)據(jù)表

模擬輸入數(shù)據(jù)

項目代碼設(shè)定范圍代碼缺省值

0102030405

輸入使用0、10110

按工程顯示小數(shù)點位置0、1、2、30221

工程測量單位下限值-9999?9999030.000.0

工程測量單位上限值-9999?99990499.99100.0

折線編號0、1、2、3050

溫度賠償輸入編號0、1、2、3、4、5060

溫度單位0、1070

設(shè)定(目標(biāo))溫度-9999?9999080

壓力賠償輸入編號0、1、2、3、4、5090

壓力單位0、1100

設(shè)定(目標(biāo))壓力-9999?9999110

開平方處理0、1120

開方小信號切除0.0-100.0(%)130

數(shù)字潴波格數(shù)0.0?999.9s140.0

傳感器故障診療|0、1I15||0|II1

輸入使用：0一不用：1一月。

按工程顯示小數(shù)點位置：0一無小數(shù)；1—1位小數(shù)：2—2位小數(shù)；3—三位小數(shù)。

開平方處理：0一直線；0—開平方處理。

開方小信號切除：給All?AI5設(shè)定開方信號切除值。

傳感器故障診療：。一無診療；1一診療。

我們設(shè)計是單回路控制系統(tǒng)，需要一個輸入通道，選擇了KMM調(diào)整器AIR2通道作為輸入。

傳感器故障診療為無診療,因為我們測最信號全部是壓力信號，不需要進行進行賠償?shù)忍幚?

其它數(shù)值均缺省。

③PID數(shù)據(jù)表

(F003-

PID數(shù)據(jù)

項目代碼設(shè)定范圍代碼缺省值

0102

PID操作類型0、1010

PV輸入編號1?50221

PV跟蹤0、1030

報警滯后0.C-100.0(%)0401.0

百分比帶0.C-799.9(%)05100.0

積分時間0.C?99.9min061.0

微分時間0.C?99.9min070.00

積分下限-20.0-200.0(%)080.0

枳分上限-2C0.0-200.0(%)09100.0

比率-659.9-799.9(%)10100.0

偏置-699.9?799.9(%)110.0

死區(qū)06100.0(%)120.0

輸出偏差率限制0.€-100.0(%)13100.0

偏差報警0.€-100.0(%)1415.010.0

報警下限-6.9-106.9(%)150.0

報警上限-6.9-106.9(%)16100.0

PID操作類型：0—常規(guī)PID；1一微分先行PID。

PV跟蹤：定值跟蹤功效，0—無；1一有。

在這次設(shè)計中，PID調(diào)整器為常規(guī)調(diào)整方法，所以操作類型為0;設(shè)定PII）輸入信號由

通道2輸入，PV愉入編號為2。當(dāng)調(diào)整器輸入偏差超出15%時，系統(tǒng)產(chǎn)生偏差報警。

④折線數(shù)據(jù)表

(F004-DOdia-)

折線數(shù)據(jù)

折點代碼

010203

XI01

X202

X303

X404

X軸X505

X506

X707

X808

X909

X1010

Y111

Y軸Y212

Y313

Y414

Y515

折線數(shù)據(jù)

折點代碼

010203

Y616

Y軸Y717

Y818

Y919

Y1020

該設(shè)計中沒有對信號進行折線處理，均為缺省值。

⑤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。

011百分型）02（時間型）

代碼數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)

010.001

。2100.0|02

15.003

so04

05

1亡20□

百分型數(shù)據(jù)：缺省值為0.0：給定范圍為：-699.0-799.9%o

時間型數(shù)據(jù)；缺省值為0.OOmin；給定范圍為；0.00~99.99min0

本設(shè)計中,PPAR1、PPAR2為調(diào)整器輸出高低值限制;PPAR3、本AR4為DSM模塊偏差限制。

⑥輸出處理數(shù)據(jù)表

要求模擬輸出信號和數(shù)字輸出信號從哪個模塊引出。

由KMM組態(tài)圖可知模擬輸出端A01為調(diào)整器輸出，是模塊4（MAN模塊）輸出，代碼為

U0004：輸出端A02為調(diào)整器內(nèi)給定信號LSP1,其代碼為P0001。沒有使用數(shù)字輸;H。

⑦運算模塊數(shù)據(jù)表

用來要求模塊類型及模塊相互之間連接。

（F1

運算模運算式H1輸入信號H2輸入信號P1輸入信號P2輸入信號

塊編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

1PID120SP1P0001AI2P0402U4U0004OFFP0502

2LLM11U1U0001PPAR1P0101

3HLM13U2U0002PPAK2P0102

4MAN19U3U0003

5DMS16SP1P0001AI2P0402PPAR3P0103PPAR4P0104

6NOT30U5U0005

70K28MSWP1001U5U0005

8AND27?\SWPl002U6U0006

9MOD45OFFP0502U7L0007U8U0008OFFP0502

10

11

12

30

依據(jù)KMM調(diào)整器組態(tài)圖中各個模塊輸入輸出，依據(jù)運算模塊數(shù)據(jù)表和模塊輸入端內(nèi)部信

號填寫該表。KMM調(diào)整器組態(tài)圖中運算模塊編號是根據(jù)模塊調(diào)入次序給出。

2.5設(shè)計實現(xiàn)被控對象電路圖

由運算放大器組成反饋網(wǎng)絡(luò)模擬控制對象特征，組成控制系統(tǒng)模擬控制回路。系統(tǒng)原理

接線圖如附圖4所表示。

圖中實線連線表示已接連線，有三條，分別是KMM(CZ6)端子33—37（嚴(yán)禁外部聯(lián)

鎖信號輸入）、端子3—4（模擬通道1電流輸HI組成閉合回路,以避免產(chǎn)生開路報警信號）

和端子1—11（供電電源試驗時需檢驗確定。彎虛線表示試驗時需接連線，按附圖4逐

條正確連接。

模擬控制對象采取由兩個線性運算放大器組成一階滯后反饋步驟串連組成，以加大對象

滯后時間?？刂苹芈分袦y量值和設(shè)定值信號分別送入工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換器中A/D模擬量輸

入通道中進行顯示和統(tǒng)計，

運算放大器組成是一階滯后特征反饋回路。運放反饋網(wǎng)絡(luò)是電阻和電容并聯(lián)，等效阻抗

R/X2R

Z/=——A"「輸入網(wǎng)絡(luò)等效阻抗4=叫，這個放大器組成閉環(huán)特征傳輸函

Rf+-----J/

/Cfs

數(shù)卬⑸=,設(shè)定勺=與，則W(s)=—!—o所以，這是一個滯后時間

7=勺9/一階滯后步驟。設(shè)計試驗中選擇由=R|=IOOK,Cf=47//,計算得這個滯后步

驟滯后時間丁=4.7$。因滯后時間較小，且對象為負對象，故設(shè)計中將這么兩個滯后步驟和

一個百分比系數(shù)為1步驟串連而成。

工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換器是一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本設(shè)計中輸入系統(tǒng)定值信號和測量值，可完

成信號數(shù)據(jù)存放、顯示、打印等功效。

2.6掌握KMM程序?qū)懭肫魇褂梅椒ú⒂贸绦驅(qū)懭肫鲗?shù)據(jù)寫入EPROM中。

依據(jù)數(shù)據(jù)表中所填寫代碼和數(shù)據(jù)用KMM程序?qū)懭肫鬟M行編程。按表格次序逐項輸入數(shù)據(jù)。

程序輸入并檢驗修改完成后，按“WRIT”、“ENT'鍵，將程序?qū)懭隕PROM中。寫入程序后

EPROM移插到KMM調(diào)整器用戶EPROM中，即可進行整機和系統(tǒng)調(diào)試工作。

KMM程序?qū)懭肫鞑僮鳎撼绦驅(qū)懭肫骱兄谱骺删幊陶{(diào)整器用戶PROM所需要全部功效，還

能夠打印出程序內(nèi)容并含有程序?qū)懭肫鞅旧碜栽\療功效。

其顯示部分由兩排數(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

下圖所表示。

\H____Z______________/\/\/X___________________/

■——數(shù)據(jù)

------代碼2:表示詳細項目

--------------------代碼1：表示運算式編號、

輸入編號、折線編號等

1?001：基本數(shù)據(jù)

1-002:輸入處理數(shù)據(jù)

F003:PH)運算敝據(jù)

表示控制數(shù)據(jù)的各種數(shù)據(jù)F004:折稅數(shù)據(jù)

F005:可爻參數(shù)

1-006:輸出處理數(shù)據(jù)

FUJI:運算號元(18)

F130:運算的元(28)

下排數(shù)碼管給出數(shù)據(jù)填寫過程中提醒信息或犯錯代碼。

控制代碼及數(shù)據(jù)內(nèi)容填寫由鍵盤控制。

我們先輸入C333+ENT,用來檢驗所用芯片是否擦除潔凈，若沒有擦除潔凈，下排數(shù)碼管

顯示“ERR0R21"，需要換用其它芯片。

根據(jù)上面給出數(shù)據(jù)次序順入到數(shù)據(jù)寫入器。沒有寫數(shù)據(jù)默認為缺省值。

當(dāng)寫入完成后，檢驗寫入數(shù)據(jù)是否正確。若有錯，更正錯誤。然后，按WRITE鍵將程序

寫入器RAM中寫好數(shù)據(jù)寫入我們所用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)以下：.

F001-01-01-0864F002-02-01-1

F002-02-02-2F002-02-03-0.00

F002-02-04-99.99F002-02-I5-0

F003-01-02-2F003-01-04-0

F003-01-14-15.0

F005-01-01-0.0F005-01-02-100.0

F005-01-03-15.0F005-01-04-0.0

F006-0I-01-U0004F006-01-02-P0001

F10I-20-H1-P000IFI0I-20-H2-P0402

F10I-20-P1-U0004FI01-20-P2-P0502

F102-11-H1-U0001F102-11-H2-P0101

F103-13-H1-U0002F103-13-H2-P0102

FI04-19-H1-U0003FI05-I6-H1-P0001

P105-16-112-P0402F105-16-P1-P0103

F105-16-P2-P0104F1O6-3O-H1-LOOO5

F107-28-H1-P1001F107-28-H2-L0005

F108-27-H1-PI002FI08-27-H2-U0006

F109-45-H1-P0502F109-45-H2-U0007

F109-45-P1-U0008F109-45-P2-P0502

2.7.進行控制參數(shù)調(diào)整，對控制系統(tǒng)各項功效進行模擬測試并統(tǒng)計定值擾動控制曲線.

試驗前，用MATLAB對此次試驗中設(shè)計對象進行了仿真試驗，調(diào)整器采取PI調(diào)整。

上電準(zhǔn)備。①檢驗并確定接線正確；②對內(nèi)藏有“后備手操單元”KMM,要預(yù)先將此單

元“后備/正常方法切換開關(guān)"（Standby/NormalmadeSwitch）扳到“正?！保∟ormal）側(cè)。

對使用“預(yù)置（Preset）型后備手操單元”場所,要預(yù)先設(shè)定好“預(yù)置（Preset）輸出值”。

（1）通電。使調(diào)整器通電,初上電，調(diào)整器先處于“聯(lián)鎖手動”（InterlockManmalmode）

方法。

（2）運行數(shù)據(jù)確實定。用“數(shù)據(jù)設(shè)定器”來確定，對于運行所必需控制數(shù)據(jù)、可變參

數(shù)等是否被設(shè)定在要求值s必需時可進行數(shù)據(jù)設(shè)定變更。

（3）按控制面板上R（Reset,復(fù)位）按鈕，解除“聯(lián)鎖方法”后，調(diào)整器可進行輸出

操作、方法切換等正常運行操作。

（4）在CAE中組態(tài)工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備顯示畫面,方便統(tǒng)計調(diào)試曲線。

（5）先將PID調(diào)整器死區(qū)設(shè)為0,經(jīng)過“數(shù)據(jù)設(shè)定器”，依據(jù)MATLAB仿真結(jié)果，設(shè)定各

個調(diào)整器參數(shù)，統(tǒng)計定值擾動時動態(tài)過程曲線。

（6）分析得到曲線，對調(diào)整器參數(shù)進行整定，直到得到理想響應(yīng)曲線。用打印機打印

曲線。

（7）保持PID調(diào)整器參數(shù)不變，將死區(qū)設(shè)為0.2,統(tǒng)計定值擾動時動態(tài)響應(yīng)曲線，打印

曲線。

（8）比較加入死區(qū)前后，系統(tǒng)對定值擾動響應(yīng)區(qū)分。

（9）

2.8試驗結(jié)果：

單回路調(diào)整器參數(shù)：6=17.2%Ti=0.20min

不加死區(qū)時動態(tài)響應(yīng)結(jié)果：

衰減率：85%；超調(diào)量：5%；穩(wěn)態(tài)誤差：0

加入0.2死區(qū)后動態(tài)響應(yīng)和不加死區(qū)比較以下：

加入死區(qū)后，當(dāng)調(diào)整器輸入，即測量值和給定值偏差小于死區(qū)時，調(diào)整器實際輸入為0,即

控制機構(gòu)不動作，所以加入死區(qū)后，系統(tǒng)調(diào)整時間變短，響應(yīng)加緊，超調(diào)量變小；但同時也

會有不足之處，加入死區(qū)后，系統(tǒng)會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，且誤差大小會伴隨死區(qū)增加而增加。這

些特征在此次設(shè)計中全部表現(xiàn)很好，試驗較為成功。

設(shè)計試驗匯報

姓名：袁思遠專業(yè)、班級：測