天燃气压力控制系统课程设计文档格式.docx

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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

D4～D5

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.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

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：

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

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

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

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

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

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：

白康

一、 设计目的

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、 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

三、 设计步骤

1、由控制要求画出控制流程图。

对如图1所示的除氧器水位控制系统，要求对除氧器水位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2送至调节器中。

调节器输出AO1经电/气转换器



天然气

KMM

AO1

I/P

AIR2

供气管道

P

天然气储罐

PT

控制气动式调节阀，控制除氧器水位。

控制要求：

当调节器的给定值SP和

图1天然气压力控制系统流程

AIR2

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

H/L

OR

MA

I IATT I

I

K

TRACK

<

>

M

A/M

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），

f（x）

AO1

可满足本系统控制要求。

3、设计控制原理图（SAMA图）。

图2控制系统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。

并用SAMA图表达出控制方案。

见图2所示。

SAMA图例是由美国科学仪器制造商协会（ScientificApparatusMaker’sAssociation）制订的标准功能图例，用于控制系统设计功能的表达。

图例表示了最基本的功能，在设计使用时把某些功能图例组合在一起，表示某一功能块或显示操作器的功能，从而将全部控制功能表达出来。

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

图3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组态通过填入以下7个数据表格实现。

①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

1114

运算操作周期

1、2、3、4、5

02

调节器类型

0、1、2、3

03

PV报警显示PID编号

1、2

04

调节器编号

1～50

05

上位计算机控制系统

0、1、2

06

上位机故障时切换状态

0、1

07

PROM管理编号：

作芯片记号，指定一个四位数。

运算操作周期：

1－100ms；

2－200ms；

3－300ms；

4－400ms；

5－500ms。

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 （F002-□□-□□-）

代

码

模拟输入数据

缺省

值

输入使用

按工程显示小数点

位置

工程测量单位的下

限值

-9999～9999

0.0

工程测量单位的上

99.99

100.0

折线编号

温度补偿输入编号

0、1、2、3、4、5

温度单位

设定（目标）温度

08

压力补偿输入编号

09

压力单位

10

设定（目标）压力

11

开平方处理

12

开方小信号切除

0.0～100.0（%）

13

数字滤波常数

0.0～999.9s

14

传感器故障诊断

15

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-□□-□□-）

缺省值

PID操作类型

PID数据

PV输入编号

1～5

PV跟踪

报警滞后

1.0

比例带

0.0～799.9（%）

18.0

积分时间

0.0～99.9min

0.1

微分时间

0.00

积分下限

-200.0～200.0（%）

积分上限

比率

-699.9～799.9（%）

偏置

死区

输出偏差率限制

偏差报警

10.0

报警下限

-6.9～106.9（%）

报警上限

16

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。

④可变变量表

可使用百分型可变变量20个，时间型可变变量5个。

01（百分型）

（F005-□□-□□-）

15.0

～

20

02（时间型）

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；

0.00～99.99min。

⑤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

连接的内部信号名称

信号名

（模拟输出）

U4

U0004

AO2

LSP1

P0001

AO3

（数字输出）

DO1

DO2

DO3

连接的内部信号缺省值为U0000。

⑥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

运算式

H1输入信号

H2输入信号

P1输入信号

P2输入信号

名称

编号

信号名称

PID1

AI2

P0402

OFF

P0502

LLM

U1

U0001

PPAR1

P0101

HLM

U2

U0002

PPAR2

P0102

MAN

19

U3

U0003

DMS

PPAR3

P0103

PPAR4

P0104

NOT

30

U5

U0005

7

28

MSW

P1001

8

AND

27

ASW

P1002

U6

U0006

9

MOD

45

U7

U0007

U8

U0008

运算模块编号：

由设计人员按模块调入顺序给出的序号。

运算模块数据表参见教材：

表4-1。

模块输入端能用的内部信号参见教材：

表4-2。

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。

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。

系统原理接线图见图4所示。

图中实线连线表示已接连线，有三条，分别是KMM（CZ6）端子33－37（禁止外部联锁信号输入）、

端子3－4（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1－11（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Z

Rf´

=

1

Cfs= Rf

1 1

，输入网络的等效阻抗Z=R，这个放大器构成的闭环特性传

f

Rf+

Cfs

1+RfCfs

递函数W（s）=Zf

Z

=Rf

1+R

/R1Cs

，设定Rf

=R1

，则W（s）=

1+RC

。

因此，这是一个滞后时间

s

1 f f f f

T=RfCf的一阶滞后环节。

设计实验中选取Rf

=R1=100K，Cf

=47m，计算得这个滞后环节的滞

24VDC

+24V1

25AIR2+AO1I+3

26AIR2-AO1I-4

AO1V+5

AO1V-6

330V

AO2V+7

37INT`KAO2V-8

47u

0V11

CZ6

计算机

打印机

工业控制信号转换器

地

A/D模拟量输入通道

12345678910111213141516

后时间T=4.7s。

因滞后时间较小，设计中将这样的两个环节串连而成。

模拟机

100K

4.7u

_

+

图4模拟控制回路接线图

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。

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。

①检查并确认接线正确；

②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/NormalmadeSwitch）扳到“正常”（Normal）侧。

对使用“预置（Preset）型后备手操

单元”的场合，要预先设定好“预置（Preset）输出值”。

□

（2）通电。

使调节器通电，初上电，调节器先处于“联锁手动”（InterlockManmalmode）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。

记录定值扰动10%时的动态过程曲线。

8、验收

根据设计内容填写设计报告。

设计实验报告

姓名：

专业、班级：

测控11K2

EPROM编号

学号：

同组人

设计名称

天然气压力控制系统设计

1设计功能说明

天然气压力控制系统，要求对罐内压力进行单变量定值控制。

储罐压力经压力变送器测量后，由KMM模入通道2送至调节器中。

调节器输出AO1经电/气转换器控制气动式调节阀，控制罐内压力。

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（10%）时，

调节器自动切换至手动（M）方式。

在偏差允许的范围内（10%），允许切入自动（A）方式。

实验步骤：

（1）掌握数字调节器KMM的组态方法，在数据写入中熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。

（2）将数据通过数据设定器将程序写入到EPROM中，写入程序后的EPROM移插到KMM调节器的用户EPROM中，然后就进行系统的整机和调试工作。

（3）通过曲线的分析，用‘数据设定器’反复的进行PI参数调整，使控制品质达到控制要求。

（4）用CAE2000对A/D转换器送入的过程参数进行记录、存储、显示、运算等功能处理后由D/A转换器送出模拟量信号。

2PI参数

PI参数调整的最终结果为：

P为40；

Ti为0.05；

3记录曲线

见打印图纸

指导教师

白 康

设计日期

2014.7.3

四、设计工作

本次课程设计，我和钟声主要负责预习KMM程序写入器使用并具体进行EPROM芯片的制作的工作，在去实验室前，小组进行了表格的初步填写，PID参数为经验给定。

在KMM程序写入器中写入代码。

先进行C444+ENT，然后查找并改变数据与缺省值不同的指令：

F001-01-01-1114

F0002-02-02-0001

F002-02-14-000.1F003-01-01-0000F003-01-05-18.3F004-01-06-0.15F005-0.1-01

F005-100-0.2F005-15.0-0.3

F0050-0.0-0.4F006-01-01-U0004F006-01-02-P0001

然后插入芯片，写入程序。

将芯片插到KMM调节器上。

打开电源，设定给定值，将AO调到偏差允许的范围内，由手动切到自动，通过CAE2000观察图像，若满足质量要求，则打印图像，若不满足要求，则调整PID参数，继续重复以上过程，直到找到满足要求的曲线为止。

五，设计总结及体会

本次课设是控制装置及仪表课程中KMM调节器的实际操作，将理论与实际结合，突显工科的特点。

PID参数设定及KMM程序写入器的操作是本课设的难点，刚开始时程序写入芯片并插到KMM面板上，但显示有错误，后来小组成员通过查阅操作手册，找出了问题所在，经过老师的知道和思考，我们终于改正了错误。

其次，在设定给定值和测量值时两者的差值不能太大（一般不超过十），如果太大，手动自动之间就不能切换。

最后在调整PID参数时需要耐心和技巧,需要反复的调整比例带和积分时间的大小，在输出值经过几个衰减振荡后最终能靠近给定值，