课程设计报告( 2013-- 2014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：1104班学号：************学生姓名：***指导教师：***设计周数：一周成绩：日期：2014年6月27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●认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。

●了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。

●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。

●初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。

二、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、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2．1 KMM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：1)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；四、设计（实验）正文1. 由控制要求画出控制流程图。

图1 除氧器水位单回路控制系统除氧器水位单回路控制系统如图1所示。

除氧器水箱的汽侧和水侧都有平衡管相连，其中的水平衡管保持除氧器的水位稳定。

通过除氧器设置水位调节器，改变给水量来调节水箱水位，保证除氧器正常工作。

● 对象分析：除氧器水位是一个非自衡的对象，我们在用运算放大器模拟的时候可以用一个一阶惯性环节串上一个一阶积分环节来近似表示。

这样等效的对象就为)1(1S C R S C R f f f f +。

我们取f R =100K,f C =47uf 得到非自衡对象的传递函数为)17.4(7.41+s s 。

● 控制目的：通过KMM 调节器调节给水来维持除氧器水位在正常水平。

● 控制实现：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。

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。

其中，监视值是通过编程给定的，系统运行后可以通过KMM 数据设定器面板更改。

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图如图2所示图2 控制系统SAMA图除氧器水位单回路控制系统设计功能可以由SAMA图来表达。

图2中的一些最基本的功能，在设计使用时将这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。

控制系统的KMM组态图如图3所示。

图3 KMM组态图由组态图按KMM数据表格式填写控制数据表如下：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 1142 0 运算操作周期（100ms）1、2、3、4、5 02 2 调节器类型0、1、2、3 03 0 PV报警显示PID编号1、2 04 1 调节器编号1～50 05 1 上位计算机控制系统0、1、2 06 0说明：●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。

我们组在试验中用的芯片编号为1142，所以PROM管理编号数据位1142；其他数值均为缺省值。

②输入处理数据表模拟输入数据缺省值项目代码设定范围代码01 02 03 04 05输入使用0、1 01 1 0 按工程显示小数点位置0、1、2、3 02 1 工程测量单位的下限值-9999～9999 03 0.0 工程测量单位的上限值-9999～9999 04 100.0 折线编号0、1、2、3 05 0 温度补偿输入编号0、1、2、3、4、5 06 0 温度单位0、1 07 0 设定（目标）温度-9999～9999 08 0压力补偿输入编号0、1、2、3、4、5 09 0 压力单位0、1 10 0 设定（目标）压力-9999～9999 11 0 开平方处理0、1 12 0 开方小信号切除0.0～100.0(%) 13 0数字滤波常数0.0～999.9s 14 0.0说明：●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。

在该表中，我们只编制了两个数据一个是“输入使用”，选择“模拟输入数据02”，也就是用模拟输入2通道③PID数据表（项目代码设定范围代码PID数据缺省值01 02PID操作类型0、1 01 0 0PV输入编号1～5 02 1 1 PV跟踪0、1 03 0 0报警滞后0.0～100.0(%) 04 0 1.0比例带0.0～799.9(%) 05 100.0 100.0积分时间0.0～99.9min 06 0.5 1.0微分时间0.0～99.9min 07 0.00积分下限-200.0～200.0(%) 08 0.0积分上限-200.0～200.0(%) 09 100.0比率-699.9～799.9(%) 10 100.0偏置-699.9～799.9(%) 11 0.0死区0.0～100.0(%) 12 0.0输出偏差率限制0.0～100.0(%) 13 100.0 偏差报警0.0～100.0(%) 14 10.0报警下限-6.9～106.9(%) 15 0.0说明：●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。

本实验中，我们采用常规型PID。

比例带和积分时间分别设置为100.0和0.5。

这些数据都是可更改数据，在系统运行时可以通过KMM数据设定器面板来更改。

⑤可变变量表代码 数据代码 数据 01 0.0 01 02 100.0 02 03 15.0 03 04 0.0 04～ 20说明：● PPAR1、PPAR2为调节器输出的高低值限制； ● PPAR3、PPAR4为偏差限制。

在本实验中，我们设定底限0.0；高限100.0；偏差限15.0；滞后宽0.0。

这些数据也可以通过KMM 数据设定器面板来更改。

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。

输出输出端代码连接的内部信号名称 信号名代码 01 (模拟输出)AO1 01 U4 U0004 AO2 02 SP1 P0001 AO303 02 (数字输出)DO1 01 DO2 02 DO303由KMM 组态图可知，模拟输出端AO1为调节器输出，是模块4（MAN 模块）的输出，代码为U0004；输出端AO2为调节器内给定信号SP1，其代码为P0001。

没有使用数字输出。

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□□-□□-）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输入信号名称编号名称代码名称代码名称代码名称代码1 PID1 20 SP1 P0001 AI2 P0402 U4 U0004 OFF P05022 LLM 11 U1 U0001 PPAR1 P01013 HLM 13 U2 U0002 PPAR2 P01024 MAN 19 U3 U00035 DMS 16 SP1 P0001 AI2 P0402 PPAR3 P0103 PPAR4 P01046 NOT 30 U5 U00057 OR 28 MSW P1001 U5 U00058 AND 27 ASW P1002 U6 U00069 MOD 45 OFF P0502 U7 U0007 U8 U0008 OFF P0502根据KMM调节器组态图中各个模块的输入输出，依据运算模块数据表和模块输入端的内部信号填写该表。

KMM调节器组态图中运算模块的编号是按照模块调入顺序给出的。

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。

图4 KMM程序写入器（左）及面板（右）程序写入器外观见图4（左）。

其键盘和显示单元部分如图4（右）所示。

显示部分由两排数码管显示信息，上排数码管显示控制代码及数据，其全部格式见图2所示。

代码2：表示详细项目代码1：表示运算式编号、输入编号、折线编号等：基本数据：输入处理数据：PID运算数据：折线数据：可变参数：输出处理数据：运算单元（1#）~：运算单元（2#）图5 控制数据的代码下排数码管给出数据填写过程中的提示信息或出错代码。

控制代码及数据的内容填写由键盘控制。

各键功能如下（按由上至下，从左到右的键盘顺序）：READ键：把用户PROM程序读入写入器的RAM中。

A键：选择增加运算单元的功能。

C键：选择用户PROM校核功能，擦除检查、缺省值读出和程序写入器的自诊断功能。

UF键：送运算单元的单元编号。

F键：选择控制数据的写入功能。

WRIT键：把程序写入器RAM中的程序写入用户PROM中。

D键：选择删除运算单元的内容。