控装课程设计 2.docx
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控装课程设计2
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：
天燃气压力控制系统
院系：
自动化系
班级：
测控1101
学号：
201102030113
学生姓名：
马海平
指导教师：
韦根原
设计周数：
一周
成绩：
日期：
2014年6月13日
天燃气压力控制系统
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。
1.了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。
1.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。
1.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
2.由控制要求画出控制流程图。
对如图1所示的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。
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.KMM程序写入器的操作方法
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1KMM程序写入器（左）及面板（右）
程序写入器外观见图1（左）。
其键盘和显示单元部分如图1（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。
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。
L键：
选择打印功能。
C1键：
调用各个项目码的第一部分。
（在写入运算单元时，调用运算式的编号部分。
）
C2F键：
调用各个项目码的第二部分。
（在写入运算单元时，调用输入信号部分。
）
P键和U键：
用于运算单元的置数。
DATA键：
调用数据部分。
STOP键：
停止打印。
ENT键：
确认键，填入设置的代码和数据。
例1：
填写代码F0020202的数值为2（规定第二路模拟输入数据的显示保持两位小数的形式），填写步骤如下：
按F键＋0键＋0键＋2键＋ENT键，则显示F0020101_0000；
按C1键＋2键＋ENT键，则显示F0020201_0000；
按C2F键，则显示F0020202____1；
按DATA键＋2键+ENT键，则显示F0020202____2，输入完毕。
例2：
填写运算模块数据F10120H2的数据为P0402（规定编号为1的模块为PID（编号为20），其H2端接第二路模拟输入（代码为P0402）），填写步骤如下：
按F键＋1键＋0键＋1键＋ENT键，则显示F101_________；
按C1键＋2键＋0健＋ENT键，则显示F10120H1_____；
按C2F键，则显示F10120H2_____；
按DATA键＋P键＋4键＋0键＋2键+ENT键，则显示F10120H2P0402，输入完毕。
2.3工业控制信号转换设备的使用
工业控制信号转换设备对由A/D转换器送入的过程参数进行记录、存储、显示、运算等功能处理后并可由D/A转换器送出模拟量信号。
本设计实验中利用其记录、显示功能记录过程变量（PV）和目标定值（SP），并打印出实验曲线。
其使用步骤如下：
组态
开机后在C:
/提示符下输入WIN↙（击回车键），进入WINDOWS界面。
在桌面上双击“CAE2000”图标，进入CAE2000界面（附图6）。
在CAE2000界面上点击下拉菜单“模块组”，选择“综合”项，出现“综合”项图标组；同样再次点击下拉菜单“模块组”，选择“接口”项，出现“接口”项图标组。
在“接口”项图标组中选择“A/D”项，在工作区点出“A/D”图形；在“综合”项
标组中选择“输出曲线2”项，在工作区点出“输出曲线2”图形（附图6所示）
连线。
将鼠标移至“A/D”图形的输出，按住鼠标左键，连线至“输出曲线2”图形的输入后松开鼠标左键，将信号输入同输出曲线连接起来。
填写模块参数。
双击“A/D”图形，出现“A/D转换模块参数表”，在“转换通道号”中填入“1”，规定了输入第一路A/D通道信号，在“标签”项中填入“通道1”，给第一路A/D通道的显示加了一个文字标识。
按确定返回至图形界面，双击“输出曲线2”图形，出现“变比例输出模块参数表”在“标签”项中填入“定值”，给第一路A/D通道的显示曲线加了一个文字标识，表示显示的是目标值参数的曲线。
按确定返回。
重复
～
步，组态第二路A/D信号，在“A/D转换模块参数表”中“转换通道号”中填入“2”，“A/D”图形、“输出曲线2”图形的标签分别填入“通道2”、和“测量值”。
图形组态完毕（见附图7）。
附图7图形显示组态画面
运行和显示
在CAE2000界面上点击下拉菜单“运行”，选择“实时仿真”项，出现“实时仿真参数表”，将仿真步距由1秒改为0.2秒，按确定返回。
工作区出现两个分别显示定值和测量值实时曲线界面。
预保存显示过程，在“运行”菜单下选择“结束”，按提示保存运行数据至文件名“***”下。
曲线打印
在CAE2000界面上点击下拉菜单“运行”，选择“曲线分析”项，出现“选择输出曲线”画面，点击“加入模块”项，出现“打开运行结果”画面，选择已存入的文件，按“打开”，出现“选取模块”画面，从“待选模块”中选取要打印的曲线至“已选模块”下，按确定返回到“选择输出曲线”画面，按确定，则显示历史记录曲线。
按“打印”图标，打印机拷贝出此曲线。
4：
设计
4.1由控制要求画出控制流程图。
对如附图1所示的天然气单回路控制系统，要求对天然气罐内压力进行单变量定值控制。
天然气压力经过变送器测量后，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，控制天然气罐内压力。
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。
4.2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。
4.3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图见附图2KMM组态图见附图3
4.5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。
4.6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。
系统原理接线图见附图4所示。
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
，输入网络的等效阻抗
，这个放大器构成的闭环特性传递函数
，设定
，则
。
因此，这是一个滞后时间
的一阶滞后环节。
设计实验中选取
，
，计算得这个滞后环节的滞后时间
。
4.7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
三、实验收获：
本次课程设计做的是天然气压力控制系统，对天然气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，使天然气压力罐中的压力在KMM控制器的控制作用下，保持动态平衡，能够有效的消除干扰信号的作用。
在实验中，我们小组大家分工明确，互相帮助，大家一起发现问题、解决问题，克服了一个又一个的困难，还有就是我学会了KMM的面板、KMM数据写入器、数据设定器的使用方法，将程序写入EPROM中，用了很长时间，但熟练了KMM程序写入器的使用方法。
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。
通过数据设定器对PI进行调整，使控制品质达到要求，记录定值扰动10%后的动态过程曲线。
总之，此次课程设计熟悉和掌握了KMM组态和控制系统的调试的方法及参数对曲线的影响特性，基本达到了课程设计的预期目标，我们的仪器在实验的过程中出现了问题，我们最终经过很多此的调节和在老师多次的帮助下，克服了很多的困难。
通过这次的课程设计，不仅仅让我们对《控制仪表与装置》这门课程有了更深一步的认识，对实际现场有了初步的了解。
本实验是设计性的，使我们学到了不少的东西，体现了很多的实用性的东西，同时老师在整个过程中起到了很好的作用，帮助我们克服困难，解决问题，最后谢谢老师的帮助。
四、参考文献
[1]王秀霞韦根源主编《控制仪表与装置试验及课程设计指导书》
华北电力大学2006年4月
[2]吴勤勤主编《控制仪表及装置》.化学工业出版社第三版
姓名：
马海平
专业、班级：
测控1101
EPROM编号
1116
学号：
201102030113
同组人
汤泽煜、高岩、马亮
设计名称
天然气压力控制系统的设计
我们小组的分工情况：
题目：
天燃气压力控制系统
组长：
马海平
小组分工：
马海平：
控制策略原理设计，并将方案以SAMA图表示；
马亮：
设计ＫＭＭ组态图，填写ＫＭＭ组态数据表；
汤泽煜：
程序写入；
高岩：
数据记录；
（我完成了控制策略的设计、以及SAMA图的表示和实验过程中的仪器连线等问题）
1设计功能说明
控制系统功能说明
对天然气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，使天然气压力罐中的压力在KMM控制器的控制作用下，保持动态平衡。
被控对象说明
对天然气罐内的压力进行单变量的定制控制，根据我们的控制方案对KMM控制器进行相应的编程控制，以达到控制的要求，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。
2PI参数
最终结果为：
T=1.5min;比例带100%；
3记录曲线
4曲线分析
控制变量峰值3.6； 测量变量峰值3.58
扰动出现时间6.34；控制平衡时间44.38
测量平衡时间38.04
（本页提供报告内容要求，格式和页数不限）
指导教师
韦根原
设计日期
6.13
附图：
表格数据：
KMM组态通过填入以下数据表格实现。
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
1116
0
运算操作周期（100ms）
1、2、3、4、5
02
2
2
调节器类型
0、1、2、3
03
0
0
PV报警显示PID编号
1、2
04
1
1
调节器编号
1～50
05
25
1
上位计算机控制系统
0、1、2
06
0
0
上位机故障时切换状态
0、1
07
0
0
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。
输入处理数据表
（F002-□□-□□-）
项目
代码设定范围
代码
模拟输入数据
缺省值
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
1
工程测量单位的下限值
-9999～9999
03
0.0
0.0
工程测量单位的上限值
-9999～9999
04
100.0
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
传感器故障诊断
0、1
15
0
1
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。
PID数据表
（F003-□□-□□-）
项目
代码设定范围
代码
PID数据
缺省值
01
02
PID操作类型
0、1
01
0
0
PV输入编号
1～5
02
2
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
5.0
100.0
积分时间
0.0～99.9min
06
1.5
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
报警上限
-6.9～106.9（%）
16
100.0
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。
可变变量表
（F005-□□-□□-）
01（百分型）02（时间型）
代码
数据
代码
数据
01
0.0
01
02
100.0
02
03
10.0
03
04
0.0
04
～
05
20
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。
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
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
AO3
03
02
（数字输出）
DO1
01
DO2
02
DO3
03
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
代码
信号名称
代码
信号名称
代码
信号名称
代码
1
PID1
20
SP1
P0001
AI2
P0402
U4
U0004
OFF
P0502
2
LLM
11
U1
U0001
PPAR1
P0101
3
HLM
13
U2
U0002
PPAR2
P0102
4
MAN
19
U3
U0003
5
DMS
16
SP1
P0001
AI2
P0402
PPAR3
P0103
PPAR4
P0104
6
NOT
30
U5
U0005
7
OR
28
MSW
P1001
U5
U0005
8
AND
27
ASW
P1002
U6
U0006
9
MOD
45
OFF
P0502
U7
U0007
U8
U0008
OFF
P0502
10
～
30
数据：
F001--01--01--1116F002--02--01--1F002--02--15--0
F003--01--02--2F003--01--04--0.0F003--01--05--100.0
F003--01--06--1.5F005--01--01--0.0F005--01--02--5.0
F005--01--03--15.0F005--01--04--0.0F006--01--01--U0004
F006--01--02--P0001F101--20--H1--P0001F101--20--H2--P0402
F101--20--P1--U0004F101--20--P2--P0502F102--11--H1--U0001
F102--11--H2--P0101F103--13--H1--U0002F103--13--H2--P0102
F104--19--H1--U0003F105--16--H1--P0001F105--16--H2--P0402
F105--16--P1--P0103F105--16--P2--P0104F106--30--H1--U0005
F107--28--H1--P1001F107--28--H2--U0005F108--27--H1--P1002F108--27--H2--U0006F109--45--H1--P0502F109--45--H2--U0007F109--45--P1--U0008F109--45--P2--P0502
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