KMM调节器组态实现及控制系统模拟调试.docx

1、KMM调节器组态实现及控制系统模拟调试 KMM调节器组态、实现及控制系统模拟调试一、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

2、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 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420mA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。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

3、会（Scientific Apparatus Makers Association）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

4、写控制数据表。KMM组态通过填入以下7个数据表格实现。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010运算操作周期1、2、3、4、5022调节器类型0、1、2、3030PV报警显示PID编号1、2041调节器编号150051上位计算机控制系统0、1、2060上位机故障时切换状态0、1070PROM管理编号：作芯片记号，指定一个四位数。运算操作周期：1100ms；2200ms；3300ms；4400ms；5500ms。调节器类型：01PID(A/M)1；1PID(C/A/M)；22PID(A/M)；32PID(C/A/M)。上位计算机控制系统：0无

5、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：0MAN方式；1AUTO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0102030405输入使用0、1010按工程显示小数点位置0、1、2、3021工程测量单位的下限值-99999999030.0工程测量单位的上限值-9999999904100.0折线编号0、1、2、3050温度补偿输入编号0、1、2、3、4、5060温度单位0、1070设定（目标）温度-99999999080压力补偿输入编号0、1、2、3、4、5090压力单位0、1100设定（目标）压力-99999999110开平方处理0、1

6、120开方小信号切除0.0100.0(%)130数字滤波常数0.0999.9s140.0传感器故障诊断0、1151输入使用：0不用；1用。按工程显示小数点位置：0无小数；11位小数；22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AI1AI5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0102PID操作类型0、1010PV输入编号15021PV跟踪0、1030报警滞后0.0100.0(%)041.0比例带0.0799.9(%)05100.0积分时间0.099.9min061.0微分时间0.09

7、9.9min070.00积分下限-200.0200.0(%)080.0积分上限-200.0200.0(%)09100.0比率-699.9799.9(%)10100.0偏置-699.9799.9(%)110.0死区0.0100.0(%)120.0输出偏差率限制0.0100.0(%)13100.0偏差报警0.0100.0(%)1410.0报警下限-6.9106.9(%)150.0报警上限-6.9106.9(%)16100.0PID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。折线数据表（F004-）折点代码折线数据010203X轴X101X202X303X404X5

8、05X506X707X808X909X1010Y轴Y111Y212Y313Y414Y515折点代码折线数据010203Y轴Y616Y717Y818Y919Y1020折线数据：缺省值是0.0，设定范围是0.0799.0%，必须满足：xixi+1(i=19)。（注：本设计中此数据表未用。可不填写。）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。（F005-） 01(百分型) 02(时间型)代码数据代码数据01010202030304040520百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0799.9%。时间型数据：缺省值为0.00min；给定范围为：0.0099.99min。输出

9、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)AO101AO202AO30302(数字输出)DO101DO202DO303连接的内部信号缺省值为U0000。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1PID12LLM3HLM4MAN5DMS6NOT7OR8AND9MOD10111230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

10、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3

11、337（禁止外部联锁信号输入）、端子34（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111（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，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

12、的滞后时间。因滞后时间较小，设计中将这样的两个环节串连而成。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。检查并确认接线正确；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/Normal made Switch）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

13、”（Interlock Manmal mode）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：EPROM编号学号：同组人设计名称KMM组态及控制系统调试1 设计功能说

14、明控制系统功能说明被控对象说明2 PI参数3 记录曲线(本页提供报告内容要求，格式和页数不限)指导教师设计日期附录：实验设备及操作指南设计实验是在控制技术实验系统设备上进行。实验设备见附图1左图所示。附图1 实验设备全貌其中KMM调节器安装在实验系统主设备面板的右上角，KMM的接线端子通过内部接线已布置在实验系统主设备的面板上（见附图1右图所示）。一、KMM调节器面板及操作KMM的机壳安装于实验系统设备中。KMM的机芯可从机壳中抽出（见附图2右图所示）。附图2 KMM调节器面板（左）及机芯（右）KMM面板如附图2左图所示。面板功能如下：测量值（PV，红）/给定值（SP，绿）指针：指示输入到PI

15、D演算单元去的PV信号、SP信号。报警指示灯（PV/SP指针上方的两个红灯）：依靠PID演算单元内的PVH（测量值上限），PVL（测量值下限）决定并指示出来。复位按钮R和联锁指示灯（红，在复位按钮上方）：当自诊断功能的A组（输入异常、演算溢出、演算过载等故障）的异常被检出，仪表就自行切换到“联锁手操”运行方式，此灯亮。此外，当联锁信号（INTK）被输入时，仪表也自行切换到“联锁手操”，但指示灯是一亮一暗地闪亮。找出原因并排除故障后，一按“复位”按钮R，指示灯灭。上电时，仪表也处于（联锁手操）方式。仪表异常指示灯和通信指示灯（复位按钮R下方的两个指示灯）：调节器故障，CPU工作停止时，仪表异常指

16、示灯亮。表示仪表处于“后备手操”运行方式。此状态时，各指针的指示值均为无效。在通信过程中通信指示灯亮。给定值设定增、减按钮：改变本机内给定值的增加、减少按钮。当SP指针用作“PV跟踪”而成为手动运行方式时，给定值（SP）不能设定。串级方式按钮C及指示灯（橙）：让调节器处于“串级”运行方式时，按此按钮。成为“串级”运行方式时，此指示灯亮。自动方式按钮A及指示灯（绿）：让调节器处于“自动”运行方式时，按此按钮。成为“自动”运行方式时，此指示灯亮。手动方式按钮M及指示灯（红）：让调节器处于“手动”运行方式时，按此按钮。成为“手动”运行方式时，此指示灯亮，可以进行输出的手动操作。（运行方式指示灯一亮一

17、暗地闪亮表示在向“跟踪”方式转移及从“跟踪”方式回到原先的方式。）输出指针及输出操作增、减按钮：输出指针用来指示AO1的电流输出值。输出增减按钮为用手动方式改变模拟输出AO1的值。二、KMM数据设定器及使用数据设定器用来对指示KMM内部模块数据和设定控制参数，也可显示自诊断结果及报警。它可以从KMM调节器侧面脱下、插上而不影响KMM的正常工作，因此可以用一个数据设定器来对多台调节器进行数据设定。数据设定器的面板如附图3所示。附图3 KMM数据设定器面板数据设定器的上部是两排数码显示管，第一排为代码显示部，有代码1和代码2两段组成并用两个发光二极管标识。代码1为3位数码管，代码2为两位数码管；第

18、二排为数据显示部并用一个发光二极管标识。按可变更部位移动键 可依次移动这三个标识用的发光二极管灯亮的位置。当所标识部分的发光二极管亮时，表示这部分的代码或数据可以通过操作数据/代码减少键和增加键改变。变更的数据按“ENTRY”键送入仪表中（此时KMM调节器的辅助开关中的“数据投入许可开关”至于“ON”位置时方有效）。按“SP1/PV1”键时，调出PID1的SP1（给定值）和PV1（测量值）并分别在代码显示部和数据显示部显示数值。按“SP2/PV2”键时，调出PID2的SP2（给定值）和PV2（测量值）并分别在代码显示部和数据显示部显示数值。如果在1PID场合则显示“”。PID1演算参数的调出和

19、变更示例如下：按PID键。代码显示部分显示C 0 1 0 1。代码1为C01，其中C表示PID，01表示为PID1。代码2为01，表示为PID1的第一个参数（即比例带）。同时比例带的数值（即代码“C0101”的内容）被显示在数据显示部中。按可变更部位移动键 使数码显示部的LED指示灯亮。按或键改变数码显示部中的比例带数值。按“ENTRY”键送入数据（数据投入许可开关许可时）按可变更部位移动键 使代码显示部分代码2的LED指示灯亮。按或键改变代码2显示部中数值为02（表示为PID1的第二个参数，即积分时间，03为微分时间，）（参见KMM产品说明书表52 PID演算的表示代码说明）。按可变更部位移

20、动键 使数码显示部的LED指示灯亮。按或键改变数码显示部中的积分时间数值。按“ENTRY”键送入数据（数据投入许可开关许可时）。同样数据设定器可对运算单元（代码为U）、可变参数（代码为P）、折线参数（代码为L）中的数据进行显示和修改。三、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。四、附图4 KMM程序写入器（左）及面板（右）程序写入器外观见附图4（左）。其键盘和显示单元部分如附图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，其全部格式见附图5所示。附图5 控制数据的

21、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。例如：C333+ENT(表示输入C333后按ENT键，以下同)，表示进行用户PROM擦除检查，没有擦除干净则显示“ERROR21”。C444+ENT表示把控制数据的缺省值装入程序写入器的RAM。（上电时自动执行该功能。）C222+ENT表示进行用户PROM和程序写入器RAM之间的校核检查，有错则显示“

22、ERROR20”。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F002 02 02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

23、显示F002 01 01 _0000；按C1键2键ENT键，则显示F002 02 01 _0000；按C2F键，则显示F002 02 02 _ _ _ _ 1；按DATA键2键+ENT键，则显示F002 02 02 _ _ _ _2，输入完毕。例2：填写运算模块数据F101 20 H2的数据为P0402（规定编号为1的模块为PID模块(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F101 20 H1 _ _ _ _ _；按C2F键，则显示F101 20

24、H2 _ _ _ _ _；按DATA键P键4键0键2键+ENT键，则显示F101 20 H2 P0402，输入完毕。五、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

25、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”项图标组中选择“输出曲线2”项，在工作区点出“输出曲线2”图形（附图6所示）。 附图6 CAE2000界面连线。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

26、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