控裝課程設(shè)計--天燃氣壓力控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　( 2013-- 2014年度第二學(xué)期)</p><p>　　名 稱： 控制裝置及儀表課程設(shè)計 </p><p>　　題 目： 天燃氣壓力控制系統(tǒng) </p><p>　　院 系： 自動化

2、系 </p><p>　　班 級： 測控1101 </p><p>　　學(xué) 號： 201102030113 </p><p>　　日期：2014年 6月 13日</p><p><b>　　天燃氣壓力控制系統(tǒng)</b></

3、p><p>　　一、課程設(shè)計(綜合實驗)的目的與要求</p><p>　　1．認知控制系統(tǒng)的設(shè)計和控制儀表的應(yīng)用過程。</p><p>　　1.了解過程控制方案的原理圖表示方法（SAMA圖）。</p><p>　　1.掌握數(shù)字調(diào)節(jié)器KMM的組態(tài)方法，熟悉KMM的面板操作、數(shù)據(jù)設(shè)定器和KMM數(shù)據(jù)寫入器的使用方法。</p><p&

4、gt;　　1.初步了解控制系統(tǒng)參數(shù)整定、系統(tǒng)調(diào)試的過程。</p><p>　　二、設(shè)計（實驗）正文</p><p>　　2. 由控制要求畫出控制流程圖。</p><p>　　對如圖1所示的天然氣壓力控制系統(tǒng)，要求對罐內(nèi)壓力進行單變量定值控制。儲罐壓力經(jīng)壓力變送器測量后，由KMM模入通道2送至調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器輸出AO1經(jīng)電/氣轉(zhuǎn)換器控制氣動式調(diào)節(jié)閥，控制罐內(nèi)壓力。&l

5、t;/p><p>　　控制要求：當(dāng)調(diào)節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%）時，調(diào)節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15%），允許切入自動（A）方式。</p><p>　　2. KMM程序?qū)懭肫鞯牟僮鞣椒?lt;/p><p>　　程序?qū)懭肫骶哂兄谱骺删幊陶{(diào)節(jié)器的用戶PROM所需要的全部功能，還能夠打印出程序的內(nèi)容并具有程序?qū)懭肫鞅旧淼?/p>

6、自診斷功能。</p><p>　　圖1 KMM程序?qū)懭肫鳎ㄗ螅┘懊姘澹ㄓ遥?lt;/p><p>　　程序?qū)懭肫魍庥^見圖1（左）。其鍵盤和顯示單元部分如圖1（右）所示。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)，其全部格式見圖2所示。</p><p>　　下排數(shù)碼管給出數(shù)據(jù)填寫過程中的提示信息或出錯代碼。</p><p>　　控制

7、代碼及數(shù)據(jù)的內(nèi)容填寫由鍵盤控制。各鍵功能如下（按由上至下，從左到右的鍵 </p><p>　　盤順序）： </p><p>　　READ鍵：把用戶PROM程序讀入寫入器的RAM中。</p><p>　　A鍵：選擇增加運算單元的功能。</p><p>　　C鍵：選擇用戶PROM校核功能，擦除檢查、缺省值讀出

8、和程序?qū)懭肫鞯淖栽\斷功能。</p><p>　　UF鍵：送運算單元的單元編號。</p><p>　　F鍵：選擇控制數(shù)據(jù)的寫入功能。</p><p>　　WRIT鍵：把程序?qū)懭肫鱎AM中的程序?qū)懭胗脩鬚ROM中。</p><p>　　D鍵：選擇刪除運算單元的內(nèi)容。</p><p>　　L鍵：選擇打印功能。</p&g

9、t;<p>　　C1鍵：調(diào)用各個項目碼的第一部分。（在寫入運算單元時，調(diào)用運算式的編號部分。）</p><p>　　C2F鍵：調(diào)用各個項目碼的第二部分。（在寫入運算單元時，調(diào)用輸入信號部分。）</p><p>　　P鍵和U鍵：用于運算單元的置數(shù)。</p><p>　　DATA鍵：調(diào)用數(shù)據(jù)部分。</p><p>　　STOP鍵：停

10、止打印。</p><p>　　ENT鍵：確認鍵，填入設(shè)置的代碼和數(shù)據(jù)。</p><p>　　例1：填寫代碼F002 02 02的數(shù)值為2（規(guī)定第二路模擬輸入數(shù)據(jù)的顯示保持兩位小 數(shù)的形式），填寫步驟如下：</p><p>　　按F鍵＋0鍵＋0鍵＋2鍵＋ENT鍵，則顯示F002 01 01 _0000；</p><p>　　按C1鍵＋2鍵

11、＋ENT鍵，則顯示F002 02 01 _0000；</p><p>　　按C2F鍵，則顯示F002 02 02 _ _ _ _ 1；</p><p>　　按DATA鍵＋2鍵+ENT鍵，則顯示F002 02 02 _ _ _ _2，輸入完畢。</p><p>　　例2：填寫運算模塊數(shù)據(jù)F101 20 H2的數(shù)據(jù)為P0402（規(guī)定編號為1的模塊為PID(編號 為

12、20)，其H2端接第二路模擬輸入（代碼為P0402）），填寫步驟如下：</p><p>　　按F鍵＋1鍵＋0鍵＋1鍵＋ENT鍵，則顯示F101 _ _ _ _ _ _ _ _ _；</p><p>　　按C1鍵＋2鍵＋0?。獷NT鍵，則顯示F101 20 H1 _ _ _ _ _；</p><p>　　按C2F鍵，則顯示F101 20 H2 _ _ _ _ _；

13、</p><p>　　按DATA鍵＋P鍵＋4鍵＋0鍵＋2鍵+ENT鍵，則顯示F101 20 H2 P0402，輸入完畢。</p><p>　　2.3 工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備的使用</p><p>　　工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備對由A/D轉(zhuǎn)換器送入的過程參數(shù)進行記錄、存儲、顯示、運算等功能處理后并可由D/A轉(zhuǎn)換器送出模擬量信號。本設(shè)計實驗中利用其記錄、顯示功能記錄過程變量

14、（PV）和目標定值（SP），并打印出實驗曲線。其使用步驟如下：</p><p><b>　　㈠ 組態(tài)</b></p><p>　?、匍_機后在C:/提示符下輸入WIN ↙(擊回車鍵)，進入WINDOWS界面。在桌面上雙擊“CAE2000”圖標，進入CAE2000界面（附圖6）。</p><p>　?、谠贑AE2000界面上點擊下拉菜單“模塊組”

15、，選擇“綜合”項，出現(xiàn)“綜合”項圖標組；同樣再次點擊下拉菜單“模塊組”，選擇“接口”項，出現(xiàn)“接口”項圖標組。</p><p>　　③在“接口”項圖標組中選擇“A/D”項，在工作區(qū)點出“A/D”圖形；在“綜合”項</p><p>　　標組中選擇“輸出曲線2”項，在工作區(qū)點出“輸出曲線2”圖形（附圖6所示）</p><p>　?、苓B線。將鼠標移至“A/D”圖形的輸出

16、，按住鼠標左鍵，連線至“輸出曲線2”圖形的輸入后松開鼠標左鍵，將信號輸入同輸出曲線連接起來。</p><p>　?、萏顚懩K參數(shù)。雙擊“A/D”圖形，出現(xiàn)“A/D轉(zhuǎn)換模塊參數(shù)表”，在“轉(zhuǎn)換通道號”中填入“1”，規(guī)定了輸入第一路A/D通道信號，在“標簽”項中填入“通道1”，給第一路A/D通道的顯示加了一個文字標識。按確定返回至圖形界面，雙擊“輸出曲線2”圖形，出現(xiàn)“變比例輸出模塊參數(shù)表”在“標簽”項中填入“

17、定值”，給第一路A/D通道的顯示曲線加了一個文字標識，表示顯示的是目標值參數(shù)的曲線。按確定返回。</p><p>　　⑥重復(fù)③～⑤步，組態(tài)第二路A/D信號，在“A/D轉(zhuǎn)換模塊參數(shù)表”中“轉(zhuǎn)換通道號”中填入“2”，“A/D”圖形、“輸出曲線2”圖形的標簽分別填入“通道2”、和“測量值”。圖形組態(tài)完畢（見附圖7）。</p><p>　　附圖7 圖形顯示組態(tài)畫面</p>&l

18、t;p><b>　?、?運行和顯示</b></p><p>　?、僭贑AE2000界面上點擊下拉菜單“運行”，選擇“實時仿真”項，出現(xiàn)“實時仿真參數(shù)表”，將仿真步距由1秒改為0.2秒，按確定返回。工作區(qū)出現(xiàn)兩個分別顯示定值和測量值實時曲線界面。</p><p>　　②預(yù)保存顯示過程，在“運行”菜單下選擇“結(jié)束”，按提示保存運行數(shù)據(jù)至文件名“***”下。&l

19、t;/p><p><b>　　㈢ 曲線打印</b></p><p>　　在CAE2000界面上點擊下拉菜單“運行”，選擇“曲線分析”項，出現(xiàn)“選擇輸出曲線”畫面，點擊“加入模塊”項，出現(xiàn)“打開運行結(jié)果”畫面，選擇已存入的文件，按“打開”，出現(xiàn)“選取模塊”畫面，從“待選模塊”中選取要打印的曲線至“已選模塊”下，按確定返回到“選擇輸出曲線”畫面，按確定，則顯示歷史記錄曲

20、線。按“打印”圖標，打印機拷貝出此曲線。</p><p><b>　　4： 設(shè)計</b></p><p>　　4. 1由控制要求畫出控制流程圖。</p><p>　　對如附圖1所示的天然氣單回路控制系統(tǒng)，要求對天然氣罐內(nèi)壓力進行單變量定值控 制。天然氣壓力經(jīng)過變送器測量后，由KMM模入通道送至調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器輸出AO1經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換通道控

21、制調(diào)節(jié)閥，控制天然氣罐內(nèi)壓力。</p><p>　　控制要求：當(dāng)調(diào)節(jié)器的給定值SP和測量值PV之偏差超過給定的監(jiān)視值（15%）時，調(diào)節(jié)器自動切換至手動（M）方式。在偏差允許的范圍內(nèi)（15%），允許切入自動（A）方式。</p><p>　　4. 2 確定對可編程序調(diào)節(jié)器的要求。</p><p>　　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（

22、模出）通道輸出控制信號控制壓力調(diào)節(jié)閥。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可另外同時輸出一路4～20mA電流信號），可滿足本系統(tǒng)控制要求。</p><p>　　4. 3 設(shè)計控制原理圖（SAMA圖）。</p><p>　　根據(jù)控制對象的特性和控制要求，進行常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)計。SAMA圖見附圖2 KMM組態(tài)圖見附圖3</p><p>　

23、　4. 5 掌握KMM程序?qū)懭肫鞯氖褂梅椒ú⒂贸绦驅(qū)懭肫鲗?shù)據(jù)寫入EPROM中。</p><p>　　4. 6 按控制系統(tǒng)模擬線路原理圖接線。</p><p>　　由運算放大器構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)模擬控制對象特性，構(gòu)成控制系統(tǒng)的模擬控制回路。系統(tǒng)原理接線圖見附圖4所示。</p><p>　　運算放大器構(gòu)成的是一階滯后特性的反饋回路。運放的反饋網(wǎng)絡(luò)是電阻和電容的并聯(lián)，等效

24、阻抗，輸入網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗，這個放大器構(gòu)成的閉環(huán)特性傳遞函數(shù)，設(shè)定，則。因此，這是一個滯后時間的一階滯后環(huán)節(jié)。設(shè)計實驗中選取，，計算得這個滯后環(huán)節(jié)的滯后時間。</p><p>　　4. 7 進行控制參數(shù)調(diào)整，對控制系統(tǒng)各項功能進行模擬測試并記錄定值擾動控制曲線。</p><p><b>　　上電準備。</b></p><p>　　通電。使調(diào)節(jié)器

25、通電，初上電，調(diào)節(jié)器先處于“聯(lián)鎖手動”方式。</p><p>　　運行數(shù)據(jù)的確認。用“數(shù)據(jù)設(shè)定器”來確認，對于運行所必需的控制數(shù)據(jù)、可變</p><p>　　參數(shù)等是否被設(shè)定在規(guī)定值。必要時可進行數(shù)據(jù)的設(shè)定變更</p><p>　　按控制面板上的R（Reset，復(fù)位）按鈕，解除 “聯(lián)鎖方式”后，調(diào)節(jié)器可進行輸 </p><p>　　出操

26、作、方式切換等正常的運行操作。</p><p>　　組態(tài)工業(yè)控制信號轉(zhuǎn)換設(shè)備的顯示畫面，以便記錄調(diào)試曲線。</p><p>　　通過“數(shù)據(jù)設(shè)定器”進行PI參數(shù)的調(diào)整，使控制品質(zhì)達到控制要求（衰減率為 </p><p>　　75%-90%）。記錄定值擾動10%時的動態(tài)過程曲線。</p><p>　　(7) 打印過程曲線</p>

27、;<p><b>　　三、實驗收獲：</b></p><p>　　本次課程設(shè)計做的是天然氣壓力控制系統(tǒng)，對天然氣罐內(nèi)壓力進行單變量定值控制。儲罐壓力經(jīng)壓力變送器測量后，由KMM模入通道2送至調(diào)節(jié)器中。調(diào)節(jié)器輸出AO1經(jīng)電/氣轉(zhuǎn)換器控制氣動式調(diào)節(jié)閥，控制罐內(nèi)壓力，使天然氣壓力罐中的壓力在KMM控制器的控制作用下，保持動態(tài)平衡，能夠有效的消除干擾信號的作用。</p>

28、<p>　　在實驗中，我們小組大家分工明確，互相幫助，大家一起發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，克服了一個又一個的困難，還有就是我學(xué)會了KMM的面板、KMM數(shù)據(jù)寫入器、數(shù)據(jù)設(shè)定器的使用方法，將程序?qū)懭隕PROM中，用了很長時間，但熟練了KMM程序?qū)懭肫鞯氖褂梅椒?。用CAE2000對A/D轉(zhuǎn)換器送入的過程參數(shù)進行記錄、存儲、顯示、運算等功能處理后由D/A轉(zhuǎn)換器送出模擬量信號。通過數(shù)據(jù)設(shè)定器對PI進行調(diào)整，使控制品質(zhì)達到要求，記錄定值擾動10%

29、后的動態(tài)過程曲線。總之，此次課程設(shè)計熟悉和掌握了KMM組態(tài)和控制系統(tǒng)的調(diào)試的方法及參數(shù)對曲線的影響特性，基本達到了課程設(shè)計的預(yù)期目標，我們的儀器在實驗的過程中出現(xiàn)了問題，我們最終經(jīng)過很多此的調(diào)節(jié)和在老師多次的幫助下，克服了很多的困難。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，不僅僅讓我們對《控制儀表與裝置》這門課程有了更深一步的認識，對實際現(xiàn)場有了初步的了解。本實驗是設(shè)計性的，使我們學(xué)到了不少的東西，體現(xiàn)了很多的

30、實用性的東西，同時老師在整個過程中起到了很好的作用，幫助我們克服困難，解決問題，最后謝謝老師的幫助。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　[1] 王秀霞 韋根源 主編 《控制儀表與裝置試驗及課程設(shè)計指導(dǎo)書》 </p><p>　　華北電力大學(xué) 2006年4月</p><p>　　[2]

31、吳勤勤 主編 《控制儀表及裝置》.化學(xué)工業(yè)出版社 第三版 </p><p><b>　　附圖：</b></p><p><b>　　表格數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　KMM組態(tài)通過填入以下數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)。</p><p><b>　　①基本數(shù)據(jù)表</b></p>

32、;<p>　　(F001-01-□□-)</p><p>　　PROM管理編號：作芯片記號，指定一個四位數(shù)。</p><p>　　調(diào)節(jié)器類型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M)。</p><p>　　上位計算機控制系統(tǒng)：0－無通信；1－有通信（無上位機）；2－有通信（有上位機）。<

33、;/p><p>　　上位機故障時切換狀態(tài)：0－MAN方式；1－AUTO方式。</p><p><b>　?、谳斎胩幚頂?shù)據(jù)表</b></p><p>　?。‵002-□□-□□-）</p><p>　　輸入使用：0－不用；1－用。</p><p>　　按工程顯示小數(shù)點位置：0－無小數(shù)；1－1位小數(shù)；2－

34、2位小數(shù)；3－三位小數(shù)。</p><p>　　開平方處理：0－直線；0－開平方處理。</p><p>　　開方小信號切除：給AI1～AI5設(shè)定的開方信號切除值。</p><p>　　傳感器故障診斷：0－無診斷；1－診斷。</p><p><b>　?、跴ID數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　（F

35、003-□□-□□-）</p><p>　　PID操作類型：0－常規(guī)PID；1－微分先行PID。PV跟蹤：定值跟蹤功能，0－無；1－有。</p><p><b>　?、菘勺冏兞勘?lt;/b></p><p>　　（F005-□□-□□-）</p><p>　　01(百分型)

36、 02(時間型)</p><p>　　百分型數(shù)據(jù)：缺省值為0.0；給定范圍為：-699.0～799.9%。</p><p>　　時間型數(shù)據(jù)：缺省值為0.00min；給定范圍為：0.00～99.99min。</p><p><b>　?、掭敵鎏幚頂?shù)據(jù)表</b></p><p>　　規(guī)定模擬輸出信號和數(shù)字

37、輸出信號從哪個模塊引出。</p><p>　?。‵006-□□-□□-）</p><p><b>　?、哌\算模塊數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　用來規(guī)定模塊的類型及模塊相互之間的連接。</p><p>　　（F1□□-□□-）</p><p><b>　　數(shù)據(jù)：</b>&

38、lt;/p><p>　　F001--01--01--1116 F002--02--01--1 F002--02--15--0</p><p>　　F003--01--02--2 F003--01--04--0.0 F003--01--05--100.0</p><p>　　F003

39、--01--06--1.5 F005--01--01--0.0 F005--01--02--5.0</p><p>　　F005--01--03--15.0 F005--01--04--0.0 F006--01--01--U0004</p><p>　　F006--01--02--P0001 F10

40、1--20--H1--P0001 F101--20--H2--P0402</p><p>　　F101--20--P1--U0004 F101--20--P2--P0502 F102--11--H1--U0001</p><p>　　F102--11--H2--P0101 F103--13--H1--U0002

41、 F103--13--H2--P0102</p><p>　　F104--19--H1--U0003 F105--16--H1--P0001 F105--16--H2--P0402</p><p>　　F105--16--P1--P0103 F105--16--P2--P0104 F106--30--H1--U0

42、005</p><p>　　F107--28--H1--P1001 F107--28--H2--U0005 F108--27--H1--P1002F108--27--H2--U0006 F109--45--H1--P0502 F109--45--H2--U0007 F109--45--P1--U0008 F