控装课程设计天燃气压力控制系统

名称：控制装置及仪表课程设计题目：天燃气压力控制系统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。天然气储罐KMMPI/P天然气供气管道图1天然气压力控制系统流程AO1AIR2TRACKA/MAIIITKIH/LORTMAM图2控制系统SAMA图AO1AIR2PTI/Pf(x)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。F－－－数据代码2：表示详细项目代码1：表示运算式编号、输入编号、折线编号等表示控制数据的各种数据F001：基本数据F002：输入处理数据F003：PID运算数据F004：折线数据F005：可变参数F006：输出处理数据F101：运算单元（1#）F130：运算单元（2#）~~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：㈠组态①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）。②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。③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）④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。⑤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。⑥重复③～⑤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㈡运行和显示①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。②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。㈢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34.5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sCRRsCRsCRZffffffff111，输入网络的等效阻抗11RZ，这个放大器构成的闭环特性传递函数sCRRRZZsWffff1/)(11，设定1RRf，则sCRsWff11)(。因此，这是一个滞后时间ffCRT的一阶滞后环节。设计实验中选取KRRf1001，47fC，计算得这个滞后环节的滞后时间sT7.4。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1101EPROM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附图：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⑴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。⑵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压力LIM2PID11输入处理AIR2AI2LSP1PPAR10.0HLM3PPAR1100.0MAN4AO1OR7MOD9NOT6AND8DMS5OFFSP1P0001OFFOFFMSWP1001ASWP1002