控制仪表课程设计说明书

摘要煤气炉是工业生产中常用的加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材、化工等行业，其温度控制系统常用的控制技术有PID控制、模糊控制技术等，但由于煤气炉是一个时变的、大滞后的被控对象，且升温具有单向性，很难建立精确的数学模型。而PID控制因其成熟、容易实现、并具有可消除稳态误差的优点，基本可以满足系统性能要求。KMM可编程程序调节器是一种多输入/输出、多功能、多用途的数学式控制仪表。它与模拟式调节器相比，具有与模拟仪表兼容，运算，控制及通信功能丰富、通用性强、可靠性高，使用维护方便等优点，用KMM进行系统设计，只要根据控制流程图进行组态即可，通过各种运算模块的不同组态可以实现多种控制功能，如平、PID控制、前馈控制等，非常简便。用它进行控制，P、I、D参数调整方便，数字显示直观，适合于小规模生产装置的控制、显示和操作，也可以通过通信接口挂到数据通道同集散控制系统连接起来，实现中、大规模的分散控制、集中监视、操作和管理。一总体方案设计煤气炉是工业生产的重要装置之一，它的任务是通过煤气的燃烧，产生一个理想的温度，以供生产、生活之用。在产品的工艺加工过程中，温度对产品质量的影响很大，温度检测和控制很重要。基于常用的单回路控制系统结构简单但控制精度较低的实际，本设计提出了基于KMM可编程控制器的串级控制系统。1、串级控制系统1.1串级控制系统的基本概念串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。主参数（主变量）：串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。副参数（副变量）：其给定值随主调节器的输出而变化，能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。主对象（惰性区）：主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号是副变量，输出信号是主变量。副对象（导前区）：副参数所处的那一部分工艺设备，它的输入4流量计孔板流量计A5调节器KMM可编程调节器D6调节阀ZAZNCⅢ型电动双座调节阀A2KMM可编程调节器KMM是单回路控制仪表（SSC）中DIGITRONIK系列的一个主要品种，适用于小规模生产装置的控制、显示和操作，也可以通过通信接口挂到数据通道上与个人计算机或集散系统（如TDC-3000）连接起来，实现大、中规模的分散控制、集中监视、操作和管理。1KMM的基本组成KMM主要由硬件、软件两个部分组成。KMM的硬件部分包括主机电路、模拟量输入/输出电路，数字量输入/输出电路、输入/输出接口电路。主机电路包跨CPU、ROM、RAM、定时器电路、监视器电路和电池电路等；模拟量输入电路由缓冲电路（运算放大器和阻容元件）、A/D转换电路等构成，模拟量输出电路由D/A转换器、多路开关、保持电路等构成；数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成，数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列；输入、输出（I/O）接口包括可编程I/O接口电路8255和可编程键盘显示控制器8259。KMM的软件部分包括系统程序和用户程序。系统程序包括基本程序、输入处理程序、运算式程序和中断处理程序组成。用户程序由使用者自行编制。KMM采用表格式组态语言编制程序。2KMM的主要功能KMM主要以下七大功能，分别是：输入处理功能、输出处理功能、运算处理功能、控制类型及无扰动切换、运行方式、自诊断功能和通信功能。三控制系统的工作过程本设计利用KMM可编程调节器采用是串级控制方式，其基本原理框图如图1-3所示，系统简单，控制效果好。结合系统控制原理框图3-1，系统的控制过程如下：由WDH-II型光电高温计测得煤气炉炉内的温度，经过其自身携带的温度变送器转换成4-20mA的标准电流信号P1’作为主控变量，并与系统的设定值P1比较得到偏差信号，送入主调节器（即KMM可编程控制器的PID单元），其输出信号又作为副调节器的设定值P2；由孔板流量计测量得到的流量信号，经CECC电容式差压变送器转换成4-20mA的标准模拟信号P2’，并与主调节器的设定值P2形成偏差信号，该偏差信号送入负调节器（KMM的K单元），其输出信号经D/A转换器转换成4-20mA的标准模拟信号，送入DKZ直行程电动执行器，其输出信号再作为ZAZNC-III型电动双座调节阀控制送入煤气炉的煤气流量，从而实现对煤气炉炉内温度的稳定控制。四心得体会本次课程设计是我们设计工业控制系统的初次尝试，虽然控制对象比较少，控制系统的结构比较简单，但由于诸如KMM可编程控制器及串级控制系统属于初次接触的新事物，故设计过程还是遇到了不少的困难，有许多的费解和疑惑。特别是一开始的时候很茫然，无从下手，好在图书馆有很丰富的资料，通过查阅相关资料以后，逐渐知道了串级控制系统及KMM可编程控制器等。虽然时间紧、任务重，但在自己的不断努力及谢老师平时悉心的指导下，终于克