华北电力大学控制装置与仪表课设报告
华北电力大学本科控制理论课程设计文档
课程设计报告( 2012-- 2013 年度第 1 学期)名称：《自动控制理论》课程设计题目：基于自动控制理论的性能分析与校正院系：自动化班级：自动化1004学号：201002020416学生姓名：王桐指导教师：孙海蓉设计周数：1周成绩：日期：2012 年12 月31 日一、课程设计的目的与要求1．正文为宋体，五号字行间距为211．1------------1．2------------（请按任务书写，把任务书考过来，从第三行开始考）二、设计正文1．正文为宋体，五号字行间距为211．1------------1．2------------（包括题目，解题过程即程序，结果即打印曲线）三、课程设计总结或结论1．正文为宋体，五号字行间距为211．1------------1．2------------四、参考文献[1] 作者1, 作者2 书名. 出版单位, 版本. 出版日期《自动控制理论》课程设计一、设计题目基于自动控制理论的性能分析与校正二、目的与要求本课程为《自动控制理论A》的课程设计，是课堂的深化。
设置《自动控制理论A》课程设计的目的是使MATLAB成为学生的基本技能，熟悉MATLAB这一解决具体工程问题的标准软件，能熟练地应用MATLAB软件解决控制理论中的复杂和工程实际问题，并给以后的模糊控制理论、最优控制理论和多变量控制理论等奠定基础。
作为自动化专业的学生很有必要学会应用这一强大的工具，并掌握利用MATLAB对控制理论内容进行分析和研究的技能，以达到加深对课堂上所讲内容理解的目的。
通过使用这一软件工具把学生从繁琐枯燥的计算负担中解脱出来，而把更多的精力用到思考本质问题和研究解决实际生产问题上去。
通过此次计算机辅助设计，学生应达到以下的基本要求：1.能用MATLAB软件分析复杂和实际的控制系统。
2.能用MATLAB软件设计控制系统以满足具体的性能指标要求。
3.能灵活应用MATLAB的CONTROL SYSTEM 工具箱和SIMULINK仿真软件，分析系统的性能。
华北电力大学控制装置与仪表实验报告
实验报告院系：控制与计算机工程学院实验名称：基于单片机控制的半导体温控实验系统指导教师：陆会明学生姓名：洪怡婷学号：1111190207班级：创新自1101班日期：2015年1月19日实验一一、实验目的及要求实验一：变频器基本操作的实验目的：1.认识变频器操作面板及各功能键的功能、操作方法；2.认识调速系统信号流向。
二、实验仪器ABB三相交流电动机一台，ABB_ACS150变频器一台，PID控制器，记录仪，万用表，电工工具，导线若干。
三、实验原理1)控制器工作原理及使用及配置方法；1）输入可自由选择热电偶、热电阻、电压及电流。
内含非线性校正表格，无需外部校正，测量精确稳定。
采用先进的AI人工智能PID调节算法，无超调，具有自整定（AT）工能。
具有手自动无扰切换功能及电软启动功能。
采用X3高精度电流输出模块，精度可达0.2%，提高调节器的输出精度。
仪表使用前应该根据其输入、输出规格及功能要求来设置正确的参数。
配置好参数才可以投入使用。
控制器输入类型有热电偶，热电阻，线性电压，线性电流（需外接精密电阻分流），A/D转换器每秒采样8次，控制周期0.5-120s可调。
2)变频器工作原理及使用及配置方法；ABB ACS150是一种控制交流电机的变频器，可以安装在墙上或者柜体中。
它具有固定式控制盘和固定式电位器，面板操作简单，速度可直观设定。
同时，其内部集成EMC滤波器，无需外接滤波器。
3）无纸记录仪工作原理及使用及配置方法；多通道输入，支持多种输入类型，图形化界面，画面直观，可同时记录4个通道数据，具有上限下限报警功能。
控制器输入类型有热电偶，热电阻，线性电压，线性电流（需外接精密电阻分流），线性输入量程最大为-20000到20000。
四、试验方法和步骤1.手动变频调速系统接线①利用万用表检查硬接线是否完好，有无短路断路情况；②变频器电源输入端接线，电源线火线（L）接变频器接线端子L，电源线零线（N）接变频器接线端子N；③变频器接线端子U2、V2、W2分别接三相电动机的U、V、W端；④检查所有接线是否正确。
控制装置课设报告(华北电力大学)
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：除氧器水位单回路控制系统设计院系：自动化系班级：1104班学号：************学生姓名：***指导教师：***设计周数：一周成绩：日期：2014年6月27日除氧器水位单回路控制系统设计一、课程设计(综合实验)的目的与要求●认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。
●了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。
●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。
●初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。
二、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、主要内容1．按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA图表示出来。
2．组态设计2．1 KMM组态设计以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写KMM的各组态数据表。
2．2组态实现在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。
3.控制对象模拟及过程信号的采集根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对象的特性。
将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。
4. 系统调试设计要求进行动态调试。
动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。
由于生产过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设备故障。
动态调试一般包括以下内容：1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；3）对控制回路进行在线整定；四、设计（实验）正文1. 由控制要求画出控制流程图。
图1 除氧器水位单回路控制系统除氧器水位单回路控制系统如图1所示。
除氧器水箱的汽侧和水侧都有平衡管相连，其中的水平衡管保持除氧器的水位稳定。
华北电力大学过程控制课程设计
课程设计报告( 2008 -- 2009 年度第二学期)名称：过程控制课程设计题目：华润登封电厂300MW机组蒸汽温度控制系统分析院系：自动化系班级：测控0603班学号：200602030308学生姓名：指导教师：金秀章设计周数：一周成绩：日期：2009 年7 月2 日《过程控制》课程设计（分析类）任务书一、目的与要求1．目的：通过本课程设计，使学生巩固《过程控制》所学内容，培养学生的分析、设计能力。
2．要求：能够对指定现场应用控制系统进行正确分析。
二、主要内容1．题目：华润登封电厂300MW机组过热蒸汽温度控制系统分析2．内容：1）查阅2-3篇相关资料；2）对指定现场应用控制系统SAMA图进行分析：分析控制系统构成，掌握工作原理，判断调节器正反作用，分析自动跟踪与无扰切换，分析主要逻辑；3）撰写分析说明。
三、进度计划四、设计成果要求1．对指定控制系统SAMA图进行分析，力求分析正确。
2．撰写分析报告。
五、考核方式设计报告+答辩学生姓名：指导教师：金秀章2009年7月2日一、课程设计的目的与要求1. 目的：通过本课程设计，使学生巩固《过程控制》所学内容，培养学生的分析、设计能力。
2. 要求：能够对指定现场应用控制系统进行正确分析。
二、设计正文 控制系统的构成：华润登封电厂300MW 机组过热蒸汽温度控制系统：汽包所产生的饱和蒸汽先流经低温对流过热器进行低温过热，然后依次流经前屏过热器、后屏过热器和高温对流过热器后送入汽轮机。
（一）、一级减温调节系统 1 . SAMA 图纸:SAMA-B-402 .一过入口、出口蒸汽温度，均采用二选均标准逻辑。
3 .一级减温水流量，需进行温度补偿。
补偿公式如下：()t f kkqm****1∆P =∆P =ρ其中：())()(t f normal t t ρρ=，tnormal 为减温水正常运行温度（或标定温度）。
缺省温度：tnormal ＝165℃（暂定）说明：目前暂无减温水温度侧点，需设定正常运行温度；4. 工作原理：一级减温调节系统包括一个喷水调节阀，两个过热器入口蒸汽温度，A 、B 侧过热器出口蒸汽温度（各一个）。
华北电力大学过程控制课设报告
课程设计(综合实验)报告( ２0１4 －- 2０１5 年度第2学期)名称：过程控制技术与系统课程设计题目：汽包锅炉三冲量给水控制系统设计院系: 控制与计算机工程学院班级: 自动化学号:学生姓名：指导教师:设计周数：一周成绩:日期:年月日一、控制系统的基本任务和要求汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器,并在过热管内结垢,影响传热效率，严重的将引起过热器爆管;水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。
高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。
大容量锅炉若给水不及时,数秒之内就可能达到危险水位,所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。
因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。
影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。
燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。
因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。
本设计的主要任务即是保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡，维持汽包水位Ｈ在较小范围内波动。
二、被控对象动态特性分析做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线1)给水扰动Simulink中系统连接图如下:运行结果如下：由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线,可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延,可近似的看作积分环节和迟延环节的串联，因此应采用串级控制,将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。
2)蒸汽流量扰动Ｓｉmulｉnk中系统连接图如下:运行结果如下：由仿真结果看出对象在蒸发量D扰动下,水位阶跃反应曲线有一段上升的过程,表现有“虚假水位”现象，(出现虚假水位现象的原因：当负荷突然增加,蒸汽流量增加,汽包的压强变小，导致水气化,导致水位升高,同样的,当负荷突然减小，蒸汽流量减小，汽包的压强变大，导致水中气泡液化，水位降低，这两种情况都会出现虚假水位现象。
华北电力大学分散控制系统课程设计报告
当今国内火电厂对单元机组的控制多采用分散控制系统（Distribute Control System，以下简称DCS），常见的DCS系统均含有事件顺序记录（Sequence of Event，以下简称SOE）系统。
SOE系统是DCS中用于异常记录的子系统。
随着火电机组日趋规模化和复杂化．生产过程信息瞬间千变万化。
当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施．这时就需要对事件进行追忆打印。
而一般的历史数据记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后．往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序．这就给事故分析造成了很大的困扰。
而事件顺序记录系统(SOE)以毫秒级的分辨率获取事件信息．为热工和电气设备事故分析提供有力的证据。
可以说SOE是电厂重要的运行状态监测、记录、事故分析用设备。
1 SOE 量的采集原理和作用1.1 采集原理SOE 模块产生的信号叫SOE 量，即事件顺序记录（Sequence of event），目前主要应用于要求准确记录开关量输入时间的监控对象，以便区分多个受控对象动作的先后顺序。
SOE 采集模块通常要求能够以毫秒级的时间间隔评估输入信号状态，能对模块的输入进行预处理并以二进制值、计数器值或事件的形式将这些输入传输给PLC。
由于时标的存在，使得SOE 模块与常规的输入模块很不一样。
该类模块通常使用软件时钟创建毫秒级间隔时间。
该软件时钟通常借助外部时间信号（标准时间接受器）以1 min 的时间间隔进行同步。
外部时间信号可采用DCF77 信号或者GPS 时钟对时。
因此，从某种意义上说，SOE 信号相当于一个带时标的开入量，但它的分辨率更高。
1.2 SOE 量的主要作用在电厂监控系统中，国家设计规范要求对机组的运行工况（停机、发电、调相、抽水等）、6 kV 及以上电压断路器、反映厂用电源情况的断路器和自动开关、反映系统运行状况的隔离开关的位置信号、主要设备的事故及故障信号、以及主要设备的总事故及总故障信号进行采集。
华北电力大学智能仪表设计
科技学院课程设计报告(2012-- 2013年度第二学期)名称: 智能仪表设计题目：信号发生器设计院系：动力工程系班级：测控09K2学号：学生姓名：指导教师：李冰成绩：日期：2013年1月7日一、目的与要求本课程设计目的在于检验学生对《智能仪表设计》课程所学理论知识的掌握程度，培养学生理论联系实际、独立分析、设计智能仪器仪表的能力。
课程设计的主要要求为：针对给定的开发任务，完成智能仪表设计中几种典型功能的软硬件设计，并进行联机调试。
二、设计题目信号发生器设计（要求输出：正弦波、三角波、方波）1、设计目的：掌握软件实现信号发生器的方法；掌握单片机D/A通道接口设计的方法；掌握单片机应用系统的设计开发步骤。
2、设计内容：熟悉8位D/A转换器DAC0832的硬件性能；熟悉试验系统中D/A转换器与8031的接口方法，画出电路图；设计实现正弦波、三角波、方波的有关算法；编程实现上述算法，并在键盘上设置可输入控制相应的输出信号。
3、实验设备及器件：单片机开发系统一套，实验装置一台，直流稳压电源一台，示波器一台。
三、设计思路及过程1、硬件线图2、方波发生器 设计思路：如果方波的高电平宽度为DELAY ，相应于高电平的输出数码为0FFH ，相应于低电平的输出数码为00H ，针对下图，下面程序可以得到方波的输出。
方波发生流程图：O程序如下：ORG 0000HSTART: MOV A,#0FFHMOV DPTR,#8000HMOVX @DPTR,ALOOP1: MOV A,#00HMOVX @DPTR,AACALL DELAYMOV A,#0FFHMOVX @DPTR,AACALL DELAYJMP LOOP1DELAY: MOV R7,#20D1: MOV R6,#50D2: MOV R5,#100DJNZ R5,$DJNZ R6,D2DJNZ R7,D1RETEND START3、三角波发生器：设计思路：三角波的实现是设置一个初值，当加到某个值的时候，执行减一操作，减到初值时，再加一。
控制仪表与装置课程设计
控制仪表与装置课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握控制仪表与装置的基本原理，理解各类仪表的工作方式和特点。
2. 使学生了解控制系统的基本构成，掌握控制系统的分析方法。
3. 引导学生掌握控制仪表与装置的选型、安装、调试及维护方法。
技能目标：1. 培养学生运用控制仪表与装置进行简单系统设计的能力。
2. 培养学生分析控制系统故障并进行排除的能力。
3. 提高学生动手实践能力，能够独立完成控制仪表与装置的安装、调试及维护工作。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对控制仪表与装置的学科兴趣，激发学习热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，养成良好的实验操作习惯。
3. 增强学生的团队合作意识，提高沟通协调能力。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在让学生在掌握基础知识的同时，提高实际操作能力。
学生特点：学生处于高年级阶段，具备一定的专业基础知识，思维活跃，动手能力强。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养，提高学生的综合素质。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际工作中，达到学以致用的目的。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 控制仪表与装置原理：介绍控制仪表与装置的基本概念、工作原理和分类，结合教材相关章节，深入解析各类仪表的内部结构和功能特点。
教学内容安排：第一章至第二章，共计4学时。
2. 控制系统分析：讲解控制系统的基本构成、数学模型、性能指标和稳定性分析，结合实例分析不同类型控制系统的特点和应用。
教学内容安排：第三章至第四章，共计6学时。
3. 控制仪表与装置的选型与应用：阐述控制仪表与装置的选型原则，分析各类仪表在实际控制系统中的应用，结合实际案例进行讲解。
教学内容安排：第五章，共计4学时。
4. 控制仪表与装置的安装、调试及维护：详细介绍控制仪表与装置的安装要求、调试方法及维护保养措施，结合实践操作进行讲解。
教学内容安排：第六章至第七章，共计6学时。
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课程设计报告
课程名称：控制装置与仪表
院系：控制与计算机工程学院
指导教师：***
学生姓名：
学号：
班级：
一、“控制仪表实训”主要内容
1) 调节器 /操作器工原理及使用配置方法；
2) 变频器工作原理及使用配置方法；
3) 交流电机 PWM 调速工作原理及应用方法；
4) 数据记录仪工作原理及使用配置方法；。
二、基本要求
1) 掌握调节器 /操作器使用及配置方法；操作器使用及配置方法；
2) 掌握变频器使用及配置方法；
3) 掌握交流电机 PWM 调速应用方法；
4) 掌握数据记录仪使用及配置方法。
三、实验器材
ABB三相交流电动机一台，ABB_ACS150变频器一台，PID控制器，记录仪，霍尔转速传感器，转换数字显示仪，万用表，电工工具，导线若干。
四、装置功能或原理
1.调节器基本功能：AI-519 经济型人工智能调节器，0.3级精度，AI人工智能调节技术，有自整定功能，带手动/自动无扰动切换功能。
2.变频器基本功能：把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电动机的变速运行。
3.PWM（脉宽调制）调速原理：利用逆变器具有的开关元件，在其控制端加上三角载波Uc和正弦调制波Ur,当正弦调制波Ur
的值在某点上大于三角载波Uc时，开关元件导通，输出矩形脉冲，反之，开关元件截止。
改变正弦调制波Ur的频率，可以改
变输出电压的频率，以此来实现电机调速。
4.霍尔效应测速原理：霍尔传感器固定安装，而在电机的旋
转部位安装一个导磁性好的磁钢。
当霍尔传感器靠近导磁物体时，霍尔传感器内部的磁场发生变化，由于霍尔效应，产生不同的霍尔电动势，以此可以判断是否有导磁物体接近。
旋转过程中，磁钢每接近霍尔传感器一次，霍尔传感器认为电机旋转了一圈，产生一个矩形脉冲输出，以此计算电机转速。
四、各装置的输入与输出信号。
1.调节器
输出：4~20mA的线性电流信号。
输入：4~20mA的线性电流信号经250Ω电阻变为1~5V电压信号输入。
2.记录仪
输入：4~20mA的线性电流信号经250Ω电阻变为1~5V电压信号输入。
3.变频器
输入：220V AC 模拟输入 4~20mA电流
输出：220V可变频 AC
4. 霍尔转速传感器
输出：矩形脉冲波
5. 转换数字显示仪
输入：H＞4V，L＜3V的矩形脉冲波
输出：4~20mA线性电流
五、控制器手/自动无扰切换方法和原理
切换方法
自动→手动：按下设置键，切换到百分比输出模式，按控制
面板A/M切换按钮，将控制器切换到手动模式，MAN指示灯亮。
手动→自动：按控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到自
动模式，MAN指示灯灭。
原理：
在控制系统中，后备手动操作器一般是串联在自动控制器后（往往集成在一个PID模块之内），再与执行机构相连。
系统从计算机实现的自动状态（包括软手动）切换到硬手动状态时，由于后备手动操作器在自动状态时实际起一个跟随器的作用，这时手动操作器跟踪自动挡的输出，这样在切换的瞬间由于手动操作器内部硬件电路（主要是其中的电容）的保持作用，使得切换没有扰动产生。
也就是说，自动到手动的无扰切换主要是由手动操作器的硬件实现的。
相反地，手动状态到自动状态的无扰切换，计算机需要采样获得手动操作器或者执行机构输出的所谓阀位值。
但是仅仅这样是不够的，因为这只是使u(k-1)能够跟踪阀位。
所以还需要同时对控制算法的软件进行处理，由数字PID的向后差分形式的差分方程
算式：
u[k]-u[k-1]=Kp*((1+T/Ti+Td/T)*e[k]-(1+2*Td/T)*e[k-1]+Td
/T*e[k-2])
可知，要实现手动到自动的无扰切换就是要使
△u[k]=u[k]-u[k-1]=0,这样在手动状态下，就必须使算法中
e[k-1],e[k-2]等历史状态清零，同时使切换时偏差e[k]也为0。
为使e[k]=0，就要求手动状态时的设定值跟踪过程的反馈量（即SP跟踪PV）。
这样处理后，就可以保证△u[k]=0。
六、变频调速接线图及电路图
七、变频调速各装置参数设置
1.调节器参数设置
在Loc模式下输入‘808’，进入参数设置。
对如下参数进行下列设置：CtrL*(nPId),P(120),I(1),D(1),Inp*(33),Opt*(4-20)。
保存退出Loc设为0或1。
Act参数：RE反作用，DR正作用
2．记录仪参数设置
在密码输入界面输出密码000001，进入系统组态界面，在系统参数组态和通道参数组态中对第一通道的输入信号设置为1-5V，量程上限为50，下限为0，单位为Hz，设置记录间隔为1s。
3.变频器参数设置
在Par L模式下，选择11，再选择参数1105，设置最高频率为50Hz。
同样选择1104，设置最低频率为0Hz
4. 转换数字显示仪参数设置
设置满量程D=25
八、变频调速实验过程及结果
1．自动模式切换到手动模式
① 系统上电，按下设置键，切换到百分比输出模式，按控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到手动模式，此时MAN指示灯亮。
② 确定控制器输出最小，启动变频器，观察变频器显示面板是否为最小频率。
③ 通过调节控制器控制面板上下按钮设定输出频率，调节控制
器的输出到50%。
④ 通过调节控制器控制面板上下按钮设定输出频率，调节控制
器的输出到100%。
结果：当输出位50%时，变频器上显示为23.6Hz,记录仪上显示为23.1Hz。
当输出位100%时，变频器上显示为48.9Hz,记录仪上显示为
47.4Hz.
2.手动动模式切换到自动模式
① 在手动模式下，按下控制面板A/M切换按钮，将控制器切换到自动模式，此时MAN指示灯灭，此时再次按下设置键，可返回工
程量输出模式（这里为频率Hz）。
② 通过调节控制器控制面板上下按钮修改闭环系统的设定值
（单位Hz），使设定值为40.4Hz，如图所示得控制器所测实际值和记录仪显示输出曲线。
转换数字显示仪的结果为设定值的一半。
转换数字显示仪和控制器显示结果:
记录仪显示结果：
心得体会：通过本次课设，我对变频调速系统有了更加深刻地认知。
通过对
使用手册和课本的查阅，了解了各个装置的功能及使用方法。
在实际操作过程中碰到不少的问题，例如控制器参数的设置，手/自动转换的操作以及变频器应用宏的恒速设定等。
但通过探究，这些问题都得以解决。
本次实验不仅让我对整个实验装置有了深刻的理解，同时也对各个部分的接线有了一些自己的认知。
通过对变频器端口Di3,Di4端口不同的接通状态，实现了电动机在各个恒速模式下的转动。
实验过程中，我通过改变控制器的PID设定值，得到在不同控制效果下的电机转速输出曲线，深刻地认识了PID控制器各部分所实现的控制作用。
同时，在实验的最后，我也仍然存在一个问题没有解决：转换数字显示仪其显示结果与实际转速的对应关系是如何实现的。
总而言之，这次实验填补了我不少的知识漏洞，让我认识到这门课在我们实际生活中的重要性。