過程控制系統(tǒng)課程設計(鍋爐汽包溫度控制系統(tǒng)論文)

1、文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.洛陽理工學院過程控制系統(tǒng)課程設計目：水塔溫度控制系統(tǒng)7文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.目錄第1章水塔溫度控制系統(tǒng)設計方案錯誤!未定義書簽。1. 1系統(tǒng)設計方案概述錯誤!未定義書簽。1.2水塔溫度串級控制系統(tǒng)仿真錯誤!未定義書簽。第2章水塔溫度控制系統(tǒng)硬件設計錯誤!未定義書簽。2.1系統(tǒng)對象特性設計錯誤!未定義書簽。2.2系統(tǒng)檢測回路設計錯誤!未定義書簽。2.3控制器設計錯誤!未定義書簽。2.4執(zhí)行器選擇錯誤!未定義書簽。2.5參數(shù)整定9第3章水塔溫度控制系

2、統(tǒng)軟件設計103.1 程序設計113.2 溫度控制算法程序設計錯誤!未定義書簽。第4章設計結論錯誤!未定義書簽。參考文獻錯誤!未定義書簽。第1章水塔溫度控制系統(tǒng)設計方案1.1系統(tǒng)設計方案概述本次設計采用串級控制系統(tǒng)對水塔溫度進行控制。過程控制系統(tǒng)由過程檢測、變送和控制儀表、執(zhí)行裝置等組成，通過各種類型的儀表完成對過程變量的檢測、變送和控制，并經(jīng)執(zhí)行裝置作用于生產(chǎn)過程。串級控制系統(tǒng)是兩只調節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調節(jié)器的輸出作為另一個調節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。此系統(tǒng)改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質量，能迅速克服進入副回路的二次擾動，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對負荷變化的適應性較強。串級控制系統(tǒng)工

3、程應用場合如下：文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.（1）應用于容量滯后較大的過程。（2）應用于純時延較大的過程。（3）應用于擾動變化激烈而且幅度大的過程。（4）應用于參數(shù)互相關聯(lián)的過程。（5）應用于非線性過程。正因為串級控制系統(tǒng)具有上述特點，所以本次設計采用串級控制系統(tǒng)對鍋爐汽包溫度進行控制。采用單片機作為主控制器，水塔溫度為主被控對象，上水的流量為副被控對象，電磁閥為執(zhí)行器，利用AD590傳感器檢測水塔溫度，利用流量傳感器檢測上水流量。水塔溫度串級控制系統(tǒng)框圖如圖1.1所示，系統(tǒng)原理圖如圖L2所示。圖1.1水塔溫度串

4、級控制系統(tǒng)框圖圖1.2水塔溫度串級控制系統(tǒng)原理圖1.2水塔溫度串級控制系統(tǒng)仿真水塔溫度串級控制系統(tǒng)仿真，積分環(huán)節(jié)ImtiaM）,兩個檢測變送環(huán)節(jié)參數(shù)設定時間常數(shù)T=0.01s,擾動通道傳函為時間常數(shù)T=2s。輸入信號和擾動信號皆為單位階躍信號。擾動作用時間F1為steptmie=50s,仿真波形如圖1.2所示。圖L2串級控制系統(tǒng)仿真波形第2章水塔溫度控制系統(tǒng)硬件設計2.1 系統(tǒng)對象特性設計水塔溫度串級控制系統(tǒng)選擇水塔溫度為主被控對象，副被控對象為上水流量。當水塔溫度變化的時候，通過控制上水流量改變水塔溫度，并最終使其恒定。主被控對象：水塔溫度副被控對象：上水流量2.2 系統(tǒng)檢測回路設計主控對象

5、檢測元件選擇為溫度傳感器AD590。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中：一流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T熱力學溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55+150。3、AD590的電源電壓范圍為4v30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流變化1mA,相當于溫度變化IK。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。副控回路檢測元件選擇電磁式流量傳感器。導電性的液體在流動時切割磁力線

6、，也會產(chǎn)生感生電動勢。因此可應用電磁感應定律來測定流速，電磁流量傳感器就是根據(jù)這一原理制成的。雖然電磁流量傳感器的使用條件是要求流體是導電的，但它還是有許多優(yōu)點。由于電極的距離正好為導管的內徑，因此沒有妨礙流體流動的障礙，壓力損失極小。能夠得到與容積流量成正比的輸出信號。測量結果不受流體粘度的影響。由于電動勢是在包含電極的導管的斷面處作為平均流速測得的，因此受流速分布影響較小。測量范圍寬，測量精度高。為了達到測量高精度的要求，選用溫度傳感器AD590.AD590具有較高精度和重復性，超低溫漂移高精度運算放大器0P07將溫度一電壓信號進行放大，便于AD進行轉換,以提高溫度采集電路的可靠性。采樣檢

7、測電路如圖2.1示。圖2.1采樣檢測電路223AD轉換電路A/D轉換電路采用ADC0809轉換器。將采集來的模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出轉換完成的信號EOC經(jīng)反相器接單片機的P3.2口，A/D轉換電路如圖2.2所示。圖2.2AR轉換電路2.3 控制器設計選用單片機作為控制器，對水塔溫度進行控制。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機更是起到了不可替代的核心作用。2.3.1 CPU選擇單片機接受A/D轉換電路輸入的數(shù)字信號，并將輸入的信號

8、進行處理和運算，以控制控制電流或者控制電壓的形式輸出給被控制的電路，完成控電磁閥的任務。本設計的單片機選用Atmel公司的AT89c51單片機，采用雙列直插封裝（DIP）,有40個引腳與MCS-51系列單片機的指令和引腳設置兼容。AT89C51引腳圖，如圖2.3所示。圖2.3AT89c51引腳圖2.3.4 電源設計由10V交流電供電，經(jīng)過橋式整流，電容濾波，得到12V的直流電壓，12V的直流電壓與MC7805T芯片，以及電容相接，產(chǎn)生十5V電壓，給系統(tǒng)供電。圖2.6電源電路4、參數(shù)整定尸/控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據(jù)被控過程的特性確定P/O控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分

9、時間的大小。因為本設計中主控制器采用P/控制規(guī)律，故僅對P/控制器的參數(shù)進行整定。參數(shù)整定的一般步驟：（1）確定比例系數(shù)P確定比例系數(shù)P時，首先去掉P/的積分項，首先令（=0,使P/為純比例調節(jié)。輸入設定為系統(tǒng)允許的最大值的60%70缸由0逐漸加大比例系數(shù)尸，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩;再反過來，從此時的比例系數(shù)尸逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例系數(shù)P,設定P/的比例系數(shù)P為當前值的60%-70%0比例系數(shù)P調試完成。（2）確定積分時間常數(shù)1比例系數(shù)P確定后，設定一個較大的積分時間常數(shù)T,的初值，然后逐漸減小7；,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的設定P/的積

10、分時間常數(shù)T,為當前值的150%180機積分時間常數(shù)調試完成。（3）再對尸/參數(shù)進行微調，直至滿足要求。2.4 執(zhí)行器選擇執(zhí)行器選擇氣開型電磁閥，通過控制閥的開度來實現(xiàn)流量控制。氣開型是當膜頭上空氣壓力增加時，閥門向增加開度方向動作，當達到輸入氣壓上限時，閥門處于全開狀態(tài)。反過來，當空氣壓力減小時，閥門向關閉方向動作，在沒有輸入空氣時，閥門全閉。故有時氣開型閥門乂稱故障關閉型。氣關型動作方向正好與氣開型相反。當空氣壓力增加時，閥門向關閉方向動作，空氣壓力減小或沒有時，閥門向開啟方向或全開為止。故有時乂稱為故障開啟型。氣動調節(jié)閥的氣開或氣關，通常是通過執(zhí)行機構的正反作用和閥態(tài)結構的不同組裝方式實

11、現(xiàn)。氣開氣關的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來考慮。當氣源切斷時，調節(jié)閥是處于關閉位置安全還是開啟位置安全。第3章水塔溫度控制系統(tǒng)軟件設計3.1程序設計主程序流程圖如圖3.1所示。3.2T-T-人圖3.1水塔溫度控制系統(tǒng)主程序流程圖P1k-2(3-1)溫度圖3.2溫度控制算法程序/*PIDFunctionThePID（比例、積分、微分）functionisusedinmauilycontiolapplications.PIDCalcperformsoneiterationofthePIDalgontlmi.WlulethePIDftinctionworks,mamisjustadununyp

12、iogramshowmgatypicalusage.*/typedefstnictPID（mtSetPoint;設定目標DesiredValuelongSumEnor;誤差累計doublePiopoition;比例常數(shù)PiopoitionalConstdoubleIntegral;積分常數(shù)IntegralConstdoubleDerivative;微分常數(shù)DenvativeConstmtLastEnor;/Eitoi-1mtPrevEnor;/Enor-2PID;staticPIDsPID;staticPID*sptr=&sPID;/*=LutializePIDStmctuiePID參數(shù)初始化

13、=*/voidhicPIDLut(void)(sptr-SuniEnoi=0;sptr-LastEnoi=0;/Eiior-1sptr-PievEnoi=0;/Eitoi-2sptr-Pioponion=0;比例常數(shù)PiopomonalConstsptr-hitegral=0;積分常數(shù)IiitegialConstsptr-Derivative=0;微分常數(shù)DenvativeConstsptr-SetPomt=0;)/*=增量式PID計算部分=_=*/mtLicPIDCalc(intNextPouit)(registermtiEitoi;ilncpid;當前誤差lEnoi=sptr-SetPoi

14、nt-NextPoint;增量計算iliicpid=sptr-Piopoition*lEnoiEk項-sptr-Integral*sptr-LastEuoi/Ek1項十spti-Derivative*spti-PievEnor;/Ek2項存儲誤差，用于下次計算spti-PrevEuoi=sptr-LastEnoi;spti-LastEnor=lEnor;/返回增量值fetuni(iliicpid);第4章設計結論本次設計的水塔溫度控制系統(tǒng)，采用串級控制系統(tǒng)實現(xiàn)對溫度的控制。此系統(tǒng)改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質量，能迅速克服進入副回路的二次擾動，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對負荷變化的適應性較強。本系統(tǒng)采用單片機作為主控制器，單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，稱為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中稱為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。在溫度控制系統(tǒng)中，單片機更是起到了不可替代的核心作用。本系統(tǒng)選取水塔溫度為主被控對象，上水的流量為副被控對象，電磁閥為執(zhí)行器，利用AD590傳感器檢測水塔溫度，利用流量傳感器檢測上水流量。通過調節(jié)電磁閥開度實現(xiàn)上水流量控制，進而控制水塔溫度。參考文獻1孫優(yōu)賢.工業(yè)過程控制技術-應用篇.北京：化學工業(yè)