一種人工智能工業(yè)數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、第 33卷 第 4期 2004年 8月 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 JOURNAL OF GU IZHOU UNIV ERSITY OF TECHNOLO GYVol. 33No. 4 August. 2004 (Natural Science Edition 文章編號 :100920193(2004 0420028203一種人工智能工業(yè)數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)文 方 , 王民慧 , 王 武 , 黃明琪 , 李澤滔(貴州工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院 , 貴州 貴陽 550003摘 要 :介紹了自主研制 、節(jié)算法 , 具備先進(jìn)的自整定功能 , , 適用面廣 。關(guān)鍵詞 :調(diào)節(jié)器 ; 智能 ; 設(shè)計(jì)中圖

2、分類號 :TP214. 7;0 前 言, 計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 控 制技術(shù) 、 通訊技術(shù)的發(fā)展 , 控制儀表的數(shù)字化 、 智能化已成為當(dāng)前儀表生產(chǎn) 、 發(fā)展的主流 。根據(jù)現(xiàn)代工礦企 業(yè)對自動(dòng)化 、 信息化的不同要求 , 數(shù)字控制儀表也繁衍出許多不同類別 、 品種 、 規(guī)格 , 它們在構(gòu)成規(guī)模 、 使用 功能 、 市場價(jià)格上都有較大差別 。針對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的調(diào)節(jié)器及性能指標(biāo) , 研制 、 開發(fā)了一種具有先進(jìn)的人工智能調(diào)節(jié)算法 , 具備先進(jìn)的自適應(yīng)及自整定功能 , 能方便地對各種溫度 、 壓力 、 流量等被控對象實(shí)施高精度控制的工業(yè)用智 能調(diào)節(jié)器 。 該調(diào)節(jié)器性能優(yōu)越 , 操作簡單 , 適用面

3、廣 , 性能價(jià)格比高 , 具有良好的市場前景 。1 人工智能工業(yè)數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)研制 、 開發(fā)的人工智能工業(yè)數(shù)字調(diào)節(jié)器具有以下特點(diǎn) :(1 使用了先進(jìn)的低信息冗余 PID 自整定算法 1。該算法具有自主知識產(chǎn)權(quán) , 作為智能調(diào)節(jié)器參數(shù)自 動(dòng)整定的核心 , 只需少量的先驗(yàn)知識 , 如被控對象性質(zhì) , 就可實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)自動(dòng)整定的自適應(yīng)智能控制 。并 且所需數(shù)據(jù)存儲空間非常小 , 僅僅只需要 27個(gè)單元 , 在普通單片機(jī)硬件平臺上實(shí)現(xiàn)非常容易 , 從而解決了智 能調(diào)節(jié)器工程實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題 。(2 使用了高精度模擬量輸入 /輸出隔離技術(shù) 2。 傳統(tǒng)儀表中模擬量的隔離方法采用變壓器隔離 , 通過

4、 直 -交 -直的電源變換電路實(shí)現(xiàn)儀表內(nèi)部與外部系統(tǒng)的信號隔離 。這種方法線路復(fù)雜 , 電路體積大 , 同時(shí) 還不能實(shí)現(xiàn)輸入 /輸出的完全隔離 (在輸入通道往往沒有隔離 。 在智能調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 、 開發(fā)過程中 , 使用了 串行 A/D 、 D/A 轉(zhuǎn)換技術(shù) , 實(shí)現(xiàn)了高精度模擬量輸入 、 輸出的完全隔離 。(3 使用了智能儀表信號自動(dòng)補(bǔ)償校正技術(shù) 3。傳統(tǒng)儀表為消除儀表的零點(diǎn)漂移和滿度改變 , 都需設(shè) 置零點(diǎn)校正和滿度調(diào)整電路 , 在使用中人工反復(fù)調(diào)校 。 作為智能儀表的特點(diǎn)之一就是要能自動(dòng)修正各類測 量誤差 。 經(jīng)過反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn) , 通過微處理器硬件和軟件的結(jié)合 , 實(shí)現(xiàn)了對智能儀表零點(diǎn)和

5、滿度的自動(dòng)校 正 , 提高了儀表的測量精度 。(4 具有多種串行通訊接口 。 智能儀表的一個(gè)重要特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)智能儀表之間 、 智能儀表與計(jì)算機(jī) 之間的數(shù)據(jù)傳輸通訊 , 從而實(shí)現(xiàn)控制 、 檢測信息的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)化 。 通過對微處理器 MPU 的通訊技術(shù)和 通訊方式的仔細(xì)研究 , 以性能保證 、 線路簡單 、 實(shí)現(xiàn)方便為原則 , 在同一臺智能調(diào)節(jié)器上設(shè)計(jì)了具有 RS232和 RS485兩種不同串行通訊接口電路 , 編制了通訊程序 , 實(shí)現(xiàn)了智能儀表與計(jì)算機(jī)之間的信息交換 , 滿足了 用戶的不同通訊要求 。(5 具有 “ 萬能” 輸入和多種輸出控制功能 。所研制的智能調(diào)節(jié)器 , 能對各種標(biāo)準(zhǔn)電流

6、 、 電壓信號 , 不同收稿日期 :2004-03-03基金項(xiàng)目 :貴州省科技攻關(guān)項(xiàng)目 黔科合計(jì)字 (2001年 1060號 標(biāo)度的熱電偶 、 熱電阻信號進(jìn)行選擇輸入 。 具有標(biāo)準(zhǔn)電流 、 電壓輸出和脈沖調(diào)寬控制 SCR 輸出形式 。通過 儀表面板的菜單組態(tài) , 可適用于多種控制對象 。2 智能調(diào)節(jié)器硬件設(shè)計(jì)智能調(diào)節(jié)器總體硬件框圖如圖 1 所示。圖 1 智能調(diào)節(jié)器硬件框圖智能調(diào)節(jié)器以微處理器 A T89C52為核心 , 該 CPU 具有 8kB Flash 程序存儲器 ,256B 數(shù)據(jù)存儲器 ?？?慮到智能調(diào)節(jié)器的軟件較大 , 設(shè)計(jì)中用 2732擴(kuò)展了 4kB 程序存儲器容量 。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求

7、 , 外部輸入模擬信 號應(yīng)該是 “ 萬能” 的 , 只要是符合國家儀表標(biāo)準(zhǔn)的電壓 、 電流 、 電阻 、 熱電偶都能作為控制 (或反饋 信號接入 輸入端子 。 實(shí)際設(shè)計(jì)中 , 我們通過軟件來設(shè)置輸入信號類別 , 然后通過微處理器 89C52的 P 1. 2-P 1. 7端口進(jìn) 行開關(guān)譯碼 , 分別將輸入信號引入補(bǔ)償電路完成自動(dòng)校零與補(bǔ)償 , 然后經(jīng)不同倍率的放大電路放大至標(biāo)準(zhǔn) 信號范圍進(jìn)行電壓 /頻率轉(zhuǎn)換 , 最后送到 89C52的 T 1口進(jìn)行計(jì)數(shù) , 完成 A/D 轉(zhuǎn)換輸入 。89C52的 P 1. 0、 P 1. 1端口接串行 SEPROM25045, 該芯片主要是用來存儲用戶根據(jù)需要設(shè)

8、置的輸入 、 輸 出 、 串口工作方式等參數(shù) , 以及可在線修改的調(diào)節(jié)器控制參數(shù) 。在調(diào)節(jié)器工作時(shí) , 微處理器每次都從串行 SEPROM 中讀出這些可變參數(shù) , 同時(shí)一旦發(fā)生參數(shù)修改 , 新的控制參數(shù)也被送回 SEPROM 存儲 。調(diào)節(jié)器的輸出分為兩類 , 一類是開關(guān)信號 , 有上 、 下超限報(bào)警 , 手動(dòng) /自動(dòng)狀態(tài)輸出信號等 。還有一類是 模擬控制信號 , 該信號經(jīng) PID 運(yùn)算 , 以 10位二進(jìn)制數(shù)的形式從 CPU 的 T 0口送出 , 經(jīng)串行 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 5615轉(zhuǎn)換為 0-5V 的模擬量 , 最后以標(biāo)準(zhǔn)電流信號 4-20mA 輸出 。根據(jù)需要 , 該信號還可通過過零觸發(fā) 器

9、 MOC3041控制可控硅以開關(guān)信號進(jìn)行調(diào)功 、 調(diào)壓輸出 。調(diào)節(jié)器有 2組 8位 L ED 顯示 ,5個(gè)設(shè)置按鍵 , 用 8279芯片控制 。 2組 L ED 在正常工作時(shí)一組顯示設(shè)定 92第 4期 文 方 , 等 :一種人工智能工業(yè)數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 值 , 一組顯示反饋采樣值 。 在參數(shù)設(shè)定時(shí) , 一組顯示正在設(shè)定的參數(shù) , 一組顯示參數(shù)種類 。 5個(gè)設(shè)置按鍵分 別是手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鍵 , 以及設(shè)置 、 確認(rèn) 、 上 、 下行按鍵 。3 智能調(diào)節(jié)器軟件設(shè)計(jì)智能調(diào)節(jié)器的各種控制功能都必須靠軟件來完成 , 所有的控制思想 、 控制算法 、 控制邏輯都要通過正確 的軟件編程才能得以實(shí)現(xiàn)

10、。 主要軟件包括數(shù)據(jù)采集模塊 、 數(shù)據(jù)補(bǔ)償校正模塊 、 PID 控制模塊 、 控制參數(shù)自整 定模塊 、 控制輸出模塊 、 通訊模塊 、 L ED 顯示模塊 、 按鍵控制模塊等 。 主程序框圖如圖 2 。圖 2 主程序框圖在軟件設(shè)計(jì)中共使用了 3個(gè)中斷源 :(1 外部中斷 0, 主要作為外部按鍵中斷控制 。在該中斷程序中 , 進(jìn)行鍵值判別 , 鍵值狀態(tài)轉(zhuǎn)移控制 , 鍵 值內(nèi)容設(shè)定等操作 。 PID 自整定計(jì)算 , 控制工作方式組態(tài) ,SEPROM25045的數(shù)據(jù)刷新等工作根據(jù)鍵值內(nèi)容 也在此中斷下完成 ;(2 定時(shí)器中斷 T0, 主要作為時(shí)鐘管理 。 在該中斷程序中 , 建立基本控制時(shí)序 , 在

11、以后程序中的采樣周 期控制 ,L ED 動(dòng)態(tài)掃描 ,Watchdog 軟件防飛保護(hù)等時(shí)間控制都在此基礎(chǔ)上完成 ;(3 串行口中斷 , 主要是通訊中斷控制 。該中斷程序完成與計(jì)算機(jī)的呼叫響應(yīng)控制 , 同時(shí)根據(jù)呼叫內(nèi) 容 , 接受計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令和參數(shù) , 向計(jì)算機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù) 。4 結(jié)束語研制的人工智能工業(yè)用數(shù)字調(diào)節(jié)器是計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、 自動(dòng)控制理論 、 微電子技術(shù) 、 測量儀器技術(shù)等多 門學(xué)科的綜合 , 具有自主知識產(chǎn)權(quán) 。 該調(diào)節(jié)器現(xiàn)已由項(xiàng)目協(xié)作單位 , 貴陽永青示波器廠完成了工藝設(shè)計(jì) , 并 生產(chǎn)出樣機(jī)少量投放市場 。參考文獻(xiàn) :1黃明琪 , 李澤滔 , 文 方 . 一種低信息冗余的自

12、整定控制器 A.第四屆全球智能與自動(dòng)化大會(huì)論文集 C.上海 :華東理工 大學(xué)出版社 ,2002. 3118-3121.2文 方 , 王民慧 , 王 武 . 智能儀表設(shè)計(jì)中的模擬量隔離技術(shù)研究 J.貴州科學(xué) ,2002, (12 :53-56.3王民慧 , 王 武 , 文 方 . 智能儀表的零點(diǎn)自動(dòng)補(bǔ)償方法 J.貴州科學(xué) ,2002, (12 :60-62.4姚光霖 , 文 方 . 用 Delphi 實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串行通訊 J.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ,2002,31(1 :66-70.(下轉(zhuǎn) 46頁 03 貴 州 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自然科學(xué)版 2004年Study on Kin

13、etics of Acid Leaching of G erm anium Oxide Dust L IAN G Jie ,ZHEN G Dong 2sheng ,WEI Li 2ping(Scientific Research Office , GU T , Guiyang 550003,China Abstract :Based on characteristic of zinc oxide of germanium oxide dust ,the kinetics and reactive mecha 2 nism of acid leaching have been studied.

14、The results shows that the acid leaching of germanium oxide dust belongs to the model of “ unreactive atrophic nuclear ” type which conforms to equation : 122a/32(12a 2/3=kt ,and the leaching process is controlled by diffusion ,the leaching rate and recovery can be improved by increasing the of ma 2

15、 chine stir of sulfuric acid.K ey w ords :germanium oxide dust ;kinetics(上接 27頁 A Analysis of the Collapse NO. 145Workplace Roof in Mining DEN G Jian 2hua ,ZHON G Shu 2hui(Department of Basic Science , GU T , Guiyang 550003,China Abstract:In the paper , an analysis of the collapse No. 145workplace r

16、oof in the North Mine of Xikuangshan is made according to the plasticity theory. The results tally with what are determined in practice. Therefore this method is a feasible reference to later similar mines.K ey w ords :extreme load ;roof collapse ;manpower pillar mining method(上接 30頁 The Design and Implementation of an IntelligentIndustrial Digital ControllerWEN Fang ,WAN G Min 2hui ,WAN G Wu ,HUAN G Ming 2qi ,L I Ze 2tao(College of Electrical Engineering , GU T , Guiyang 550003,China Abstract :This paper introduces an intelligent