太原理工大學(xué)造紙?jiān)险糁筮^(guò)程裝料微機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

目錄對(duì)象的工藝過(guò)程對(duì)象分析控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及功能設(shè)計(jì)二、硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)1.選擇計(jì)算機(jī)機(jī)型和系統(tǒng)總線設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路（EPROM、RAM、鍵盤(pán)、顯示、通信端口等）設(shè)計(jì)輸入輸出通道選擇合適的傳感器、變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制元件三．?dāng)?shù)字控制器的設(shè)計(jì)四、控制算法仿真系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖示波器仿真圖系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線仿真計(jì)算過(guò)程四．軟件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序框圖數(shù)字調(diào)節(jié)器軟件模塊D及D/A轉(zhuǎn)換器處理程序模塊輸出控制程序模塊其他程序模塊程序五參考文獻(xiàn)附錄摘要關(guān)鍵詞：隧道窯、計(jì)算機(jī)、壓力控制隧道窯一般是一條長(zhǎng)的直線形隧道，其兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂，底部鋪設(shè)的軌道上運(yùn)行著窯車(chē)。目前我國(guó)陶瓷隧道窯爐大多采用人工或簡(jiǎn)單儀表控制，要想使窯爐長(zhǎng)期達(dá)到最佳工作狀態(tài)是不可能的，造成產(chǎn)品合格率、一級(jí)品率一直處于較低的水平。陶瓷隧道窯爐是由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶三個(gè)部分組成，瓷件燒成溫度在1320°C左右，若用人工控制這個(gè)壓力場(chǎng)，不僅控制上有難度控制精度上的問(wèn)題更大，因此，我們此處引入了計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)采集各點(diǎn)的壓力（兩到三個(gè)點(diǎn)），然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)與設(shè)定值進(jìn)行比較，再輸出并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的硬件進(jìn)行處理后輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，它不僅能改善控制的精度，還能用軟件代替一些硬件，大大的降低了成本，更主要的是解放了人的勞動(dòng)力。陶瓷隧道窯微機(jī)壓力控制系統(tǒng)目前我國(guó)陶瓷隧道窯爐大多采用人工或簡(jiǎn)單儀表控制，要想使窯爐長(zhǎng)期達(dá)到最佳工作狀態(tài)是不可能的，造成產(chǎn)品合格率、一級(jí)品率一直處于較低的水平。陶瓷隧道窯爐是由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶三個(gè)部分組成，瓷件燒成溫度在1320C左右，窯內(nèi)溫度場(chǎng)主要由燒成帶12對(duì)噴嘴燃冷煤氣產(chǎn)生，窯爐系統(tǒng)用8組風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)窯內(nèi)的壓力場(chǎng)。壓力控制系統(tǒng)將采集的各點(diǎn)壓力值，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制器輸出經(jīng)由D/A變換，變成4?20mA形式模擬量輸出給電動(dòng)執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)擋板，從而控制排煙風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)燒成帶的壓力。關(guān)鍵詞：8088系統(tǒng)、WMS-1系列絕壓傳感器、MC1151/3351DP差壓變送器，PID算法、STD總線、多路開(kāi)關(guān)一.總體方案設(shè)計(jì)1.對(duì)象的工藝過(guò)程目前我國(guó)陶瓷隧道窯爐大多采用人工或簡(jiǎn)單儀表控制，要想使窯爐長(zhǎng)期達(dá)到最佳工作狀態(tài)是不可能的，造成產(chǎn)品合格率、一級(jí)品率一直處于較低的水平。陶瓷隧道窯爐是由預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶三個(gè)部分組成，瓷件燒成溫度在1320r左右，窯內(nèi)溫度場(chǎng)主要由燒成帶12對(duì)噴嘴燃冷煤氣產(chǎn)生，窯爐系統(tǒng)用8組風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)窯內(nèi)的壓力場(chǎng)。壓力控制系統(tǒng)將采集的各點(diǎn)壓力值，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制器輸出經(jīng)由D/A變換，變成4?20mA形式模擬量輸出給電動(dòng)執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)擋板，從而控制排煙風(fēng)機(jī)和助燃風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)燒成帶的壓力。窯壓力控制示意圖對(duì)象分析被控過(guò)程傳遞函數(shù)G(s)= 14 是一個(gè)二階環(huán)節(jié)，而且壓力的o (1+25s)(1+40s)控制對(duì)系統(tǒng)的輸出超調(diào)量有嚴(yán)格的限制，控制算法采用數(shù)字PID控制,數(shù)字PID控制是應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟的一種調(diào)節(jié)方式，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型便可以調(diào)節(jié)。?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求根據(jù)系統(tǒng)總體方案，系統(tǒng)由8088基本系統(tǒng)、前向通道、后向通道和人機(jī)對(duì)話通道等4個(gè)主要的功能模塊組成；8088系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換等電路，后向通道是實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)輸出的通道，人機(jī)對(duì)話通道主要由鍵盤(pán)、LED顯示和打印機(jī)組成。2?設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路(EPROM、RAM、鍵盤(pán)、顯示、通信端口等)鍵盤(pán)由10個(gè)數(shù)字鍵和6個(gè)功能鍵組成。數(shù)字鍵包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10個(gè)，功能鍵包括A、B、C、D、E、F共6個(gè)。其中：A表示確認(rèn)，B表示取消，C表示溫度設(shè)定，D表示修改PID參數(shù),E表示運(yùn)行，F(xiàn)表示打印。在此，用8255A芯片來(lái)外接鍵盤(pán)，其電路圖如下：顯示本控制系統(tǒng)的采用LCD顯示，液晶模塊采用長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司生產(chǎn)的SMC2004A，該模塊可顯示20X4個(gè)字符，電路如圖所示：腳輸出LCD的選通信號(hào)，SMC2004A的總線地址分別為：3F00（寫(xiě)指令）7F00H（讀狀態(tài)）、BF00H（寫(xiě)數(shù)據(jù)）、FF00H（讀數(shù)據(jù)）。用于顯示溫度值。壓力變送器及A/DC574A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)輸入輸出通道（壓力測(cè)量、控制輸出電路等）；陶瓷隧道窯爐中壓力通過(guò)傳感器變換為微弱電壓信號(hào)再經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為4-20ma電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有一個(gè)帶有采樣保持器8通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器，由于本設(shè)計(jì)中有12個(gè)通道的值要送A/D轉(zhuǎn)換，所以需外接多路開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)選用16通道的CD4067，分時(shí)地將12組模擬量送A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，輸出通道有12組輸出，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后送出數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器DAC8830芯片，轉(zhuǎn)換為模擬量再經(jīng)過(guò)16通道的CD4067多路分配器輸出經(jīng)變送器變?yōu)?-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)再通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)控制閥位的開(kāi)度，以達(dá)到控制壓力的目的。所選用傳感器、變送器及執(zhí)行器的類(lèi)型、型號(hào)及量程范圍傳感器部分出處：西安微敏儀器儀表有限公司選擇原則：窯內(nèi)溫度高。需用耐高溫的傳感器穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、性價(jià)比高。WMS-1系列絕壓變送器采樣瑞士高精度傳感器做壓力采集單元，再經(jīng)線性處理、一體化溫度補(bǔ)償、低通濾波、抗干擾處理及放大量化，最小量程可到5KPA,實(shí)現(xiàn)在接近真空測(cè)量時(shí)儀器仍有很高的靈敏度,在真空測(cè)量和控制方面具有很高的優(yōu)勢(shì)。穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。特點(diǎn)溫度補(bǔ)償、精度高穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)電源自穩(wěn)定技術(shù)自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)過(guò)壓、過(guò)流自動(dòng)保護(hù)應(yīng)用航空航天、科研教學(xué)醫(yī)療器械、化工試驗(yàn)液壓氣動(dòng)、油田城市供水能源及自動(dòng)化設(shè)備配套等技術(shù)指標(biāo)測(cè)量介質(zhì)：與1C門(mén)8Ni9Ti不銹鋼兼容的氣體或液體測(cè)量范圍：5KPa?lOOMPa零點(diǎn)輸出：0?2mv(傳感器)輸出信號(hào)：4?20mA、0?5V、1?5、50?100mv(傳感器)，可定做精度等級(jí)：級(jí)、級(jí)、級(jí)穩(wěn)定性：％FS/年、最大值％FS/年供電電源：15?36VDC適用溫區(qū)：-20?85°C接口螺紋：(亦可定做)防爆等級(jí)：ExiallBT6防護(hù)等級(jí)：IP65變送器部分選擇原則：耐高溫。精度高。出處：山東淄博西創(chuàng)測(cè)控技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司MC1151/3351DP差壓變送器的關(guān)鍵原材料、元器件和零部件均源自進(jìn)口或合資生產(chǎn)，整機(jī)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格組裝和測(cè)試。該產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)原理先進(jìn)、品種規(guī)格齊全、安裝使用簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。由于該機(jī)型外觀上完全融合了目前國(guó)內(nèi)最為流行，并被廣泛使用的兩種變送器(羅斯蒙特3051與橫河EJA)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，讓使用者有耳目一新的感覺(jué)，并具有很強(qiáng)的通用性和替代能力。為適合國(guó)內(nèi)自動(dòng)化水平的不斷提高和發(fā)展，該系列產(chǎn)品除設(shè)計(jì)小巧精致外，更推出具有HART現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的智能化功能。產(chǎn)品特點(diǎn)：超級(jí)的測(cè)量性能，用于壓力、差壓、液位、流量測(cè)量精度高：數(shù)字精度+(-)%；模擬精度+(-)%~+(-)%量程、零點(diǎn)外部連續(xù)可調(diào)，量程比100：1正遷移可達(dá)500%、負(fù)遷移可達(dá)600%穩(wěn)定性能好，穩(wěn)定性：%60個(gè)月耐過(guò)壓固體傳感器設(shè)計(jì)全系列統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、互換性強(qiáng)接觸介質(zhì)的膜片材料可選低壓澆鑄鋁合金殼體測(cè)量速率：小型化()全不銹鋼法蘭，易于安裝過(guò)程連接與其它產(chǎn)品兼容，實(shí)現(xiàn)最佳測(cè)量采用16位計(jì)算機(jī)的智能變送器標(biāo)準(zhǔn)4-20mA，帶有基于HART協(xié)議的數(shù)字信號(hào)，遠(yuǎn)程操控支持向現(xiàn)場(chǎng)總線與基于現(xiàn)場(chǎng)控制的技術(shù)的升級(jí)技術(shù)參數(shù)供電電壓：12?36VDC,標(biāo)準(zhǔn)值24VDC；輸出信號(hào)：4?20mADC；（特殊可為四線制220VAC供電0-10mADC輸出）環(huán)境溫度：一25?70°C（—般變送器），一15?70°C（帶現(xiàn)場(chǎng)指示器）測(cè)量溫度：-40-104C，法蘭灌充硅油-40-104C，灌充高溫硅油15-315C儲(chǔ)藏溫度：一40?100°C；相對(duì)溫度：0-100%RH防護(hù)等級(jí)：dIIBT4,iaIICT5；電源影響：小于輸出范圍的±%/V；振動(dòng)影響：在任何方向上振動(dòng)200Hz，引起的誤差為最大范圍的％/g（微差壓為％/g）；安裝位置影響：當(dāng)工作膜片未垂直安裝時(shí)，可能產(chǎn)生不大于的零位誤差，誤差可通過(guò)調(diào)整零位來(lái)消除，對(duì)量程無(wú)影響；穩(wěn)定性：六個(gè)月內(nèi)不超過(guò)變送器的精度；指示器：線性指示0?100%；3-1/2位LCD液晶顯示量程和零位：外部連續(xù)可調(diào)正負(fù)遷移：最大正遷移量為500%，最大負(fù)遷移量為600%材料：隔離膜片：316L不銹鋼，哈式合金-C，蒙耐爾合金，鉭排氣/排液閥：316L不銹鋼，哈式合金-C，蒙耐爾合金法蘭和接頭：316L不銹鋼，哈式合金-C，蒙耐爾合金"O"型圈：氟橡膠灌充液：硅油惰性油螺栓：316L不銹鋼電子殼體：低銅鋁合金電動(dòng)調(diào)節(jié)閥選用原則：具有狀態(tài)設(shè)定功能，斷信號(hào)后自動(dòng)進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)（開(kāi)啟、保持原位、關(guān)閉）。在運(yùn)行過(guò)程中，遇到斷電，具有自鎖功能，保持其原位。行程零位及滿位、死區(qū)、反饋零位及滿位調(diào)整方便。出處：朝凱閥門(mén)公司選用3610系列電子式電動(dòng)調(diào)節(jié)閥其主要特點(diǎn)：伺服控制器和執(zhí)行器合二為一，集機(jī)電于一體，控制精度高，可構(gòu)成高品質(zhì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。伺服控制器功能多，高度集成化，可靠性高，操作簡(jiǎn)便。具有選擇功能：控制信號(hào)：DCO?10mA/DC4?20mA.動(dòng)作方向：正作用/反作用。位置檢測(cè)采用高可靠性器件，并有間隙補(bǔ)償裝置，通過(guò)發(fā)送器可輸出DC0-10MA、DC4-20MA閥位信號(hào)。具有自診斷及處理和指示功能。具有狀態(tài)設(shè)定功能，斷信號(hào)后自動(dòng)進(jìn)入設(shè)定狀態(tài)（開(kāi)啟、保持原位、關(guān)閉）。在運(yùn)行過(guò)程中，遇到斷電，具有自鎖功能，保持其原位。行程零位及滿位、死區(qū)、反饋零位及滿位調(diào)整方便。型號(hào)量程范圍傳感器WMS-1壓力5KPa?100MPa變送器MC1151/3351DP輸出4mA?20mA執(zhí)行器3610系列輸入4mA?20mA三．?dāng)?shù)字控制器的設(shè)計(jì)被控過(guò)程傳遞函數(shù)：G(s)= 14 是一個(gè)二階延遲環(huán)節(jié)。算。 (1+25s)(l+40s)法采用數(shù)字PID控制，數(shù)字PID控制是應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟的一種調(diào)節(jié)方式，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型便可以調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)輸入偏差值，按比例、積分、微分的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，其運(yùn)算結(jié)果用以輸出控制。增量型PID表達(dá)式為：u(k)=u(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+KIe(k)+KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]離散的PID表達(dá)式為：P(k)=P(k-1)+Kp[E(k)-E(k-1)]+KIE(k)+KD[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]式中：T：采樣周期E(k)：第K次采樣時(shí)的偏差值E(k-1)：第K-1次采樣時(shí)的偏差值E(k-2)：第K-2次采樣時(shí)的偏差值K：采樣序號(hào)：K=0，1，2……P(k)：第K次采樣時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出Kp：比例系數(shù)TI為積分時(shí)間系數(shù)TD為微分時(shí)間系數(shù)K]：積分系數(shù),K]=KpXT/T]KD：微分系數(shù),KD=KpXTD/T在本系統(tǒng)中當(dāng)壓力高于給定值，調(diào)節(jié)閥應(yīng)該關(guān)小，以降低壓力，為達(dá)到這種控制效果，控制控制器必須彩反作用控制，這時(shí)輸入E(k)=R(k)-C(k)。對(duì)于PID控制器,當(dāng)偏差值輸出較大時(shí),輸出值會(huì)很大,可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,所以在實(shí)際中,需要對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出限幅。四、控制算法仿真系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖示波器仿真圖系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線仿真計(jì)算過(guò)程設(shè)置PID參數(shù)初值：Kp=；ki=；kd=；仿真后的PID參數(shù)值Kp=；ki=；kd=；四．軟件的設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)程序框圖2.數(shù)字調(diào)節(jié)器軟件模塊floatDalin(floatM,floatR){inti;

FARIFTPORCNEARMOVCX,NDECCXMOVSI,0MOVDX,0MOVAX,SAMP[SI]LOOP1:ADDAX,SAMP[SI+2]JNCNEXTINCDXNEXT:INCSIINCSILOOPLOOP1MOVCX,NDIVCXMOVRESULT,AXFARIFTENDPfloatu;LOOP字濾波程序模塊LOOP字濾波程序模塊voidDataOut(unsignedcharnValue){inti;intj;for(i=0;i<8;i++){if((nValue&0x01)==1){P10UT1=BIT0;他程序模塊程序:PID算式程序PID:MOVAX,SPECSUBAX,YKMOVMOVSUBMOVSUBMOVMOVMOVMOVMOVMOVTESTJZNEGEK1:MOVSUBJCMOVJMPI1:MOVMOVMOVMULMOVDIVMOVTESTJZNEGDDD:TESTJZNEGDDD1:MOVMOVMULR0,AXR1,AXAX,EK_1R2,AXAX,AEK_1BEK,AXR8,AXAX,R1EK_1,AXAX,R2AEK_1,AXR1,8000HEK1R1AX,R1AX,TBANDI1R3,00HDDDAL,TSAH,00HCX,R1CXCX,KI1CXR3,AXR0,8000HDDDR3BEK,8000HDDD1BEKAX,BEKCX,KDDCXPUSHPUSHMOVMOVMOVMULMOVPOPPOPDIVMOVTEST

JZNEGDD1:MOVADDMOVJ0L2:MOVADDMOVJ0L5:MOVMOVIMULMOVIDIVMOVRCLPUSHFRCRPOPFJCCMPJZAXDXAL,TSAH,00HCX,0008HCXCX,AXDXAXCXR4,AXR8,8000HDD1R4AX,R3AX,R4R5,AXL9AX,R5AX,R2R6,AXL3AX,R6CX,KPPCXCX,1000HCXCX,AXAH,01HAL,01HLLL1CH,00HLLL2MOVAL,7FHJMPLLL2LLL1:CMPCH,0FFHJZLLL2MOVAL,80HLLL2:MOVR7,ALADDAL,CK_1J0L8L18:MOVCK_1,ALADDAL,80HMOVCK,ALRET越限報(bào)警程序ALARMCPROCNEARMOVDX,PORTCNLMOVAL,80HOUTDX,ALMOVYFCNB,0MOVBH,FLAGMOVAX,SAMPCMPAX,ALADEGJABRAN1CMPAX,ALADEG+2JNBDONESHRBH,1JCBRAN2CMPAX,ALADEG+4JNBBRAN3CMPAX,ALADEG+6JNADONE

；越限報(bào)警子程序；設(shè)置8255A為基本I/O方式；報(bào)警及復(fù)位處理次數(shù)計(jì)數(shù)單元清零；保護(hù)報(bào)警標(biāo)志狀態(tài)；取測(cè)量值；越上限；越上限，轉(zhuǎn)BRAN1；復(fù)上限；未復(fù)上限，返回主程序；已復(fù)上限；越上限報(bào)警標(biāo)志位已置位，轉(zhuǎn)BRAN2；越下限；越下限，轉(zhuǎn)BRAN3；復(fù)下限；未復(fù)下限，返回主程序SHRBH,1SHRBH,1JNCDONE；越下限標(biāo)志位未置位，返回主程序ANDFLAG,0FDH；已置位，清除JMPBRAN4BRAN1：SHRBH,1JCDONE；越上限標(biāo)志位已置位，轉(zhuǎn)DONEORFLAG,01H；置越上限標(biāo)志位MOVAL,81H；輸出報(bào)警類(lèi)型DECDXDECDXOUTDX,ALJMPBRAN4B