【正文】 計(jì)智能型電氣閥門(mén)定位器是十分必要的。關(guān)鍵詞 閥門(mén)定位器；PID；A/D轉(zhuǎn)換器目 錄1 緒論 1 課程背景 1 課程意義 12 課題分析 3 課題要求 3 設(shè)計(jì)要求 3 設(shè)計(jì)思路 33 閥門(mén)定位的相關(guān)原理 4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 4 閥門(mén)介紹 4 智能閥門(mén)定位器 4 閥門(mén)定位器作用原理 5 系統(tǒng)工作原理 5 系統(tǒng)的控制要求 64 軟件算法設(shè)計(jì) 7 方案選擇 7 控制算法選擇 7 PID控制算法 7 PID算法詳解 8 10 PID參數(shù)整定 10 報(bào)警觸發(fā)條件 125 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 13 系統(tǒng)硬件的配置及組成原理 13 A/D轉(zhuǎn)換電路 16 鍵盤(pán)，顯示器接口芯片 17 時(shí)鐘報(bào)警電路 196 閥門(mén)定位控制系統(tǒng)仿真 20結(jié)論 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄 25271 緒論 課程背景生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制簡(jiǎn)稱過(guò)程控制，它在工業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。以單片機(jī)為核心，加上A/D、D/A（模數(shù)、數(shù)模）轉(zhuǎn)換接口，使三位氣動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，構(gòu)成智能閥位控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)閥門(mén)定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGN OF VALVE POSITION CONTROL SYSTEM學(xué)生姓名劉慶學(xué)院名稱信電工程學(xué)院學(xué)號(hào)20120501157班級(jí)12電氣1專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師曹言敬2015年7月10日 徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文摘要閥門(mén)定位器作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主要附件之一，可以改善閥門(mén)特性、提高控制的精度、速度和增加控制的靈活性。利用電位計(jì)反映實(shí)際閥位值，控制單片機(jī)通過(guò)A/D采集實(shí)際閥位值和鍵入的設(shè)定閥位值算出偏差，并且按PID（比例微分積分控制算法）控制調(diào)節(jié)閥位達(dá)到設(shè)定值。過(guò)程控制的質(zhì)量很大程度上決定于過(guò)程控制儀表，它包括變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器以及各種輔助控制裝置。 智能閥門(mén)定位器集合了機(jī)械、電子、通訊以及控制理論知識(shí)和相關(guān)軟件知識(shí)，是一個(gè)跨學(xué)科的智能產(chǎn)品。本課題的研究緊密結(jié)合我國(guó)新一代智能氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，代表了傳統(tǒng)氣動(dòng)儀表的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于使用本系統(tǒng)的廠家來(lái)說(shuō)，這一系統(tǒng)的應(yīng)用可極大的節(jié)省生產(chǎn)資源，提高生產(chǎn)效率，降低能耗及原材料損耗，對(duì)廠家減耗增效有很好的助推作用。這一系統(tǒng)的定位器的耗氣量極小。這一系統(tǒng)具有智能通訊和現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)即便于維修人員對(duì)定位器工作情況進(jìn)行檢查維修。這一系統(tǒng)的行程檢測(cè)裝置可以采用非接觸式位置傳感器，很適合需要在惡劣現(xiàn)場(chǎng)使用的廠家。(2)要求具有調(diào)節(jié)閥線圈的故障診斷功能。采用功能鍵實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)以及復(fù)位。由于過(guò)程控制一般都是實(shí)時(shí)控制，有時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)速度的要求不高，但要求可靠性高、響應(yīng)及時(shí)。(2)實(shí)時(shí)決策:對(duì)采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過(guò)程。這三個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并對(duì)被控量閥門(mén)可用于控制空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品、液態(tài)金屬和放射性介質(zhì)等各種類型流體的流動(dòng)。閥門(mén)定位器是控制閥的主要附件它將閥桿位移信號(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào),以控制器輸出信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，建立了閥桿位移量與控制器輸出信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了信號(hào)穩(wěn)定性，避免噪聲、共振等現(xiàn)象，做出了改進(jìn)，原理框如圖31。為保證執(zhí)行器控制精度，在某些特定場(chǎng)合需用閥門(mén)定位器。因此，閥門(mén)定位器和控制閥構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)。閥門(mén)定位器的控制系統(tǒng)采用的是89C51為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，它接收來(lái)自調(diào)節(jié)器的設(shè)定閥門(mén)開(kāi)度的電流信號(hào)(420mA)，用這個(gè)信號(hào)與從調(diào)節(jié)閥閥桿反饋回來(lái)的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)進(jìn)行比較，如果微處理器得到一個(gè)偏差信號(hào)，就利用這個(gè)信號(hào)去控制壓電閥，使一定量的壓縮空氣經(jīng)過(guò)壓電閥進(jìn)入到調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室，推動(dòng)閥芯的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到閥芯的準(zhǔn)確定位。所以開(kāi)環(huán)系統(tǒng)顯然不能滿足系統(tǒng)的功能需求。并不區(qū)分其中的個(gè)別原因。本控制系統(tǒng)選擇PID控制算法。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。 PID控制算法對(duì)大多數(shù)控制對(duì)象，采用數(shù)字PID控制，均可達(dá)到滿意的控制效果?？刂瞥绦蚋鶕?jù)當(dāng)前的變量值以及變量值和設(shè)定值的偏差，進(jìn)行PID運(yùn)算。比例控制(P)：比例環(huán)節(jié)能及時(shí)成比例地反映控制系統(tǒng)地偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。積分控制(I)：積分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)積分成正比關(guān)系，對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則這個(gè)控制系統(tǒng)為有差系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。主要用于消除靜差，提高習(xí)用的無(wú)差度。 PID算法詳解在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。由式()可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因?yàn)橐奂悠頴(i)，不僅要占用較多的存儲(chǔ)單元，而且不便于編寫(xiě)程序，為此可對(duì)式()進(jìn)行修改。通過(guò)式()，我們可以為閥門(mén)定位器的電位器在現(xiàn)場(chǎng)與閥芯反饋桿的連接帶來(lái)方便。所得到的設(shè)定開(kāi)度與閥門(mén)的實(shí)際開(kāi)度進(jìn)行比較即可得出偏差，如果偏差大于所允許的誤差值（%），則輸出。主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，工程實(shí)際中被廣泛采用。 報(bào)警觸發(fā)條件閥門(mén)開(kāi)度大于90%或小于10%時(shí)由閥門(mén)定位器感應(yīng)，得到閥門(mén)開(kāi)度，在確定定位器定位無(wú)誤后，報(bào)警器直接報(bào)警。5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)硬件的配置及組成原理 單片機(jī)單片機(jī)(Microcontrollers)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其體積較小、功能強(qiáng)大、具有靈活的擴(kuò)展性、應(yīng)用方便的特點(diǎn)也越來(lái)越突出，因此在醫(yī)用呼吸機(jī)、分析儀與監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備、病床呼叫系統(tǒng)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。智能化儀表中應(yīng)用單片機(jī)已十分廣泛。AT89C51是一種低功耗高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)4K字節(jié)的Flash可編擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，它采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)與MCU一51系列單片機(jī)兼容。AT89C51是功能強(qiáng)大的微控制器(MCU)，具有各功能模塊能滿足定位器系統(tǒng)的控制。CPU根據(jù)偏差設(shè)定輸出指令進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)/關(guān)壓電閥動(dòng)作，即：當(dāng)設(shè)定信號(hào)大于閥位反饋時(shí)，升壓閥打開(kāi)，輸出氣源壓力增大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力增加使閥門(mén)開(kāi)度增加，減小二者偏差；如設(shè)定信號(hào)小于閥位反饋則排氣閥打開(kāi)，通過(guò)排氣減小輸出氣源壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力減小是閥門(mén)開(kāi)度減小，二