【正文】 信號(hào)，蒸汽流量是前饋信號(hào)，給水流量是反饋信號(hào)，這就是汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)。另外，給水流量信號(hào)也是控制器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，能使控制器及早知道調(diào)節(jié)的效果，所以三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器動(dòng)作快，還可以避免調(diào)節(jié)過(guò)頭，減少波動(dòng)和失調(diào)，這樣汽包水位就很少受到影響。 設(shè)計(jì)方案的確定 通過(guò)比較看到三沖量控制系統(tǒng)適合本設(shè)計(jì)主要思想，符合我的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)選用三沖量控制系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)溫度和壓力信號(hào)進(jìn)行采集和分析，可對(duì)超標(biāo)量的進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)具有鍵盤(pán)、顯示電路和看門(mén)狗電路。MCS51由如下幾個(gè)功能部件組成：（1）微處理器（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（3）程序存儲(chǔ)器（4）4個(gè)8位并行I/O口（5）一個(gè)串行口（6）2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)（8）特殊功能寄存器。MCS51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相成，它是計(jì)算機(jī)的技術(shù)上的一個(gè)突破，本設(shè)計(jì)采用89C51單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，X2接振蕩信號(hào)， X1接地 輸入輸出口引腳: P0口：I/O雙向口。 P2口：I/O雙向口。 RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲(chǔ)器使能端。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種形式。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。（1）內(nèi)部時(shí)鐘方式MCS51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。如圖32。[2] “看門(mén)狗”電路MCS51的PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，可能會(huì)使程序陷入死循環(huán)。“看門(mén)狗”技術(shù)就是使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)不斷計(jì)數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時(shí)計(jì)數(shù)器溢出，然后強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一個(gè)出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行正軌。（2） 具有備用電池切換電路，備用電池可供電給RAM芯片（3） 在微處理器上電、掉電及供電電壓時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出信號(hào)（4） 可用于低電平檢測(cè)[3]看門(mén)狗電路如圖33所示 圖33 看門(mén)狗電路 前向通道設(shè)計(jì) 傳感器的選擇 傳感器是一種能將與待測(cè)量的能量形式，轉(zhuǎn)化成另一種可供處理查詢的能量形式的裝置。例如彈性膜盒的輸出響應(yīng)是形變，是微小的幾何量（位移）不便于遠(yuǎn)距離傳送。由于電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳送，所以絕大多數(shù)傳感器的輸出是電量的形式，如電壓、電流、電阻、電感、電容、頻率等。[3]（1） 溫度傳感器選擇 本設(shè)計(jì)采用WPPT100溫度傳感器，其特性與應(yīng)用：抗震性好，耐高壓，多種溫度型號(hào)可選擇，安裝方式多元化，可進(jìn)行OEM定做，應(yīng)用與化纖，橡塑，石油，造紙，水電，食品等設(shè)備的過(guò)程溫度測(cè)量與控制。 PT112/123/133/142高溫熔體壓力傳感器采用進(jìn)口元件，與同類進(jìn)口產(chǎn)品如 Dynisco %FS 出 ： 。0～10V M22*[5]（3）水位傳感器選擇本設(shè)計(jì)采用CR601C型水位傳感器CR60系列電容式液位變送器，適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕、易結(jié)晶、易堵塞等惡劣條件下連續(xù)檢測(cè)可導(dǎo)電的液體。 其性能指標(biāo)： 檢測(cè)范圍：～100m 精 度: 、 承壓范圍: ～32MPa 環(huán)境溫度:20～85℃ 輸出信號(hào):4～20mA、0～10 mA、0～20 mA、1～5V、0～5V、0～10V 供電電源:負(fù)載電阻0～750Ω DC24V 固定方式:螺紋安裝MM272， 法蘭安裝DN2DNDN50。一般情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修：多種信號(hào)輸出，方便不同系統(tǒng)配置；可用于高溫高壓容器的液位測(cè)量，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體的測(cè)量；完善的過(guò)流、過(guò)壓、電源極性保護(hù)。LUGB－21/ZX渦街流量傳感器工作原理：　 “卡門(mén)渦街”原理，當(dāng)流體流經(jīng)傳感器本體內(nèi)的三角柱時(shí)，柱體兩側(cè)交錯(cuò)產(chǎn)生兩列有規(guī)則的旋渦，使柱體后的探頭體產(chǎn)生交變應(yīng)力；埋設(shè)在探頭體內(nèi)的壓電元件受交變應(yīng)力作用產(chǎn)生的交變電荷分別送給二個(gè)電荷轉(zhuǎn)換器，經(jīng)檢測(cè)放大器信號(hào)處理，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。%　　輸出信號(hào)：　?。?）三線制電壓脈沖　　低電平0—1V；高電平＞4V；占空比為50%　　（2）二線制電流信號(hào)4—20MA　　供電：24VDC，工作壓力：0— A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的作用是把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。ADC0809是一個(gè)逐次比較式8路模擬輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs4）單個(gè)＋5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電 （轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 圖35 ADC0809接線圖 后向通道設(shè)計(jì) DA轉(zhuǎn)換 本設(shè)計(jì)采用DA轉(zhuǎn)換器DAC0832。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 Iout1:電流輸出線。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (10v~+10v) AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好. DAC0832與單片機(jī)接線圖37所示。輻射校正輸入跨度為0 V至2V和0 V至10 V被選上的簡(jiǎn)單針捷，其他跨度可能被編程與外部電阻器。外部通過(guò)晶體管可用于與AD694產(chǎn)品，以場(chǎng)外負(fù)載功率損耗，延長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)運(yùn)作。 HRTP系列智能電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥是HR智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一，它由HRL智能型電動(dòng)執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國(guó)產(chǎn)閥門(mén)相組合構(gòu)成，是一種高性能的調(diào)節(jié)閥，可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 有數(shù)字顯示窗口，可看到控制信號(hào)值、閥位值。TP系列采用頂端導(dǎo)向，單座密封機(jī)構(gòu)。10%/50Hz 推力規(guī)格：1KN、2KN、4KN、8KN、10KN、16KN、20KN、25KN 閥作用型式：任意設(shè)置正/反作用 保護(hù)等級(jí)：IP65 基本誤差：177。% 死 區(qū)：≤177。 鍵的閉合與否，反映在行線輸出電壓上就是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示鍵斷開(kāi)，低電平則表示鍵閉合，通過(guò)對(duì)行線電平高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下與否。在按鍵數(shù)目較多時(shí)，獨(dú)立式鍵盤(pán)電路需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 （2）行列式鍵盤(pán)工作原理 按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。對(duì)于行列式鍵盤(pán)，按鍵的位置有行號(hào)和列號(hào)唯一確定，所以常常采用依次排列鍵號(hào)的方式對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行編碼。通常，鍵盤(pán)的工作方式有3種，即編程掃描、定時(shí)掃描和中斷掃描。3. 中斷工作方式為進(jìn)一步提高單片機(jī)掃描鍵盤(pán)的工作效率，可采用中斷掃描方式，既只有在鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤(pán)。這種顯示器共有共陰極和共陽(yáng)極兩種顯示。 在多位LED顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由1個(gè)8位I/O口控制，形成各位的分時(shí)選通。 蜂鳴音報(bào)警 蜂鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需要購(gòu)買(mǎi)市售的壓電式蜂鳴器，然后通過(guò)MCS51的一根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。 開(kāi) 始 設(shè)N=2 選 擇0809的 INX通道 調(diào) 樣 子 程 序 啟 動(dòng) A/D 轉(zhuǎn) 換 返 回 延 時(shí) 圖43 采樣子程序1流程圖 設(shè)N=5 讀 取 結(jié) 果 調(diào) 樣 子 程 序 指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元 返 回 圖44 采樣子程序2流程圖N采集四次 ？NYN路采集完？Y 返 回 圖45 采樣子程序流程圖 鍵盤(pán)子程序的設(shè)計(jì) 開(kāi) 始 8155 初 始 化 全 列 置 零 掃 描 N 有按鍵否？Y 延 時(shí) 10ms NYYNYN調(diào)整為下一列四列完否？？ 返 回 執(zhí) 行 按 鍵 功 能 定 位 鍵 號(hào) 某行有按鍵？ 逐 列 掃 描 確有按鍵？ 全列置零掃描Quanliezhilingsaomiao 圖46 鍵盤(pán)子程序流程圖 延 時(shí) 段碼 PB口 置顯示緩沖區(qū)首位置 置位選碼初值 查 段 碼 表 位選碼 PA口 8155 初 始 化 開(kāi) 始 顯示子程序的設(shè)計(jì) YN 調(diào) 整 位 選 碼 返 回4位顯示完否？ 指向下一顯示緩沖區(qū)地址 圖47 顯示子程序流程圖 濾波子程序設(shè)計(jì)無(wú)論在硬件電路設(shè)計(jì)上采取多少抗干擾措施，都不可能完全消除干擾信號(hào)，因此，外界的干擾信號(hào)總是或多或少地要進(jìn)入系統(tǒng)中。算術(shù)平均濾波法就是對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波。[8] 取4次采樣數(shù)據(jù)之和求算術(shù)平均值開(kāi)始返回 圖48 濾波流程圖 標(biāo)度變換 標(biāo)度變換 是將測(cè)量的模擬量（電壓 或電流）轉(zhuǎn)換成可以顯示的數(shù)值。線性儀表的標(biāo)度變換公式為：AX=A0+(AmA0)*(NxN0)/(NmN0)AX 儀表測(cè)量值A(chǔ)0 一次測(cè)量?jī)x表的下限Am 一次測(cè)量?jī)x表的上限N0 儀表下限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量Nm 儀表上限對(duì)應(yīng)的數(shù)字量Nx 測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量其中A0、Am、N0、Nm對(duì)于某一個(gè)固定的被測(cè)參數(shù)而言都是常數(shù),對(duì)不同的參數(shù)各有不同的值。①試湊法試湊法是通過(guò)仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，觀察系統(tǒng)對(duì)典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PID參數(shù)。如果系統(tǒng)靜差已小到允許范圍內(nèi)，并且已達(dá)到4：1衰減的響應(yīng)曲線，那么只需用比例控制器既可，最優(yōu)比例度就由此確定。3）加入微分環(huán)節(jié)在整定時(shí)，先置T為零，然后，在第2步整定的基礎(chǔ)上再增大T，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)K和積分時(shí)間T，逐步試湊以獲得的控制效果和控制參數(shù)。2）用上述的，僅讓控制器作純比例控制，逐漸增大比例系數(shù)，直至使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，記下此時(shí)的比例系數(shù)Kr，再記下Tr此時(shí)的振蕩周期。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)則可用計(jì)算機(jī)計(jì)算?！?3～10～3. 壓　 力對(duì)象為容量系統(tǒng)，滯后一般不大，不用微分。參見(jiàn)表2 擴(kuò)充臨界比例度法整計(jì)算公式表。3）選擇控制度。作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。如在鍋爐控制系統(tǒng)中，真正體現(xiàn)無(wú)人操作，偌大的一個(gè)廠房，沒(méi)有一個(gè)工人，全都由計(jì)算機(jī)控制。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我特別感謝我的指導(dǎo)老師杜老師的耐心幫助和各位同學(xué)大力支持