【導(dǎo)讀】設(shè)計電磁流量計為流量傳感器,單片機(jī)為核心流量控制系統(tǒng)。時器產(chǎn)生脈寬可調(diào)的PWM波,對閥門電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行調(diào)制,實現(xiàn)閥門開度的變化,進(jìn)而實現(xiàn)了對液體流量的控制。統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。濟(jì)效益、實現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。流量的檢測和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領(lǐng)域應(yīng)。的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對測量和控制準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。流量測量儀表也扮演著重要角色。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴荆仨殞ξ廴敬髿獾臒煔庖约捌渌?。對廢液和污水進(jìn)行處理，對排放量進(jìn)行控制。同時在科學(xué)試驗領(lǐng)域，需要大量的流量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真與試驗。單片機(jī)通過電磁流量計采集實際流量信號，根據(jù)該信號對其內(nèi)部采用數(shù)字。PID算法對PWM變量的值進(jìn)行修改，從而達(dá)到對流量的閉環(huán)精確控制。門開度，因為這兩部分是實現(xiàn)本系統(tǒng)控制目的的關(guān)鍵。

　　

【正文】 12路可組態(tài)繼電器觸點(diǎn)輸出：觸點(diǎn)容量為 3A、 250VAC（阻性負(fù)載）； 報警輸出 上上限、上限、下限、下下限； 補(bǔ)償運(yùn)算 ： 蒸汽 ??? 根據(jù) IFC67 公 式計算蒸汽密度補(bǔ)償飽和蒸汽與過熱蒸汽的質(zhì)量流量或熱流量。 一般氣體 ?? 溫度、壓力補(bǔ)償測量標(biāo)準(zhǔn)體積流量。 天然氣 ??? 溫度、壓力補(bǔ)償測量標(biāo)準(zhǔn)體積流量。 液體 ??? 溫度補(bǔ)償測量標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量。 補(bǔ)償范圍：蒸汽 壓力 ～ 溫度 100～ 500℃ 密度 ～ 100Kg/m3 比焓 2508～ 3224KJ/Kg 一般氣體 壓力 0～ 60MPa 溫度 100～ 500℃ 液體 溫度 － 100～ 500℃ 累積范圍： 0～ 99999999 通訊、打?。?通訊接口： RS232C 或 RS485 波特率： 1200、 2400、 9600、 57600 打印接口： RS232C 直接連接微型打印機(jī) 記錄時間： 記錄間隔： 1 60、 1 240 秒可選。 記錄長度：八筆記錄， 72 小時 /筆 （記錄間隔 1 秒）～ 720 天 /筆（記錄間隔 4 分）。記錄間隔可根據(jù)對象的不同而不同：對于變化緩慢的信號如溫度，其記錄間隔可取得大些，如 30 秒；而對于變化比較快的信號如流量，其記錄間隔可取 1～ 5 秒；其他如液位信號，其記錄間隔可取 1～ 10 秒。 數(shù)據(jù)備份和轉(zhuǎn)存： 128M、 256M 、 512M、 1G U 盤可選 熱電偶冷端補(bǔ)償誤差： 177。 1℃ 斷電保護(hù)時間： 內(nèi)置 FLASH 存儲器保護(hù)參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，斷電后可永久保存。集成硬件時鐘，掉電后也能準(zhǔn)確運(yùn)行。 時鐘誤差： 177。 1分 /月 供電電源： 開關(guān)電源 85VAC～ 265VAC， 50Hz177。 5% 環(huán)境溫度： 0～ 50℃ 環(huán)境濕度： 0～ 85%RH 水泵選型 采用 威樂山姆遜 (北京 )水泵系統(tǒng)有限公司 的 立式單級管道泵 IL，技術(shù)指標(biāo)如下 流量范圍 : 900m3/h 壓力范圍 : 最大揚(yáng)程： 85m 功率范圍 : 至 200kw 說明：需用兩臺泵并聯(lián)抽水。 硬件 電路設(shè)計系統(tǒng) 原理圖及其說明 說明 ： 來自變送器 4~20mA 的信號經(jīng) I/V 轉(zhuǎn)換后得到 0~5V 的直流信號，單片機(jī) STC89C52 讀取 A/D 轉(zhuǎn)化值，經(jīng) PID算法程序處理后使 DAC0832 輸出相應(yīng)的控制量（注意圖中 DAC0832 指 DAC 模塊，輸出為 0~5V 電壓量），經(jīng) V/I 轉(zhuǎn)換后將控制信號送給電動調(diào)節(jié)閥使閥門達(dá)到一定的開度以對應(yīng)給定的流量。 8279 將 4*4矩陣鍵盤的編碼以中斷方 式（外中斷 0）送給單片機(jī)，通過片內(nèi)程序可實現(xiàn) PID參數(shù)的實時調(diào)整。 LCD 用來顯示流量當(dāng)前值、給定值與 PID參數(shù)。 I/V ADC 0809 LCD P0 8279 STC89C52 4*4矩陣 鍵盤 P1 送調(diào)節(jié)閥 V/I DAC 0832 來自變送器 4~20mA 電流信號 圖 智能調(diào)節(jié)器（自行設(shè)計）硬件原理圖 第五章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計流程圖及其說明 主函數(shù) 說明： 8279 工作于二鍵鎖定、編碼方式； T0工作于定時方式 1； PID參數(shù)的設(shè)置由鍵盤中斷完成； PID 運(yùn)算過程和輸出控制由 T0 中斷完成； PV 值為當(dāng)前流量，SV為給定量。 鍵盤中斷函數(shù) 8279 初始化 LCD 初始化 定時 /計數(shù)器 T0初始化 顯示 PV、 SV值 等待中斷 中斷方式初始化 圖 智能調(diào)節(jié)器（主函數(shù)流程圖設(shè)計） 定時器 T0 中斷函數(shù) LCD 顯示函數(shù) 鍵值處理 調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)修改函數(shù) 中斷返回 圖 讀鍵值修改 PID 參數(shù)中斷函數(shù) 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換獲取當(dāng)前流量 調(diào)用積分分離 PID 函數(shù) 完成控制輸出 更新 PV顯示值 更新定時初值，啟動下一次定時 中斷返回 圖 定時器 T0采樣中斷流程圖 讀 8279 回送鍵值 參數(shù)（ P、 Ti、 Td、 A、 Ts）設(shè)置函數(shù) 清當(dāng)前 LCD 顯示內(nèi)容 顯示 SV、 PV值 返回 圖 LCD 顯示函數(shù)流程圖 清當(dāng)前 LCD 顯示內(nèi)容 顯示當(dāng)前設(shè)置參數(shù)類型 讀鍵值（ 0~9） 確認(rèn)鍵？ 數(shù)據(jù)長度超限？ 將鍵值賦給相應(yīng)位 更新當(dāng)前設(shè)置參數(shù) Y Y N N 子函數(shù)返回 圖 PID 參數(shù)設(shè)置函數(shù)流程圖 第六 章 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題及解決方法 說明：本部分為實驗調(diào)試中遇到的問題，即使用虹潤智能調(diào)節(jié)器做為流量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器遇到的問題。 調(diào)試單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)時遇到的問題 閥門開度 100%，流量最大值才 150L/h 我首先想到的是量程范圍是否設(shè)置錯誤了，于是檢查了一 次智能調(diào)節(jié)器的二級參數(shù)，結(jié)果沒找出錯誤。于是很冒昧地請了吳老師幫忙，結(jié)果是分流開關(guān)被我開的過大導(dǎo)致主回路的流量過小，把分流開關(guān)關(guān)小就可以提高主回路的流量值了。我完全忘了那是分流開關(guān)，只好乖乖接受吳老師的批評教育了。 無紙記錄儀顯示反饋流量振蕩 解決方法 —— 增大比例帶 P，由 200 調(diào)到了 800，反饋流量最終能穩(wěn)定在給定值200L/h 附近，此時調(diào)節(jié)時間（由振蕩到穩(wěn) 定在給定值177。 %5）為 150s，未達(dá)到控制要求。 調(diào)節(jié)時間過大 解決方法：減小積分時間 Ti，由 30s 減小到 ，調(diào)節(jié)時間減少到 100s 左右。然后增加微分時間 Td，由 0 增加到 ，可使調(diào)節(jié)時間小于 90s，達(dá)到控制要求。同時，從無紙記錄儀上觀察到流量過渡曲線（在給定值 200 與給定值 300之間）超調(diào)小于 5%，穩(wěn)態(tài)誤差也小于177。 5%，各項指標(biāo)達(dá)到控制要求。 圖 比例帶過小 300 y (L/h) y (L/h) t t 圖 比例帶適中 150s 200 200 之后又多試了幾組參數(shù)，最終得到較為理想的一組參數(shù)如下 比例帶 P=620，積分時間 Ti=，微分時間 Td=，運(yùn)算周期 To=2s。 對應(yīng)流量控制指標(biāo)為：從 200L/h 到 300L/h，調(diào)節(jié)時間為 80s，無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差177。 2%。 調(diào)試流量比值控制系統(tǒng)時遇到的問題 不了解比值器的連線方式 實驗時第一次接觸比值器，雖然知道 X、 Y是輸入， Z是輸出，但不知道面板上標(biāo)的 X、 Y、 Z 該怎么連線， 問搭檔和周圍的同學(xué)沒人知道，看實驗指導(dǎo)書也沒有介紹怎么接線，因為怕接錯了把儀表燒壞，所以求吳老師指導(dǎo)。在吳老師的細(xì)心指導(dǎo)下我了解了比值器中的信號為直流電流信號，所以無論輸入或者輸出都要串聯(lián)連接。而且由公式 、公式 、公式 可 知比值器應(yīng)工作在運(yùn)算方式 2（即加法運(yùn)算，公式 ），比例因子 A即為流量比值 K，比例因子 B 置 0。 副回路流量 為 0， 與給定 200L/h 有明顯偏差，但調(diào)節(jié)器無輸出 “ 有偏差就肯定有控制輸出 ”， 本著這個想法，我 懷疑是不是接線有問題，于是檢查了一次接線，可是沒發(fā)現(xiàn)錯誤。接著我想到了輸出是有的，可能極性反了，即調(diào)節(jié)器的正反作用設(shè)置有誤。結(jié)果一查二級參數(shù)，調(diào)節(jié)器工作在正作用方式下，將其改為反作用方式后電動調(diào)節(jié)閥立刻產(chǎn)生動作，流量迅速提升。 調(diào)節(jié)器 2 的比例帶已經(jīng)調(diào)到 最大值，副回路流量 仍然振蕩 圖 副回路 Td=1 的響應(yīng) 曲線 300 y (L/h) y (L/h) t t 120s 200 圖 副回路 Td=0 的響應(yīng)曲線 200 這完全可以肯定振蕩與比例帶無關(guān) ，可以考慮調(diào)節(jié)積分時間和微分時間。先去掉FC2 的微分作用，使 Td=0，觀察無紙記錄儀發(fā)現(xiàn)副回路流量不再振蕩。 主回路已穩(wěn)定，改變比例 K 時副回路的過渡時間 （ 2 分鐘）太長 要使副回路響應(yīng)加快首先可以調(diào)節(jié) FC2 的比例帶 P，可是調(diào)小了容易振蕩，調(diào)大了對減少調(diào)節(jié)時間的作用不明顯。于是將 FC2 的比例帶固定在 680，減小積分時間 Ti，使 Ti=， 結(jié)果可使調(diào)節(jié)時間減少到 70s。 最后多試了幾組參數(shù)，最佳的參數(shù)如下 主回路保持單閉環(huán)實驗的參數(shù)不變，副回路調(diào)節(jié)器 FC2 的比例帶 P=680，積分時間 Ti=，微分時間 Td=0，運(yùn)算周期 To=2s,積分分離值 AT=100。 可得控制指標(biāo)為 ①主回路 Q1穩(wěn)定，改變比值 K：副回路的調(diào)節(jié)時間 為 80S， 無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差 177。2% ②比值 K 確定，主回路 Q1隨給定 Qs 改變： 主回路 Q1的過渡時間為 75s， 無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差小于 177。 5%。 副回路調(diào)節(jié)時間 約 90s（即主被控量 Q1穩(wěn)定后 Q2 經(jīng) 15秒左右穩(wěn)定） ， 無超調(diào) ，穩(wěn)態(tài)誤差 約 177。 2%。 以上指標(biāo)完全符合流量比值控制系統(tǒng)要求。 圖 副回路 Ti=15s的響應(yīng)曲線 300 y (L/h) y (L/h) t t 200 圖 副回路 Ti= 的響應(yīng)曲線 300 200 120s 70s 0s 0s 第 七 章 收獲、體會 此設(shè)計采用雙回路控制系統(tǒng)，方案簡單、并且在設(shè)計 中采用了智能儀表能夠更好的適應(yīng)環(huán)境變化對于控制系統(tǒng)的要求。在整個課程設(shè)計過程中，我切實感受到一句話 —— “實踐出真知”的分量。有些東西是教堂上的課本沒有的 —— 或者根本找不到，或者沒有現(xiàn)成的例子，這就要綜合自己所學(xué)的知識技能再加上臨時的補(bǔ)充去解決這些問題。比如 HPF 脫硫工藝，我剛開始看到那流程圖時頭都大了，盡是些沒接觸過的東西，心里很是抗拒。可是心里還是很想做好這次課程設(shè)計，于是硬著頭 皮把說明的文字對著圖看了好幾遍，最后弄明白了整個工藝流程，并提取出需要我設(shè)計的流量控制部分。 在編寫軟件和實驗調(diào)試時都遇到了不少問題，或是查閱相關(guān)資料，或是求助同學(xué)和老師，最終能按時按質(zhì)地完成本次課程設(shè)計的任務(wù)，在此想對幫助我、指導(dǎo)我的老師和同學(xué)說聲由衷的感謝。 隨著技術(shù)進(jìn)步 ，人工模糊自整定 PID 控制在實際中的應(yīng)用越來越顯得不足，但是對于一些簡單控制系統(tǒng)來說還能達(dá)到控制要求，計算機(jī)控制以及各種智能儀表將在自動控制系統(tǒng)中占有絕對的優(yōu)勢！以后 本人 會逐步學(xué)習(xí)優(yōu)越的控制方案，應(yīng)用智能控制儀表 完成更好的系統(tǒng)控制！ 附錄 1 include include include include include define uchar unsigned char define uint unsigned int /*****************8279 地址 *****************/ define M8279_CON XBYTE[0xF9FF] define M8279_DATA XBYTE[0XF8FF] /***************AD0809 地址 ***************/ define STARTAD XBYTE[0x7fff] define ADRESULT XBYTE[0x7fff] sbit ADBUSY=P3^3。 /*************液晶控制位定義 ***************/ sbit LCD_RS = P2^4。 sbit LCD_RW = P2^3。 sbit LCD_EN = P2^2。 uchar data tabArryP[4]={300}。 //比例帶范圍為 1~1000 uchar data tabArryI[3]={50}。 //積分時間范圍為 1~120s uchar data tabArryD[3]={1}。 //微分時間范圍為 0~120s uchar data tabArryTs[2]={10}。 //采樣周期 1~50ms uchar data tabArryA[3]={100}。 //積分分離值 0%~100% uchar data tabArryQ0[4]={800}。 //給定值 800~1000 uchar data tabArryCurrentQ[3]={0}。 uint data Ts,Td,Ti,PP,SetQ0,CurrentQ。 float data En,En_1,En_2,AT,Kd,Ki,Kp,pp,pd,pi,pn,pn_1。 float data SetQ,CurrentQ0。 uchar AD0809() //AD 轉(zhuǎn)換程序 { uchar result。 STARTAD=0。 while(ADBUSY==1)。 while(ADBUSY==0)。 result=ADRESULT。 retu