【正文】 輸入信號執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作器放大器1調(diào)節(jié)器 圖 45伺服放大器、手操器及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的接線圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 第五章 軟件設(shè)計(jì) 模塊設(shè)計(jì) 目前，常用的溫度采集系統(tǒng)絕大部分是由集成溫度傳感器和單片機(jī)構(gòu)成的，這種方案從傳感器到 CPU還有許多環(huán)節(jié)需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來設(shè)計(jì)，過程繁瑣、調(diào)試期長、修改不方便，而本文借助 LabVIEW 圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)。參考上面的文字說明及該圖連線，正確的接線便可以實(shí) 現(xiàn)對控制閥的動作。2 5％ ；電源電壓： 220vAC+10％ (15％ ) 50Hz；工作環(huán)境：溫度：整體式 10～ +55℃，分立式 25～ +70℃；濕度： =85％ 周圍空氣中不含腐蝕性質(zhì)。 DKZ 系列直行程 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配上各種電動操作器，可完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 “ 手動 ” 到“ 自動 ” 的無干擾自動切換及被調(diào)節(jié)對象的遠(yuǎn)方手動操作。 DKZ 系列直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是輸出直線位移的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制各種需要直線位移韻調(diào)節(jié)閥、套筒閥。 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu) DKZ5500M DKZ 系列直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動調(diào)節(jié)系繞的終端執(zhí)行單元。提高了運(yùn)行的可靠性，這時(shí)仍然由 1CB 指示出調(diào)節(jié)器輸出電流，由 2CB 指示出位置反饋電流。 當(dāng)切換開關(guān)在中間位置時(shí)，這時(shí)執(zhí)行器的伺服電機(jī)斷電。電流表 1CB 指示出 PID 調(diào)節(jié)器的輸出電流對位置反饋電流進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，因此當(dāng)調(diào)節(jié)器偏差表指示為零耐，執(zhí)行器停在某位置后，即可由手動切換到自動。執(zhí)行器位置反饋端子 (1)和 (2)與操作器端子 (5)和 (6)相聯(lián)位置反饋電流經(jīng)過電流表 2CB 指示出位置反饋電流和電阻 1R， 2R 上產(chǎn)生的跟蹤電壓經(jīng)過操作器端子14 和 15。當(dāng)切換開關(guān)在手動位置時(shí)，這時(shí)指示燈綠燈亮。 “ 自動 ” 到 “ 就地 ” 到“ 手動 ” 三種狀態(tài)的切換。 （ 9）外形尺寸： 80 80 275(mm) 開口尺寸： 75 75(mm) 電路原理圖由切換開關(guān) (HK)和操作開關(guān) (1K、 2K)，雙針槽形表 (1CB、 2CB)及工作狀 態(tài)指示燈 (1ZD、 2ZD)及電源變壓器 (R)組成。 （ 7）手動狀態(tài)：操作開關(guān)觸頭額定電壓 220V電流 5A。 （ 5）能對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動、自動無干擾切換。 （ 3）反饋回路 電阻： 200?。％。操作器本身具有手動控制和自動調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的顯示。 DFD05或 DFD0500 適用于 DDZII、 DDZIII 型變送器和調(diào)節(jié)器與電動執(zhí)行器組成 的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，應(yīng)用 DFD0 DFD0500 可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作在自動調(diào)節(jié)、手動控制和就地操作三種工作狀態(tài)。 電動伺服操作器 DFD0500 DFD05 型電動操作器是 DDZIII 型電動單元組合儀表中的一個(gè)輔助單元。 接 入系統(tǒng)調(diào)試 經(jīng)以上模擬調(diào)試，如無異常情況，可將伺放接入系統(tǒng)使用。 b、調(diào)整調(diào)死區(qū)電位器 R1s，至 H1 或 H2 剛好不亮（ Ic 是增加的，則 H1 亮，若 Ic是減少的，則 H2 亮）； c、改變 Ic， H H2 應(yīng)交替亮（但不應(yīng)有同時(shí)亮的現(xiàn)象）。 c、調(diào)整調(diào)零電位器 Rs，使 Vo 的值為數(shù)毫伏即可。調(diào)試接線方法如下圖： 圖 44 伺放效驗(yàn)接線圖 調(diào)試步驟如下： （ 1）調(diào)試平衡（即調(diào)零）出廠時(shí)已調(diào)好，一般無需調(diào)整。當(dāng) IcIf=0（或不超過死區(qū)）時(shí)，伺放無輸出。當(dāng) IcIf0（且超過死區(qū)）時(shí)，伺放有正向輸出。 伺放的輸入信號一般有兩路，一路為控制信號 Ic，由調(diào)節(jié)器或其他控制器提供，另一路為位置反饋信號 If，由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置發(fā)送器提供。 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）輸入信號 DFC 110 型： 0～ 10mA DC DFC 1100 型： 4～ 20mA DC DFC 1200 型： 4～ 20mA DC (帶斷信號保護(hù) ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 （ 2）輸入電阻 DFC 110 型： 200? DFC 1100 型： 250? DFC 1200 型： 250? （ 3）死區(qū)可調(diào)節(jié)范圍： 1%～ 3% （ 4）額定負(fù)載電流： 5A（交流有效值） （ 5）斷信號識別： 2mA， DC（僅對 DFC 1200） （ 6）工作電源： 220v， 50Hz （ 7）使用環(huán)境：溫度： 0～ 50℃ 相對溫度 85% 大氣壓力： 86～ 106KPa，周圍空氣中無腐蝕介質(zhì) 。 本伺服采用固態(tài)繼電器做 功率輸出部件，體積小，耐振動，可靠性高， DFC1200 型產(chǎn)品還具有信號斷失保護(hù)功能，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。 伺服放大器 伺服放大器概述 DFC型系列伺服放大器（以下簡稱伺放）是電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配套裝置，也是工業(yè)過程控制自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一。 系統(tǒng)采用的是 NI PCI6221 采集卡，由于該卡支持 DAQmx 驅(qū)動程序，所以本設(shè)計(jì)是直接使用 DAQmxData Acquisition 開發(fā)的，在這部分中，主要是 采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。該板卡的主要性能如下： ? 16 路模擬信號輸入通道，采樣率為 250kS/s，輸入范圍為 10V～ +10V； ? 2 路模擬量輸出通道，分辨率為 16 位； ? 24 路數(shù)字 I/O，數(shù)字觸發(fā)； ? 2 個(gè) 32 位定時(shí)計(jì)數(shù)器； ? NIDAQmx 測試軟件和硬件配置支持； ? NIMCal 校準(zhǔn)支持； ? NIST 校準(zhǔn)證書和多于 70 多種的信號調(diào)理模塊選擇。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí) /計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成 DAQ。將模擬的輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號幅值的量化。把采集到的信號瞬間值，保持在 A/D 轉(zhuǎn)換的過程中不變化。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來選擇不同的增益倍數(shù)。 2）放大器。 數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ） 卡的組成 1）多路開關(guān)。如果增加到十二位，代碼數(shù)從8 增加到 212=4096，這 樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù)字化表示。例如，三位的 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 111 之間表示。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。 2）采樣方法 采集卡通常都有好幾個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個(gè)放大器和A/D 轉(zhuǎn)換器，要比每 個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對時(shí)間不是很重要的場合。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo) 1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來具體分析。也內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 27 可以通過在信號源附近放大處理電壓水平偏低的 RTD 電壓，顯著改善系統(tǒng)的噪聲性能。在 RTD 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常常使用低通濾波器，以有效濾除 RTD 測量結(jié)果中的高頻噪聲。 而且每一模塊還具有一個(gè)用于 1 或 2 RTD 的 1 mA 激勵(lì)源。 RTD01 簡介 圖 RTD01 硬件圖 本設(shè)計(jì)采用 NI SCCRTD01，它為雙通道模塊，可連接 3 或 4 線鉑 RTD。 （ 8）數(shù)字信號調(diào)理 數(shù)字信號在某種情況下也要進(jìn)行調(diào)理才能進(jìn)入 DAQ 卡。應(yīng)變計(jì)是一種超低電阻的設(shè)備，通常利用一個(gè)電壓激勵(lì)源來用于惠斯登電橋配置。例如應(yīng)變計(jì)、電熱調(diào)節(jié)器和 RTD 需要外部電壓或電內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 26 流激勵(lì)信號。大部分信號調(diào)理裝置都包括了為最大程度上抑制 50Hz 或 60Hz 的噪聲而專門設(shè)計(jì)的低通濾波器。 （ 5）濾波 濾波器在一定的頻率范圍內(nèi)去除不希望的噪聲。 （ 4）多路復(fù)用 通過多路復(fù)用技術(shù)，一個(gè)測量系統(tǒng)可以不間斷地將多路信號傳輸至一個(gè)單一的數(shù)字化儀，從而提供了一種節(jié)省成本的方式來極大地?cái)U(kuò)大系統(tǒng)通道數(shù)量。 （ 3）隔離 隔離的信號調(diào)理設(shè)備通過使用變壓器、光或電容性的耦合技術(shù)，無須物理連接即可將信號從它的源傳輸至測量設(shè)備。它在電壓（即被數(shù)字化的）超過數(shù)字化儀輸入范圍是十分必要的。此外，使用放置在更接近信號源或轉(zhuǎn)換器的外部信號調(diào)理裝置，可以通過在信號被環(huán)境噪聲影響之前提高信號電平來提高測量的信號 噪聲比。信號調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 25 多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和數(shù)字信號調(diào)理等。主要應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站等領(lǐng)域。其各種參數(shù)如下 ， 測量范圍： 0～ 400kPa；輸出信號： 4～ ； 基本誤差：調(diào)校量程的 177。于 是傳感器上的不平衡電橋就有電壓信號輸出給放大器，經(jīng)放大處理輸 出 4～ 20mA 直流電流信號。硅杯兩面浸在硅油中，硅油和被測介質(zhì)之間用金屬隔離膜片分開。 敏感元件由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成。 擴(kuò)散硅式差壓變送器是無杠桿的變送器。 另外， Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。（ ＋ │t│）， B級 177?？梢?PT100在常溫0~150攝氏度之間變化時(shí)限性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為： RPt=100（ 1+At），當(dāng)溫度變化 1攝氏度， PT100阻值近似變化 。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件；且此元件線性較好，在 0~100 攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 攝氏度。 Pt100 熱電阻簡介 熱電阻是電阻體、絕緣導(dǎo)管和接線盒等主要部件組成，其中，電阻體是熱電阻的最主要組成部分。 傳感器和變送器 選擇 測溫原理 熱電阻的測溫是利用固體材料的電阻隨溫度而變化的原理測量溫度，如鉑電阻、銅電阻和熱敏電阻。 圖 37 輸出端設(shè)置 該面板可對數(shù)據(jù)輸出的通道最大值、最小值、輸出 采樣頻率進(jìn)行設(shè)置 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 圖 38 數(shù)據(jù)曲線回放前面板 該面板可以對溫度壓力曲線保存到指定文件夾中，并且從指定文件夾中 回放 歷史曲線。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 圖 36 溫度壓力控制前面板 該面板 為溫度 PID 調(diào)節(jié)部分 和壓力的 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 圖 34 熱電阻及調(diào)理模塊參數(shù)設(shè)定前面板 該面板對熱電阻及調(diào)理模塊參數(shù)的設(shè)定。程序框圖見附錄 A。 本設(shè)計(jì)僅以 Pt100 傳感器，SCCRTD01 溫度調(diào)理模塊為 模型進(jìn)行說明 。使硫化罐內(nèi)壓力嚴(yán)格按照給定壓力變化。此 時(shí)控制閥還是包括進(jìn)氣閥和排氣閥。壓力調(diào)節(jié)器同樣由壓力調(diào)節(jié)子程序?qū)崿F(xiàn)。 溫 度 P I D 調(diào) 節(jié) 器 控 制 閥 硫 化 罐P t 1 0 0 熱 電 阻 傳 感器溫 度 給 定溫度測量偏 差溫 度_ 圖 溫度單回路控制系統(tǒng)方塊圖 壓力反饋控制系統(tǒng)也是采用單回路控制系統(tǒng)，其方塊圖如下。對象為硫化罐，對其內(nèi)部溫度進(jìn)行控制。在進(jìn)行溫度控制階段，排氣閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。其中溫度 PID 調(diào)節(jié)器是由溫度 PID 控制 子程序?qū)崿F(xiàn)的。 各子程序的具體介紹將在第五章詳細(xì)說明。 其中軟件設(shè)計(jì)由 ：溫度壓力設(shè)定子程序， 溫度壓力采集子程序，溫度壓力控制子程序和 曲線回放 子程序 構(gòu)成 。其中控制閥包括進(jìn)氣閥和排氣閥。執(zhí)行部分是由伺服放大器、電動伺服 操 作 器 （手操器） 和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。信號調(diào)理模塊只有熱電阻調(diào)理模塊，擴(kuò)散硅式差壓變送器輸出的信號可以直接給 DAQ板卡。數(shù)據(jù)采集部分是由傳感器、信號調(diào)理模塊、 DAQ 板卡組成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 第三章 系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總原理框圖 圖 系統(tǒng)原理框圖 本設(shè)計(jì)的原理圖如圖 31，該系統(tǒng)總體上可分為：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。但是 USB 在儀器控制方面亦有一些缺點(diǎn)，比如 USB 的傳輸線沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失；此外， USB 對傳輸線的距離也有一定的限制。 （ 7） USB 接口方式的 VI Universal Serial Bus(USB)因?yàn)槠湓?PC 機(jī)上的廣泛使用、即插即用的易用性和 高達(dá) 480Mbits/s 的傳輸速率，逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)。現(xiàn)在，有關(guān) MCN(Measurement and Control Networks)方面的標(biāo)準(zhǔn)正在積極進(jìn)行，并取得了一定進(jìn)展。 （ 6）網(wǎng)絡(luò)接口方式的 VI 盡管 Inter 技術(shù)最 初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過 NI等公司己經(jīng)開發(fā)了通過 Web 瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過Inter 操作儀器設(shè)備。 （ 5） PXI 總線方式的 VI PXI 總線是 PCI eXtension for Instrumentation 的縮寫，是 PCI 在 VI 領(lǐng)域的